出口尺寸可智能调控的3D打印喷头及其使用方法

摘要

本发明公开了一种出口尺寸可智能调控的3D打印喷头及其使用方法，所述3D打印喷头包括供料仓、活动连接件、侧向导轨、喷头、调节器及环形弹簧，所述喷头连接所述供料仓，所述活动连接件可转动地安装在所述喷头与所述供料仓的连接处，呈圆周均匀分布，所述侧向导轨粘接于所述喷头的外侧壁上，所述侧向导轨均匀分布，所述侧向导轨的顶部连接活动连接件，所述侧向导轨的上表面开设有导向滑槽，所述调节器包括调节支架与调节滑块，所述调节滑块安装于所述调节支架上，所述调节滑块安装于所述导向滑槽内，所述环形弹簧为圆环形安装于所述喷头的底部。本发明可以根据打印路径的复杂程度智能无级调整喷头出口尺寸，并对打印位置和材料挤出速度进行修正。

说明书

技术领域

本发明属于建筑3D打印技术领域，具体涉及一种出口尺寸可智能调控的3D打印喷头。

背景技术

挤出式3D打印技术在陶泥、水泥基材料、高分子材料等领域的3D打印中应用广泛，当前使用的基本为单喷头的打印方式，打印喷头的出口直径大小一定，若要调整喷头的出口直径，只能拿不同出口直径的喷头替换掉旧有喷头，这种方法不但会减慢打印效率还会造成打印材料的浪费。

不同的3D打印结构或同一3D打印结构的不同层，其打印路径不尽相同。简单的塑形路径或填充路径、支撑结构路径采用出口直径较大的喷头打印，可以在不影响整体外观质量的基础上提高打印效率；同一构件打印路径复杂度变化较大的，若选择较大的喷头出口直径，会造成复杂度较大部位误差较大，成品质量下降，若采用较小的喷头出口直径，虽然可以保证成品质量，却会造成打印时间的延长，打印效率的下降。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种出口尺寸可智能调控的3D打印喷头，本发明能够根据打印路径的复杂程度智能无级调整喷头出口尺寸，并对打印位置和材料挤出速度进行修正。此外，本发明还要提供一种出口尺寸可智能调控的3D打印喷头的使用方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的第一方面，提供一种出口尺寸可智能调控的3D打印喷头，包括供料仓、活动连接件、侧向导轨、喷头、调节器及环形弹簧，所述喷头是采用可伸缩材料制作而成的倒圆台形结构，所述喷头的大口径端连接所述供料仓，所述活动连接件可转动地安装在所述喷头与所述供料仓的连接处，所述活动连接件设置为多个并呈圆周均匀分布，所述侧向导轨粘接于所述喷头的外侧壁上，所述侧向导轨的个数与所述活动连接件的个数相同，所述侧向导轨沿所述喷头的侧壁均匀分布，所述侧向导轨的顶部连接所述活动连接件，所述侧向导轨的底部与所述喷头的底部齐平，所述侧向导轨的上表面沿所述侧向导轨的长度方向开设有导向滑槽，所述调节器包括调节支架与调节滑块，所述调节滑块固定安装于所述调节支架上，所述调节滑块可滑动地安装于所述导向滑槽内，所述环形弹簧安装于所述喷头的底部，所述环形弹簧与所述喷头同轴心。

作为优选的技术方案，所述环形弹簧设置为多个，至少一个环形弹簧镶嵌设置于所述喷头的底部，所述环形弹簧的内径大于同截面喷头的内径，所述环形弹簧的外径小于同截面喷头的外径。

作为优选的技术方案，所述导向滑槽的截面形状为倒T形，所述调节滑块的形状与所述导向滑槽的形状相匹配。

作为优选的技术方案，所述供料仓为圆筒形或圆台筒形，采用刚性材料制作而成，弹性模量不低于70GPa。

作为优选的技术方案，所述侧向导轨采用刚性材料制作而成，弹性模量不低于70GPa。

作为优选的技术方案，所述调节器采用刚性材料制作而成，弹性模量不低于70GPa。

本发明的第二方面，提供一种出口尺寸可智能调控的3D打印喷头的使用方法，包括以下步骤：

S1、打印过程中，控制系统实时监控打印路径，根据打印路径复杂度判断是否需要调整喷头尺寸，当打印路径复杂度没有变化时，继续执行步骤S1，当打印路径复杂度发生变化时，停止打印工作，执行步骤S2；

S2、控制系统根据打印路径复杂度计算喷头尺寸；

S3、控制系统根据喷头尺寸计算调节器的移动向量及喷头的高度向量，并控制电机按照计算的移动向量移动调节器，按照计算的高度向量移动喷头；

S4、控制系统根据喷头尺寸和打印参数计算耗材挤出速度；

S5、控制系统根据耗材挤出速度调整供料速度；

S6、继续打印工作，执行步骤S1。

作为优选的技术方案，当打印路径的复杂度减小，增大喷头的出口直径时，所述步骤S3包括以下步骤：

S31、控制系统根据喷头尺寸计算调节器的移动向量；

S32、控制系统根据调节器移动向量计算喷头高度向量；

S33、控制系统向电机发出指令，电机按照喷头高度向量修正喷头高度；

S34、控制系统向电机发出指令，电机按照调节器的移动向量移动调节器。

作为优选的技术方案，当打印路径的复杂度增大，减小喷头的出口直径时，所述步骤S3包括以下步骤：

S31、控制系统根据喷头尺寸计算调节器移动向量；

S32、控制系统向电机发出指令，电机按照调节器移动向量移动调节器；

S33、控制系统根据调节器移动向量计算喷头高度向量；

S34、控制系统向电机发出指令，电机按照喷头高度向量修正喷头高度。

作为优选的技术方案，所述步骤S3与步骤S4、步骤S5的执行顺序也可以是S4→S5→S3，也可同时进行。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明可以根据打印路径的复杂程度智能无级调整喷头出口尺寸，并对打印位置和材料挤出速度进行修正。

(2)本发明能够提升打印速度和打印质量，并且可以在现有打印机的基础上进行设计安装，对提升3D打印智能化程度具有显著作用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明出口尺寸可智能调控的3D打印喷头的主视图。

图2为本发明出口尺寸可智能调控的3D打印喷头的主透视图。

图3为本发明出口尺寸可智能调控的3D打印喷头的仰视图。

图4为本发明出口尺寸可智能调控的3D打印喷头的仰透视图。

图5为本发明调节器的结构示意图。

图6为本发明出口尺寸可智能调控的3D打印喷头使用方法流程图。

图7为本发明喷头出口尺寸调整流程图。

其中，附图标记具体说明如下：供料仓1、活动连接件2、侧向导轨3、喷头4、调节器5、环形弹簧6、调节支架51、调节滑块52。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图5所示，本实施例提供一种出口尺寸可智能调控的3D打印喷头，包括供料仓1、活动连接件2、侧向导轨3、喷头4、调节器5及环形弹簧6。喷头4为可伸缩材料，与供料仓1连接。活动连接件2安装在喷头4和供料仓1连接处的外侧，呈圆周均匀分布，可上下转动。侧向导轨3粘结在喷头4的侧壁上，围绕喷头4呈圆周均匀分布，侧向导轨3的上表面沿侧向导轨4的长度方向开设有导向滑槽，导向滑槽为倒“T”形，顶部安装在活动连接件2上，底部与喷头4下底面平齐，数量与活动连接件2相同，可以活动连接件2为中心做上下扇形运动。调节器5包括调节支架51与调节滑块52，调节滑块52固定安装于调节支架51上，调节滑块52为“T”形，可滑动地安装于导向滑槽内，环形弹簧6为圆环形安装于喷头4的底部，环形弹簧6与喷头4同轴心。

供料仓1为圆筒或圆台筒形，采用刚性材料加工而成，弹性模量不低于70GPa，下底面与喷头4上底面连接。喷头4为延展性较好的可伸缩性材料，呈倒圆台形壳层结构，出口形状为圆形。环形弹簧6与喷头4粘结紧密，内径大于同截面喷头4内径，外径小于同截面喷头4外径，可以保持喷头4出口的正圆形状；环形弹簧6的数量不小于1，至少有一个环形弹簧6镶嵌设置在喷头4的底部。侧向导轨3为刚性材料，弹性模量不低于70GPa。调节器5为刚性材料，弹性模量不低于70GPa，形状不固定，上下表面均平行于喷头4出口平面。侧向导轨3和调节滑块52的形状不唯一，侧向导轨3与调节滑块52相匹配，使得喷头4可在调节器5的带动下做开合运动。

实施例2

参考图1和图6，本实施提供一种出口尺寸可智能调控的3D打印喷头使用方法，包括以下步骤：

S1、打印过程中，控制系统实时监控打印路径，根据打印路径复杂度判断是否需要调整喷头4尺寸，当打印路径复杂度没有变化时，继续执行步骤S1，当打印路径复杂度发生变化时，停止打印工作，执行步骤S2；

S2、控制系统根据打印路径复杂度计算喷头4尺寸；

S3、控制系统根据喷头4尺寸计算调节器5移动向量；

S4、控制系统向电机发出指令，电机按照调节器5移动向量移动调节器5；

S5、控制系统根据调节器5移动向量计算喷头4高度向量；

S6、控制系统向电机发出指令，电机按照喷头4高度向量修正喷头4高度；

S7、控制系统根据喷头4尺寸和其它打印参数计算耗材挤出速度；

S8、控制系统根据耗材挤出速度调整供料速度；

S9、继续打印工作，执行步骤S1。

当打印路径复杂度减小，需要减小分辨率，增大喷头出口尺寸时，执行步骤按S1→S2→S3→S5→S6→S4→S7→S8→S9；当打印路径复杂度增大，需要增大分辨率，减小喷头出口尺寸时，执行步骤按S1→S2→S3→S4→S5→S6→S7→S8→S9。步骤S3→S4→S5→S6与步骤S7→S8的执行顺序可以是S7→S8→S3→S4→S5→S6，也可同时进行。

实施例3

参考图1和图7，本实施例提供一种出口尺寸可智能调控的3D打印喷头尺寸调整的具体方法，包括以下步骤：

S10、在打印过程中，由控制系统实时监控打印路径的复杂度是否发生变化，并以此判断喷头4尺寸是否需要调整，当打印复杂度变化量达到某个值时，控制系统判断需要进行喷头4尺寸的调整，于是停止打印工作。

S11、当打印路径复杂度即将减小时，需要降低打印分辨率，增大喷头4尺寸，执行步骤S12→S13→S14→S15，当打印路径复杂度即将增大时，需要提高打印分辨率，减小喷头4尺寸，执行步骤S16→S17→S18→S19。

S12、控制系统根据喷头4增大尺寸计算调节器5下移距离，根据调节器5下移距离计算喷头4出口下降的高度，并向电机发出指令，电机按照计算结果抬升供料仓1和喷头4进行空间位置修正。

S13、控制系统向电机发出指令，电机按照计算结果，通过侧向导轨3向下移动调节器5，侧向导轨3在调节器5的带动下围绕活动连接件2做扇形张开运动，喷头4在侧向导轨3的带动下出口尺寸增大，喷头4出口所在平面高度降低，出口恢复到原空间位置坐标。

S14、在执行步骤S12→S13的同时，执行本步骤。控制系统根据喷头4增大尺寸和其它打印参数计算耗材挤出速度，再次开启打印时，向电机发出指令，电机增大耗材挤出速度，供料速度。

S15、执行步骤S10。

S16、控制系统根据喷头4减小尺寸计算调节器5上移距离，并向电机发出指令，电机按照计算结果，通过侧向导轨3向上移动调节器5，侧向导轨3在调节器5的带动下围绕活动连接件2做扇形合拢运动，喷头4在侧向导轨3的带动下出口尺寸减小，喷头4出口所在平面高度增加。

S17、控制系统根据调节器5上移距离计算喷头4出口上升的高度，并向电机发出指令，电机按照计算结果降低供料仓1和喷头4进行空间位置修正，出口恢复到原空间位置坐标。

S18、在执行步骤S16→S17的同时，执行本步骤。控制系统根据喷头4减小尺寸和其它打印参数计算耗材挤出速度，再次开启打印时，向电机发出指令，电机减小耗材挤出速度，供料速度。

S19、执行步骤S10。

尽管上述实施例已对本发明作出具体描述，但是对于本领域的普通技术人员来说，应该理解为可以在不脱离本发明的精神以及范围之内基于本发明公开的内容进行修改或改进，这些修改和改进都在本发明的精神以及范围之内。