[发明专利]3D打印头及设置有该打印头的打印机以及打印方法

说明书

一种3D打印头及设置有该打印头的打印机以及打印方法，其中打印头容纳腔的一端设置有出料头，容纳腔内设置有螺杆，驱动装置驱动螺杆转动，入料装置与容纳腔连通，且为容纳腔供物料，加热装置设置在容纳腔或者螺杆上，即使得容纳腔中的物料被加热，超临界流体输送装置与容纳腔连通，向容纳腔中输入超频界流体，容纳腔中的容纳空间由超临界流体输送装置与容纳腔的连通处向出料头方向增加。提高了超临界流体进入材料的混入量，同时提高效率。

技术领域

本发明涉及3D打印增材制造技术领域，尤其涉及一种3D打印头及设置有该打印头的打印机以及打印方法。

背景技术

3D打印机是快速成型技术的一种设备，它是一种以数字模型文件为基础，以粉末状金属或塑料等可粘接性材料，通过逐层打印方式来构建物体的技术。

例如，熔融沉积型技术(FDM)是目前增材打印制造的主流技术之一。它利用热塑性材料(ABS或PLA)的热熔性、粘接性，将热塑性材料在挤出机构内加热成熔融态。挤出机构在设定程序控制下，沿着模型轮廓轨迹进行X-Y平面运动和高度Z方向运动，打印材料被挤出后固化，并与周围材料粘接，每一个层面都是在上一层层面上堆积而成，直至按模型层层堆积完成为止。

现有工业级熔融沉积型打印设备存在的主要技术不足有：

一是现有PLA材料密度大，介于1.3kg/m3；材料为实心结构，打印产品质量重；二是现有技术材料为实心结构，打印产品热量散失不完全，内部应力较大，存在翘曲和变形；三是由于实心材料，打印耗材量大，打印成本较高。

而且使用常规的打印头连接超临界流体，存在超临界流体混合进入到材料中的量有限，也就是形成的微孔量较少，而且容易造成材料在混合处滞留，混合效果欠佳。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种3D打印头及设置有该打印头的打印机以及打印方法，本发明公开的一个方面解决的一个技术问题是，一方面解决了熔融沉积型打印产品实心造成问题，另一方面提高了超临界流体进入材料的混入量，同时提高效率。

本发明解决其技术问题所采用的一个技术方案是：

一种3D打印头，包括容纳腔、螺杆、超临界流体输送装置、驱动装置、入料装置、加热装置、出料头，容纳腔的一端设置有出料头，容纳腔内设置有螺杆，驱动装置驱动螺杆转动，入料装置与容纳腔连通，且为容纳腔供物料，加热装置设置在容纳腔或者螺杆上，即使得容纳腔中的物料被加热，超临界流体输送装置与容纳腔连通，向容纳腔中输入超临界流体，容纳腔中的容纳空间由超临界流体输送装置与容纳腔的连通处向出料头方向增加。

优选的，所述容纳腔和所述螺杆中的至少一个为直径渐变状，即所述容纳腔中的容纳空间由所述超临界流体输送装置与所述容纳腔的连通处向所述出料头方向渐变增加。

优选的，所述容纳腔中容纳空间由所述超临界流体输送装置与所述容纳腔连通处向出料头方向的增加量，与单位体积物料中要混入的超临界流体的量成正相关。

优选的，所述螺杆外周设置有螺旋槽，且螺旋槽的槽深由入料装置一端向出料头一端逐渐变浅。

优选的，所述出料头包括混匀段、收缩段和突出段，混匀段与容纳腔连通，混匀段的下游设置有直径渐变收缩的收缩段，收缩段的末端设置有向外延伸的突出段，混匀段包括正向叶轮和反向叶轮中的至少一个，正向叶轮和反向叶轮中的至少一个设置在混匀段中，向出料口运动的物料驱动正向叶轮顺时针旋转，且驱动反向叶轮逆时针旋转。

优选的，所述正向叶轮与所述反向叶轮相邻设置；所述正向叶轮包括正向叶片，正向叶片扭转180°～270°；所述反向叶轮包括反向叶片，反向叶片扭转180°～270°；所述出料头的突出段由铜材料制成，且所述突出段向外延伸1～5毫米。