一种彩色3D打印机挤出喷头的制作方法

本发明涉及的是一种3D打印机，具体地说是3D打印机的喷头结构。

背景技术：

3D打印(3DP)即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。根据其成型方式及可用材料的不同分为选择性激光烧结(SLS)、熔融沉积成型技术(FDM)、立体光刻成型技术(SLA)和层叠制造技术(LOM)，其中熔融沉积成型技术(FDM)具有材料利用率高、材料成本低、可选材料种类多、工艺简洁等优点，FDM发展迅速且得到了广泛的应用。

基于FDM成型原理的3D打印机，目前主流的材料是PLA和ABS塑性线材，大多数市面上的3D打印机只能实现单色打印，目前获得多色塑料打印件的方法包括：1、采用双喷头或多喷头3D打印机，每个喷头装入不同颜色的耗材且有各自负责一种颜色的打印，该方法成本高且效率低，颜色的种类受喷头个数的限制。2、将不同颜色的线材进行对接，打印颜色为按高度分区的色带，打印的灵活性差，不能在特定位置打印特定的颜色。3、将不同的部件用不同的颜色打印，在将部件组装起来，实际上仍不是彩色打印。目前市面上已经出现基于三原色混合原理的3D打印机喷头，但是物料在混合腔中的没有够充分混合就被挤出来，因而打印出的产品存在色差，并不应用于色彩精度要求高的场合。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供解决目前3D打印机难以实现单喷头彩色打印和彩色3D打印存在色差等问题的一种彩色3D打印机挤出喷头。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种彩色3D打印机挤出喷头，其特征是：包括喷头组件，所述喷头组件包括喷头、转套、大齿轮、小齿轮、步进电机，转套安装在喷头外部并通过转套上的环形凸起定位，喷头下方和转套之间形成锥形混合腔，锥形混合腔下方设置喷嘴，大齿轮通过弹性挡圈安装在转套外部，小齿轮与大齿轮啮合，固定在电机支架上的步进电机连接小齿轮，电机支架固定在喷头上，喷头里设置环形槽、流道I、流道II和流道III，流道I、流道II、流道III均与锥形混合腔相通，环形槽里安装电阻丝加热器，流道I外安装进料组件I，流道II外安装进料组件II，流道III外安装进料组件III，进料组件I、进料组件II、进料组件III均为导管型。

本发明还可以包括：

1、还包括激光加热器，激光加热器固定在电机支架上方，激光加热器下方安装激光头，电机支架上与激光头对应的位置开设通透的孔，同时通孔位于环形槽的上方，喷头里设置通孔，通孔与激光头的位置相对应。

2、喷头的底部安装有能堵住通孔的耐热玻璃。

3、转套上安装微型搅拌棒，微型搅拌棒位于锥形混合腔里。

4、进料组件I、进料组件II、进料组件III的外壁均套有螺旋式的水冷管。

本发明的优势在于：

1、红、黄、蓝三种颜色物料通过进料组件进入到锥形混合腔内，电机带动转套绕喷头旋转，实现运动的微型搅拌棒对物料进行混合调色，调整不同颜色物料的进料速度即可得到不同颜色，真正的实现单喷头彩色3D打印；转套采用剖分式结构，有利于旋转混合式喷头组件的安装和拆卸，转套与喷头间的间隙足够小来保证熔融状态的物料不会影响其转动。混合完成的物料在从喷嘴挤出后，由于微型搅拌棒足够细，不会有过多的残余物料在其上面；锥形混合腔加工足够小使物料既能混合及时又不影响单点配色精度。

2、喷头采用电阻丝和激光并行加热的方式，电阻丝加热器为喷头整体提供主要热量，使进料组件送入的物料在喷头内熔化；3D打印机喷头存在温度不均的现象，采用激光对混合腔内的物料进行局部加热，保证混合腔内物料温度的合理和准确性。激光加热器同时具有温度测量和自动控制功能，在混合腔内没有物料时，激光加热器不工作以免烧伤打印件；在喷头的底部安装圆柱形透明的耐热玻璃堵住通孔，防止物料堵住通孔，同时不影响激光辅助加热。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为喷头的立体图；

图3为喷头的剖视图；

图4为喷头以及转套的部分剖视图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～4，本发明一种彩色3D打印机挤出喷头，包括小齿轮1、大齿轮2、喷头3、耐热玻璃4、微型搅拌棒5、转套6、弹性挡圈7、电阻丝加热器8、螺柱I 9、水冷管10、喉管11、进料组件I 12、螺柱II 13、激光加热器14、激光头15、进料组件II 16、进料组件III 17、测温器18、电机支架19、步进电机20、锥形混合腔21，喷头3中设置有通孔22，流道I 23，环形槽24，流道II 25，流道III 26。

所述的进料组件I～III、电机支架19和电阻丝加热器8安装在旋转混合式喷头组件上，激光加热器14安装电机支架19上。电机支架19与旋转混合式喷头组件通过螺柱I 9连接；进料组件I～III与旋转混合式喷头组件通过螺纹连接；激光加热器14与电机支架19通过之间的螺柱II 13连接；喷头3中的物料采用电阻丝和激光并行加热方式。

所述的进料组件I 12，该组件为导管型进料组件，所选的3D打印物料为线型耗材，为了防止线型耗材由于受热膨胀而堵住喉管11，采用水冷管10对喉管11进行散热处理。

所述旋转混合式喷头组件，包括小齿轮1、大齿轮2、喷头3、转套6、弹性挡圈7、微型搅拌棒5和耐热玻璃4；转套6为剖分式且分为2部分，转套6安装在喷头3上并通过转套6上的环形凸起定位，转套6可绕着喷头3旋转；大齿轮2通过弹性挡圈7安装在转套6上，步进电机20通过小齿轮1和大齿轮2带动转套6绕着喷头3的轴线旋转。

所述旋转混合式喷头组件，喷头3的材料为黄铜，电阻丝加热器8安装在喷头3的凹槽内，喷头3主要通过环形电阻丝加热器8加热，喷头3周围均布的三个测温器18测量喷头3温度以实现对温度的控制；喷头3内加工有流道I23、流道II 25、流道III 26。彩色3D打印机挤出喷头工作时，电阻丝加热器8对喷头3进行预热并通过测温18监测喷头3的温度，预热后红、黄、蓝三种颜色线型物料由进料组件I～III输送到喷头3内，物料在喷头3内熔化并通过流道I～III进入到喷头3与转套6之间的锥形混合腔21内，转套6上安装有微型搅拌棒5，转套6转动带动微型搅拌棒5使物料充分混合，均匀混合后的物料经转套6中的喷嘴挤出，调节三种颜色物料的进料速度可使喷嘴挤出多种颜色，锥形混合腔21的空间足够小以保证单点配色精度。

所述喷头，在喷头3沿轴线加工有通孔22，激光加热器14的激光头15发出的光束经由该通孔22对锥形混合腔内21的物料进行辅助加热，激光加热器15同时具有温度测量和自动控制功能，根据反馈的信息调节激光的强度，以使锥形混合腔内21的物料处于适宜的温度，在锥形混合腔21内没有物料时，激光加热器15只开启测量温度功能以免烧伤打印件；在喷头3的底部安装圆柱形透明的耐热玻璃4堵住通孔22，防止物料堵住通孔22，同时不影响激光辅助加热。

本发明进料组件、电机支架和电阻丝加热器安装在旋转混合式喷头组件上，激光加热器安装电机支架上。电机支架与旋转混合式喷头组件通过螺柱I连接；进料组件与旋转混合式喷头组件通过螺纹连接；激光加热器与电机支架通过之间的螺柱II连接；物料采用电阻丝和激光并行加热方式。

所述的进料组件，该组件为导管型进料组件，所选的3D打印物料为线型耗材，为了防止线型耗材由于受热膨胀而堵住喉管，采用水冷管对喉管进行散热处理。

所述旋转混合式喷头组件，包括小齿轮、大齿轮、喷头、转套、弹性挡圈、微型搅拌棒和耐热玻璃；转套为剖分式且分为2部分，转套安装在喷头上并通过转套上的环形凸起定位，转套可绕着喷头旋转；大齿轮通过弹性挡圈安装在转套上，步进电机通过小齿轮和大齿轮带动转套绕着喷头的轴线旋转。

所述旋转混合式喷头组件，喷头的材料为黄铜，电阻丝加热器安装在喷头的凹槽内，喷头主要通过环形电阻丝加热器加热，喷头周围均布的三个测温器测量喷头温度以实现对温度的控制；喷头内加工有三个流道，红、黄、蓝三种颜色物料由进料组件输送到喷头内，物料在喷头内熔化并通过流道进入到喷头与转套之间的锥形混合腔内，转套上安装有微型搅拌棒，转套转动带动微型搅拌棒使物料充分混合，均匀混合后的物料经喷嘴挤出，调节三种颜色物料的进料速度可使喷嘴挤出多种颜色，锥形混合腔的空间足够小以保证单点配色精度。

所述喷头，在喷头沿轴线加工有通孔，激光加热器的激光头发出的光束经由该通孔对锥形混合腔内的物料进行辅助加热，激光加热器同时具有温度测量和自动控制功能，在混合腔内没有物料时，激光加热器只开启测量温度的功能以免烧伤打印件；在喷头的底部安装圆柱形透明的耐热玻璃堵住通孔，防止物料堵住通孔，同时不影响激光辅助加热。

所述电机支架，电机支架通过螺柱I安装在喷头上，激光加热器通过螺柱II安装在电机支架上。

进料组件、电机支架19和电阻丝加热器8安装在旋转混合式喷头组件上，激光加热器14安装电机支架19上。电机支架19与旋转混合式喷头组件通过螺柱I9连接；进料组件与旋转混合式喷头组件通过螺纹连接；激光加热器14与电机支架19通过之间的螺柱II 13连接；物料采用电阻丝和激光并行加热方式。

转套6为剖分式且分为2部分，转套6安装在喷头3上并通过转套6上的环形凸起定位，步进电机20带动小齿轮1和大齿轮2转动，转套6通过大齿轮带动2绕着喷头3的轴线旋转，大齿轮2通过弹性挡圈7安装在转套6上。

旋转混合式喷头组件装配后，喷头3与转套6之间的空间为锥形混合腔，该锥形混合腔很小以保证出丝的颜色精度，喷头3内均布3个流道，进料组件I 12、II 16、III 17中的物料通过加热变为液态后，通过3个流道进入到锥形混合腔内。

转套6上安装有多个微型搅拌棒5，转套6带动微型搅拌棒5实现对锥形混合腔内的物料的搅拌。

喷头3具有沿轴线的通孔结构，激光加热器14的激光头15发出的光束经由该通孔对锥形混合腔内的物料进行辅助加热，在喷头3的底部安装圆柱形透明的耐热玻璃4堵住通孔，防止物料堵住通孔，喷头3上均布3个测温器18，用以测量喷头3的温度。

电阻丝加热器8为环形结构以便于激光束通过，电阻丝加热器6加热喷头3以熔化喷头3中的物料。

进料组件I 12中的喉管11安装在喷头3上，水冷管1安装在喉管11上。

电机支架19通过螺柱I9安装在喷头3上，激光加热器14通过螺柱II 13安装在电机支架19上。