本實(shí)用新型涉及3D打印技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于定點(diǎn)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)盤裝置的節(jié)能型混色3D打印噴頭。

背景技術(shù)：

3D打印所代表的FDM增材制造已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)“工業(yè)4.0智能制造”的重要推動(dòng)力，國(guó)家近年來(lái)大力扶持3D打印相關(guān)的創(chuàng)業(yè)科研項(xiàng)目。同時(shí)，3D打印也暴露出能耗過(guò)大、耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)、材質(zhì)單一等問(wèn)題，3D打印所使用的材料熔點(diǎn)普遍都在二百攝氏度以上，若打印時(shí)間過(guò)長(zhǎng)將帶來(lái)嚴(yán)重的能源損耗和機(jī)械磨損。

針對(duì)上述問(wèn)題，目前德國(guó)工程師Cem Schnitzler研發(fā)的獨(dú)特設(shè)計(jì)讓擠壓機(jī)頭部能夠旋轉(zhuǎn)，讓熱纖維絲與不同類型的打印噴頭相結(jié)合，從而制作不同口徑的3D打印制品。通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)和滑輪系統(tǒng)控制著噴頭的位置，能夠轉(zhuǎn)向適當(dāng)?shù)臄D壓機(jī)。但他的想法僅限于同種材料用不同型號(hào)的噴頭打印，并不能實(shí)現(xiàn)不同材料的"交替彩色打印。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是解決目前3D打印技術(shù)能耗大、效率低，材質(zhì)以及色彩單一的問(wèn)題，提供一種節(jié)能型的混色3D打印噴頭。

為實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的而采用的技術(shù)方案是這樣的，一種基于定點(diǎn)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)盤裝置的節(jié)能型混色3D打印噴頭，包括轉(zhuǎn)盤和噴頭。

所述噴頭為三進(jìn)一出混色噴頭。所述噴頭包括銅噴嘴、三個(gè)散熱管、加熱棒、擋風(fēng)板、三根喉管和熱敏電阻。

所述銅噴嘴的表面包覆著一層陶瓷纖維。所述銅噴嘴呈錐狀，其下部的尖端為出料口，其上部表面設(shè)置有三個(gè)進(jìn)料口、圓形盲孔Ⅰ和圓形盲孔Ⅱ。這三個(gè)進(jìn)料口分別與出料口之間形成進(jìn)料通道。每個(gè)進(jìn)料口的內(nèi)壁刻有一段螺紋。所述圓形盲孔Ⅰ位于銅噴嘴的軸線上。

所述加熱棒安裝在圓形盲孔Ⅰ內(nèi)。所述熱敏電阻安裝在圓形盲孔Ⅱ內(nèi)。所述加熱棒和熱敏電阻分別通過(guò)導(dǎo)線連接電源。三個(gè)散熱管分別通過(guò)一根喉管與一個(gè)進(jìn)料口連通。所述喉管的下端通過(guò)螺紋連接在進(jìn)料口內(nèi)，上端嵌入至散熱管的內(nèi)孔中。這三個(gè)散熱管的上端分別連接輸送不同顏色材料的導(dǎo)料管。所述擋風(fēng)板固定在銅噴嘴 的上方。

所述噴頭安裝在轉(zhuǎn)盤上。所述轉(zhuǎn)盤繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，且轉(zhuǎn)盤上具有若干個(gè)球形卡槽，這些球形卡槽分布在同一圓周上。所述轉(zhuǎn)盤還包括一個(gè)定位鋼珠，該定位鋼珠的一側(cè)與彈簧接觸，另一側(cè)與球形卡槽所在的圓周表面接觸。當(dāng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，彈簧推動(dòng)定位鋼珠落入球形卡槽對(duì)轉(zhuǎn)盤進(jìn)行限位，繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤使得定位鋼柱滑離球形卡槽。

進(jìn)一步，三個(gè)進(jìn)料口均勻分布在銅噴嘴的上表面，它們相互之間所對(duì)應(yīng)的圓心角為120°。

進(jìn)一步，所述轉(zhuǎn)盤上還安裝有不同尺寸精度的其他噴頭。

進(jìn)一步，所述圓形盲孔Ⅰ的底部距離銅噴嘴的出料口3mm。

本實(shí)用新型具有如下的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：

1、在打印過(guò)程中針對(duì)打印的材料要求自由更換打印噴頭。轉(zhuǎn)盤式設(shè)計(jì)使多種材料交替打印成為可能，讓不同材料的熱纖維絲與不同類型的打印噴頭相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)不同顏色材料混合的“彩色打印”。

2、同種材料，針對(duì)不同部位的打印要求更換不同尺寸精度的噴頭。直徑小的噴頭為細(xì)致的部位擠出纖薄的纖維絲，粗大的噴頭在進(jìn)行填充打印時(shí)進(jìn)行高效填充。這樣既提高了精細(xì)部位的打印精度，又大大減少了3D打印填充時(shí)間，從而節(jié)約了加熱熔化材料所需要的電能，并減少了熱量耗散帶來(lái)的機(jī)械磨損以及材料內(nèi)部熱預(yù)應(yīng)力的產(chǎn)生。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型噴頭的示意圖；

圖2為圖1的仰視示意圖；

圖3為本實(shí)用新型的銅噴嘴的正視圖；

圖4為從另一角度觀測(cè)圖3時(shí)的向視圖；

圖5為本實(shí)用新型的銅噴嘴的俯視圖；

圖6為散熱管的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本實(shí)施例中轉(zhuǎn)盤的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本實(shí)用新型安裝于prusa i3 3D打印機(jī)上的示意圖；

圖9為本實(shí)用新型安裝于并聯(lián)臂3D打印機(jī)上的示意圖。

圖中：銅噴嘴1、散熱管2、加熱棒3、擋風(fēng)板4、喉管5、轉(zhuǎn)盤 6、噴頭7。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明，但不應(yīng)該理解為本實(shí)用新型上述主題范圍僅限于下述實(shí)施例。在不脫離本實(shí)用新型上述技術(shù)思想的情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識(shí)和慣用手段，做出各種替換和變更，均應(yīng)包括在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。

參見(jiàn)圖1至圖6，本實(shí)施例提供一種基于定點(diǎn)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)盤裝置的節(jié)能型混色3D打印噴頭，包括轉(zhuǎn)盤6和噴頭7。所述噴頭7為三進(jìn)一出混色噴頭。所述噴頭7包括銅噴嘴1、三個(gè)散熱管2、加熱棒3、擋風(fēng)板4、三根喉管5和熱敏電阻；

所述銅噴嘴1的表面包覆著一層陶瓷纖維，陶瓷纖維可以保證熱量的儲(chǔ)存，節(jié)約能源。所述銅噴嘴1呈錐狀，其下部的尖端為出料口101，其上部表面設(shè)置有三個(gè)進(jìn)料口102、圓形盲孔Ⅰ103和圓形盲孔Ⅱ104。這三個(gè)進(jìn)料口102分別與出料口101之間形成進(jìn)料通道，即進(jìn)料通道有三個(gè)，最終都通過(guò)出料口101排出。其中，三個(gè)進(jìn)料口102均勻分布在銅噴嘴1的上表面，它們相互之間所對(duì)應(yīng)的圓心角為120°。每個(gè)進(jìn)料口102的內(nèi)壁刻有一段螺紋，這段螺紋用于連接喉管5。所述圓形盲孔Ⅰ103位于銅噴嘴1的軸線上，該圓形盲孔Ⅰ103用于安裝加熱棒3。

所述加熱棒3安裝在圓形盲孔Ⅰ103內(nèi)。需要說(shuō)明的是，所述圓形盲孔Ⅰ103的底部距離銅噴嘴的出料口101為3mm。常規(guī)3D打印機(jī)的加熱棒的長(zhǎng)度是20mm,在本實(shí)用新型中加熱棒3長(zhǎng)度為15mm。這樣既能盡量深埋入圓形盲孔103中，又能減少熱量散失，也可以防止散熱不良提前將耗材燒熔塌軟導(dǎo)致推進(jìn)無(wú)力、噴頭堵塞。

所述熱敏電阻安裝在圓形盲孔Ⅱ104內(nèi)。所述加熱棒3和熱敏電阻分別通過(guò)導(dǎo)線連接電源。三個(gè)散熱管2分別通過(guò)一根喉管5與一個(gè)進(jìn)料口102連通。所述喉管5的下端通過(guò)螺紋連接在進(jìn)料口102內(nèi)，上端嵌入至散熱管2的內(nèi)孔中。這三個(gè)散熱管2的上端分別連接輸送不同顏色材料的導(dǎo)料管。所述擋風(fēng)板4固定在銅噴嘴1的上方。本實(shí)用新型的噴頭7通過(guò)采取深埋加熱棒3、銅噴嘴1的上部增加擋風(fēng)板4、縮小銅嘴散熱面積等措施防止熱量散失并防止熱量擴(kuò)散 導(dǎo)致提前膨脹堵頭。

所述噴頭7安裝在轉(zhuǎn)盤6上。所述轉(zhuǎn)盤6繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，且轉(zhuǎn)盤6上具有若干個(gè)球形卡槽，這些球形卡槽分布在同一圓周上。所述轉(zhuǎn)盤6還包括一個(gè)定位鋼珠，該定位鋼珠的一側(cè)與彈簧接觸，另一側(cè)與球形卡槽所在的圓周表面接觸。當(dāng)轉(zhuǎn)盤6轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，彈簧推動(dòng)定位鋼珠落入球形卡槽對(duì)轉(zhuǎn)盤6進(jìn)行限位，繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤6使得定位鋼柱滑離球形卡槽。同時(shí)，所述轉(zhuǎn)盤6上還安裝有不同尺寸精度的單噴頭，這樣本實(shí)用新型的噴頭實(shí)現(xiàn)不同顏色的熔融混合，配合上單噴頭工作。

具體參見(jiàn)圖8和圖9，本實(shí)用新型分別用于prusa i3 3D打印機(jī)和并聯(lián)臂3D打印機(jī)，它們的工作方式相同，通過(guò)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤6來(lái)轉(zhuǎn)換打印噴頭，3D打印機(jī)就能夠在打印過(guò)程中自由更換打印噴頭與噴出材料，針對(duì)不同部位的打印要求更換不同尺寸精度的噴頭。直徑小的噴頭為細(xì)致的部位擠出纖薄的纖維絲，粗大的噴頭在進(jìn)行填充打印時(shí)進(jìn)行高效填充。這樣既提高了精細(xì)部位的打印精度，又大大減少了3D打印填充時(shí)間，從而節(jié)約了加熱熔化材料所需要的電能，并減少了熱量耗散帶來(lái)的機(jī)械磨損以及材料內(nèi)部熱預(yù)應(yīng)力的產(chǎn)生。

另外采用有限元分析軟件Comsol Multiphysics對(duì)本實(shí)用新型的噴頭進(jìn)行傳熱損耗分析，可以得知，熱源集中在加熱棒與銅嘴接觸之處。散熱管下部溫度較高、溫度梯度較大、散熱效率較高?？梢酝ㄟ^(guò)采取深埋加熱棒、在噴嘴上部增加擋風(fēng)板、縮小銅嘴散熱面積等措施防止熱量散失并防止熱量擴(kuò)散導(dǎo)致3D打印材料提前熔化導(dǎo)致堵塞噴頭。這樣的設(shè)計(jì)起到了真正減少熱量散失的作用。從圖中還可以看出，盡管銅嘴與熱源直接接觸，銅嘴的溫度并不會(huì)燒到特別高，一方面因?yàn)殂~嘴外表面散熱，另一方面因?yàn)轱L(fēng)扇和散熱管引導(dǎo)散熱，散熱的目的是為了防止3D打印材料提前在散熱管中燒熔堵塞噴頭。