本發(fā)明涉及一種線陣噴射式fdm三維打印噴頭及打印方法，特別涉及一種fdm三維打印機(jī)線陣噴射式噴頭設(shè)計(jì)，屬于快速成型與三維打印機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

fdm（fuseddepositionmanufacturing）于1988年由美國(guó)科特克魯姆普發(fā)明，是一種將塑料線材送入打印頭融化，經(jīng)打印頭頭部0.1~0.4mm的小孔擠出后，在工作臺(tái)上按計(jì)算機(jī)指令控制的路徑采用熔塑細(xì)線填充的方式，實(shí)現(xiàn)三維物體的分層疊加成型。其中噴頭是實(shí)現(xiàn)熔積成型的關(guān)鍵部件，也是fdm三維打印機(jī)的核心，噴頭一般包括有原料進(jìn)給裝置、塑化裝置、噴嘴、進(jìn)料驅(qū)動(dòng)裝置與控制器；驅(qū)動(dòng)裝置為原料的添加和熔料的擠出提供驅(qū)動(dòng)力，保證熔料能順利通過(guò)噴嘴擠出，控制裝置則控制物料的加入速度并控制加熱溫度，進(jìn)料裝置保證絲料或顆粒料能順利加入到料筒，塑化裝置保證物料均勻塑化，噴嘴是物料熔體流經(jīng)的最后通道。

自fdm技術(shù)發(fā)明以來(lái)，基本堆積成型原理與噴頭基本構(gòu)型幾無(wú)變化，如附圖1所示，熔體均經(jīng)過(guò)小孔噴射而出，擠出料呈現(xiàn)為高溫熔體細(xì)絲線形射流，射流直徑一般在0.1~0.4mm之間?？资絿婎^在工作臺(tái)上以軌跡填充的方式完成絲線對(duì)工件截面二維輪廓的掃描，實(shí)質(zhì)等價(jià)于點(diǎn)式圖案填充，填充速度取決于噴頭的機(jī)械運(yùn)動(dòng)速度和小孔出絲的流速。由于三維打印精度與熔體細(xì)線直徑、流速的矛盾，fdm的造型速度低下。一般精度要求下，每24小時(shí)能夠擠出的最大熔體體積不超過(guò)36毫升，這就決定了fdm三維打印并不適合打印大型制件，或者精度較低不能打印復(fù)雜的物體。

fdm噴頭的改進(jìn)主要集中在進(jìn)料方式、噴頭絲材顏色的增加、噴頭數(shù)量等方面，其出絲方式全部是小孔出絲。美國(guó)專利“multicoloredfuseddepositionmodelingprint”（us9283714b2）公開了一種彩色fdm噴頭設(shè)計(jì)方案與染色出絲原理，在原料絲進(jìn)入噴頭之前進(jìn)行染色，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)彩色三維打印；中國(guó)實(shí)用新型專利“三維打印裝置的噴頭結(jié)構(gòu)”（201620114545.x）是通過(guò)齒圈上設(shè)置不同尺寸孔洞的方式，可根據(jù)成型對(duì)象的部位或打印面積大小來(lái)選擇不同孔徑的噴頭；實(shí)用新型專利“一種三維打印高速精密定量噴頭”（201520656239.4）是打印針在電磁鐵的吸引下以活塞運(yùn)動(dòng)的形式，實(shí)現(xiàn)精密小量液體的小孔噴射；實(shí)用新型專利“一種可調(diào)擠出流量的三維打印機(jī)噴頭”（201520336155.2）是在噴頭端部噴口截面設(shè)置為長(zhǎng)方形，同時(shí)在噴嘴側(cè)面設(shè)置截面為t型的噴嘴活塞槽，通過(guò)活塞槽中活塞的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)方形出口截面面積的動(dòng)態(tài)調(diào)整，實(shí)質(zhì)上依然是單出口的孔式噴頭，雖然能夠通過(guò)薄帶式噴射提高截面填充效率，但噴出的平薄料帶橫截面為實(shí)心狹長(zhǎng)矩形，噴頭本身在轉(zhuǎn)彎路徑位置也必須同時(shí)旋轉(zhuǎn)，保持噴出的料帶始終與軌跡切線方向垂直，即噴頭仍然需要按照工件截面輪廓的直線/曲線填充軌跡完成總長(zhǎng)度和耗時(shí)巨大的復(fù)雜軌跡運(yùn)動(dòng)；實(shí)用新型專利“快速成形系統(tǒng)的擠壓噴頭結(jié)構(gòu)”（98219118.9）公開了一種在噴嘴小孔位置設(shè)置溢流閥的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)噴嘴內(nèi)部熔體壓力穩(wěn)定。

上述公開的現(xiàn)有技術(shù)，其fdm噴頭與噴射成型原理均存在如下不足之處：1、小孔噴射熔體，完成二維截面形狀的點(diǎn)式填充，噴孔流量極為有限，直接帶來(lái)了精度與效率的矛盾，是fdm三維打印技術(shù)的關(guān)鍵缺陷之源；2、依賴于噴頭尖端的點(diǎn)式軌跡掃描完成實(shí)體造型，噴頭實(shí)際運(yùn)行軌跡總長(zhǎng)度極其巨大，運(yùn)行時(shí)間極為冗長(zhǎng)；3、單位時(shí)間出料速度有限，不能適合進(jìn)行大尺寸構(gòu)件的打印需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是針對(duì)背景技術(shù)所述不足，設(shè)計(jì)一種線陣噴射式fdm三維打印噴頭及打印方法的實(shí)現(xiàn)方案，實(shí)現(xiàn)高速fdm三維打印；是通過(guò)薄片堵針陣列限制fdm三維打印機(jī)扁平噴頭噴射出的射流瞬時(shí)分布，使得出射射流呈空隙位置任意可控的扁平梳狀，實(shí)現(xiàn)扁平連續(xù)射流在每層圖案沉積過(guò)程中的形狀變化，fdm噴嘴的每一次直線運(yùn)動(dòng)都能沉積出設(shè)定寬度的條帶式圖案形狀，噴嘴在當(dāng)前條帶相鄰位置的回程直線運(yùn)動(dòng)中，噴射沉積下一條圖案形狀，如此多次往復(fù)拼接出工件在任意高度位置截面的完整圖案，多層圖案的不斷堆積，完成三維打印制件的制作。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種線陣噴射式fdm三維打印噴頭，包括：噴頭進(jìn)料嘴（1）、噴頭主體、加熱棒（6）和測(cè)溫探頭（7）；所述噴頭主體包括位于左側(cè)的固定噴嘴（9）和位于右側(cè)的可控噴嘴；所述噴頭進(jìn)料嘴（1）旋接在固定噴嘴（9）的上方，所述加熱棒（6）和測(cè)溫探頭（7）設(shè)置在固定噴嘴（9）內(nèi)部；其特征在于：

所述可控噴嘴包括：噴頭掩模（2）、薄片式堵針陣列（5）、堵針壓力調(diào)整塊（3），還包括：堵針陣列驅(qū)動(dòng)裝置（4）；

所述薄片式堵針陣列（5）由疊合在一起的m片薄片堵針組成，每一薄片堵針的形狀相同、厚度相等或者是不等，各薄片堵針上有：拉桿（5.1）、振動(dòng)桿（5.2）、預(yù)壓彈簧針（5.3）、柔性連桿（5.4）、堵針頭部（5.5）、掛鉤凸出部（5.6）六個(gè)部位；所述拉桿（5.1）是位于振動(dòng)桿（5.2）右側(cè)垂直向上延伸的細(xì)長(zhǎng)條；所述柔性連桿（5.4）位于振動(dòng)桿（5.2）左側(cè)垂直向上延伸，柔性連桿（5.4）上部是所述掛鉤凸出部（5.6）；所述預(yù)壓彈簧針（5.3）是位于振動(dòng)桿（5.2）中部向上延伸的端部有彎頭的細(xì)長(zhǎng)條；所述堵針頭部（5.5）位于振動(dòng)桿（5.2）的左下側(cè)；柔性連桿（5.4）的與所述振動(dòng)桿（5.2）之間的轉(zhuǎn)折部位設(shè)有過(guò)渡圓角（5.7）；

所述噴頭掩模（2）通過(guò)堅(jiān)固件與固定噴嘴（9）鎖緊；所述噴頭掩模（2）內(nèi)加工有堵針掛扣槽，所述薄片式堵針陣列（5）的各薄片堵針的掛鉤凸出部（5.6）嵌入噴頭掩模（2）的堵針掛扣槽中，并與噴頭掩模（2）緊配合；所述柔性連桿（5.4）的背面緊貼噴頭掩模（2），所述過(guò)渡圓角（5.7）與噴頭掩模（2）相應(yīng)部位圓角之間呈間隙配合；

所述薄片式堵針陣列（5）中，所有堵針頭部（5.5）的直立面外側(cè)與固定噴嘴（9）之間構(gòu)成一個(gè)扁平空腔（9.1），所述扁平空腔（9.1）的下部是呈狹長(zhǎng)窄縫狀的噴嘴，所述狹長(zhǎng)窄縫的長(zhǎng)度是噴頭一次噴射成型的最大寬度，狹長(zhǎng)窄縫的寬度限定了噴頭噴射物料的厚度；每一薄片堵針的厚度是fdm打印最小橫向分辨率；

所述堵針壓力調(diào)整塊（3）通過(guò)緊固件固連在噴頭掩模（2）上，堵針壓力調(diào)整塊（3）下端抵住預(yù)壓彈簧針（5.3）的彎頭，堵針壓力調(diào)整塊（3）的位置上下可調(diào)；

所述堵針陣列驅(qū)動(dòng)裝置（4）與每一薄片堵針的拉桿（5.1）連接，堵針陣列驅(qū)動(dòng)裝置（4）用于拉動(dòng)各薄片堵針的振動(dòng)桿（5.2）以過(guò)渡圓角（5.7）為中心，繞噴頭掩模（2）的左下角邊緣小角度擺動(dòng)，振動(dòng)桿（5.2）拉動(dòng)堵針頭部（5.5）前后擺動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)噴嘴處的窄縫張開或關(guān)閉。

如上所述一種線陣噴射式fdm三維打印噴頭，其特征在于：所述堵針陣列驅(qū)動(dòng)裝置（4）用于驅(qū)動(dòng)每一片薄片堵針的堵針頭部（5.5）按控制指令要求獨(dú)立的前后擺動(dòng)，進(jìn)一步地，控制所述呈窄縫狀的噴嘴中對(duì)應(yīng)位置的物料噴射或關(guān)閉；堵針陣列驅(qū)動(dòng)裝置（4）是：壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)裝置、或者是音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置、或者是直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置、或者是電磁鐵驅(qū)動(dòng)裝置中的一種。

如上所述一種線陣噴射式fdm三維打印噴頭，其特征在于：所述固定噴嘴（9）的噴嘴出口處布置有一個(gè)小斜面，所述小斜面與堵針頭部（5.5）配合，用于關(guān)閉噴嘴對(duì)應(yīng)位置的物料噴射。

如上所述一種線陣噴射式fdm三維打印噴頭，其特征在于：所述薄片式堵針陣列（5）中，薄片堵針的片數(shù)m值≥3。

如上所述一種線陣噴射式fdm三維打印噴頭，其特征在于：所述薄片式堵針陣列（5）中，每一薄片堵針的厚度優(yōu)選值為0.1~0.4mm。

如上所述一種線陣噴射式fdm三維打印噴頭，其特征在于：所述薄片式堵針陣列（5）中，每一薄片堵針的厚度相同，或者是各不相同。

一種線陣噴射式fdm三維打印噴頭的打印方法，其特征在于：工作中，噴頭進(jìn)料嘴（1）向所述扁平內(nèi)腔（9.1）中連續(xù)輸送打印所需的熔融物料，扁平內(nèi)腔（9.1）中的噴射物料再通過(guò)呈窄縫狀的噴嘴向下噴出，熔融料從狹長(zhǎng)窄縫出口流出時(shí)，呈現(xiàn)空隙位置可控的梳式扁平射流，攤鋪在工作臺(tái)上沉積成設(shè)定圖案，形成3d打印材料的熔融堆積。

如上所述一種線陣噴射式fdm三維打印噴頭的打印方法，其特征在于：所述三維打印噴頭的窄縫狀噴嘴在熔融堆積成型過(guò)程中，是往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，噴嘴軌跡呈“幾”字型分布；每一次單向運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，窄縫狀噴嘴噴射出設(shè)定寬度的扁平薄片物料堆積成型，扁平薄片物料是連續(xù)噴射，或者是在指令控制下，控制薄片式堵針陣列（5）中每片堵針的位置進(jìn)行隨機(jī)噴射。

如上所述一種線陣噴射式fdm三維打印噴頭的打印方法，其特征在于：通過(guò)調(diào)整堵針壓力調(diào)整塊（3）的上下位置，實(shí)現(xiàn)各堵針頭部（5.5）相對(duì)于固定噴嘴（9）的預(yù)壓力大小的調(diào)整，當(dāng)任一薄片堵針未受到堵針陣列驅(qū)動(dòng)裝置（4）驅(qū)動(dòng)力作用時(shí)，位于窄縫狀噴嘴中的熔融物料不能向下噴射，反之，當(dāng)任一薄片堵針受到堵針陣列驅(qū)動(dòng)裝置（4）驅(qū)動(dòng)力作用時(shí)，位于窄縫狀噴嘴中的熔融物料向下噴射。

本發(fā)明有益效果是：

本發(fā)明通過(guò)薄片式堵針陣列限制fdm三維打印機(jī)扁平噴頭噴射出的射流瞬時(shí)分布，使得出射射流呈現(xiàn)空隙位置任意可控的扁平梳狀，實(shí)現(xiàn)扁平連續(xù)射流在每層圖案沉積過(guò)程中的形狀變化，fdm噴嘴的每一次直線運(yùn)動(dòng)都能沉積出特定寬度的條帶式圖案形狀，噴頭按“幾”字型軌跡做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，噴嘴在當(dāng)前條帶相鄰位置的回程直線運(yùn)動(dòng)中，噴射沉積下一條圖案形狀，如此多次往復(fù)拼接出工件在任意高度位置截面的完整圖案，多層圖案的不斷堆積，完成三維打印制件的制作。工作效率高，特別適合于打印大件物品。

附圖說(shuō)明

圖1是現(xiàn)有噴頭基本結(jié)構(gòu)及熔體經(jīng)小孔噴出示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例一種線陣噴射式fdm三維打印噴頭的工作過(guò)程示意圖；

圖3是本發(fā)明一種線陣噴射式fdm三維打印噴頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是圖3中a處放大圖；

圖5是本發(fā)明實(shí)施例一種線陣噴射式fdm三維打印噴頭噴嘴出口正面示意圖；

圖6是本發(fā)明實(shí)施例的單片薄片堵針外形示意圖。

附圖中的標(biāo)記說(shuō)明，圖2~圖6中：

1—噴頭進(jìn)料嘴，2—噴頭掩模，3—堵針壓力調(diào)整塊，4—堵針陣列驅(qū)動(dòng)裝置，5—薄片式堵針陣列，5.1—拉桿，5.2—振動(dòng)桿，5.3—預(yù)壓彈簧針，5.4—柔性連桿，5.5—堵針頭部，5.6—掛鉤凸出部，5.7—過(guò)渡圓角，6—加熱棒，7—測(cè)溫探頭，8—緊定螺栓，9—固定噴嘴，9.1—扁平內(nèi)腔，10—噴頭“幾”字型往復(fù)運(yùn)動(dòng)軌跡。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步說(shuō)明，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。本發(fā)明的下述實(shí)施例僅用于示例性說(shuō)明或解釋本發(fā)明的原理，而不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。此外，本發(fā)明所附權(quán)利要求旨在涵蓋落入所附權(quán)利要求范圍和邊界、或者這種范圍和邊界的等同形式在內(nèi)的全部變化和修改例。為了更清楚的進(jìn)行闡述，下述說(shuō)明省略了對(duì)眾所周知的裝置和方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

參見圖2～3，本發(fā)明一種線陣噴射式fdm三維打印噴頭，包括：噴頭進(jìn)料嘴1、噴頭主體、加熱棒6和測(cè)溫探頭7；所述噴頭主體包括位于左側(cè)的固定噴嘴9和位于右側(cè)的可控噴嘴；所述噴頭進(jìn)料嘴1旋接在固定噴嘴9的上方，所述加熱棒6和測(cè)溫探頭7設(shè)置在固定噴嘴9內(nèi)部。所述可控噴嘴包括：噴頭掩模2、薄片式堵針陣列5、堵針壓力調(diào)整塊3，還包括：堵針陣列驅(qū)動(dòng)裝置4。

加熱棒6和測(cè)溫探頭7用于加熱并控制噴頭主體工作時(shí)的溫度，本實(shí)施例中，利用熱傳導(dǎo)效應(yīng)維持整個(gè)噴頭部件保持190~250℃高溫；噴頭主體的維持溫度數(shù)值取決于熔體的物料性質(zhì)，通過(guò)溫控調(diào)節(jié)熔體粘度在恰當(dāng)范圍，例如對(duì)于abs材料，噴頭主體維持在200~210℃之間，對(duì)于pla材料，噴頭主體維持在190~200℃之間，以保持熔體的運(yùn)動(dòng)粘度在100pa?s左右。

本發(fā)明實(shí)施例中，所述薄片式堵針陣列5由疊合在一起的16片薄片堵針組成，每一薄片堵針的平面結(jié)構(gòu)形狀相同、厚度相同且優(yōu)選值為0.1~0.4mm，因此薄片式堵針陣列5的總寬度值為1.6~6.4mm，從結(jié)構(gòu)及功能上看，每一薄片堵針上各部位分別為：拉桿5.1、振動(dòng)桿5.2、預(yù)壓彈簧針5.3、柔性連桿5.4、堵針頭部5.5、掛鉤凸出部5.6；所述拉桿5.1是位于振動(dòng)桿5.2右側(cè)垂直向上延伸的細(xì)長(zhǎng)條；所述柔性連桿5.4位于振動(dòng)桿5.2左側(cè)垂直向上延伸，柔性連桿5.4上部是所述掛鉤凸出部5.6；所述預(yù)壓彈簧針5.3是位于振動(dòng)桿5.2中部向上延伸的端部有彎頭的細(xì)長(zhǎng)條；所述堵針頭部5.5位于振動(dòng)桿5.2的左下側(cè)，且堵針頭部5.5高度超出振動(dòng)桿上邊緣呈一小斜面；柔性連桿5.4的與所述振動(dòng)桿5.2之間的轉(zhuǎn)折部位設(shè)有過(guò)渡圓角5.7。

本發(fā)明實(shí)施例中，堵針頭部5.5超出振動(dòng)桿5.2的距離優(yōu)選值為1.5mm，振動(dòng)桿5.2部分保持一定高度提供足夠結(jié)構(gòu)剛性，本發(fā)明實(shí)施例中，振動(dòng)桿5.2高度優(yōu)選值為4.5mm，堵針頭部5.5相對(duì)于柔性連桿5.4的前端面呈斜面凸出，凸出角度優(yōu)選為75度；在堵針陣列驅(qū)動(dòng)裝置4無(wú)動(dòng)作的常態(tài)，堵針頭部5.5緊密貼合在噴頭主體的固定噴嘴9的出口邊緣，堵塞相應(yīng)位置的熔體流出通道；堵針的掛鉤凸出部5.6的掛鉤部位呈l型，嵌入到噴頭掩模2相應(yīng)的安裝槽口固定。柔性連桿5.4聯(lián)接著掛鉤凸出部5.6與堵針頭部5.5兩個(gè)部位，限定了堵針頭部5.5的運(yùn)動(dòng)軌跡；柔性連桿5.4部分的寬度設(shè)置得較窄而長(zhǎng)度設(shè)置得較長(zhǎng)，在該部位形成足夠的柔性，確保振動(dòng)桿5.2在相對(duì)較小的驅(qū)動(dòng)力作用下，能夠繞噴頭掩模2配合面的邊緣作來(lái)回?cái)[動(dòng)運(yùn)動(dòng)，打開或關(guān)閉當(dāng)前薄片堵針在該位置的射流噴射，柔性連桿5.4部位寬度的優(yōu)選值0.5mm，長(zhǎng)度的優(yōu)選值為8mm；柔性連桿5.4的內(nèi)端面在打印材料熔體高壓作用下與噴頭掩模2產(chǎn)生緊密貼合，在柔性連桿5.4與堵針頭部5.5的接合位置，設(shè)有一個(gè)半徑為0.8mm的過(guò)渡圓角5.7，薄片堵針的振動(dòng)桿5.2部位與噴頭掩模2之間存在著楔形間隙，振動(dòng)桿5.2以過(guò)渡圓角5.7相鄰的柔性連桿5.4緊接位置點(diǎn)為近似回轉(zhuǎn)中心，作微小振幅的上下擺動(dòng)，直到向后為噴頭掩模2配合的楔形限制面所限定，或者向前為固定噴嘴9的噴口邊緣配合面所限定，在擺動(dòng)過(guò)程中，堵針頭部5.5或者向后打開0.1mm的噴口開度，或者回復(fù)正常位置關(guān)閉噴口。

如圖3和圖6所示，薄片堵針中間部位設(shè)有一預(yù)壓彈簧針5.3，預(yù)壓彈簧針5.3的針腳抵住圖3中堵針壓力調(diào)整塊3的下沿，為堵針頭部5.5提供向前的閉合壓力，當(dāng)扁平內(nèi)腔9.1中存在高壓熔體時(shí)，平衡高壓熔體對(duì)堵針頭部5.5造成的打開噴頭開口的1.5~40mpa壓力，熔體壓力的取值主要依熔體材料本身的物理特性而有所不同，以某型abs材料為例，在200℃時(shí)優(yōu)選值可以取為9~10mpa，在210℃時(shí)可以取為7~8mpa；堵針壓力調(diào)整塊3的位置設(shè)置總是使得高壓熔體壓力略小于預(yù)壓彈簧針5.3提供的預(yù)壓力，兩種壓力的差值在10%~15%倍左右的熔體壓力，即預(yù)壓彈簧針5.3處的預(yù)壓力引起的堵針頭部5.5與固定噴嘴9端配合面的前向壓強(qiáng)等于1.10~1.15倍左右的熔體維持壓力，從而在拉桿5.1傳遞來(lái)的薄片堵針驅(qū)動(dòng)力為零的情形下，可靠地堵塞噴口對(duì)應(yīng)薄片堵針寬度的射流出口。

薄片堵針尾部設(shè)有拉桿5.1，拉桿5.1的上端與堵針陣列驅(qū)動(dòng)裝置4相聯(lián)接，拉桿5.1用于傳遞堵針陣列驅(qū)動(dòng)裝置4提供的向上拉力，與噴頭扁平內(nèi)腔9.1內(nèi)熔體壓力一起，共同將預(yù)壓彈簧針5.3進(jìn)一步壓縮，從而使得薄片堵針的振動(dòng)桿5.2向后發(fā)生微小角度的轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)一步使得堵針頭部5.5向后方旋轉(zhuǎn)，打開噴頭射流出口。薄片堵針振動(dòng)桿5.2部分在拉桿5.1提供的拉力與預(yù)壓彈簧針5.3提供的回復(fù)力共同作用下，產(chǎn)生高頻隨機(jī)振動(dòng)，使得堵針頭部5.5能夠在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)刻打開或者關(guān)閉噴頭射流某特定位置上特定寬度的噴射，實(shí)現(xiàn)空隙隨機(jī)可控的扁平梳式射流。

每一根薄片堵針互相緊密并排貼合，由于堵針掛鉤凸出部5.6嵌入堵針掛扣槽內(nèi)，所有堵針柔性連桿5.4的前端面嚴(yán)格齊平，與固定噴嘴9相對(duì)的平面共同圍出容納熔體的扁平內(nèi)腔9.1，扁平內(nèi)腔9.1呈狹長(zhǎng)窄縫形狀，窄縫高度優(yōu)選值為10mm，窄縫縫寬優(yōu)選值為0.1mm，窄縫的橫向開口長(zhǎng)度等于打印噴頭的最大射流寬度，在本實(shí)施例中取為6.4mm時(shí)，對(duì)應(yīng)16片薄片堵針，每片堵針厚度0.4mm；打印原料熔體由噴頭進(jìn)料嘴1的小孔注入噴頭扁平內(nèi)腔9.1，保持1.5~40mpa的維持壓力，經(jīng)過(guò)10mm扁平內(nèi)腔9.1后，由0.1mm窄縫開口噴射到工作臺(tái)面或工件表面沉積出特定圖案。由圖3、圖4可知，所述窄縫的長(zhǎng)度是噴頭一次噴射成型的最大寬度，窄縫的寬度限定了噴頭噴射物料的厚度；每一薄片堵針的厚度是fdm打印最小橫向分辨率。

本發(fā)明一種線陣噴射式fdm三維打印噴頭進(jìn)行打印作業(yè)時(shí)，堵針陣列5最邊緣的兩片薄片堵針，即位置最外層的薄片堵針為靜止堵針，工作中保持靜止與側(cè)向密封墊配合以便實(shí)現(xiàn)良好的噴嘴出口側(cè)向密封；針對(duì)16片0.4mm厚度堵針組成的堵針陣列5，打印噴頭的噴嘴呈梳式扁平射流的理論有效寬度為5.6mm，對(duì)應(yīng)14片活動(dòng)薄片堵針。活動(dòng)薄片堵針在堵針陣列驅(qū)動(dòng)裝置4的作用下可以在14個(gè)位置點(diǎn)上，實(shí)現(xiàn)任意0.4mm寬度的射流噴射控制，結(jié)合打印噴頭的勻速直線運(yùn)動(dòng)，一次沉積出5.6mm寬度的扁平熔體圖案條帶。在打印噴頭扁平內(nèi)腔9.1中維持10mpa情形下，對(duì)abs材料的噴射速度大約為6~7mm/s，打印噴頭每24小時(shí)實(shí)際噴射流量最高上限不小于330ml；若進(jìn)一步提升熔體壓力，對(duì)應(yīng)的熔體噴射速度也會(huì)等比例提高，相應(yīng)也必須提高打印噴頭本身的運(yùn)動(dòng)速度，打印噴頭在24小時(shí)內(nèi)可以噴射出的熔體體積也會(huì)相應(yīng)大幅增加。在本實(shí)施例中，每一條圖案條帶的橫向分辨率為0.4mm，等于每片薄片堵針的厚度，縱向分辨率取決于打印噴頭運(yùn)動(dòng)的實(shí)際速度與堵針陣列驅(qū)動(dòng)裝置4的最高振動(dòng)頻率。在打印噴頭運(yùn)動(dòng)速度為10mm/s，堵針陣列驅(qū)動(dòng)裝置4的最高振動(dòng)頻率為100hz情形下，噴頭射流沉積出的圖案條帶的縱向分辨率為0.1mm。

在本發(fā)明實(shí)施例中，堵針陣列5噴射出的熔體扁平射流最大寬度5.6mm，按每0.4mm的橫向分辨率和0.1mm的縱向分辨率，空隙位置梳式可控的扁平熔融射流在工作臺(tái)面或工件截面上沿線陣噴頭的直線運(yùn)動(dòng)方向沉積出特定的工件截面圖案；線陣噴頭每次偏移一個(gè)噴嘴窄縫出口寬度做連續(xù)往復(fù)直線噴射，完成一個(gè)完整工件截面圖案的材料沉積，隨后線陣噴嘴升高一個(gè)沉積截面圖案的單位高度，或者沉積截面圖案下降一個(gè)單位高度，開始下一層截面圖案的材料沉積，連續(xù)完成所有高度層截面圖案沉積之后，即實(shí)現(xiàn)了線陣噴射式的fdm三維打印全過(guò)程。

本發(fā)明通過(guò)薄片式堵針陣列限制fdm三維打印機(jī)扁平噴頭噴射出的射流瞬時(shí)分布，使得出射射流呈現(xiàn)空隙位置任意可控的扁平梳狀，實(shí)現(xiàn)扁平連續(xù)射流在每層圖案沉積過(guò)程中的形狀變化，fdm噴嘴的每一次直線運(yùn)動(dòng)都能沉積出特定寬度的條帶式圖案形狀，噴頭按“幾”字型軌跡10做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，噴嘴在當(dāng)前條帶相鄰位置的回程直線運(yùn)動(dòng)中，噴射沉積下一條圖案形狀，如此多次往復(fù)拼接出工件在任意高度位置截面的完整圖案，多層圖案的不斷堆積，完成三維打印制件的制作。工作效率高，特別適合于打印大件物品。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“中心”、“縱向”、“橫向”、“長(zhǎng)度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內(nèi)”、“外”、“順時(shí)針”、“逆時(shí)針”、“軸向”、“徑向”、“周向”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

此外，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括至少一個(gè)該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個(gè)”的含義是至少兩個(gè)，例如兩個(gè)，三個(gè)等，除非另有明確具體的限定。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”、“固連”等術(shù)語(yǔ)應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通或兩個(gè)元件的相互作用關(guān)系，除非另有明確的限定。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接觸，或第一和第二特征通過(guò)中間媒介間接接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。