【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于3d打印，尤其是一种一种用于高粘度材料的旋转超声辅助螺杆挤出式3d打印方法及打印头。
技术介绍
1、材料挤出3d打印技术是目前应用最为广泛的3d打印技术，已经在广泛的行业中得到了应用，包括生物医学、食品工业、建筑和艺术。但材料挤出式3d打印技术应用于高粘度材料特别是超高粘度材料时尚存在许多问题。这些材料包括陶瓷前驱体粘土、含有大量固体的颗粒粘合剂复合材料、导电和导热浆料、粘性聚合物和生物凝胶，药品和食品的厚糊状物等。打印过程中存在的问题包括频繁的喷嘴堵塞，打印速度慢，打印分辨率不高(分辨率由喷嘴尺寸决定)等。
2、超声振动辅助加工方法是改善制造过程的一种非常具有潜力的方法。在流体挤出时叠加超声振动已经被证明可以改变流体挤出时的流动特性，导致流体的粘度和弹性应力发生变化，从而能改善挤出过程。美国普渡大学团队通过外加超声致动器激励打印喷嘴产生超声振动，提出一种将超声振动与活塞式挤出方式相结合的超声辅助3d打印方法。
3、cn112078131a公开了一种适用于高粘度流体的3d打印喷头，包括超声振动模块、刚度耦合模块和打印喷头模块，所述超声振动模块用于接收交流电信号，并将该交流电信号转化为作用在所述刚度耦合模块上的激振力，使得所述刚度耦合模块产生竖直方向的振动；所述刚度耦合模块用于在电磁场作用下，实时调整其各个方向的刚度，以改变其各方向的位移，并以此方式来改变与其固定连接的打印喷头模块的振动方向和振幅，使得用于打印的高粘度流体能够顺畅均匀的流经所述打印喷头模块。该专利存在喷头超声振动状态难以控制，
4、cn116494533a公开了一种用于3d打印的超声振动式微量送粉喷头。该喷头包括特制螺栓、后盖板、压电陶瓷、前盖板、锥形变幅杆和针头，压电陶瓷设置在后盖板和前盖板之间，特制螺栓与前盖板螺纹连接，使得后盖板和所述压电陶瓷夹在中间，构成夹心式超声换能器，针头内设有弯曲料斗。利用超声振动控制粉末流出。该专利是利用喷嘴超声振动实现对粉末挤出作用，该结构对高固含量流体的混合均匀度不具有改善作用。
5、cn111421642a公开了一种建筑3d打印超声振动辅助挤出系统，超声波发生器与超声换能器电连接，超声换能器与超声变幅杆的一端相连，超声变幅杆通过固定环与搅龙轴相连，固定环可转动地与搅龙轴相连。挤料电机能够带动搅龙轴转动，利用超声波发生器和超声换能器，实现电能向机械振动能的改变，超声换能器连接超声变幅杆，能够实现机械振动幅值的增大，超声变幅杆连接搅龙轴，将超声振动传递至搅龙轴，与搅龙轴协同振动搅拌，进而实现对盛料桶内材料的振动。该专利实现将搅龙轴的旋转和超声振动相复合对材料进行挤出打印。但这一方式通过外加超声振动系统激励搅龙轴产生超声振动的方式存在搅龙轴的振动状态难以控制的问题，而且打印系统填料的灵活性较差。
6、因此，本领域亟待提出一种超声辅助3d打印头，以解决高粘度流体材料在3d打印过程中容易堵塞或挤出量不均匀的问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种用于高粘度材料的旋转超声辅助螺杆挤出式3d打印方法，其中根据高粘度流体材料的自身特性以及3d打印喷头的工艺特点，提供一种旋转超声辅助螺杆挤出式打印头，以解决高粘度流体材料混合不均匀、在3d打印过程中容易堵塞或挤出量不均匀的问题，具有螺杆超声振动精确控制的特点，适用于高粘度流体材料的3d打印。
2、本专利技术解决技术问题所采用的技术方案是：
3、本专利技术的第一方面是提供了一种高粘度材料的旋转超声辅助螺杆挤出式3d打印方法，超声换能器与螺杆结构共同组成超声振动系统，螺杆做旋转与超声振动的复合运动对高粘度流体材料进行挤出打印。
4、本专利技术的第二方面是提供了一种用于高粘度材料的旋转超声辅助螺杆挤出式打印头，包括：电机、主轴、导电滑环、螺杆、外壳、外轴套及喷嘴。所述主轴由第一段和第二段构成，所述主轴第一段直径小于第二段直径，所述主轴第一段的轴端与所述电机通过联轴器连接，所述主轴第二段的轴端中心制有一凹槽，在所述凹槽的底面制有一穿孔；所述导电滑环套装在所述主轴第一段上且紧贴第二段，所述导电滑环的金属环与所述主轴相连，并与外部电源相连接，所述螺杆具有至上而下依次设置的压电陶瓷安装部、法兰连接部及螺杆部，所述压电陶瓷安装部置于所述主轴的凹槽内，用于安装压电陶瓷，所述法兰连接部与所述主轴第二段的轴端通过螺栓连接；所述外壳包覆在所述主轴的外侧，主轴与所述外壳通过轴承连接；所述外轴套与所述外壳的底部连接，所述螺杆的螺杆部位于所述外轴套内，在所述外轴套的侧壁制有进料口；所述喷嘴位于所述螺杆部的下方且与所述外轴套的底部通过转接轴连接。
5、利用超声换能器直接驱动螺杆产生超声振动，螺杆结构作为超声振动系统的一部分。利用导电滑环实现超声辅助打印头的旋转供电。
6、进一步地，所述电机通过电机座支撑，所述电机座与外壳连接。
7、进一步地，所述压电陶瓷通过预紧螺钉固定在所述螺杆的压电陶瓷安装部。
8、进一步地，还包括一快速接头，所述快速接头与所述进料口连接。
9、进一步地，所述外壳上对应导电滑环的安装位置制有接线孔。
10、本专利技术的优点和积极效果是：
11、1.本专利技术将超声振动与螺杆旋转相复合共同作用于打印材料进行3d打印，不仅可以改善高粘度流体的混合均匀度，还可以提高高粘度流体的流速、抑制喷嘴堵塞问题。
12、2.相比于喷嘴超声振动的超声辅助打印头，本专利技术不仅使得流体受到的超声振动作用易于控制，有利于流体挤出量的精准控制，而且可以促进流体的混合均匀化。
13、3.相比于传统的螺杆挤出打印头，本专利技术在螺杆上叠加超声振动驱动流体挤出，有利于提高高粘度流体的流速，减小喷嘴堵塞问题。
14、4.本专利技术可以与多种送料系统相结合，同时实现背压、螺杆旋转和超声振动的功能，在一定的打印条件下，提高打印速度、打印精度和打印质量。
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1.一种用于高粘度材料的旋转超声辅助螺杆挤出式3D打印方法，其特征在于，超声换能器与螺杆结构共同组成超声振动系统，螺杆做旋转与超声振动的复合运动对高粘度流体材料进行挤出打印。
2.一种实现权利要求1所述打印方法的打印头，其特征在于，包括：
3.根据权利要求2所述的打印头，其特征在于，所述电机(1)通过电机座(2)支撑，所述电机座(2)与外壳连接。
4.根据权利要求2所述的打印头，其特征在于，所述压电陶瓷(10)通过后盖板(8)及预紧螺钉(9)固定在所述螺杆(16)的压电陶瓷安装部。
5.根据权利要求2所述的打印头，其特征在于，还包括一快速接头(15)，所述快速接头(15)与所述进料口连接。
6.根据权利要求2所述的打印头，其特征在于，所述外壳上对应导电滑环(6)的安装位置制有接线孔。
【技术特征摘要】
1.一种用于高粘度材料的旋转超声辅助螺杆挤出式3d打印方法，其特征在于，超声换能器与螺杆结构共同组成超声振动系统，螺杆做旋转与超声振动的复合运动对高粘度流体材料进行挤出打印。
2.一种实现权利要求1所述打印方法的打印头，其特征在于，包括：
3.根据权利要求2所述的打印头，其特征在于，所述电机(1)通过电机座(2)支撑，所述电机座(2)与外壳连接。
【专利技术属性】
技术研发人员：宫虎，孙艺嘉，桂淑钰，敖圣钧，王丰，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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