本发明涉及增材制造技术领域，尤其涉及一种熔融沉积3d打印机及其数字式线阵可调喷头装置。
背景技术：
3d打印机技术是一门综合了计算机、控制、电气、材料等领域的新兴的生产制造技术，以其产品研发周期短，生产效率高和生产成本低，受到越来越多的关注，现已广泛应用于工业设计和制造、航空航天、军事、医疗、建筑、汽车和教育等领域。随着3d打印技术的广泛应用，人们对3d打印生产的效率也越来越重视。
现有的熔融沉积成型(fuseddepositionmodeling,fdm)3d打印原理是将三维模型保存为标准的“.stl”文件格式，再利用切片软件将模型切为一系列特定厚度的薄片，然后对各个薄片进行打印路径规划并生成g代码，g代码控制电机带动喷头运动并挤出熔融态打印材料到打印平台上，完成打印后，打印平台下降一个层高度，对下一个薄片进行打印直到最后完成打印。
现有的fdm型3d打印原理都是利用挤出口尺寸固定或尺寸可调的喷嘴进行多次扫描打印，为了避开非打印像素点，打印线路规划复杂，g代码量大。打印时，喷头需要频繁加减速运动，需要在一个打印平面内来回运动，打印时间长，打印效率低。
技术实现要素：
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种数字式线阵可调喷头装置及包括该数字式线阵可调喷头装置的熔融沉积3d打印机，解决现有技术中的至少一个问题。
(二)技术方案
为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种数字式线阵可调喷头装置，包括：
加热块，加热块的一端设有入料口，相对的另一端设有多个沿直线间隔排列的出料口，每个出料口均与入料口连通；
喷嘴，喷嘴上设有数量与出料口数量相同的多个挤出口，喷嘴固定在加热块，每个挤出口与相对应的一个出料口同轴设置；
插条，插条的数量与挤出口的数量相同，每根插条上设有一个调节孔，插条设置在喷嘴和加热块之间，调节孔与出料口和挤出口均连通设置，使打印料能够从挤出口排出，且每根插条能够相对加热块单独往复移动；以及
位移调节机构，所述位移调节机构用于分别调节每根所述插条的往复移动；
当需要阻止一个挤出口出料时，相对应的插条向一个方向移动，使调节孔与出料口错开；当需要恢复挤出口出料时，插条复位。
优选地，加热块包括两个分块体，每个分块体的配合面上均设有流道槽，两个分块体通过螺栓固定组成加热块，两个配合面紧贴设置，使两个流道槽组成由入料口至出料口的流道。
优选地，加热块通过加热棒加热。
优选地，加热块上设有数量与出料口数量相同的多根插条滑槽，每根插条通过一根插条滑槽与加热块可滑动连接。
优选地，插条的两端各设有一插条连接孔；
位移调节机构包括两个分别设置在加热块两侧的调节架，调节架包括架体和两个间隔设置架体上的绝缘转向圆柱，在架体上，两个绝缘转向圆柱之间的位置还设有一绝缘固定块，绝缘固定块上设有数量与插条数量相同的固定孔；
调节架还包括镍钛合金记忆丝，每个调节架对应的镍钛合金记忆丝的数量与插条的数量相同，每根镍钛合金记忆丝的一端与相对应的一根插条连接孔绝缘连接，另一端分别绕过两个绝缘转向圆柱后与相对应的一个固定孔连接，多根镍钛合金记忆丝与串口继电器连接，串口继电器为多路串口继电器，通过多路串口继电器连接分别控制多根镍钛合金记忆丝的通/断电。
优选地，加热块的两侧还分别设有一限位架，限位架包括：
限位板，限位板垂直插条的移动方向且与加热块间隔设置，用于限定插条的移动距离，限位板上设有数量与插条数量相同的过线孔；
滑动固定板，滑动固定板上设有数量与过线孔数量相同的滑块，滑块的滑动方向与插条的滑动方向相同，每个滑块的两端均设有一滑块连接孔，其中一端的滑块连接孔通过一连接丝穿过相对应的过线孔与相对应的一插条连接孔连接，另一端的滑动连接孔与相对应的镍钛合金记忆丝绝缘连接。
优选地，所述架体为聚四氟乙烯材料制成；和/或
绝缘转向圆柱为聚四氟乙烯材料制成或表面覆盖有聚四氟乙烯绝缘层。
优选地，限位板与滑动固定板垂直连接构成l型结构，且滑动固定板位于限位板远离加热块的一侧。
优选地，加热块上还设有温度传感器，通过温度传感器的反馈调节加热块的加热温度。
第二方面，本发明还提供了一种熔融沉积3d打印机，包括第一方面中任一种数字式线阵可调喷头装置。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供的数字式线阵可调喷头装置，包括加热块、喷嘴、插条和位移调节机构，其中加热块的一端设有入料口，另一端设有多个沿直线间隔排列的出料口，每个出料口均与入料口连通，喷嘴上设有数量与出料口数量相同的多个挤出口，喷嘴固定在加热块上，每个挤出口与一个出料口同轴对应设置，插条的数量与挤出口的数量相同，每根插条上设有一个调节孔，插条设置在加热块和喷嘴之间，能够相对加热块和喷嘴移动，在一个状态下，调节孔与出料口和挤出口连通设置，使打印料能够由加热出料口经调节孔后从挤出口排出，当需要阻止其中一个挤出口出料时，位移调节机构调节该挤出口相对应的插条向一个方向移动，使调节孔与出料口错开，出料口与挤出口之间断开；当需要恢复挤出口出料时，位移调节机构调节插条复位，使调节孔与出料口和挤出口再次连通。该数字式线阵可调喷头装置所覆盖的区域可一次打印，无需改变或重复路径，打印路径简单，减少g代码量，单层切片一次扫描即可完成打印，提高打印效率。
本发明提供的熔融沉积3d打印机包括本发明的数字式线阵可调喷头装置，在打印时，数字式线阵可调喷头装置所覆盖的区域可一次打印，无需改变或重复路径，打印路径简单，减少g代码量，单层切片一次扫描即可完成打印，提高打印效率。
附图说明
本发明附图仅为说明目的提供，图中各部件的比例与数量不一定与实际产品一致。
图1是本发明实施例一中一种数字式线阵可调喷头装置的结构示意图；
图2是本发明实施例一中一种数字式线阵可调喷头装置的结构分解示意图；
图3是图2中数字式线阵可调喷头装置另一角度的结构分解示意图；
图4是本发明实施例一中一种插条的结构示意图；
图5是本发明实施例一中一种打印实例示意图；
图6是本发明实施例二中一种数字式线阵可调喷头装置的结构示意图(未示出镍钛合金记忆丝)；
图7是本发明实施例二中一种插条的结构示意图；
图8是本发明实施例二中一种调节架的结构示意图(未示出镍钛合金记忆丝)；
图9是是本发明实施例二中一种镍钛合金记忆丝的布置示意图；
图10是本发明实施例三中一种数字式线阵可调喷头装置的结构示意图(未示出镍钛合金记忆丝和连接丝)；
图11是本发明实施例三中一种限位架的结构示意图(未示出连接丝)。
图中：1：加热块；11：入料口；12：插条滑槽；
2：喷嘴；21：挤出口；
3：插条；31：调节孔；32：插条连接孔；
4：加热棒；5：温度传感器；
6：调节架；61：架体；62：绝缘转向圆柱；63：绝缘固定块；631：固定孔；64：镍钛合金记忆丝。
7：限位架；71：限位板；711：过线孔；72：滑动固定板；721：滑块槽；73：滑块。
100：打印平台；200：模型。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所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。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
实施例一
参见图1-图4所示，本发明实施例提供的数字式线阵可调喷头装置，包括加热块1、喷嘴2、插条3和位移调节机构。
参见图1-图3所示，加热块1的一端设有入料口11，相对的另一端设有多个沿直线间隔排列的出料口，每个出料口均与入料口连通，即入料口通过分流形成多个分流道最终在加热块的另一端形成多个出料口。在一个具体地实施方式中，入料口11经过四次分流，每次分流由一个流道分为两个支流道，在最后一级分流后形成沿直线间隔(线阵)排列十六个支流道，十六个支流道的端部即为出料口。
当然，上述十六个支流道仅为示例，并非是对本发明的限定，例如，入料口11经过五次分流，每次分流由一个流道分为两个支流道，在最后一级分流后形成沿直线间隔(线阵)排列三十二个支流道，三十二个支流道的端部即为出料口，即具有三十二个出料口，对应的则有三十二个挤出口21以及三十二根插条3。
在另外一些实施方式中，每次分流也可以由一个流道分为三个或更多个支流道，在多级分流时，每个分流道的再次分流和数量也可以不同，例如入料口分两个支流道，其中第一个支流道再次分为三个支流道，第二支流道再次分流仅分流为两个支流道。
当然，优选地，还是每次分流由一个流道分为两个支流道，便于流量的控制和调节。
参见图2和图3所示，喷嘴2上设有数量与出料口数量相同的多个挤出口21，喷嘴2固定在加热块1上，每个挤出口与一个出料口同轴对应设置。优选地，喷嘴2通过螺钉固定在加热块1。
参见图2-图4所示，插条3的数量与挤出口21的数量相同，每根插条3上设有一个调节孔31，插条3设置在加热块1和喷嘴2之间，且能够相对加热块1和喷嘴2移动，在一个状态下，调节孔31与出料口和挤出口21连通设置，使打印料能够由加热出料口经调节孔31后从挤出口21排出，优选地，调节孔31与出料口和挤出口21均同轴设置。当需要阻止其中一个挤出口21出料时，位移调节机构带动该挤出口21相对应的插条3向一个方向移动，使调节孔31与出料口错开，出料口与挤出口21之间断开；当需要恢复挤出口21出料时，位移调节机构带动插条3复位，使调节孔31与出料口和挤出口21再次连通。同理，需要阻止多个挤出口21出料时，移动相对应的多根插条3即可，在此不再赘述。
优选地，参见图2和图3所示，加热块1设有出料口的一端设有插条滑槽12，每个出料口对应一根插条滑槽12，插条3设置在插条滑槽12内，下侧面(靠近喷嘴2的一侧面)与加热块1的下端面(靠近喷嘴2的一侧面)齐平，使喷嘴2上端面(靠近加热块1的一侧面)与加热块1的下端面紧贴，利于密封。
参见图5所示，以具有十六个出料口的数字式线阵可调喷头装置打印模型200，使用时，数字式线阵可调喷头装置在打印平台100的上方沿喷头扫描方向移动，在移动过程中，数字式线阵可调喷头装置所覆盖的区域可一次打印，若中间有非打印区域，则控制器控制位移调节机构移动相对应的插条3，阻止相对应的挤出口21出料，无需改变或重复路径，打印路径简单，减少g代码量，单层切片一次扫描即可完成打印，提高打印效率。
在一些优选地实施方式中，加热块1包括两个分块体，每个分块体的配合面上均设有流道槽，两个分块体通过螺栓固定组成加热块，两个配合面紧贴设置，使两个流道槽组成由入料口1至出料口的流道。加热块1分体设置，方便流道的加工以及加热块1的清洗等，并且便于安装加热装置等部件。
在一些优选地实施方式中，加热块1通过加热棒4进行加热。优选地，加热块1上还设有温度传感器5，便于加热温度控制。
需要说明的是，加热棒4、温度传感器5均使用现有技术即可，因此其安装及工作原理均不再赘述。
实施例二
参见图6-图8所示，本实施例二与实施例一基本相同，相同之处不再赘述，不同之外在于：参见图7所示，插条3的两端各设有一插条连接孔32。
参见图6和图8所示，位移调节机构包括两个分别设置在加热块1两侧的调节架6，调节架6包括架体61和两个间隔设置架体61上的绝缘转向圆柱62，在架体61上，两个绝缘转向圆柱62之间的位置还设有一绝缘固定块63，绝缘固定块63上设有数量与插条3数量相同的固定孔631。
调节架6上还设有镍钛合金记忆丝64，每个调节架6对应的镍钛合金记忆丝64的数量与插条3的数量相同，每根镍钛合金记忆丝64的一端与相对应的一根插条连接孔32绝缘连接，另一端分别绕过两个绝缘转向圆柱62后与相对应的一个固定孔631连接，多根镍钛合金记忆丝64与串口继电器连接，串口继电器连接为多路串口继电器，通过多路串口继电器连接分别控制多根镍钛合金记忆丝64的通/断电。
在一个具体的实施方式中，具有十六根插条3，每根插条3的一端对应一个调节架6，即每个调节架6具有十六根镍钛合金记忆丝64，每根插条3的一端对应一根镍钛合金记忆丝64，串口继电器为16路串口继电器，十六根镍钛合金记忆丝64分别与16路串口继电器的正负极连接，16路串口继电器能够分别控制十六根镍钛合金记忆丝64的通/断电。利用镍钛合金记忆丝64的通电收缩特性，通过通/断电改变镍钛合金记忆丝64的温度，实现镍钛合金记忆丝64的收缩变形拉动插条3移动，在需要复位时，加热块1另一侧相对应的镍钛合金记忆丝64通电，拉动插条3移动复位。具体地，需要阻止一个挤出口21出料时，控制器向串口继电器发送指令，使相对应的插条3的其中一端的镍钛合金记忆丝64通电，另一端的镍钛合金记忆丝64断电，通电一端的镍钛合金记忆丝64收缩拉动插条3移动，使调节孔31与出料口和挤出口21错开，此时，该插条3另一端的镍钛合金记忆丝64处于被拉直但不受力状态。在需要该挤出口21恢复出料时，两侧的镍钛合金记忆丝64的通/断电状态切换，使插条3复位，此时断电的镍钛合金记忆丝64处于被拉直但不受力状态。
需要说明的是，在插条3的数量不同时，例如，2根、3根、4根、5根、6根、8根、9根、32等数量，镍钛合金记忆丝64的数量也随之变化，从而串口继电器的串口数量也随之增加，即串口数量不少于镍钛合金记忆丝64的数量。
在一些实施方式中，两个调节架6共用一个串口继电器，例如每个调节架6分别包括16根镍钛合金记忆丝64时，串口继电器选择不少于十六个串口的串口继电器。当然，为方便镍钛合金记忆丝64的连接和布局，优选地，每个调节架6对应一个串口继电器。
在该具体实施方式中，优选地，加热块1两侧的限位板71距离加热块的距离相同，插条上的调节孔31位于非中间位置(插条移动方向上)，插条3始终有一端抵在限位板71上，例如，当挤出口21处于能够排料的状态时，调节孔31与出料口和挤出口21连通，此时，插条距离调节孔31较远的一端抵在限位板71上，移动插条3阻止该挤出口21出料时，插条距离调节孔31较近的一端抵在限位板71上，调节孔31与出料口和挤出口21错开。
在一个实施方式中，出料口和调节孔31均为方孔，挤出口为圆孔。
绝缘转向圆柱62主要作用是改变镍钛合金记忆丝64的拉力方向，参见图9所示，提供了一种镍钛合金记忆丝64的布置方式，具体地，每根镍钛合金记忆丝64先从位于下侧的绝缘转向圆柱62的下侧和外侧(远离加热块1的一侧)绕过然后向上由位于上侧的绝缘转向圆柱62的内侧(靠近加热块1的一侧)和上侧绕出后与绝缘固定块63上的相对应的固定孔631连接。
需要说明的是，绝缘转向圆柱62的绝缘特性可以是通过本身由绝缘材料制成，例如，由聚四氟乙烯(ptfe)制成，也可以是在绝缘转向圆柱62的外侧铺设绝缘层，例如，聚四氟乙烯绝缘层。同理，绝缘固定块63的绝缘特性可以是通过本身由绝缘材料制成，例如，由聚四氟乙烯(ptfe)制成，也可以是在需要与镍钛合金记忆丝64接触的位置铺设绝缘层，例如，聚四氟乙烯绝缘层。
在一些实施方式中，架体61整体采用具有耐高温绝缘特性的聚四氟乙烯(ptfe)制成。
实施例三
参见图10和图11所示，本实施例三与实施例二基本相同，相同之处不再赘述，不同之外在于：在加热块的两侧还分别设有一限位架7，限位架包括限位板71和滑动固定板72。
限位板71垂直插条3的移动方向且与所加热块间隔设置，用于限定插条3的移动距离，保证插条3的移动能够有效阻止或恢复打印料的挤出。限位板71上设有数量与插条3数量相同的过线孔711。
滑动固定板72上设有数量与过线孔711数量相同的滑块73，滑块73的滑动方向与插条3的滑动方向相同，每个滑块73的两端均设有一滑块连接孔731，靠近加热块1的滑块连接孔731通过一连接丝(图中未示出)穿过相对应的过线孔711与相对应的插条连接孔32连接，另一端的滑动连接孔731与相对应的镍钛合金记忆丝64绝缘连接。即在本实施例中，镍钛合金记忆丝64通过滑块73及连接丝与插条3绝缘连接。优选地，连接丝为耐高温钢丝。
在一个具体地实施方式中，滑动固定板72上设有与滑块73相匹配的滑块槽721，滑块73能够在滑块槽721滑动。优选地，限位板71通过一连接块74与加热块1可拆卸固定连接，能够较好的限定限位板71与加热块1之间的间隔距离。优选地，滑块73整体采用绝缘材料制成，例如，由聚四氟乙烯(ptfe)制成，也可以是在需要与镍钛合金记忆丝64接触的位置铺设绝缘层。
在一些实施方式中，限位板71和滑动固定板72均采用耐高温绝缘材料制成，例如，由聚四氟乙烯(ptfe)制成。
在一些优选地实施方式中，限位板71与滑动固定板72垂直连接构成l型结构，且滑动固定板72位于限位板71远离加热块1的一侧。优选地，限位板71与滑动固定板72为一体成型。
实施例四
本实例四提供的熔融沉积3d打印机可以采用实施例一至实施例三中的任一种数字式线阵可调喷头装置，其传动机构、送料装置、散热装置等结构采用现有技术即可，在此不再赘述。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，不存在方案冲突的情况下，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
此外，在不脱离本发明的范围的情况下，对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
1.一种数字式线阵可调喷头装置，其特征在于，包括：
加热块，所述加热块的一端设有入料口，相对的另一端设有多个沿直线间隔排列的出料口，每个所述出料口均与所述入料口连通；
喷嘴，所述喷嘴上设有数量与所述出料口数量相同的多个挤出口，所述喷嘴固定在所述加热块，每个所述挤出口与相对应的一个所述出料口同轴设置；
插条，所述插条的数量与所述挤出口的数量相同，每根所述插条上设有一个调节孔，所述插条设置在所述喷嘴和所述加热块之间，所述调节孔与所述出料口和所述挤出口均连通设置，使打印料能够从挤出口排出，且每根所述插条能够相对所述加热块单独往复移动；以及
位移调节机构，所述位移调节机构用于分别调节每根所述插条的往复移动；
当需要阻止一个所述挤出口出料时，相对应的所述插条向一个方向移动，使所述调节孔与所述出料口错开；当需要恢复所述挤出口出料时，所述插条复位。
2.根据权利要求1所述的数字式线阵可调喷头装置，其特征在于：所述加热块包括两个分块体，每个所述分块体的配合面上均设有流道槽，两个所述分块体通过螺栓固定组成所述加热块，两个所述配合面紧贴设置，使两个所述流道槽组成由所述入料口至所述出料口的流道。
3.根据权利要求1或2所述的数字式线阵可调喷头装置，其特征在于：所述加热块通过加热棒加热。
4.根据权利要求1所述的数字式线阵可调喷头装置，其特征在于：所述加热块上设有数量与所述出料口数量相同的多根插条滑槽，每根所述插条通过一个所述插条滑槽与加热块可滑动连接。
5.根据权利要求1所述的数字式线阵可调喷头装置，其特征在于：
所述插条的两端各设有一插条连接孔；
所述位移调节机构包括两个分别设置在所述加热块两侧的调节架，所述调节架包括架体和两个间隔设置所述架体上的绝缘转向圆柱，在所述架体上，两个所述绝缘转向圆柱之间的位置还设有一绝缘固定块，所述绝缘固定块上设有数量与所述插条数量相同的固定孔；
所述调节架还包括镍钛合金记忆丝，每个所述调节架对应的所述镍钛合金记忆丝的数量与所述插条的数量相同，每根所述镍钛合金记忆丝的一端与相对应的一个所述插条连接孔绝缘连接，另一端分别绕过两个所述绝缘转向圆柱后与相对应的一个固定孔连接，多根所述镍钛合金记忆丝与串口继电器连接，所述串口继电器为多路串口继电器，通过多路串口继电器连接分别控制所述多根所述镍钛合金记忆丝的通/断电。
6.根据权利要求5所述的数字式线阵可调喷头装置，其特征在于：所述加热块的两侧还分别设有一限位架，所述限位架包括：
限位板，所述限位板垂直所述插条的移动方向且与所述加热块间隔设置，用于限定所述插条的移动距离，所述限位板上设有数量与所述插条数量相同的过线孔；
滑动固定板，所述滑动固定板上设有数量与所述过线孔数量相同的滑块，所述滑块的滑动方向与所述插条的滑动方向相同，每个所述滑块的两端均设有一滑块连接孔，其中一端的所述滑块连接孔通过一连接丝穿过相对应的过线孔与相对应的一插条连接孔连接，另一端的滑动连接孔与相对应的所述镍钛合金记忆丝绝缘连接。
7.根据权利要求5所述的数字式线阵可调喷头装置，其特征在于：所述架体为聚四氟乙烯材料制成；和/或
绝缘转向圆柱为聚四氟乙烯材料制成或表面覆盖有聚四氟乙烯绝缘层。
8.根据权利要求6所述的数字式线阵可调喷头装置，其特征在于：所述限位板与所述滑动固定板垂直连接构成l型结构，且滑动固定板位于所述限位板远离所述加热块的一侧。
9.根据权利要求3所述的数字式线阵可调喷头装置，其特征在于：所述加热块上还设有温度传感器，通过所述温度传感器的反馈调节所述加热块的加热温度。
10.一种熔融沉积3d打印机，其特征在于：包括如权利要求1-9任一项所述的数字式线阵可调喷头装置。
技术总结