喷射头能振动的三D打印装置的制作方法

本实用新型涉及一种三D打印装置，尤其涉及一种喷射头能振动的三D打印装置。

背景技术：

三D打印加工成型的基本原理是：先建立零件三维计算机模型，然后对其进行分层切片，获取每一层信息数据，在此基础上进行逐层叠加制造，此制造方法由于其自身的诸多优势而被各行各业广泛使用。

材料挤压式3D打印装置和气动粉粒流式3D打印装置是常见的二种3D成型装备；其中，材料挤压式属于熔融沉积形成型方法，气动粉粒流式属于定向能量沉积式增材制造方法，但不管是熔融沉积式还是定向能量沉积式，都有其不足，那就是3D打印件结构组织较疏松，产品致密性不强，机械性能差；针对此类问题，有部分研究者将振动引入到此类三D打印成型的定向能量沉积式加工中，施振方式包括采用基板振动以及施粉机构振动方式，此二种方式尽管可部分克服原来存在的一些问题，但结构相对复杂，而材料挤压式3D打印装备中，则还未见通过施加振动来改善成型件质量的专利。

技术实现要素：

本实用新型的目的是克服现有技术的不足而提供一种喷射头能振动的三D打印装置，其结构简单，成型制品的密度变大，结晶度提高，拉伸和冲击强度提高，生产的产品质量好。

为了达到上述目的，本实用新型的第一种技术方案是这样实现的，其是一种喷射头能振动的三D打印装置，包括控制系统、供粉系统、电机驱动系统、螺杆类挤压系统、第一喷射头、工作台及工作台移动系统；其中所述第一喷射头连接在螺杆类挤压系统的下端并与其出料口联通，所述电机驱动系统带动螺杆旋转从而完成对物料的螺旋、挤压和熔融并向第一喷射头输运物料，所述电机驱动系统、螺杆类挤压系统及第一喷射头连为一体并可在工作台上方做X轴及Y轴方向的水平运动，所述工作台移动系统带动工作台做上下垂直运动，所述控制系统分别控制供粉系统、电机驱动系统、螺杆类挤压系统、第一喷射头及工作台移动系统从而完成3D打印；其特征在于在第一喷射头内安装有超声振动装置，当物料通过第一喷射头出料时，所述振动装置会对物料施加超声振动。

在本技术方案中，所述第一喷射头有四种结构，其中：

第一种结构为：所述第一喷射头包括上壳体、第一电热器、超声振动器、下壳体、垂直振动头、第一耐热耐压垫圈、异形法兰盘及第二耐热耐压垫圈；上壳体的入料口为喷射头的入料口，下壳体的出料口为喷射头的出料口，上壳体及下壳体分别固定在异形法兰盘的上下两侧，在异形法兰盘上设有联通上壳体与下壳体的通孔，所述超声振动器设在异形法兰盘的下方，所述垂直振动头设在超声振动器上，通电后超声振动器垂直振动头作垂直方向振动，带动所述第一电热器套设在上壳体及下壳体外。

第二种结构为：所述第一喷射头包括第一水平超声振动器、第一水平振动头、第三耐热耐压垫圈、第一喷嘴及第一电热器；其中所述第一水平超声振动器设在第一喷嘴上，所述第一水平振动头设在第一喷嘴内，第一水平振动头由第一水平超声振动器带动，在第一水平振动头上设有垂直的第一通孔以便第一喷嘴内的物料能通过，所述第一电热器套设在第一喷嘴外，所述第一喷嘴的入料口为第一喷射头的入料口，第一喷嘴的出料口为第一喷射头的出料口。

第三种结构为：所述第一喷射头包括第一喷嘴、第一电热器、第一套管体、第一高强度金属管及第一环柱状压电材料；其中所述第一套管体的入料口为第一喷射头的入料口，所述第一喷嘴设在第一套管体的下方并连通，第一喷嘴通过上部的外螺纹与套管体的下部的内螺纹联结在一起，第一喷嘴的出料口为第一喷射头的出料口，所述第一高强度金属管设在第一套管体及第一喷嘴内，所述第一环柱状压电材料设在第一高强度金属管内, 第一环柱状压电材料通电后产生径向高频振动，所述第一电热器套设在第一套管体及第一喷嘴外。

第四种结构为：所述第一喷射头包括第一喷嘴、第一电热器、第一套管体、第一高强度金属管及第一环锥状压电材料；其中所述第一套管体的入料口为第一喷射头的入料口，所述第一喷嘴设在套管体的下方并连通，第一喷嘴的出料口为第一喷射头的出料口，所述第一高强度金属管设在第一套管体及第一喷嘴内，第一喷嘴通过上部的外螺纹与套管体下部的内螺纹联结在一起，所述第一环锥状压电材料设在第一高强度金属管内, 第一环锥状压电材料通电后产生径向高频振动，所述第一电热器套设在第一套管体及第一喷嘴外。

为了达到上述目的，本实用新型的第二种技术方案是这样实现的，其是一种喷射头能振动的三D打印装置，包括控制系统、工作台、工作台移动系统、第二喷射头、送丝机构、导向套及绕丝料的供丝盘；其中所述供丝盘上的丝料穿过导向套，所述供丝盘上的送丝电机带动穿过导向套的丝料进入送丝机构，所述第二喷射头连接在送丝机构的下端并与其出料口联通，所述送丝机构与第二喷射头连为一体并可在工作台上方做X轴及Y轴方向的水平运动，所述工作台移动系统带动工作台做上下垂直运动，所述控制系统分别控制工作台移动系统、第二喷射头、送丝机构及供丝盘的工作从而完成3D打印；其特征在于在第二喷射头内安装有超声振动装置，当物料通过第二喷射头出料时，所述振动装置会对物料施加超声振动。在本技术方案中，所述第二喷射头有三种结构，其中：

在本技术方案中，所述第二喷射头有三种结构，其中：

第一种结构为：第二喷射头包括第二水平超声振动器、第二水平振动头、耐热耐压垫圈、第二喷嘴及第二电热器；其中所述第二水平超声振动器设在第二喷嘴上，所述第二水平振动头设在第二喷嘴内，第二水平振动头由第二水平超声振动器带动，在第二水平振动头上设有垂直的通孔以便第二喷嘴内的物料能通过，所述第二电热器套设在第二喷嘴外，所述第二喷嘴的入料口为第二喷射头的入料口，第二喷嘴的出料口为第二喷射头的出料口。

第二种结构为：所述第二喷射头包括第二喷嘴、第二电热器、第二套管体、第二高强度金属管及第二环柱状压电材料；其中所述第二套管体的入料口为第二喷射头的入料口，所述第二喷嘴设在第二套管体的下方并连通，所述第二喷嘴通过上部的外螺纹与第二套管体下部的内螺纹联结在一起，第二喷嘴的出料口为第二喷射头的出料口，所述第二高强度金属管设在第二套管体及第二喷嘴内，所述第二环柱状压电材料设在第二高强度金属管内, 第二环柱状压电材料通电后产生径向高频振动，所述第二电热器套设在第二套管体及第二喷嘴外。

第三种结构为：所述第二喷射头包括第二喷嘴、第二电热器、第二套管体、第二高强度金属管及第二环锥状压电材料；其中所述第二套管体的入料口为第二喷射头的入料口，所述第二喷嘴设在第二套管体的下方并连通，所述第二喷嘴通过上部的外螺纹与第二套管体下部的内螺纹联结在一起，第二喷嘴的出料口为第二喷射头的出料口，所述第二高强度金属管设在第二套管体及第二喷嘴内，所述第二环锥状压电材料设在第二高强度金属管内, 第二环锥状压电材料通电后产生径向高频振动，所述第二电热器套设在第二套管体及第二喷嘴外。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点：

1、振动有利于强化物料熔融、传质、传热及均化，使成型制品的密度变大，结晶度提高，拉伸和冲击强度提高，制品内在品质和外观质量都有很大改善和提高；

2、振动能有利于物料中混入气体的逸出，不会出现气孔、裂纹等缺陷，经过振动，使得物料混合、交融充分，物料熔体更加密实，内部组织致密，机械力学强度更高，尤其是多重物料混合加工时，此优点更为突出；

3、适应性强，其结构简单，适用于丝式挤压、螺旋式挤压、气粉式等多种三D打印装置的喷嘴。

附图说明

图1 是本实用新型实施案例一的结构示意图；

图2是本实用新型实施例一的第一喷射头的第一种结构示意图；

图3是本实用新型实施例一的第一喷射头的第二种结构示意图；

图4是图3中的水平振动头的结构示意图；

图5是图4的A－A剖视图；

图6是图5的B－B剖视图；

图7是本实用新型实施例一的第一喷射头的第三种结构示意图；

图8是本实用新型实施例一的第一喷射头的第四种结构示意图；

图9 是本实用新型实施案例二的结构示意图；

图10是本实用新型实施例二的第二喷射头的第一种结构示意图；

图11是图10中的水平振动头的结构示意图；

图12是图11的C－C剖视图；

图13是图11的D－D剖视图；

图14是本实用新型实施例二的第二喷射头的第二种结构示意图；

图15是本实用新型实施例二的第二喷射头的第三种结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。

在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”及“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例一

如图1所示，其是一种喷射头能振动的三D打印装置，包括控制系统1、供粉系统2、电机驱动系统3、螺杆类挤压系统4、第一喷射头5、工作台7及工作台移动系统8；其中所述第一喷射头5连接在螺杆类挤压系统4的下端并与其出料口联通，所述电机驱动系统3带动螺杆旋转从而完成对物料的螺旋、挤压和熔融并向第一喷射头5输运物料，所述电机驱动系统3、螺杆类挤压系统4及第一喷射头5连为一体并可在工作台7上方做X轴及Y轴方向的水平运动，所述工作台移动系统8带动工作台7做上下垂直运动，所述控制系统1分别控制供粉系统2、电机驱动系统3、螺杆类挤压系统4、第一喷射头5及工作台移动系统8从而完成3D打印；在第一喷射头5内安装有超声振动装置，当物料通过第一喷射头5出料时，所述振动装置会对物料施加超声振动。

工作时，工作时，先建立零件三维计算机模型，然后对其进行分层切片，获取每一层信息数据，水平运动机构（均未画出）根据每一层截面的轮廓信息，带动螺杆类挤压系统3以及带振动喷射头5沿X轴、Y轴作水平运动，螺杆类挤压系统3中的融料经带振动喷射头5在上工作台7上挤出沉积一层融料，快速冷却固化后形成工件，然后由工作台移动系统8带动工作台7向下移动一个分层厚度，再进行下一层截面的挤出沉积，以此方式进行逐层叠加制造，就可得到完整的三D成型件；由于带动螺杆类挤压系统3以及带振动喷射头5运动的水平运动机构为现有技术且非本发明专利重点，故在本专利中未有画出；

在本实施例中，如图2所示，所述第一喷射头5的第一种技术方案为，其包括上壳体51、第一电热器52、超声振动器53、下壳体54、垂直振动头55、第一耐热耐压垫圈56、异形法兰盘57及第二耐热耐压垫圈58；上壳体51的入料口为喷射头5的入料口，下壳体54的出料口为喷射头5的出料口，上壳体51及下壳体54分别固定在异形法兰盘57的上下两侧，在异形法兰盘57上设有联通上壳体51与下壳体54的通孔571，所述超声振动器53设在异形法兰盘57的下方，所述垂直振动头55设在超声振动器53上，通电后超声振动器53带动垂直振动头55作垂直方向振动，所述第一电热器52套设在上壳体51及下壳体54外。

如图3至图6所示，在本实施例中，所述第一喷射头5的第二种技术方案为，其包括第一水平超声振动器501、第一水平振动头502、第三耐热耐压垫圈503、第一喷嘴504及第一电热器52；其中所述第一水平超声振动器501设在第一喷嘴504上，所述第一水平振动头502设在第一喷嘴504内，第一水平振动头502由第一水平超声振动器501带动，在第一水平振动头502上设有垂直的第一通孔5021以便第一喷嘴504内的物料能通过，所述第一电热器52套设在第一喷嘴504外，所述第一喷嘴504的入料口为第一喷射头5的入料口，第一喷嘴504的出料口为第一喷射头5的出料口。

如图7所示，在本实施例中，所述第一喷射头5的第三种技术方案为，其包括第一喷嘴504、第一电热器52、第一套管体506、第一高强度金属管507及第一环柱状压电材料508；其中所述第一套管体506的入料口为第一喷射头5的入料口，所述第一喷嘴504设在第一套管体506的下方并连通，第一喷嘴504通过上部的外螺纹与套管体506下部的内螺纹联结在一起，第一喷嘴504的出料口为第一喷射头5的出料口，所述第一高强度金属管507设在第一套管体506及第一喷嘴504内，所述第一环柱状压电材料508设在第一高强度金属管507内, 第一环柱状压电材料508通电后产生径向高频振动，所述第一电热器52套设在第一套管体506及第一喷嘴504外。

如图8所示，在本实施例中，所述第一喷射头5的第四种技术方案为，其包括第一喷嘴504、第一电热器52、第一套管体506、第一高强度金属管507及第一环锥状压电材料509；其中所述第一套管体506的入料口为第一喷射头5的入料口，所述第一喷嘴504设在套管体506的下方并连通，第一喷嘴504的出料口为第一喷射头5的出料口，所述第一高强度金属管507设在第一套管体506及第一喷嘴504内，第一喷嘴504通过上部的外螺纹与套管体506的下部的内螺纹联结在一起，所述第一环锥状压电材料509设在第一高强度金属管507内, 第一环锥状压电材料509通电后产生径向高频振动，所述第一电热器52套设在第一套管体506及第一喷嘴504外。

实施例二

如图9所示，其是一种喷射头能振动的三D打印装置，包括控制系统1、工作台7、工作台移动系统8、第二喷射头9、送丝机构10、导向套12及绕丝料的供丝盘13；其中所述供丝盘13上的丝料11穿过导向套12，所述供丝盘13上的送丝电机带动穿过导向套12的丝料11进入送丝机构10，所述第二喷射头9连接在送丝机构10的下端并与其出料口联通，所述送丝机构10与第二喷射头9连为一体并可在工作台7上方做X轴及Y轴方向的水平运动，所述工作台移动系统8带动工作台7做上下垂直运动，所述控制系统1分别控制工作台移动系统8、第二喷射头9、送丝机构10及供丝盘13的工作从而完成3D打印；在第二喷射头9内安装有超声振动装置，当物料通过第二喷射头9出料时，所述振动装置会对物料施加超声振动。

工作时，先建立零件三维计算机模型，然后对其进行分层切片，获取每一层信息数据，水平运动机构（均未画出）根据每一层截面的轮廓信息，带动送丝机构10以及带振动喷射头9沿X轴、Y轴作水平运动，带振动喷射头9中的融料在上工作台7上挤出沉积一层融料，快速冷却固化后形成工件，然后由工作台移动系统8带动工作台7向下移动一个分层厚度，再进行下一层截面的挤出沉积，以此方式进行逐层叠加制造，就可得到完整的三D成型件；由于带动送丝机构10以及带振动喷射头9运动的水平运动机构为现有技术且非本发明专利重点，故在本专利中未有画出；

如图10至图13所示，在本实施例中，所述第二喷射头9的第一种技术方案为，其包括第二水平超声振动器91、第二水平振动头92、耐热耐压垫圈93、第二喷嘴94及第二电热器95；其中所述第二水平超声振动器91设在第二喷嘴94上，所述第二水平振动头92设在第二喷嘴94内，第二水平振动头92由第二水平超声振动器91带动作水平方向振动，在第二水平振动头92上设有垂直的通孔921以便第二喷嘴94内的物料能通过，所述第二电热器95套设在第二喷嘴94外，所述第二喷嘴94的入料口为第二喷射头9的入料口，第二喷嘴94的出料口为第二喷射头9的出料口。

如图14所示，在本实施例中，所述第二喷射头9的第二种技术方案为，其包括第二喷嘴94、第二电热器95、第二套管体96、第二高强度金属管97及第二环柱状压电材料98；其中所述第二套管体96的入料口为第二喷射头9的入料口，所述第二喷嘴94设在第二套管体96的下方并连通，所述第二喷嘴94通过上部的外螺纹与第二套管体96下部的内螺纹联结在一起，第二喷嘴94的出料口为第二喷射头9的出料口，所述第二高强度金属管97设在第二套管体96及第二喷嘴94内，所述第二环柱状压电材料98设在第二高强度金属管97内, 第二环柱状压电材料98通电后产生径向高频振动，所述第二电热器95套设在第二套管体96及第二喷嘴94外。

如图15所示，在本实施例中，所述第二喷射头9的第二种技术方案为，其包括第二喷嘴94、第二电热器95、第二套管体96、第二高强度金属管97及第二环锥状压电材料99；其中所述第二套管体96的入料口为第二喷射头9的入料口，所述第二喷嘴94设在第二套管体96的下方并连通，所述第二喷嘴94通过上部的外螺纹与第二套管体96下部的内螺纹联结在一起，第二喷嘴94的出料口为第二喷射头9的出料口，所述第二高强度金属管97设在第二套管体96及第二喷嘴94内，所述第二环锥状压电材料99设在第二高强度金属管97内, 第二环锥状压电材料99通电后产生径向高频振动，所述第二电热器95套设在第二套管体96及第二喷嘴94外。

以上结合附图对本实用新型的实施方式作出详细说明，但本实用新型不局限于所描述的实施方式。对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下对这些实施方式进行多种变化、修改、替换及变形仍落入在本实用新型的保护范围内。