一种用于线材多组分梯度成形增材制造的挤出喷头机构

摘要

本发明提出了一种用于线材多组分梯度成形增材制造的挤出喷头机构，包括平板、若干组挤出送料部件、加热部件、打印喷头、导线管和传动机构，安装平台或成形平台在水平面上自由平移，每次有且仅有一个打印喷头挤出线材用于增材制造，且每次线材被任一打印喷头挤出时的末端沿铅垂线投影至水平面的位置始终保持不变，加热部件用于对导线管内流经的线材进行加热，使线材熔化后从打印喷头挤出，并随安装平台或成形平台的平移而喷涂于成形平台上表面；实现了多组分梯度材料进行增材制造的目的，同时设置每次线材被任一打印喷头挤出时的末端沿铅垂线投影至水平面的位置始终保持不变，无需扩大安装平台或成形平台的平移范围。

说明书

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，尤其涉及一种用于线材多组分梯度成形增材制造的挤出喷头机构。

背景技术

增材制造广泛应用在各个领域，产生了多种具有不同成型工艺的设备。然而，这些设备大部分只能用于制造单材料均质零件，不能用于加工多材料零件。多材料零件是指由多种材料在零件内部连续或非连续分布而构成的功能性零件，主要包括多材料装配体、功能梯度材料零件和多相材料零件。

目前，增材制造除了采用激光选区烧结技术，还可以采用线材挤出喷涂的方式进行。其设备包括挤出送料部件、加热部件和打印喷头。其工作原理是，将一成卷的线材通过挤出送料部件向打印喷头进行送料，在送料过程中利用加热部件对线材进行加热升温使材料熔化，后将熔化的材料从打印喷头适量挤出，并据打印轨迹喷涂于成形平面，通过层层喷涂最终完成增材制造。

而本发明的目的，则是设计一种能够利用多组分梯度材料进行增材制造，且适用于采用线材挤出喷涂的制造方式的增材制造设备。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种能够利用多组分梯度材料进行增材制造，且对工作空间需求较小的用于线材多组分梯度成形增材制造的挤出喷头机构。

本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种用于线材多组分梯度成形增材制造的挤出喷头机构，包括安装平台和成形平台，成形平台在增材制造过程中沿铅垂线的上下升降，安装平台设置于成形平台正上方，还包括平板、若干组挤出送料部件、加热部件、打印喷头、导线管和传动机构；传动机构具有一活动端，安装平台或成形平台安装于传动机构的活动端上，使安装平台或成形平台在水平面上自由平移；平板固定连接于安装平台；若干挤出送料部件固定安装于平板上表面；若干导线管固定安装于平板下表面且与挤出送料部件一一对应的连通；打印喷头固定连接于导线管底端，每次有且仅有一个打印喷头挤出线材用于增材制造，且每次线材被任一打印喷头挤出时的末端沿铅垂线投影至水平面的位置始终保持不变；加热部件固定安装于平板下表面且包裹于导线管外，加热部件用于对导线管内流经的线材进行加热，使线材熔化后从打印喷头挤出，并随安装平台或成形平台的平移而喷涂于成形平台上表面。

在以上技术方案的基础上，优选的，成形平台安装于传动机构的活动端上。

更进一步优选的，导线管底端向成形平台方向延伸，并使若干打印喷头彼此抵近，最终使若干打印喷头的末端沿铅垂线投影至水平面的位置彼此重合。

更进一步优选的，还包括旋转电机，旋转电机固定安装于安装平台，平板固定连接于旋转电机输出轴。

在以上技术方案的基础上，优选的，安装平台安装于传动机构的活动端上。

更进一步优选的，还包括转筒，转筒活动连接安装平台，且转筒围绕铅垂线做顺时针或逆时针运动，转筒顶端穿过安装平台上表面并固定连接于平板下表面。

更进一步优选的，还包括旋转电机、齿圈和主齿轮，齿圈固定连接于转筒底端且位于平板正下方，旋转电机固定安装于安装平台，主齿轮固定连接于旋转电机输出轴，且主齿轮与齿圈彼此啮合。

在以上技术方案的基础上，优选的，若干挤出送料部件内装填的线材互不相同。

本发明的一种用于线材多组分梯度成形增材制造的挤出喷头机构相对于现有技术具有以下有益效果：

本发明通过设置若干个打印喷头分别挤出喷涂不同组分梯度组分的线材，实现了多组分梯度材料进行增材制造的目的，同时设置每次线材被任一打印喷头挤出时的末端沿铅垂线投影至水平面的位置始终保持不变，无需扩大安装平台或成形平台的平移范围，使设备需求较小的工作空间。

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为本发明的挤出喷头机构的第一种实施例的正视图；

图2为本发明的挤出喷头机构的第二种实施例的正视图；

图3为本发明的挤出喷头机构的第三种实施例的正视图；

图4为本发明的挤出喷头机构的第三种实施例的立体图。

图中：1、安装平台；2、平板；3、成形平台；4、挤出送料部件；5、加热部件；6、打印喷头；7、导线管；8、旋转电机；9、齿圈；10、主齿轮；11、转筒。

具体实施方式

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

本发明的一种用于线材多组分梯度成形增材制造的挤出喷头机构，包括安装平台1和成形平台3，成形平台3在增材制造过程中沿铅垂线的上下升降，安装平台1设置于成形平台3正上方，还包括平板2、挤出送料部件4、加热部件5、打印喷头6、导线管7、旋转电机8、齿圈9、主齿轮10、转筒11和传动机构。

其中，传动机构具有一活动端，安装平台1或成形平台3安装于传动机构的活动端上，使安装平台1或成形平台3在水平面上自由平移。需要说明的是，驱动安装平台1或成形平台3平移的传动机构为现有技术，是常见的且容易被本领域技术人员获得的，由于本发明并不涉及传动机构的机械结构或传动原理的改进，因此在此不予赘述。

平板2固定连接于安装平台1。

若干挤出送料部件4固定安装于平板2上表面。其中，若干挤出送料部件4内装填的线材互不相同，即送料不同组分梯度的线材。

若干导线管7固定安装于平板2下表面且与挤出送料部件4一一对应的连通。

打印喷头6固定连接于导线管7底端，每次有且仅有一个打印喷头6挤出线材用于增材制造，且每次线材被任一打印喷头6挤出时的末端沿铅垂线投影至水平面的位置始终保持不变。

加热部件5固定安装于平板2下表面且包裹于导线管7外，加热部件5用于对导线管7内流经的线材进行加热，使线材熔化后从打印喷头6挤出，并随安装平台1或成形平台3的平移而喷涂于成形平台3上表面。

需要说明的是，挤出送料部件4和加热部件5就是本领域的常见且成熟的现有技术，由于本发明并不涉及传动机构的机械结构或传动原理的改进，且本发明的技术方案也不会影响或阻碍挤出送料部件4和加热部件5的正常使用，因此在此不予赘述。

具体的，本发明通过如下技术方案进行实现。

其中，当成形平台3安装于传动机构的活动端上。

作为第一种实施例，如图1所示，导线管7底端向成形平台3方向延伸，并使若干打印喷头6彼此抵近，最终使若干打印喷头6的末端沿铅垂线投影至水平面的位置彼此重合。

作为第二种实施例，如图2所示，结合图4，旋转电机8固定安装于安装平台1，平板2固定连接于旋转电机8输出轴。

另外，当安装平台1安装于传动机构的活动端上。

作为第三种实施例，如图3所示，转筒11活动连接安装平台1，且转筒11围绕铅垂线做顺时针或逆时针运动，转筒11顶端穿过安装平台1上表面并固定连接于平板2下表面。

齿圈9固定连接于转筒11底端且位于平板2正下方。

旋转电机8固定安装于安装平台1。

主齿轮10固定连接于旋转电机8输出轴，且主齿轮10与齿圈9彼此啮合。

工作原理：

多个挤出送料部件4用于送料不同组分梯度的线材，并分别由独立的打印喷头6挤出进行喷涂。

首先要说明的是，本发明的原理，实际上是在每次喷涂时，均将装填有需求材料的打印喷头6进行位置切换，使其切换至指定位置。

尽管在实际使用时，不对打印喷头6进行位置切换也并不妨碍，分别使用各打印喷头6喷涂不同的材料于成形平台3上以实现增材制造。

然而，由于各打印喷头6的末端沿铅垂线投影至水平面的位置是相互远离的，假设成形平台3上表面具有一坐标系，则设两个打印喷头6(A1和A2)的末端沿铅垂线投影至成形平台3上表面的位置的坐标分别为A1(x1，y1)和A2(x2，y2)。

那么当A1需要喷涂成形平台3上表面的坐标为(x1，y1)的点位时，无需调整A1的位置直接喷涂即可；而当A2需要喷涂成形平台3上表面的坐标为(x1，y1)的点位时，则必须移动(x1-x2，y1-y2)的坐标距离才能进行喷涂；因此可知，如果打印喷头6不进行位置切换，则当不同的打印喷头6喷涂同一位置时，必然需要成形平台3或安装平台1进行大范围的移动，从而导致设备需要更大的作业空间。

为了解决上述问题，本发明设计了三种实施例。

实施例一中，由于若干打印喷头6彼此抵近，最终使所有打印喷头6的末端沿铅垂线投影至水平面的位置彼此重合，因此当任一打印喷头6挤出材料时，其末端沿铅垂线投影至水平面的位置始终保持不变。然而实际作业中，技术人员发现，无论打印喷头6如何相互抵近，也难以保证其末端的投影重合，因此在实施例一的基础上设计了实施例二。

实施例二中，通过旋转电机8驱动平板2转动，从而实现打印喷头6的位置切换，能够有效的保证任一打印喷头6在任意时刻挤出材料时，其末端在水平面上投影位置始终不变。

然而实际作业中，技术人员又发现，当采用安装平台1可移动，而成形平台3无法平移的技术方案时，旋转电机8驱动平板2转动可能会阻碍驱动安装平台1移动的传动机构的正常作业，因此在实施例二的基础上设计了实施例三。

实施例三中，通过旋转电机8驱动主齿轮10转动，主齿轮10和齿圈9啮合，因此带动齿圈9和转筒11转动，从而实现平板2的转动，进而达到打印喷头6的位置切换的目的；同时也不会阻碍驱动安装平台1移动的传动机构的正常作业。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。