一种堆叠式彩色三维打印机用六通道聚熔式挤注喷头的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于一种堆叠式(FDM)彩色三维打印机用挤注喷头技术，具体是一种能实现将输入的多根单色塑料丝汇聚于混合搅拌腔内熔融，可产生旋涡式搅拌动作进行混色后从喷头下端出丝口挤出全真彩级打印丝的六通道聚熔式挤注喷头。
【背景技术】
[0002]公知技术中堆叠式三维立体打印机的打印程序是在惠普喷墨打印机打印程序的基础上开发而来，在堆叠式三维立体打印过程中打印程序默认打印材料是液态流动的，只需要给出每个打印头的关闭和给进指令，只有在工件打印结束时才给出全部打印头关闭加热电源的指令。因此，在堆叠式三维立体打印机当中加热器系统是一个分立的系统模块，由四部分组成:加热器，受热体，温度传感器，加热和冷却控制电路。加热器和温度传感器均设置在喷头受热体部位，见图1，(1-q?1-1)。
[0003]见图1，是现有的堆叠式三维立体打印机的打印头，带进丝口 l_k的送丝泵Ι-e连接进丝导管l_q，进丝导管Ι-q通过法兰盘l_i连接喷咀l_j，在法兰盘l_i上设置加热器1-1和温度传感器ι-t，属于单通道结构。
[0004]在现有的多头彩色堆叠式三维立体打印机打印过程中换色必须通过换头来实现，打印中断丝是必须的，因断丝造成打印层间结合不好，使打印出现疵点或失败是常见故障。
[0005]见图5，在现有技术中多头堆叠式三维立体打印机当中双头打印大于双头喷咀间距的单个水平方向双色(A色和B色)的工件时就会看到打印出的工件上有双色相互掺色(Ac和Be)现象；其原因是，因已按时序指令关闭送丝的打印头的余温继续熔化剩余在进丝导管中的塑料丝，并被涨出喷咀挤到打印工件上，在色彩分明中掺杂着余料和余料色彩，呈现出“珊瑚树”现象(Ac和Be)。图中可见A和Bd两点是以A、B色两打印头的实际安装间距为圆心的两个相切圆，掺色Be的圆心在A色实体圆的左半圆周上，因为是每层打印后的余料，所以粘出的是与A仿形的“珊瑚树”，色彩为B色，两圆相切处为掺色区域；与B和Ac位置的掺色现象正好相反，掺色区域在“珊瑚树”与工件实体的连机处。这即是现有的堆叠式多头三维立体打印机存在的技术和质量上的缺陷，明显浪费材料并破坏工件的整体性和机械强度。
[0006]现有的堆叠式双头或多头三维立体打印机中使用的打印头都为单色。一种彩色三维立体打印机技术采用彩色胶水作为打印墨水在石膏粉中喷墨打印粘结成型出彩色工件。其缺点是色彩会被石膏粉的白色基准差异形成色差，而石膏粉的机械强度较远低于工程塑料，因此无法在工程器件及其他应用领域中使用。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供一种堆叠式全真彩三维立体打印机使用的六通道聚熔式挤出喷头(以下简称:六进单出喷头)，能实现全真彩色彩工件的三维立体打印的高精度质量。
[0008]本发明提供的技术方案:包括六进单出喷头基体、丝口补芯、加热器、温度传感器及导丝软管；六进单出喷头基体由固定螺钉孔、散热翼、加热腔、混合进丝通道层组和分离进丝通道层组以及聚熔混合搅拌腔构成，其特征是:来自送丝泵的单色塑料丝分别通过导丝软管进入混合进丝通道层组和分离进丝通道层组中的进丝通道，到进丝通道下端时被加热器释放的热量迅速熔化注入聚熔混合搅拌腔内，两个层组进丝通道出口在进入聚熔混合搅拌腔时的角度设置不同，分别按时序注入的塑料丝熔浆在通过聚熔混合搅拌腔从丝口补芯的丝口被挤出时的细丝成色不同；支撑材料能够通过分离进丝通道实现打印功能。设置成可拆卸结构的丝口补芯能够实现通过更换来调整丝口直径，适合丝口直径的精密度加工和对聚熔混合搅拌腔内积累的杂质清理。
[0009]六进单出喷头基体通过加热腔上端设置的固定螺钉孔连接到X、Y行走支架下；喷头基体中心部位设置一个加热腔，散热翼设置在加热腔外围，固定螺钉孔穿过散热翼止于基座平台，设置散热翼为减少加热器释放的热量上传到X、Y行走支架上；加热器设置在加热器腔中，被上端设置的固定螺钉孔用螺钉加垫片固定；进丝通道上端入口处嵌入导丝软管，下端出口在聚熔混合搅拌腔内；聚熔混合搅拌腔设置在加热器腔底部外方，两底间隔大小直接影响聚熔混合搅拌腔的被加热效率；聚熔混合搅拌腔内径等于进丝通道直径的
1.618倍，深等于进丝通道直径的2.8倍；聚熔混合搅拌腔内深度上设置成上下两层，6个进丝通道设置成3个一层组，分别为混合进丝通道层组和分离进丝通道层组；混合进丝通道层组出口设置在紧贴丝口补芯内平面位置上，分离进丝通道层组出口设置在混合进丝通道层组出口径向平面之上，既聚熔混合搅拌腔内底部；分离进丝通道层组出入口与混合进丝通道层组出入口之间径向水平夹角设置成60°错开阵列；混合进丝通道和分离进丝通道轴向相对聚熔混合搅拌腔轴向设置有夹角，混合进丝通道轴向相对夹角大于分离进丝通道轴向10?15° ;混合进丝通道出口与聚熔混合搅拌腔壁相切，使按比例注入的塑料浆沿切向方向在聚熔混合搅拌腔内壁做圆周旋涡式运动产生搅拌混合效果；分离进丝通道出口与聚熔混合搅拌腔底部内壁相切，使注入的塑料丝熔浆穿过聚熔混合搅拌腔直通丝口补芯被挤出细丝。丝口补芯设置在聚熔混合搅拌腔向外开口处，与开口呈止口紧配合可更换结构，打破了丝口直径与打印头整体固定的模式，可拆卸结构的丝口补芯能够实现通过更换来调整丝口直径，丝口尺寸设置在0.05?0.4mm，可打印到0.0lmm的微观级层面；适合丝口直径的精密度加工和对聚熔混合搅拌腔内积累的杂质清理。加热器设置在加热腔内底部位置，对聚熔混合拌腔加热更快更节能，对进入的塑料丝实现点加热。温度传感器设置在散热翼基座上，被穿过固定孔的螺钉压紧固定。导丝软管设置在进丝通道入口处，可根据原料丝的直径调整口径，约束原料丝不出现缓解输送力的自由软弯状态，保证送丝指令与动作之间的误差值最小；导丝软管由高隔热系数材料丝编制而成。
[0010]上述的混合进丝通道和分离进丝通道轴向相对聚熔混合搅拌腔轴向设置有夹角，混合进丝通道轴向相对夹角大于分离进丝通道轴向10?15° ;混合进丝通道出口相对六进单出喷头基体设置成出口以轴向夹角25?45°，径向夹角42°与聚熔混合搅拌腔壁相切；分离进丝通道出口以轴向夹角10?35°，径向夹角90°与聚熔混合搅拌腔底部内壁相切。
[0011]上述的混合进丝通道适合设置三基色塑料丝，分离进丝通道适合设置定义色和支撑材料塑料丝。
[0012]上述六进单出喷头基体和丝口补芯采用高导热系数的材料制造。
[0013]上述六进单出喷头的导丝软管采用高隔热特性的材料。
[0014]上述六进单出喷头的温度传感器材质、阻值、容值和热稳定性，温度响应频率需具有闻稳定性。
[0015]本发明的积极效果:
设置有六进单出喷头的堆叠式多彩三维立体打印机能够实现工件的全真彩标准的彩色打印效果，相当于计算机中24位色彩分辨率。单个加热器置于中心加热方式使热效利用率提高95%以上，节能效率提高5倍，省去主板上重复设置的温度控制电路和器件，简化主板加热控制电路和软件包，消除各加热电路回路中每个硬件单件技术参数未保证一致性造成熔丝温差引起的打印质量问题的缺陷，消除现有技术的打印头多头方案中多个喷咀带来的组装和调平麻烦和多头刮碰破坏打印层面的弊端。
[0016]混合进丝通道以径向夹角42°切向进入聚熔混合搅拌腔构成旋涡搅拌混合能力，保证六进单出喷头的打印材料调色和换色在搅拌腔内熔融状态下完成，只要打印指令没有停止，吐丝就不会中断；分离进丝通道近似轴向进入聚熔混合搅拌腔内，在混合指令停止瞬间快速穿过混合进丝通道层使定义色彩极大限度不受混色干扰，保证色彩分明的从出丝口挤出；在分离进丝通道层组与混合进丝通道层组色彩交换指令实现一致时可在被打印出的工件上看到色彩分明的几何图案，且表面平整和层间熔融合牢固；其良好的分离特性为支撑材料提供了打印的可能性。从单色到混色，再到支撑材料的切换都是在六进单出喷头内部完成，使某种颜色料丝停止送丝后，因余料压力小于其它送丝压力而被阻无法渗出；公知的现有多头堆叠式三维立体打印机中的断丝换色和相互掺色的缺陷及缺陷造成的打印质量问题完全消除，保证彩色打印工件的整体质量。
[0017]导丝软管和丝口补芯的可调整和可更换结构便于制造流程中的质量控制和三维立体打印机的升级扩容，提高对打印材料的适应能力。导丝软管采用不锈钢丝编制能充分发挥不锈钢材料的隔热特性和提高散热率，并能获得伸缩变径的功能。
[0018]本发明的六进单出喷头的调色配色方案完全能够实现全真彩级的彩色效果，六进单出结构能够实现打印工件的机械强度的要求。具有节约资源，减少能耗，降低制造成本，结构简单，稳定可靠。具有适用广泛，降低使用成本和方便用户维护的优势。
【附图说明】
[0019]图1是现有的打印头结构示意图。
[0020]图2是本发明的六通道聚熔旋涡式挤注喷头结构主视示意图。
[0021]图3是图2的俯视图。
[0022]图4是图2的聚熔混合搅拌腔局部AA放大简剖结构示意图。
[0023]图5是现有头三维立体打印机打印的水平方向双色工件时显现的缺陷实物照片。
【具体实施方式】
[0024]六进单出喷头基体(图2中I)为高导热率的合金铜金属体，结构设置成一个圆柱形与一个圆锥台底部连接，圆心部位设置有加热腔(图2中13)，底部与设置在圆锥台顶部的聚熔混合搅拌腔(图2中16)底部相连；六进单出喷头基体通过加热腔上端设置的4个固定螺钉孔(图2中3)中对称的两孔连接到X、Y行走支架下，固定螺钉孔穿至散热翼基座(图2中7)上平面，设置散热翼(图2中6)为减少加热器(图2中19)释放的热量上传到X、Y行走支架上；另两个对称固定螺钉孔为加热器和温度传感器(图2中8)固定设置；进丝通道设置成Φ 1.9mm，入口(图2中9、10)处嵌入导丝软管(图2中4、5)，出口在聚熔混合搅拌腔内；聚熔混合搅拌腔设置成圆柱桶形，内径等于进丝通道直径的1.618倍，深度等于进丝通道直径的2.8倍；聚熔混合搅拌腔内