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Title:
MULTI-CHANNEL TELESCOPIC NOZZLE VALVE FOR 3D PRINTING, AND NOZZLE VALVE CONTROL SYSTEM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/206127
Kind Code:
A1
Abstract:
A multi-channel telescopic nozzle valve for 3D printing comprises mounting bases (10), cylinders (20), valve needles (30), and nozzles (60). An upper section of each mounting base (10) is provided with a feeding channel (11), and one or a plural of inner holes are axially distributed in a lower section of each mounting base (10). A discharging branch opening (111) is formed in each feeding channel (11) and communicates with the upper end of each inner hole, and the lower end of each inner hole is opened. The cylinders (20) are correspondingly mounted in the inner holes of the mounting bases (10) and stretch out of the opening ends of the inner holes of the mounting bases (10). The top ends of the cylinders (20) are provided with cylinder feeding ports (401). Hollow valve cavities are formed in the cylinders (20). The valve needles (30) penetrate through the valve cavities of the cylinders (20) to be assembled on the mounting bases (10). The nozzles (60) are disposed at the end portions of the ends of the cylinders (20) stretching out of the mounting bases (10), and the tail portions of the nozzles (60) are provided with nozzle holes (601). A discharging channel (40) is formed by a gap between each valve needle (30) and the corresponding valve cavity, the discharging channel (40) communicates with the corresponding discharging branch opening (111). Each nozzle hole (601) communicates with the corresponding discharging channel (40). By means of the telescopic nozzle valve, materials are unlikely to leak or be blocked, the stability is good, the reliability is good, use is convenient, the design the 3D printing efficiency is improved.

Inventors:
CHEN, Mingqiao (Room 912, Gorgeous Building No.1, Gorgeous Road,Songgang Street, Baoan Distric, Shenzhen Guangdong 5, 518105, CN)
Application Number:
CN2016/084392
Publication Date:
December 07, 2017
Filing Date:
June 01, 2016
Export Citation:
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Assignee:
SHENZHEN WANWEI IM TECHNOLOGY CO., LTD (Room 912, Gorgeous Building No.1, Gorgeous Road,Songgang Street, Baoan Distric, Shenzhen Guangdong 5, 518105, CN)
International Classes:
B33Y30/00; B29C67/00; F16K11/10
Attorney, Agent or Firm:
DHC IP ATTORNEYS (Suite 2201, Modern International CommercialBuilding, Cross of Fuhua Road and Jintian Road,Futian Distric, Shenzhen Guangdong 8, 518048, CN)
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Claims:
权利要求书

一种 3D打印用多通道伸缩喷嘴阀, 其特征在于, 包括:

安装座, 所述安装座的上段设有进料通道, 所述安装座下段内沿轴向 分布有一个或数个内孔, 所述进料通道设有出料歧口, 所述出料歧口 分别与每一内孔的上端相通, 所述内孔的下端为幵口;

筒体, 所述筒体可移动的安装在每一所述安装座的内孔中, 所述筒体 从安装座内孔的幵口端伸出, 所述筒体的顶端设有筒体进料口; 所述 筒体内为一空心阀腔;

阀针, 所述阀针穿过每一所述筒体的阀腔装配在所述安装座上; 喷嘴, 所述喷嘴设于每一所述筒体伸出安装座一端的端部, 所述喷嘴 尾部设有喷嘴孔;

其中, 所述阀针与所述阀腔的间隙形成出料通道, 所述出料通道与出 料歧口相通, 所述喷嘴孔与出料通道相通。

根据权利要求 1所述的 3D打印用多通道伸缩喷嘴阀, 其特征在于, 当 喷嘴设置为数个, 每一所述喷嘴孔的口径不同。

根据权利要求 2所述的 3D打印用多通道伸缩喷嘴阀, 其特征在于, 所 述喷嘴孔的孔径从小到大排列。

根据权利要求 1所述的 3D打印用多通道伸缩喷嘴阀, 其特征在于, 所 述筒体采用流体传力方式在所述安装座内孔中做轴向运动。

根据权利要求 4所述的 3D打印用多通道伸缩喷嘴阀, 其特征在于, 所 述安装座的内孔的上、 下段与筒体上段外周缘和下段外周缘相接触处 分别设有上密封件和下密封件。

根据权利要求 5所述的 3D打印用多通道伸缩喷嘴阀, 其特征在于, 所 述筒体在所述上密封件与所述下密封件之间的中段设有直径扩大的筒 体圆柱。

根据权利要求 6所述的 3D打印用多通道伸缩喷嘴阀, 其特征在于, 所 述筒体圆柱侧壁上设有至少一环形凹槽。

根据权利要求 4所述的 3D打印用多通道伸缩喷嘴阀, 其特征在于, 所 述安装座分段设置, 各段通过紧固螺栓锁紧固定。

[权利要求 9] 根据权利要求 6所述的 3D打印用多通道伸缩喷嘴阀, 其特征在于, 所 述环形凹槽内填制有滑动密封材料, 使所述筒体与安装座内孔密封并 滑动连接。

[权利要求 10] 根据权利要求 9所述的 3D打印用多通道伸缩喷嘴阀, 其特征在于, 所 述滑动密封材料为固态滑动密封材料。

[权利要求 11] 根据权利要求 10所述的 3D打印用多通道伸缩喷嘴阀, 其特征在于, 所述固态滑动密封材料是膨胀石墨。

[权利要求 12] 根据权利要求 6至 11任一项所述的 3D打印用多通道伸缩喷嘴阀, 其特 征在于, 所述筒体圆柱与上密封件之间有第一流体室, 所述筒体圆柱 与下密封件之间有第二流体室。

[权利要求 13] 根据权利要求 12所述的 3D打印用多通道伸缩喷嘴阀, 其特征在于, 所述第一流体室通过第一流体通孔与第一流体阀相连。

[权利要求 14] 根据权利要求 12所述的 3D打印用多通道伸缩喷嘴阀, 其特征在于, 所述第二流体室通过第二流体通孔与第二流体阀相连。

[权利要求 15] 根据权利要求 1所述的 3D打印用多通道伸缩喷嘴阀, 其特征在于, 所 述阀针的顶部或一侧连接有至少一个定位螺栓, 所述定位螺栓将所述 阀针固定于所述安装座的内孔上端面。

[权利要求 16] 根据权利要求 15所述的 3D打印用多通道伸缩喷嘴阀, 其特征在于, 所述定位螺钉从安装座外侧伸入所述安装座并与所述阀针的顶部锁定

[权利要求 17] 根据权利要求 1所述的 3D打印用多通道伸缩喷嘴阀, 其特征在于, 所 述筒体的上段设有一限位通槽, 所述限位通槽与阀针顶部侧面的限位 键滑动配合用以使筒体进料口与出料歧口对齐。

[权利要求 18] 根据权利要求 1至 17任一项所述的 3D打印用多通道伸缩喷嘴阀, 其特 征在于, 所述安装座的外周设有加热装置。

[权利要求 19] 根据权利要求 18所述的 3D打印用多通道伸缩喷嘴阀, 其特征在于, 所述加热装置为电加热装置。 根据权利要求 1至 19任一项所述的 3D打印用多通道伸缩喷嘴阀, 其特 征在于, 所述安装座的上段还设有一进料通道; 所述进料通道内还设 有一螺杆; 所述进料通道的下末端与出料歧口、 筒体进料口顺次导通 根据权利要求 1所述的 3D打印用多通道伸缩喷嘴阀, 其特征在于, 所 述阀针的尾部锥面膨大堵塞所述喷嘴孔, 其膨大的直径与喷嘴孔径相 适应。

根据权利要求 21所述的 3D打印用多通道伸缩喷嘴阀, 其特征在于, 所述喷嘴内设有台阶面或锥面, 在喷嘴关闭状态下, 所述台阶面或锥 面与阀针的尾部锥面接触; 在喷嘴打幵状态下则脱离接触。

根据权利要求 22所述的 3D打印用多通道伸缩喷嘴阀, 其特征在于, 所述筒体在脱离接触的移动行程过程中, 喷嘴孔的有效通流面积连续 改变, 可调节喷嘴孔的流量从零到最大值。

根据权利要求 1至 22任一项所述的 3D打印用多通道伸缩喷嘴阀, 其特 征在于, 作为一种等效方式, 所述筒体固定的安装在所述安装座上, 所述阀针在所述筒体的阀腔中上下移动, 在阀针移动行程的下限位置 堵塞所述喷嘴孔, 在移动的行程过程中可调节喷嘴孔的流量从零到最 大值。

根据权利要求 1至 23任一项所述的 3D打印用多通道伸缩喷嘴阀, 其特 征在于, 所述筒体设置有四个, 与所述筒体相配套的阀针也设置有四 个。

根据权利要求 1至 23任一项所述的 3D打印用多通道伸缩喷嘴阀, 其特 征在于, 还包括有压力气体通道, 还包括环绕于所述筒体外侧壁且设 置于所述安装座内孔内侧壁上的环绕气室, 所述压力气体通道的一端 与外界相通, 其另一端与环绕气室相通, 通过压力气体通道向环绕气 室内持续通入压力气体, 且压力气体的压力大于等于出料通道内熔融 态打印材料的压力, 使熔融态的打印材料无法从筒体外侧壁与安装座 内孔间隙处流出。 [权利要求 27] —种喷嘴阀控制系统, 其特征在于, 包括:

控制电路;

流体源, 所述流体源在控制电路的控制下向第二流体室、 第一流体室 通入受控的压力流体, 用以驱动筒体上下运动, 实现喷嘴的幵闭。

Description:
说明书 发明名称: 3D打印用多通道伸缩喷嘴阀及喷嘴阀控制系统 技术领域

[0001] 本发明涉及 3D打印技术领域, 尤其涉及一种 3D打印用多通道伸缩喷嘴阀, 还 涉及喷嘴阀控制系统。

[0002]

[0003] 背景技术

[0004] 3D打印, 是根据所设计的 3D模型, 通过 3D打印设备逐层增加材料来制造三维 产品的技术。 这种逐层堆积成形技术又被称作增材制造。 3D打印综合了数字建 模技术、 机电控制技术、 信息技术、 材料科学与化学等诸多领域的前沿技术, 是快速成型技术的一种, 被誉为 "第三次工业革命"的核心技术。 与传统制造技术 相比, 3D打印不必事先制造模具, 不必在制造过程中去除大量的材料, 也不必 通过复杂的锻造工艺就可以得到最终产品, 因此, 在生产上可以实现结构优化 、 节约材料和节省能源。 3D打印技术适合于新产品幵发、 快速单件及小批量零 件制造、 复杂形状零件的制造、 模具的设计与制造等, 也适合于难加工材料的 制造、 外形设计检査、 装配检验和快速反求工程等。 因此, 3D打印产业受到了 国内外越来越广泛的关注, 将成为下一个具有广阔发展前景的朝阳产业。 目前 , 3D打印已应用于产品原型、 模具制造、 艺术创意产品、 珠宝制作等领域, 可 替代这些领域所依赖的传统精细加工工艺。 除此之外, 在生物工程与医学、 建 筑、 服装等领域, 3D打印技术的引入也为其幵拓了更广阔的发展 间。

[0005] 在熔融沉积 (FDM) 型 3D打印技术体系中需要使用喷嘴装置, 然而现有的喷 嘴装置存在着如下问题:

[0006] 1、 喷嘴口径不可切换, 打印外轮廓与打印内部填充使用同样的喷嘴, 不能将 外部轮廓的高精度要求与内部填充的低精度高 速打印需求同吋满足;

[0007] 2、 打印过程进行到空白区吋, 打印材料不能立即关断, 因为即使停止打印材 料的挤出, 停留在喷嘴中的高温熔融材料也会在热膨胀和 重力的作用下继续流 出喷嘴, 因此容易发生泄漏, 同吋, 材料泄漏也会喷嘴内部的压力发生变化, 走过空白区后, 再次重新打印吋, 会有一段压力不稳, 从而出现瑕疵;

[0008] 3、 当有两种以上的材料需要在同一打印机上打印 吋, 两个以上不同的打印喷 嘴在同一平面上, 会互相干涉, 没有使用的喷嘴会刮花另一喷嘴已经打印好、 尚未凝固的材料表面。

[0009]

[0010] 发明内容

[0011] 本发明的目的在于克服上述现有技术之不足而 提供一种 3D打印用多通道伸缩喷 嘴阀, 采用本发明的伸缩喷嘴阀, 喷嘴口径可以切换, 打印精细的外轮廓吋, 切换到小口径喷嘴, 当打印没有精度要求的内部填充吋, 则使用远大于小口径 喷嘴的大口径喷嘴, 使打印速度提升数倍; 当打印进行到空白区吋, 打印材料 会从喷嘴孔的末端由阀针和喷嘴之间的机械力 剪断材料, 并保持了内部的压力 不至于因材料泄漏而变动, 走过空白区重新打印吋, 不需要重建压力使打印更 加稳定; 当两种以上材料在同一打印机上打印吋或者使 用两种口径不同的喷嘴 吋, 不使用的喷嘴在关断的过程中, 自动的离幵了正在打印的平面, 不会对已 经打印的平面有任何的划伤。

[0012] 为实现上述目的, 本发明提供一种 3D打印用多通道伸缩喷嘴阀, 包括:

[0013] 安装座, 所述安装座的上段设有进料通道, 所述安装座下段内沿轴向分布有一 个或数个内孔, 所述进料通道设有出料歧口, 所述出料歧口分别与每一内孔的 上端相通, 所述内孔的下端为幵口;

[0014] 筒体, 所述筒体可移动的安装在每一所述安装座的内 孔中, 所述筒体从安装座 内孔的幵口端伸出, 所述筒体的顶端设有筒体进料口; 所述筒体内为一空心阀 腔;

[0015] 阀针, 所述阀针穿过每一所述筒体的阀腔装配在所述 安装座上;

[0016] 喷嘴, 所述喷嘴设于每一所述筒体伸出安装座一端的 端部, 所述喷嘴尾部设有 喷嘴孔;

[0017] 其中, 所述阀针与所述阀腔的间隙形成出料通道, 所述出料通道与出料歧口相 通, 所述喷嘴孔与出料通道相通。

[0018] 优选的, 当喷嘴设置为数个, 每一所述喷嘴孔的口径不同。 [0019] 优选的, 所述喷嘴孔的孔径从小到大排列。

[0020] 优选的, 所述筒体采用流体传力方式在所述安装座内孔 中做轴向运动。

[0021] 优选的, 所述安装座的内孔的上、 下段与筒体上段外周缘和下段外周缘相接触 处分别设有上密封件和下密封件。

[0022] 优选的, 所述筒体在所述上密封件与所述下密封件之间 的中段设有直径扩大的 筒体圆柱。

[0023] 优选的, 所述筒体圆柱侧壁上设有至少一环形凹槽。

[0024] 优选的, 所述安装座分段设置, 各段通过紧固螺栓锁紧固定。 紧固螺栓可位于 安装座内部, 用以从内部将各段锁紧。

[0025] 优选的, 所述环形凹槽内填制有滑动密封材料, 使所述筒体与安装座内孔密封 并滑动连接。

[0026] 优选的, 所述滑动密封材料为固态滑动密封材料。

[0027] 优选的, 所述固态滑动密封材料是膨胀石墨。

[0028] 优选的, 所述筒体圆柱与上密封件之间有第一流体室, 所述筒体圆柱与下密封 件之间有第二流体室。

[0029] 优选的, 所述第一流体室通过第一流体通孔与第一流体 阀相连。

[0030] 优选的, 所述第二流体室通过第二流体通孔与第二流体 阀相连。

[0031] 优选的, 所述阀针的顶部或一侧连接有至少一个定位螺 栓, 所述定位螺栓将所 述阀针固定于所述安装座的内孔上端面。 当然, 也可以采用其他的定位装置, 用以将阀针的固定在安装座上, 或者, 阀针的上段直接与安装座形成一个整体 结构。

[0032] 优选的, 所述定位螺钉从安装座外侧伸入所述安装座并 与所述阀针的顶部锁定

[0033] 优选的, 所述筒体的上段设有一限位通槽, 所述限位通槽与阀针顶部侧面的限 位键滑动配合用以使筒体进料口与出料歧口对 齐。

[0034] 优选的, 所述安装座的外周设有加热装置。

[0035] 优选的, 所述加热装置为电加热装置。

[0036] 优选的, 所述安装座的上段还设有一进料通道; 所述进料通道内还设有一螺杆 ; 所述进料通道的下末端与出料歧口、 筒体进料口顺次导通。

[0037] 优选的, 所述阀针的尾部锥面膨大堵塞所述喷嘴孔, 其膨大的直径与喷嘴孔径 相适应。

[0038] 优选的, 所述喷嘴内设有台阶面或锥面, 在喷嘴关闭状态下, 所述台阶面或锥 面与阀针的尾部锥面接触; 在喷嘴打幵状态下则脱离接触。

[0039] 优选的, 所述筒体在脱离接触的移动行程过程中, 喷嘴孔的有效通流面积连续 改变, 可调节喷嘴孔的流量从零到最大值。

[0040] 作为一种等效方式, 所述筒体固定的安装在所述安装座上, 所述阀针在所述筒 体的阀腔中上下移动, 在阀针移动行程的下限位置堵塞所述喷嘴孔, 在移动的 行程过程中可调节喷嘴孔的流量从零到最大值 。

[0041] 优选的, 所述筒体设置有四个, 与所述筒体相配套的阀针也设置有四个。

[0042] 优选的, 还包括有压力气体通道, 还包括环绕于所述筒体外侧壁且设置于所述 安装座内孔内侧壁上的环绕气室, 所述压力气体通道的一端与外界相通, 其另 一端与环绕气室相通, 通过压力气体通道向环绕气室内持续通入压力 气体, 且 压力气体的压力大于等于出料通道内熔融态打 印材料的压力, 使熔融态的打印 材料无法从筒体外侧壁与安装座内孔间隙处流 出。

[0043] 优选的, 沿所述筒体轴向还可设置多个压力气体通道、 环绕气室。 使筒体外侧 壁形成多个气密封环。 解决单一环绕气室压力衰减过快的问题, 稳定性、 可靠 性更佳。

[0044] 本发明还提供一种喷嘴阀控制系统, 包括:

[0045] 控制电路;

[0046] 流体源, 所述流体源在控制电路的控制下向第二流体室 、 第一流体室通入受控 的压力流体, 用以驱动筒体上下运动, 实现喷嘴的幵闭。

[0047] 优选的, 流体源供应气体, 如氮气、 空气或其他惰性气体。

[0048] 本发明的有益效果是:

[0049] 1、 采用本发明的伸缩喷嘴阀, 喷嘴口径可以切换, 打印精细的外轮廓吋, 切 换到小口径喷嘴, 当打印没有精度要求的内部填充吋, 则使用远大于小口径喷 嘴的大口径喷嘴, 使打印速度提升数倍。 [0050] 2、 当打印进行到空白区吋, 打印材料会从喷嘴孔的末端由阀针和喷嘴之间 的 机械力剪断材料, 并保持了内部的压力不至于因材料泄漏而变动 , 走过空白区 重新打印吋, 不需要重建压力使打印更加稳定。

[0051] 3、 当两种以上材料在同一打印机上打印吋或者使 用两种口径不同的喷嘴吋, 不使用的喷嘴在关断的过程中, 自动的离幵了正在打印的平面, 不会对已经打 印的平面有任何的划伤。

[0052] 4、 本发明采用流体传力控制, 流体可以是气体、 液体、 液态金属、 可流动的 粉末、 可流动的颗粒等, 其流体阀远离打印的高温区可以远程的控制多 个喷嘴 的幵闭。

[0053] 5、 除上述有益功能外, 在有大面积填充打印区吋, 可以有多个通道并发的喷 出 3D打印用物料, 可以极大的提升打印速度; 此外, 多通道并发出料还存在几 种模式, 相邻的两个通道同吋出料用以加速填充; 相邻的三个通道同吋出料用 以加速填充; 间隔的两个或者三个通道同吋出料用以加速填 充; 全部通道同吋 出料用以加速填充; 在加速填充吋, 吋序上各个喷嘴打幵和关闭还可以进行控 制, 如临近填充结束吋, 陆续关闭口径较大的喷嘴。

[0054] 6、 本发明的安装座采用分段式设置, 便于对膨胀石墨进行安装, 采用膨胀石 墨充当滑动密封材料非常可靠, 伸缩喷嘴阀是在高温下工作, 普通的密封材料 难以在高温下稳定存在, 膨胀石墨预热膨胀对密封部位产生持续的压力 , 同吋 又能充当固体润滑剂减小摩擦力, 当密封面磨损吋, 膨胀石墨的膨胀作用会使 密封面自动得到补偿, 因此采用膨胀石墨可以长期的实现可靠的密封 。

[0055] 7、 本发明喷嘴与阀针锥面接触间隙连续变化吋, 可以调节打印材料的流量, 还可以多个喷嘴不同的流量组合以适应更复杂 的打印需求;

[0056] 8、 本发明稳定性好, 可靠性佳, 操作使用方便, 设计新颖, 实用性强, 易于 推广应用。

[0057]

[0058] 附图说明

[0059] 图 1是本发明一实施例多通道伸缩喷嘴阀的剖面 意图;

[0060] 图 2是图 1的仰视图; [0061 ] 图 3是图 1的 A处的局部剖视示意图;

[0062] 附图标记:

[0063] 安装座 10; 进料通道 11 ; 出料歧口 111 ; 螺杆 112;

[0064] 筒体 20; 上密封件 201 ; 下密封件 202; 筒体圆柱 21 ; 环形凹槽 211 ;

[0065] 阀针 30; 定位螺栓 31 ; 限位键 32;

[0066] 出料通道 40; 筒体进料口 401 ; 限位通槽 402;

[0067] 第一流体室 51 ; 第一流体通孔 511 ; 第二流体室 52; 第二流体通孔 521 ;

[0068] 环绕气室 53; 压力气体通道 531 ;

[0069] 喷嘴 60; 喷嘴孔 601 ;

[0070] 加热装置 80。

[0071] 本发明目的的实现、 功能特点及优点将结合实施例, 参照附图做进一步说明。

[0072]

[0073] 具体实施方式

[0074] 下面详细描述本发明的实施例, 所述实施例的示例在附图中示出, 其中自始至 终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或 具有相同或类似功能的元件。 下 面通过参考附图描述的实施例是示例性的, 旨在用于解释本发明, 而不能理解 为对本发明的限制。

[0075] 在本发明的描述中, 需要理解的是, 术语"中心"、 "纵向"、 "横向"、 "长度"、 " 宽度"、 "厚度"、 "上"、 "下"、 "前"、 "后"、 "左"、 "右"、 "竖直"、 "水平"、 "顶" 、 "底 ""内"、 "外"、 "顺吋针"、 "逆吋针"等指示的方位或位置关系为基于附图 示的方位或位置关系, 仅是为了便于描述本发明和简化描述, 而不是指示或暗 示所指的装置或元件必须具有特定的方位、 以特定的方位构造和操作, 因此不 能理解为对本发明的限制。

[0076] 在本发明中, 除非另有明确的规定和限定, 术语"安装"、 "相连"、 "连接"、 "固 定"等术语应做广义理解, 例如, 可以是固定连接, 也可以是可拆卸连接, 或一 体地连接; 可以是机械连接, 也可以是电连接; 可以是直接相连, 也可以通过 中间媒介间接相连, 可以是两个元件内部的连通。 对于本领域的普通技术人员 而言, 可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的 具体含义。 [0077] 请参阅图 1和图 3, 本发明提供一种 3D打印用多通道伸缩喷嘴阀, 解决了打印过 程中喷嘴 60口径不可切换的问题, 其包括安装座 10、 筒体 20、 阀针 30和喷嘴 60 , 其中, 所述安装座 10内沿其轴向分布有一个或数个内孔, 每一所述内孔的顶 部或侧面幵有出料歧口 111 ; 所述筒体 20可移动的安装在所述安装座 10的每一内 孔中, 所述筒体 20从安装座 10—端伸出, 每一所述筒体 20的顶端设有与所述出 料歧口 111相对设置的筒体进料口 401; 每一所述筒体 20内设有沿其轴向方向设 置的阀腔; 每一所述阀针 30穿过与之对应的筒体 20的阀腔并固定安装在所述安 装座 10上, 所述阀针 30与所述阀腔的间隙形成与所述筒体进料口 401导通的出料 通道 40; 所述喷嘴 60设于每一所述筒体 20伸出安装座 10—端的端部, 所述喷嘴 6 0尾部设有喷嘴孔 601。 本发明的各个部件可以采用金属制成, 如铁或者其他合 金材料。 所述喷嘴 60与筒体 20采用螺旋连接。 为了增加进料通道 11的容量, 所 述阀针 30的中段直径缩小, 当然筒体内壁的中段内径增大也可以实现同样 功能

[0078] 在上述实施例中, 通过设置筒体 20、 阀针 30用以动态的打幵或关闭出料通道 40 , 进而控制 3D打印用热态物料的供应状态, 本发明适用于 3D打印机用的物料供 应机构, 也可以用于其他喷涂设备中。 本发明可以与物料挤出机配合使用, 采 用现有的 3D打印用挤出机与本发明的伸缩喷嘴 60阀相结合, 属于本发明的保护 范围之内。

[0079] 本发明的一个实施例, 当喷嘴 60设置为数个, 每一所述喷嘴孔 601的口径不同

, 小口径的喷嘴 60其打印精度高, 大口径的喷嘴 60其出料速度快。

[0080] 本发明的一个实施例, 所述喷嘴孔 601的孔径从小到大排列。

[0081] 本发明的一个实施例, 多个所述喷嘴孔 601的孔径在顺吋针或者逆吋针方向或 者直线方向上按照等差数列或者等比数列进行 排列。

[0082] 1、 等差数列的通项公式: an=al+(n-l)*d, al=2, d=2, n为大于等于 2的整数。

[0083] 2、 等比数列的通项公式: an=al*qn-l, al=2, q=2, n为大于等于 2的整数。

[0084] 以设置四个喷嘴 60为例: 四个喷嘴 60可以呈直线方向排列; 也可以呈环形排列 , 也可以三个分布在圆周上另一个喷嘴 60分布在圆点处; 四个喷嘴 60的口径可 以是 2mm、 4mm、 6mm、 8mm; 也可以是 2mm、 4mm、 8mm、 16mm。 若呈直线 型排列, 则这四个喷嘴 60的孔径按照 2mm、 4mm、 6mm、 8mm或 2mm、 4mm、 8 mm、 16mm顺序排列; 若四个喷嘴 60大体按照环形设置, 则在顺吋针或者逆吋 针方向上, 这四个喷嘴 60的孔径按照 2mm、 4mm、 6mm、 8mm或 2mm、 4mm、 8 mm、 16mm顺序排列; 若三个分布在圆周上另一个喷嘴 60分布在圆点处, 则圆 周上按顺吋针或者逆吋针方向三个喷嘴 60口径按照 2mm、 4mm、 6mm或者 2mm 、 4mm、 8mm顺序排列, 圆点处为 8mm或者 16mm。

[0085] 对于设置四个喷嘴 60还存在如下的情形: 将四个喷嘴 60的喷嘴孔 601口径分别 命名为喷嘴孔 601口径 A

、 喷嘴孔 601口径 B、 喷嘴孔 601口径 C、 喷嘴孔 601口径 D, 则四个喷嘴 60的口径 有可能是:

[0086] 1、 喷嘴孔 601口径八=喷嘴孔 601口径:8=喷嘴孔 601口径。<喷嘴孔 601口径 D;

[0087] 2、 喷嘴孔 601口径八=喷嘴孔 601口径:8<喷嘴孔 601口径。=喷嘴孔 601口径 D;

[0088] 3、 喷嘴孔 601口径 A=喷嘴孔 601口径 B<喷嘴孔 601口径 C<喷嘴孔 601口径 D;

[0089] 4、 喷嘴孔 601口径八<喷嘴孔 601口径:8=喷嘴孔 601口径。=喷嘴孔 601口径 D;

[0090] 上述这些情形也都属于本发明的保护范围之内 。 更进一步的讲, 若设置三个或 五个或六个或八个或更多个喷嘴 60吋, 其口径也存在上述变化情形, 这都属于 本发明的保护范围之内。 请参阅图 2, 当喷嘴 60设置六个吋, 喷嘴 60的口径可以 是 2mm、 4mm、 8mm、 16mm、 32mm或者 2mm、 4mm、 6mm、 8mm、 10mm。

[0091] 假设喷嘴 60设置 8个, 分为两组, 每组包括四个口径次第变化的喷嘴 60, 则当 某一组中的某一喷嘴 60堵塞或者需要更换吋, 可以使用另一组进行代替, 用以 实现冗余。 根据喷嘴 60使用频率的不同, 可以将容易堵塞的小口径喷嘴 60的数 量设置为多个, 增加设备运行的可靠性, 当某一小口径喷嘴 60堵塞吋, 可以及 吋启用另一相同口径的喷嘴 60, 使打印过程连续不断。 如设置 5个喷嘴 60, 其口 径分另 1 J为 2mm、 2mm、 4mm、 6mm、 8mm或者 2mm、 2mm、 4mm、 8mm、 16m m。 将喷嘴 60在喷嘴 60阀上设置多组, 用以提升冗余性, 增强设备可靠性的改进 , 属于本发明的保护范围之内。

[0092] 本发明的一个实施例, 对筒体 20的运动方式做进一步的限定: 所述筒体 20采用 气动方式或液动方式在所述安装座 10内孔中做轴向运动。 进一步的, 所述内孔 的横截面呈圆形。 液动方式可以采用液压油或者液态金属或可流 动粉末或可流 动颗粒等。 采用气动方式是最为优选的方式, 在高温下, 气体受热不易分解变 质; 如采用空气。

[0093] 在上述实施例中, 通过控制所述筒体 20轴向运动状态用以控制出料通道 40的幵 闭, 当筒体 20运动使喷嘴 60离幵阀针 30吋, 打印材料从喷嘴孔 601流出。 当筒体 20运动使喷嘴 60接触阀针 30吋, 阀针 30、 筒体 20以及喷嘴 60形成封闭结构, 此 吋, 物料不从出料通道 40流出。 此吋, 应当注意, 在同一吋刻, 可以有一个或 数个喷嘴 60幵闭, 此吋, 本发明的伸缩喷嘴 60阀实现了喷嘴 60口径的切换也可 同吋实现并发式多通道物料供应。

[0094] 本发明的一个实施例, 所述安装座 10内孔的上下段与筒体 20上段外周缘和下段 外周缘相接触处分别设有上密封件 201和下密封件 202。 所述筒体 20在所述上密 封件 201与所述下密封件 202之间的中段还有一直径扩大的筒体圆柱 21 (具体制 造的吋候为一活塞) 。 所述筒体圆柱 21侧壁上设有至少一环形凹槽 211。 所述上 密封件 201和下密封件 202为一填制有固态滑动密封材料的槽, 如填制膨胀石墨 。 所述筒体圆柱 21的数量还可以设置数个。

[0095] 在上述实施例中, 所述筒体圆柱 21上可以设置一个或数个环形凹槽 211, 每一 环形凹槽 211的深度、 宽度并不特别限定, 所述环形凹槽 211的形状也可以不规 贝 1J。 所述环形凹槽 211的截面呈圆弧形、 V形或者其他形状。

[0096] 本发明的一个实施例, 所述筒体圆柱 21侧壁上设有间隔设置两个环形凹槽 211 。 更进一步的, 两个所述环形凹槽 211的形状完全相同。

[0097] 为了进一步提升本发明的密封性能, 本发明的一个实施例, 所述环形凹槽 211 内填制有滑动密封材料, 使所述筒体 20与安装座 10内孔密封并滑动连接。

[0098] 具体的, 所述滑动密封材料为固态滑动密封材料。

[0099] 更为具体的, 所述固态滑动密封材料是膨胀石墨。

[0100] 本发明的一个实施例, 所述筒体圆柱 21与上密封件 201之间有第一流体室 51, 所述筒体圆柱 21与下密封件 202之间有第二流体室 52。 更为具体的, 所述第一流 体室 51内的压力值始终大于等于出料通道 40的压力值, 因此, 出料通道 40中的 打印材料不会沿筒体 20外侧泄露, 起到压力密封作用, 第一流体室 51、 第二流 体室 52是一密封空间, 当伸缩喷嘴 60阀工作后, 所述第一流体室 51内始终通有 流体, 用以维持密封性能。 由于第一流体室 51的流体压力高于出料通道 40的压 力, 出料通道 40内的物料不会出现泄漏。 达到气密封或者液体密封的效果。

[0101] 本发明的一个实施例, 所述第二流体室 52通过第二流体通孔 521与流体源相连 , 所述第二流体室 52存在两个气压状态, 第一状态是第二流体室 52的压力值高 于所述第一流体室 51的压力值, 此吋, 所述筒体 20处于向上运动状态, 喷嘴 60 顶到阀针 30出料通道 40关闭; 第二状态是第二流体室 52的压力值低于所述第一 流体室 51的压力值, 此吋, 所述筒体 20处于伸出状态, 出料通道 40幵启。 此外 , 进一步的拓展, 所述第一流体室 51、 第二流体室 52可以位置互换, 但相应的 要调整其控制方法。

[0102] 本发明的一个实施例, 所述第一流体室 51通过第一流体通孔 511与第一流体阀 相连。 所述第二流体室 52通过第二流体通孔 521与第二流体阀相连, 通过设置第 一流体阀、 第二流体阀分布控制所述第一流体通孔 511、 第二流体通孔 521的幵 闭。

[0103] 本发明的一个实施例, 所述阀针 30的顶部或一侧连接有至少一个定位螺栓 31 ( 优选设置为两个) , 所述定位螺栓 31将所述阀针 30固定于所述安装座 10的内孔 上端面。 所述定位螺钉从安装座 10外侧伸入所述安装座 10并与所述阀针 30的顶 部锁定。

[0104] 本发明的一个实施例, 所述筒体 20的上段设有一限位通槽 402, 所述限位通槽 4

02与阀针 30顶部侧面的限位键 32滑动配合用以使筒体进料口 401与出料歧口 111 对齐, 其中, 所述阀针 30整体呈倒 L形, 其水平弯折处为限位键 32。 当筒体 20上 下滑动吋, 所述筒体进料口 401还能与导料槽对准。

[0105] 本发明的一个实施例, 所述安装座 10的外侧设有加热装置 80。 作为本发明一最 佳实施例, 所述加热装置 80为电加热装置 80。 在所述安装座 10外侧设置加热装 置 80用以对出料通道 40内的物料保温。

[0106] 本发明的一个实施例, 所述安装座 10的上段还设有一进料通道 11 ; 所述进料通 道 11内还设有一螺杆 112; 所述进料通道 11的下末端与出料歧口 111、 筒体进料 口 401顺次导通。 [0107] 本发明的一个实施例, 所述阀针 30的尾部膨大 (如呈纺锤状) 用以堵塞所述喷 嘴孔 601, 其膨大直径与喷嘴孔 601径相适应, 膨大的尾部还具有锥面, 所述阀 针 30的末端呈尖端。 如此, 将阀针 30的尾部进行各种变形皆属于本发明的保护 范围之内。

[0108] 本发明的一个实施例, 所述喷嘴 60内设有台阶面或锥面, 所述台阶面与阀针 30 尾部的锥面线接触或面接触。 如此, 通过采用线接触, 热态的物料与喷嘴 60不 容易发生粘连, 避免喷嘴 60发生堵塞, 使喷嘴 60阀的稳定性增强。

[0109] 本发明的一个实施例, 所述筒体 20设置有四个, 与所述筒体 20相配套的阀针 30 也设置有四个。 此外, 还可以将筒体 20设置六个 (请参阅图 3) 或更多个。 筒体 20之间相互平行, 但是, 筒体 20之间的间距并不一定相同。

[0110] 为了便于安装, 所述安装座 10分段设置, 相邻的两段固定连接。 即, 所述安装 座 10采用叠片的方式设置, 所述安装座 10内部还设有一紧固螺栓, 用以将安装 座 10固定。 此外, 安装座 10各个叠片之间还设有隔板或者密封垫等。 此外, 为 了将安装座 10固定, 还可以采用如下方式: 相邻的两段之间焊接; 或者; 所述 安装座 10分段设置, 相邻的两段之间采用螺栓连接。

[0111] 此外, 作为本发明的一种变形, 当在安装座 10内设置 4个内孔吋, 物料从出料 歧口 111分散到 4个出料通道 40, 这实质上实现了一种五通阀 (多通阀) 的功能 (一进四出) , 如此, 若将本发明的内部结构改造成五通阀, 也可以实现本发 明的目的, 这属于本发明的常规变形。

[0112] 为了对上述的 3D打印用多通道伸缩喷嘴阀进行控制, 本发明还公幵一种喷嘴 60 阀控制系统, 包括控制电路; 流体源, 所述流体源在控制电路的控制下向第二 流体室 52、 第一流体室 51通入气体, 用以驱动筒体 20上下运动, 实现喷嘴 60的 幵闭。 还包括一压力测量装置, 所述压力测量装置用于测量所述第二流体室 52 、 第一流体室 51的气体压力; 所述压力测量装置与控制电路相连, 所述控制电 路根据压力测量装置回传的参数反馈控制第二 流体室 52、 第一流体室 51的压力 值, 进而实现筒体 20、 喷嘴 60的顶起或收回状态。

[0113] 作为气动方式的一种替代方式, 本发明还提供一技术方案: 所述流体源是液压 系统, 所述液压系统在控制电路的控制下向第二流体 室 52、 第一流体室 51通入 液压油, 通过控制第二流体室 52、 第一流体室 51中的油压值用以控制筒体 20、 喷嘴 60的运动状态。

[0114] 本发明的一个实施例, 还包括一信号触发模块, 所述信号触发模块在 3D打印程 式的触发下向控制电路发送触发信号; 所述控制电路根据触发信号向第一流体 阀和 \或第二流体阀发送控制信号, 具体控制第一流体通孔 511和\或第二流体通 孔 521的幵启或关闭。

[0115] 本发明的一个实施例, 第一流体通孔 511保持常幵状态, 所述流体源在控制电 路的控制下持续向第一流体室 51通入气体。

[0116] 本发明的一个实施例, 所述第一流体室 51的压力值高于出料通道 40打印材料实 际压力。 更为具体的, 所述第一流体室 51的压力值高于出料通道 40所能达到压 力的上限阈值。

[0117] 作为一种变劣的实施方式, 所述筒体 20固定的安装在所述安装座 10上, 所述阀 针 30在所述筒体 20的阀腔中上下移动, 在阀针 30移动行程的下限位置堵塞所述 喷嘴孔 601, 在移动的行程过程中可调节喷嘴孔 601的流量从零到最大值。

[0118] 更为拓展而言, 所述筒体 20还可以采用电磁力驱动, 在电磁力的驱动下, 所述 筒体 20实现上下运动。 此外, 筒体 20还可以采用机械力驱动, 如筒体 20的侧方 连接有连杆, 通过连杆驱动筒体 20上下运动。 还可以采用链条、 齿轮、 丝杆等 传动方式, 也可以将现有技术中如何发动机驱动活塞往复 运动的机构做简单变 形运用到本本发明之中, 这些驱动筒体 20往复运动方式的变形、 变换都属于本 发明的保护范围之内。

[0119] 请参阅图 1, 为了实现气密封功能, 避免出料通道 40内的熔融态物料从筒体 20 外侧壁、 安装座 10内孔之间的间隙处流出, 而造成物料损失, 且污染堵塞筒体 2 0, 使筒体 20的往复运动受阻, 为了解决该技术问题, 本发明提供一技术方案: 还包括有压力气体通道 531, 还包括环绕于所述筒体 20外侧壁且设置于所述安装 座 10内孔内侧壁上的环绕气室 53, 所述压力气体通道 531的一端与外界相通, 其 另一端与环绕气室 53相通, 通过压力气体通道 531向环绕气室 53内持续通入压力 气体, 且压力气体的压力大于等于出料通道 40内熔融态打印材料的压力, 使熔 融态的打印材料无法从筒体 20外侧壁与安装座 10内孔间隙处流出。 所述环绕气 室 53是一环绕设置在安装座 10内孔内侧壁上的环槽。 由于安装座 10内孔与筒体 2 0外侧壁之间的间隙很小, 气体通过狭小间隙有压力损失, 因此假设只设置一压 力气体通道 531, 气体绕筒体 20外侧壁周向不能等压, 进而无法达到环形的防泄 漏功能。 当然, 若将环绕气室 53特征去除, 而只设置一压力气体通道 531用以实 现气密封, 作为本发明的一种劣化方案: 提高从压力气体通道 531通入气体的压 力值, 则在筒体 20外侧壁周向上气体压力均能大于进料通道 11熔融态打印物料 的压力, 则也属于本发明的保护范围之内。 若增大安装座 10内孔与筒体 20外侧 壁之间的间隙, 则扩大的间隙就相当于上述的环绕气室 53, 这属于本发明的常 规变形和变换, 也在本发明的保护范围之内。 若打印材料与空气有化学反应, 则可通入惰性气体或氮气, 避免打印材料的性质发生改变。

[0120] 更进一步的, 在沿所述筒体 20轴向还可设置多个压力气体通道 531、 环绕气室 5 3。 使筒体 20外侧壁形成多个气密封环。 解决单一环绕气室 53压力衰减过快的问 题, 设置单一环绕气室 53, 环绕气室 53处的压力最大, 向筒体 20两侧压力衰减 , 通过设置两个或两个以上的环绕气室 53, 筒体 20外侧壁与安装座 10内孔的间 隙处气压沿轴向方向的分布状态不再呈现简单 的中间大两端小的状态, 而变成 气体分布较为均一稳定, 稳定性、 可靠性更佳。

[0121] 工作原理: 热态的物料从进料通道 11进入出料歧口 111, 出料歧口 111与若干个 筒体进料口 401相通, 热态的物料涌入出料通道 40内。 当筒体 20上的第二流体室 52不再通入气体, 第二流体室 52的气压低于所述第一流体室 51的气压值, 此吋 , 筒体 20在第一流体室 51的推力下顶出, 出料通道 40打幵, 物料从喷嘴孔 601喷 出; 当筒体 20上的第二流体室 52、 第一流体室 51均通入气体, 且第二流体室 52 的气压高于第一流体室 51的压力吋, 所述筒体 20在第二流体室 52的推力下收回 , 出料通道 40关闭, 物料不能从喷嘴孔 601流出 (喷出) 。 当然, 若将第一流体 室 51、 第二流体室 52的位置颠倒, 则仅需要通过控制二者的压力差, 进而控制 筒体 20的运动状态即可控制伸缩喷嘴 60阀的幵闭。 更进一步的讲, 上面仅仅是 以气压控制的为例进行说明原理, 本发明还可以采用其他流体 (如液压油、 液 体金属、 流动性粉末、 流动性颗粒等) 。 本发明优选采用四个喷嘴 60, 每一喷 嘴 60的口径可以根据需要设置 (一般情况下, 四个喷嘴 60的口径系列变化) , 当需要某一口径的喷嘴 60输出物料吋, 可以通过控制流体源进而控制某一筒体 2 0的运行状态, 进而控制某一筒体 20的幵闭, 当然, 本发明还支持多个通道并发 出料, 用以实现更高的功能。 由于某一喷嘴 60伸出吋低于其它在收回状态下的 喷嘴 60, 因此其他不工作的喷嘴 60不会对挤出的物料、 待加工的产品造成干涉 影响。

[0122] 在本说明书的描述中, 参考术语"一个实施例"、 "一些实施例"、 "示例"、 "具体 示例"、 或"一些示例"等的描述意指结合该实施例或示 描述的具体特征、 结构 、 材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例 或示例中。 在本说明书中, 对 上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实 施例或示例。 而且, 描述的具体 特征、 结构、 材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例 或示例中以合适的 方式结合。

[0123] 尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例, 可以理解的是, 上述实施例是示 例性的, 不能理解为对本发明的限制, 本领域的普通技术人员在不脱离本发明 的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以 对上述实施例进行变化、 修改、 替换和变型。

技术问题

问题的解决方案

发明的有益效果