一种熔融体多维取向的增材制造打印喷头系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种熔融体多维取向的增材制造打印喷头系统，包括输送熔融体的输送管和连接在输送管端部的喷头，还包括驱动输送管转动的驱动装置，所述输送管包括竖直管段和倾斜管段；本发明在不改变现有熔融体材料的基础上，通过驱动装置使输送管和喷头运动，导致熔融体在X方向和Y方向同时取向，同时随着打印高度的增加，熔融体还在Z方向上取向，由于熔融体同时在X、Y和Z方向的取向，弥补了现有打印方式只能确保熔融体线性取向的缺陷，多维取向使材料力学性能呈各向异性，因此能保证所打印出的产品在各个方向强度均提高，有利于扩大打印产品的应用领域。
【专利说明】一种熔融体多维取向的增材制造打印喷头系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种增材打印设备，特别涉及一种熔融体多维取向的增材制造打印喷头系统。
【背景技术】
[0002]经过20多年的发展，增材制造(即快速成型)技术发展迅速。以打印材料分类，可分为金属、非金属、陶瓷材料、复合材料以及生物材料的三维打印技术；以打印方式分类，可分为粉末烧结技术(SLS)，粉末熔融技术(SLM)，激光近成型技术(LENS)以及挤出熔融技术(FDM)。其中，以熔融体材料为基础的挤出成型技术(FDM)，广泛应用于家庭、教学、模型等方面。
[0003]目前FDM技术获得的三维打印器件，在外观上与设计的结构非常接近。但是在功能上还比较欠缺，属于形似而神不似。造成前述区别的主要原因是FDM技术采用挤出熔融方式，通过熔融体的层层涂覆，获得打印器件。在打印过程中，熔融体材料会沿打印喷头的涂覆方向进行取向，当冷却凝固以后，该取向方向的强度会明显强于非取向方向的强度。如以FDM方式打印的ABS塑料水杯为例，水杯垂直于桌面的方向，具有很强的承受力，但是，对于水杯的侧面，特别是层与层之间的结合力非常弱，导致其侧壁的强度很低。
[0004]由于现有FDM技术的喷头主要是线性运动方式，熔融体材料主要是沿喷头的运动方向线性取向，使熔融体材料在挤前与挤出后的排列以及取向没有明显变化，导致其打印产品的力学性能各向差异比较大，因此，有必要发明新型的FDM喷头系统，提高熔融体材料的多维取向功能。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明的目的是提供一种熔融体多维取向的增材制造打印喷头系统，以解决现有挤出熔融技术不能确保熔融体的多维取向，打印出的产品力学强度差的问题。
[0006]本发明熔融体多维取向的增材制造打印喷头系统，包括输送熔融体的输送管和连接在输送管端部的喷头，还包括驱动输送管转动的驱动装置，所述输送管包括与回转中心同轴的竖直管段和与竖直管段连接的倾斜管段，所述竖直管段和倾斜管段间的夹角β大小为90° ( β <180°，所述喷头设置在倾斜管段末端。
[0007]进一步，所述竖直管段和倾斜管段的内管壁上设置有来复线结构。
[0008]进一步，所述驱动装置包括电机、与电机转子连接的主动齿轮和与竖直管段连接的从动齿轮。
[0009]进一步，所述竖直管段上还设置有用于加热熔融体的加热装置。
[0010]本发明的有益效果:
[0011]本发明熔融体多维取向的增材制造打印喷头系统，在不改变现有打印材料的基础上，通过设置驱动装置使输送管和喷头旋转，且输送管的倾斜管段偏离回转中心，使得熔融材料在固化之前随输送管和喷头做离心圆周运动，熔融体在X方向和Y方向同时取向，同时随着打印高度的增加，熔融体还在Z方向上取向，由于熔融体同时在X、Y和Z方向的取向，从而弥补了现有打印方式只能确保熔融体线性取向的缺陷，多维取向使材料呈各向异性，因此能保证所打印出的产品在各个方向力学强度均较好，有利于扩大打印产品的应用领域。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本发明熔融体多维取向的增材制造打印喷头系统的立体结构示意图；
[0013]图2为输送管的结构示意图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
[0015]如图所示，本实施例熔融体多维取向的增材制造打印喷头系统，包括输送熔融体的输送管和连接在输送管端部的喷头1，还包括驱动输送管转动的驱动装置，所述输送管包括与回转中心同轴的竖直管段2和与竖直管段2连接的倾斜管段3，所述竖直管段2和倾斜管段3间的夹角β为120°，当然在不同实施中所述夹角β还可为90°、150°、180°等90°?180°范围内的其它值，所述喷头I设置在倾斜管段末端部位。本实施例中，所述驱动装置包括电机4、与电机转子连接的主动齿轮5和与竖直管段2连接的从动齿轮6，通过电机4可方便的控制输送管和喷头的转速和启停；当然本实施例中所采用的齿轮传动装置在不同实施例中还可采用带轮传动装置或链轮传动装置替换。
[0016]本实施例熔融体多维取向的增材制造打印喷头系统，可对金属材料熔融体、无机非金属材料熔融体、高分子材料熔融体和复合材料熔融体等进行增材制造；其在不改变现有熔融体材料的基础上，通过驱动装置使输送管和喷头旋转，使熔融体材料在固化之前在输送管和喷头内做离心圆周运动，且倾斜管段3进一步增强了熔融体材料的离心运动，力口强了熔融体在X方向和Y方向的同时取向；并且随着打印高度的增加，熔融体还在Z方向上取向，由于熔融体同时在X、Y和Z方向的取向，从而弥补了现有打印方式只能确保熔融体材料线性取向的缺陷，多维取向使材料力学强度呈各向异性，因此能保证所打印出的产品在各个方向强度均较好；并且在打印过程中，熔融体的圆周运动和Z向运动使其呈螺旋上升运动的轨迹，运动轨迹之间存在相互叠加，能增强熔融体材料在层与层之间的粘附作用，使打印产品强度进一步得到增强，因此采用本打印喷头系统可扩大打印产品的应用领域。
[0017]作为对本实施例的改进，所述竖直管段2和倾斜管段3的内管壁上设置有来复线结构，来复线结构可使熔融体在输送管内做螺旋旋转运动，可进一步使熔融体材料呈多维取向，进一步提高打印器件的力学强度。
[0018]作为对本实施例的改进，所述竖直管段2上还设置有用于加热熔融体的加热装置
7,加热装置7可以为电加热装置、热油加热装置、红外线加热装置或微波加热装置等，加热装置可控制和调节熔融体的温度，保证熔融体沿输送管流动过程中温度稳定，保持良好的流动性，不会造成喷头堵塞。
[0019]最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【权利要求】
1.一种熔融体多维取向的增材制造打印喷头系统，包括输送熔融体的输送管和连接在输送管端部的喷头，其特征在于:还包括驱动输送管转动的驱动装置，所述输送管包括与回转中心同轴的竖直管段和与竖直管段连接的倾斜管段，所述竖直管段和倾斜管段间的夹角β大小为90° ( β <180°，所述喷头设置在倾斜管段的末端。
2.根据权利要求1所述的熔融体多维取向的增材制造打印喷头系统，其特征在于:所述竖直管段和倾斜管段的内管壁上设置有来复线结构。
3.根据权利要求1的熔融体多维取向的增材制造打印喷头系统，其特征在于:所述驱动装置包括电机、与电机转子连接的主动齿轮和与竖直管段连接的从动齿轮。
4.根据权利要求1-3中任一所述的熔融体多维取向的增材制造打印喷头系统，其特征在于:所述竖直管段上还设置有用于加热熔融体的加热装置。
【文档编号】B29C67/00GK104149344SQ201410366032
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月29日 优先权日:2014年7月29日
【发明者】黎静, 谭陆西, 张代军, 郑彬 申请人:中国科学院重庆绿色智能技术研究院