一種角度可調的雙光源噴墨式打印噴頭的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種角度可調的雙光源噴墨式打印噴頭，包括：噴墨式噴頭、兩個光源、兩個光源夾具、四個緊定螺釘和整體式噴頭架；其中，整體式噴頭架整體呈圓弧形，包括：安裝板、兩個圓弧滑道、噴頭遮光罩。噴墨式噴頭口朝下，可噴射光固化材料，兩個光源在噴墨式噴頭兩側對稱布置，光線聚焦到噴頭正下方的光源焦點，噴墨式噴頭噴出的材料落入光源焦點處固化成型；兩個光源的入射角度可獨立調節，范圍在30°到60°，調節光源角度，光源焦點的位置不變。可調節的光源入射角度增加了工藝的靈活性；對稱布置的兩個光源提高了成形的工藝性能、提高了打印效率；噴頭遮光罩可以大大減小了噴頭堵塞的概率。
【專利說明】
一種角度可調的雙光源噴墨式打印噴頭
技術領域
:
[0001 ]本發明屬于光固化3D打印及3D生物打印領域，具體涉及一種角度可調的雙光源噴墨式打印噴頭。
【背景技術】
:
[0002]自從3D打印技術問世以來，光固化成型的打印方法就一直在被應用，其應用了可光固化材料在特定波長的光照下發生聚合反應形成固體或凝膠的原理。傳統的光固化成形一般是采用掃描振鏡的辦法，其不足之處在于其成形是通過光在溶液池內掃描，需要有大量預聚物材料。其次，傳統的方法只能在固定的溶液池內成形，且設備體積很大，掃描振鏡的成本也很高。
[0003]已有的噴墨式的光固化方法如果采用單個光源照射，不僅固化速度慢，而且會出現光斑的能量不均勻的問題。并且位置固定的光源在實際打印過程中可調節性不足。此外，打印過程中被反射的加工光線一旦反射到噴頭上，會使可光固化材料在噴頭處發生固化，導致噴頭經常發生堵塞。

【發明內容】

:
[0004]本發明的目的是為了克服以上不足，提供了一種角度可調的雙光源噴墨式打印噴頭。
[0005]為達到上述目的，本發明采用如下技術方案來實現的:
[0006]—種角度可調的雙光源噴墨式打印噴頭，包括噴墨式噴頭、兩個光源和整體式噴頭架;其中，噴墨式噴頭和兩個光源均安裝在整體式噴頭架上，且噴墨式噴頭的噴口朝下，能夠噴射光固化材料，兩個光源在噴墨式噴頭兩側對稱布置，光線聚焦到噴墨式噴頭正下方的光源焦點，噴墨式噴頭噴出的材料落入光源焦點處固化成型;兩個光源的入射角度能夠獨立調節，范圍在30°到60°。
[0007]本發明進一步的改進在于，兩個光源均通過光源夾具安裝在整體式噴頭架上。
[0008]本發明進一步的改進在于，整體式噴頭架整體呈圓弧形，包括安裝板、兩個圓弧滑道和噴頭遮光罩;其中，安裝板分為上下兩層，其兩側為兩個圓弧滑道，下方為噴頭遮光罩；安裝板上有兩個噴頭安裝孔與噴墨式噴頭通過過渡配合實現定位和固定，噴墨式噴頭豎直向下，并進入噴頭遮光罩內，噴頭遮光罩采用薄壁結構，其最下方開設有噴頭遮光罩小孔，用于噴墨式噴頭噴出的液滴通過。
[0009]本發明進一步的改進在于，安裝板上開設有安裝孔，用于將角度可調的雙光源噴墨式打印噴頭安裝在運動平臺上。
[0010]本發明進一步的改進在于，圓弧滑道的內外輪廓為圓心重合的圓弧，其圓心位置為光源焦點，其內部與光源夾具間隙配合，光源夾具能夠在圓弧滑道內部滑動；圓弧滑道上下圓弧面均開設有光源槽，用于光源在光源槽內運動;正面開有緊定螺釘槽且標有角度刻度，保證固定光源的緊定螺釘在緊定螺釘槽內運動。
[0011]本發明進一步的改進在于，光源夾具從圓弧滑道開口安裝進入圓弧滑道，其與圓弧滑道配合的兩個面也為圓弧面，光源夾具上開有光源定位孔，內插入光源，使光源對準光源焦點。
[0012]本發明進一步的改進在于，光源夾具上有一個光源緊定螺釘孔，光源與光源夾具通過緊定螺釘固定；圓弧滑道背面有三個光源夾具緊定螺釘孔，根據光源夾具的位置，選擇一個固定光源夾具與圓弧滑道的相對位置。
[0013]本發明進一步的改進在于，光源到光源焦點的距離根據光源的焦距而定，通過滑動光源夾具能夠調節光源入射角度，兩個光源能夠采用不同的入射角度，且光源焦點的位置不會發生變化。
[0014]相比于現有技術，本發明的優點在于:
[0015]整體式噴頭架將安裝板、圓弧滑道、噴頭遮光罩通過一體設計，3D打印成型。在不影響使用的前提下，結構更加簡單，制造方便，重量減輕。
[0016]進一步，兩個光源對稱布置在噴頭兩側，圓弧滑道保證兩個光源同時聚焦在噴頭下方固定位置，并且可以調節光照角度，增加了工藝的靈活性。調節光照角度，光源焦點的位置不變，使得調節光照角度后，無需調整設備位置。
[0017]進一步，兩個光源形成的聚焦光斑的能量更加均勻，固化成型過程中各方向的尺寸更加一致，提高了成形工藝性能。
[0018]進一步，兩個光源的能量密度更高，固化速度更快，因此打印速度更快，效率更高。
[0019]進一步，由于噴頭遮光罩小孔的尺寸很小，可以有效阻隔兩個光源反射到噴頭的光，大大減小噴頭堵塞的幾率。當堵塞情況發生時，會首先將噴頭遮光罩小孔堵塞，進而防止噴墨式噴頭的堵塞。
[0020]進一步，整個噴頭的結構緊湊，重量較輕，適合安裝在桌面型機械臂上進行更加靈活的打印。
[0021]綜上所述，本發明提出了一種角度可調的雙光源噴墨式打印噴頭。其增加了工藝的靈活性、提高了成形工藝性能、提高了打印效率、大大減小了噴頭堵塞的概率。
【附圖說明】
:
[0022]圖1為角度可調的雙光源噴墨式打印噴頭軸測圖及爆破圖；其中，圖1(a)為角度可調的雙光源噴墨式打印噴頭軸測圖；圖1(b)為角度可調的雙光源噴墨式打印噴頭爆破圖。
[0023]圖中:I為光源，2為光源夾具，3為噴墨式噴頭，4為整體式噴頭架，5為光源緊定螺釘孔，6為光源定位孔，7為緊定螺釘。
[0024]圖2為整體式噴頭架軸測圖。
[0025]圖中:8為安裝板，9為安裝孔，10為噴頭安裝孔，11為圓弧滑道，12為光源槽，13為角度刻度，14為緊定螺釘槽，15為噴頭遮光罩。
[0026]圖3為角度可調的雙光源噴墨式打印噴頭剖視圖。
[0027]圖中:16為光源夾具緊定螺釘孔，17為圓弧滑道開口，18為打印基板，19位光源焦點，20為噴頭遮光罩小孔。
【具體實施方式】
:
[0028]以下結合附圖對本發明進一步說明。
[0029]如圖1所示，本發明提供的角度可調的雙光源噴墨式打印噴頭，首先，采用對稱布置在噴墨式噴頭兩側的兩個光源，兩個光源同時聚焦在噴頭下方的光源焦點。其次，增加圓弧滑道，光源夾具在圓弧滑道內滑動時，可以改變光源的照射角度，并保持光源焦點的位置不變。第三，增加噴頭遮光罩，減少被反射的光線照射到噴頭的幾率。
[0030]具體來說，本發明分為以下幾個部分:噴墨式噴頭3、兩個光源1、兩個光源夾具2、四個緊定螺釘7、整體式噴頭架4。噴墨式噴頭3口朝下，可噴射光固化材料，兩個光源I在噴墨式噴頭3兩側對稱布置，光線聚焦到噴墨式噴頭3正下方的打印基板18上，噴墨式噴頭3噴出的材料落入光源焦點19處固化成型。兩個光源I的入射角度可分別調節，范圍在30°到60。。
[0031]如圖2所示，整體式噴頭架4整體呈圓弧形，主要包括:安裝板8、兩個圓弧滑道11、噴頭遮光罩15。其中，安裝板8為上下兩層，其兩側為兩個圓弧滑道11，下方為噴頭遮光罩15;安裝板8上有兩個噴頭安裝孔10與噴墨式噴頭3通過過渡配合實現定位和固定，噴墨式噴頭3豎直向下，并進入噴頭遮光罩15內，噴頭遮光罩15采用薄壁結構，其最下方開有噴頭遮光罩小孔20，供噴墨式噴頭3噴出的液滴通過。
[0032]安裝板8是上有安裝孔9，用于將角度可調的雙光源噴墨式打印噴頭安裝在運動平臺上，安裝板8的形狀和安裝孔的位置可根據運動平臺有所改變。
[0033]圓弧滑道11的內外輪廓為圓心重合的圓弧，其圓心位置為光源焦點19，其內部與光源夾具2間隙配合，使光源夾具2能在圓弧滑道11內部滑動。圓弧滑道11上下圓弧面開有光源槽12，供光源I在槽內運動;正面開有緊定螺釘槽14且標有角度刻度13，保證固定光源I的緊定螺釘7在槽內運動，此緊定螺釘7供讀取當前光源角度用；背面有三個光源夾具緊定螺釘孔16。
[0034]如圖3所示，光源夾具2從圓弧滑道開口 17安裝進入圓弧滑道11，其與圓弧滑道11配合的兩個面也為圓弧面，所有圓弧的圓心重合。光源夾具2上開有光源定位孔5，內插入光源I，使光源I對準光源焦點19。光源夾具2上有一個光源緊定螺釘孔6。
[0035]光源I與光源夾具2通過光源夾具緊定螺釘孔6固定；圓弧滑道11背面的三個光源夾具緊定螺釘孔16，根據光源夾具2的位置，選擇一個固定光源夾具2與圓弧滑道11的相對位置。
[0036]光源I到光源焦點19的距離根據光源I的焦距而定，通過滑動光源夾具2可調節光源I入射角度，兩個光源I可采用不同的入射角度。光源I采用不同入射角度，光源焦點19的位置不會發生變化。
[0037]角度可調的雙光源噴墨式打印噴頭的安裝方法為:
[0038]I)將光源夾具2通過圓弧滑道開口 17安裝進圓弧滑道11;
[0039]2)將兩個光源I穿過光源槽12插入光源夾具2的光源定位孔6內，根據光源焦距調整好光源I的伸出長度，擰上緊定螺釘7固定光源I;
[0040]3)調整兩個光源I的入射角度，擰緊圓弧滑道11背面的緊定螺釘7固定入射角度；
[0041]4)插入噴墨式噴頭3，通過安裝板8的安裝孔9將角度可調的雙光源噴墨式打印噴頭安裝在運動平臺上。
[0042]實施案例:
[0043]將角度可調的雙光源噴墨式打印噴頭安裝在三維運動平臺上或者機械臂上，可實現通過三維運動平臺或者機械臂的運動進行光固化成形。噴墨式噴頭的頻率和光源的開關通過外部信號控制。光固化材料使用光固化PE⑶A溶液，濃度為10 %(w/v)-50%(w/v),材料通過軟管加壓輸送給噴墨式噴頭。兩個光源的光強設定為2000mw/cm2，光照角度45°，噴墨式噴頭采用微量電磁閥，頻率設定為5Hz，運動速率5mm/s。可打印出尺寸均勻的線面結構，線寬Imm左右。
【主權項】
1.一種角度可調的雙光源噴墨式打印噴頭，其特征在于，包括噴墨式噴頭(3)、兩個光源(I)和整體式噴頭架(4);其中，噴墨式噴頭(3)和兩個光源(I)均安裝在整體式噴頭架(4)上，且噴墨式噴頭(3)的噴口朝下，能夠噴射光固化材料，兩個光源(I)在噴墨式噴頭(3)兩側對稱布置，光線聚焦到噴墨式噴頭(3)正下方的光源焦點(19)，噴墨式噴頭(3)噴出的材料落入光源焦點(19)處固化成型；兩個光源(I)的入射角度能夠獨立調節，范圍在30°到60。。2.根據權利要求1所述的角度可調的雙光源噴墨式打印噴頭，其特征在于，兩個光源(1)均通過光源夾具(2)安裝在整體式噴頭架(4)上。3.根據權利要求2所述的角度可調的雙光源噴墨式打印噴頭，其特征在于，整體式噴頭架(4)整體呈圓弧形，包括安裝板(8)、兩個圓弧滑道(11)和噴頭遮光罩(15);其中，安裝板(8)分為上下兩層，其兩側為兩個圓弧滑道(11)，下方為噴頭遮光罩(15);安裝板(8)上有兩個噴頭安裝孔(10)與噴墨式噴頭(3)通過過渡配合實現定位和固定，噴墨式噴頭(3)豎直向下，并進入噴頭遮光罩(15)內，噴頭遮光罩(15)采用薄壁結構，其最下方開設有噴頭遮光罩小孔(20)，用于噴墨式噴頭(3)噴出的液滴通過。4.根據權利要求3所述的角度可調的雙光源噴墨式打印噴頭，其特征在于，安裝板(8)上開設有安裝孔(9)，用于將角度可調的雙光源噴墨式打印噴頭安裝在運動平臺上。5.根據權利要求3所述的角度可調的雙光源噴墨式打印噴頭，其特征在于，圓弧滑道(11)的內外輪廓為圓心重合的圓弧，其圓心位置為光源焦點(19)，其內部與光源夾具(2)間隙配合，光源夾具(2)能夠在圓弧滑道(11)內部滑動；圓弧滑道(11)上下圓弧面均開設有光源槽(12)，用于光源(I)在光源槽(12)內運動；正面開有緊定螺釘槽(14)且標有角度刻度(13)，保證固定光源(I)的緊定螺釘(7)在緊定螺釘槽(14)內運動。6.根據權利要求5所述的角度可調的雙光源噴墨式打印噴頭，其特征在于，光源夾具(2)從圓弧滑道開口(17)安裝進入圓弧滑道(11)，其與圓弧滑道(11)配合的兩個面也為圓弧面，光源夾具(2)上開有光源定位孔(6)，內插入光源(I)，使光源(I)對準光源焦點(19)。7.根據權利要求5所述的角度可調的雙光源噴墨式打印噴頭，其特征在于，光源夾具(2)上有一個光源緊定螺釘孔(6)，光源(I)與光源夾具(2)通過緊定螺釘(7)固定；圓弧滑道(11)背面有三個光源夾具緊定螺釘孔(16)，根據光源夾具(2)的位置，選擇一個固定光源夾具(2)與圓弧滑道(11)的相對位置。8.根據權利要求1所述的角度可調的雙光源噴墨式打印噴頭，其特征在于，光源(I)到光源焦點(19)的距離根據光源的焦距而定，通過滑動光源夾具(2)能夠調節光源(I)入射角度，兩個光源(I)能夠采用不同的入射角度，且光源焦點(19)的位置不會發生變化。
【文檔編號】B29C67/00GK106003715SQ201610370701
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月30日
【發明人】連芩, 李曉, 于漢晨, 李滌塵, 賀健康, 劉亞雄
【申請人】西安交通大學