本實用新型涉及3D打印領域，尤其涉及一種3D打印機打印頭組件。

背景技術：

打印頭組件是3D打印機的重要機械機構之一，打印頭組件作為3D打印機打印熔絲的機構，其作用是把3D打印機絲料熔化并且通過噴嘴吐絲粘接在打印床上。從噴嘴擠出的熔絲直徑與噴嘴孔直徑相當，熔絲的直徑越小則打印精度越高。

現(xiàn)有的熔融式3D打印機打印頭主要通過施加壓力的方式從噴嘴擠出熔絲，噴嘴孔直徑一般不小于0.1mm。打印頭的噴嘴很難進一步縮小噴嘴直徑。導致熔融式3D打印機的精度較差。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術問題是提供一種打印進度高的3D打印機打印頭組件。

為了解決上述問題，本實用新型提供了一種3D打印機打印頭組件，包括：打印導管，所述打印導管用于將打印原料傳送至噴嘴；噴嘴，所述噴嘴具有預定尺寸的開口，所述噴嘴連接于所述打印導管的下端，用于將打印原料從開口噴出；加熱模塊，所述加熱模塊設置于噴嘴外圍表面，用于熔融打印原料；壓電換能器，所述壓電換能器嵌套于打印導管的上端，所述壓電換能器可控地使打印導管的下端往復高頻微幅振動。

可選的，所述壓電換能器包括若干第一壓電陶瓷圓環(huán)和若干第一金屬片墊圈，其中第一壓電陶瓷圓環(huán)和第一金屬片墊圈依次交疊堆疊且嵌套于打印導管的上端。

可選的，所述第一壓電陶瓷圓環(huán)的上下表面覆蓋有金屬電極，所述第一壓電陶瓷圓環(huán)的極化方向為沿所述第一壓電陶瓷圓環(huán)的軸向，當在第一壓電陶瓷圓環(huán)的上下表面電極施加電壓差時，第一壓電陶瓷圓環(huán)產生沿軸向應變。

可選的，所述第一壓電陶瓷圓環(huán)包括第一軸向壓電陶瓷圓環(huán)和第二軸向壓電陶瓷圓環(huán)，其中，第一軸向壓電陶瓷圓環(huán)和第二軸向壓電陶瓷圓環(huán)的極化方向相反。

可選的，所述壓電換能器包括若干第二壓電陶瓷圓環(huán)和若干第二金屬片墊圈，其中第二壓電陶瓷圓環(huán)和第二金屬片墊圈依次交疊堆疊且嵌套于打印導管的上端部。

可選的，所述第二壓電陶瓷圓環(huán)的上下表面具有金屬電極，其中一個表面完整覆蓋電極，另一表面的電極為兩個分割開的左右分布的半圓環(huán)形，所述第二壓電陶瓷圓環(huán)的極化方向為沿噴嘴的陶瓷環(huán)的軸向，其中左半圓環(huán)和右半圓環(huán)的極化方向相反，當在第二壓電陶瓷圓環(huán)的上下表面電極施加電壓差時，第二壓電陶瓷圓環(huán)的左半圓環(huán)和右半圓環(huán)同時沿陶瓷環(huán)軸向發(fā)生相位相差180°的應變。

可選的，所述第二壓電陶瓷圓環(huán)包括第一擺動壓電陶瓷圓環(huán)和第二擺動壓電陶瓷圓環(huán)，其中，第一擺動壓電陶瓷圓環(huán)和第二擺動壓電陶瓷圓環(huán)的極化方向相反且對稱布置。

可選的，所述金屬片墊圈的厚度為0.05mm-0.2mm。

可選的，還包括：設置于所述壓電換能器和加熱模塊之間的散熱模塊。

本申請的優(yōu)點：本申請的3D打印機打印頭組件能夠的高頻微幅振動，以減小熔融高分子/熔絲通過噴嘴時的阻力，降低所需施加的壓力，有利于縮小噴嘴開口直徑。

附圖說明

圖1為本申請一實施例的打印頭組件的示意圖；

圖2為本申請一實施例的壓電換能器的結構示意圖；

圖3為本申請一實施例的第一壓電陶瓷圓環(huán)的示意圖；

圖4為本申請另一實施例的壓電換能器的結構示意圖；

圖5為具有第一壓電陶瓷圓環(huán)的壓電換能器在打印頭組件1工作時的狀態(tài)示意圖；

圖6為本申請另一實施例的壓電換能器的結構示意圖；

圖7為本申請一實施例的第二壓電陶瓷圓環(huán)的示意圖；

圖8為本申請另一實施例的壓電換能器的結構示意圖；

圖9為具有第二壓電陶瓷圓環(huán)的壓電換能器在打印頭組件1工作時的狀態(tài)示意圖。

具體實施方式

通過施加壓力的方式從噴嘴擠出熔絲的熔融式3D打印機打印頭的噴嘴的直徑較難縮小，這是由于噴嘴的直徑越小，需要較大的壓力才能從更小的噴嘴孔才能擠出熔絲，當噴嘴直徑小于0.1mm后，所需的壓力已經超出現(xiàn)有的常規(guī)能夠提供的壓力范圍，因此，現(xiàn)有的熔融式3D打印機打印頭的噴嘴通常都大于0.1mm，從而導致3D打印機的精度較差。

本申請的實用新型人通過仔細的研究，提供一種3D打印機打印頭組件，包括：打印導管，所述打印導管用于將打印原料傳送至噴嘴；噴嘴，所述噴嘴具有預定尺寸的開口，所述噴嘴連接于所述打印導管的下端，用于將打印原料從開口噴出；加熱模塊，所述加熱模塊設置于噴嘴外圍表面，用于熔融打印原料；壓電換能器，所述壓電換能器嵌套于打印導管的上端，所述壓電換能器可控地使打印導管的下端往復高頻微幅振動。從而能夠使得熔絲在較小的壓力下通過較小直徑的噴嘴，例如，通過小于0.1mm的噴嘴。從而提高3D打印機的精度。

下面結合一具體實施例，詳細描述本申請一實施例的打印頭組件，請參考圖1，圖1示出一實施例的打印頭組件1，包括：打印導管2，所述打印導管2為中空管，在一些實施例中，所述打印導管2可以為金屬管，例如銅管、鋁管或合金管等。所述打印導管2的一端用于連接3D打印機的原料供給裝置，所述打印導管2的另一端連接噴嘴3，從而將打印原料傳送至噴嘴3。

在一些實施例中，還可以在所述打印導管2的一端設置擠壓裝置，從而為打印導管2中的打印原料提供擠壓力，以將打印原料擠壓至噴嘴3。在一些實施例中，打印原料為塑料絲或高分子材料。需要說明的是，由于本申請通過設置使打印導管的下端往復高頻微幅振動的壓電換能器，使得所述擠壓裝置無需提供過高的壓力，從而提高了設備的制造窗口。

在一些實施例中，所述打印頭組件1包括噴嘴3，所述噴嘴3連接于所述打印導管2的下端，用以將打印原料從開口噴出，所述打印原料為熔融的塑料或者高分子材料。在一些實施例中，所述噴嘴3的直徑為小于0.1mm。在另一些實施例中，所述噴嘴的直徑為小于0.08mm。在另一些實施例中，所述噴嘴3的直徑為小于0.05mm。需要說明的是，在常規(guī)的3D打印組件中，如果噴嘴3的直徑小于0.1mm，則需要非常大的擠壓力，從而導致小于0.1mm噴嘴的3D打印頭組件沒有實際應用價值。但是，本申請的打印頭組件1使得打印導管的下端往復高頻微幅振動，從而降低熔絲通過較小直徑的噴嘴時所需施加的壓力。

在一些實施例中，所述打印頭組件1包括加熱模塊4，所述加熱模塊4設置于噴嘴3外圍表面，用于熔融打印原料。所述加熱模塊4可以是電阻絲加熱裝置、或者紅外加熱裝置，或者激光加熱裝置。

在一些實施例中，所述打印頭組件1包括壓電換能器5，所述壓電換能器5可控地使打印導管的下端往復振動。從而能夠使得熔絲在較小的壓力下通過較小直徑的噴嘴，例如，通過小于0.1mm的噴嘴。從而提高3D打印機的精度。

在一些實施例中，通過螺栓7依次將所述打印導管2、壓電換能器5、金屬環(huán)墊圈6固定在一起，需要說明的是，打印導管2的上部設置有螺紋，壓電換能器5和金屬環(huán)墊圈6依次配置在打印導管2的上部，并且通過螺栓7固定，其中，金屬環(huán)墊圈6用于保護壓電換能器5，以避免在螺栓7固定的時候，壓電換能器5相對螺栓7旋轉而損傷壓電換能器5的表面電極。

在一些實施例中，請參考圖2，所述壓電換能器5包括若干第一壓電陶瓷圓環(huán)20和若干第一金屬片墊圈21，例如，可以是一個、兩個或更多個第一壓電陶瓷圓環(huán)20以及與其對應數(shù)量的第一金屬片墊圈21，其中第一壓電陶瓷圓環(huán)20和第一金屬片墊圈21依次交疊堆疊且嵌套于打印導管的外圍表面。所述第一金屬片墊圈21用于對第一壓電陶瓷圓環(huán)20施加激勵電壓，在一些實施例中，所述第一金屬片墊圈21的厚度為0.05mm-0.2mm。

在一些實施例中，請參考圖3，所述第一壓電陶瓷圓環(huán)20的上下表面(圖中上表面示意為A面，下表面示意為B面)具有金屬電極，其中A面和B面完全覆蓋金屬電極，所述第一壓電陶瓷圓環(huán)20的極化方向為沿第一壓電陶瓷圓環(huán)20的軸向(在圖中示意為沿第一壓電陶瓷圓環(huán)20的厚度方向的箭頭)，當在第一壓電陶瓷圓環(huán)20的上下表面電極施加電壓差時，第一壓電陶瓷產生沿軸向的應變。

在另一些實施例中，請參考圖4，所述第一壓電陶瓷圓環(huán)20包括第一軸向壓電陶瓷圓環(huán)61和第二軸向壓電陶瓷圓環(huán)62，其中，第一軸向壓電陶瓷圓環(huán)61和第二軸向壓電陶瓷圓環(huán)62的極化方向相反。本實施例能夠同時對第一軸向壓電陶瓷圓環(huán)61和第二軸向壓電陶瓷圓環(huán)62施加電壓，且能夠更佳地提高打印頭組件1的金屬管做軸向往復運動的幅度，從而使得熔絲更容易通過較小直徑的噴嘴。

請參考圖5，圖5為具有第一壓電陶瓷圓環(huán)的壓電換能器在打印頭組件1工作時的狀態(tài)示意圖。其中Z軸為打印頭組件1的軸線，當打印頭組件1工作時，在第一壓電陶瓷圓環(huán)上施加交流電壓，當電壓頻率接近于打印頭組件1的長度伸縮振動模態(tài)固有頻率時，所述金屬管2的下端作軸向的往復振動。從而使得熔絲能夠在較小壓力下，通過噴嘴。

在另一些實施例中，請參考圖6，所述壓電換能器5包括若干第二壓電陶瓷圓環(huán)9和若干第二金屬片墊圈10，例如，可以是一個、兩個或更多個第二壓電陶瓷圓環(huán)9以及與其對應數(shù)量的第二金屬片墊圈10，其中第二壓電陶瓷圓環(huán)9和第二金屬片墊圈10依次交疊堆疊且嵌套于打印導管的上端。具體地，請參考圖7，其中A面的電極為兩個分割開的左右分布的半圓環(huán)形，B面完整覆蓋電極，所述第二壓電陶瓷圓環(huán)9的極化方向為沿陶瓷環(huán)的軸向(如圖中箭頭所示，在圖中示意為沿第二壓電陶瓷圓環(huán)9的厚度方向)，其中左半圓環(huán)和右半圓環(huán)的極化方向相反。當在第二壓電陶瓷圓環(huán)10的上下表面電極施加電壓差時，第二壓電陶瓷圓環(huán)9的左半圓環(huán)和右半圓環(huán)同時沿陶瓷環(huán)軸向發(fā)生相位相差180°的應變。

在另一些實施例中，請參考圖8，所述第二壓電陶瓷圓環(huán)9包括第一擺動壓電陶瓷圓環(huán)91和第二擺動壓電陶瓷圓環(huán)92，其中，第一擺動壓電陶瓷圓環(huán)91和第二擺動壓電陶瓷圓環(huán)92的極化方向相反且對稱布置。

在一些實施例中，所述第二金屬片墊圈10的厚度為0.05mm-0.2mm。

請參考圖9，圖9為具有第二壓電陶瓷圓環(huán)的壓電換能器在打印頭組件1工作時的狀態(tài)示意圖。其中Z軸為打印頭組件1的軸線，當打印頭組件1工作時，在第二壓電陶瓷圓環(huán)上施加交流電壓，當電壓頻率接近于打印頭組件1的彎曲振動模態(tài)固有頻率時，所述金屬管2的下端作橫向(X方向)的往復振動。從而使得熔絲能夠在較小壓力下，通過噴嘴。

在另一實施例中，所述壓電換能器5包括若干第一壓電陶瓷圓環(huán)、若干第二壓電陶瓷圓環(huán)和若干金屬片墊圈，其中所述金屬片墊圈的厚度為0.05mm-0.2mm。作為一些實施例，第一壓電陶瓷圓環(huán)、金屬片墊圈、第二壓電陶瓷圓環(huán)、金屬片墊圈依次交疊堆疊且嵌套于打印導管的外圍表面。作為一些實施例，第一壓電陶瓷圓環(huán)和金屬片墊圈依次交疊，然后第二壓電陶瓷圓環(huán)和金屬片墊圈依次交疊，上述第一壓電陶瓷圓環(huán)和金屬片墊圈都嵌套于打印導管的外圍表面。其中，所述第一壓電陶瓷圓環(huán)的極化方向為沿第一壓電陶瓷圓環(huán)的軸向，當在第一壓電陶瓷圓環(huán)的上下表面電極施加電壓差時，第一壓電陶瓷產生沿軸向的應變。所述第二壓電陶瓷圓環(huán)的極化方向為沿陶瓷環(huán)的軸向，其中左半圓環(huán)和右半圓環(huán)的極化方向相反。當在第二壓電陶瓷圓環(huán)的上下表面電極施加電壓差時，第二壓電陶瓷的左半圓環(huán)和右半圓環(huán)同時沿陶瓷環(huán)軸向發(fā)生相位相差180°的應變。從而能夠通過設定施加電壓差，使得打印頭組件1的金屬管2的下端同時或者間隔交錯的軸向和/或橫向的往復振動。從而使得熔絲能夠在較小壓力下，通過噴嘴。

在一些實施例中，打印頭組件1還包括設置于所述壓電換能器和加熱模塊之間的散熱模塊。散熱模塊用于導走熱量，防止壓電陶瓷和打印頭過熱。

以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。