一种直径可控的3D打印机的喷头.pdf

摘要
申请专利号：	CN201410237592.9	申请日：	2014.05.31
公开号：	CN104441651A	公开日：	2015.03.25
当前法律状态：	授权	有效性：	有权
法律详情：	专利权的转移IPC(主分类):B29C 67/00登记生效日:20180611变更事项:专利权人变更前权利人:福州福大科技园管理有限公司变更后权利人:广东聚华印刷显示技术有限公司变更事项:地址变更前权利人:350002 福建省福州市鼓楼区工业路523号405、406室变更后权利人:510032 广东省广州市中新广州知识城凤凰三路17号自编五栋388\|\|\|专利权的转移IPC(主分类):B29C 67/00登记生效日:20180214变更事项:专利权人变更前权利人:福州大学变更后权利人:福州福大科技园管理有限公司变更事项:地址变更前权利人:350108 福建省福州市闽侯县上街镇大学城学园路2号福州大学新区变更后权利人:350002 福建省福州市鼓楼区工业路523号405、406室\|\|\|授权\|\|\|实质审查的生效IPC(主分类):B29C67/00申请日:20140531\|\|\|公开
IPC分类号：	B29C67/00; B22F3/115	主分类号：	B29C67/00
申请人：	福州大学
发明人：	郭太良; 周雄图; 叶芸; 张启飞; 林毅斌
地址：	350108福建省福州市闽侯县上街镇大学城学园路2号福州大学新区
优先权：
专利代理机构：	福州元创专利商标代理有限公司35100	代理人：	蔡学俊
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内容摘要

本发明公开了一种3D打印机的喷头，用以实现3D打印设备喷出的耗材的尺寸及喷射方向的细微调节。该打印头包含进给物料的管路(13)，管路末端为出口。管路中设置有用于改变喷口尺寸和方向的控制机构(16)。本发明的控制机构可以是布置于喷口外围的致动器(16)，也可以是安置于喷口内侧的阻塞材料（27）与安装在外围的致动器（26）的组合。所述的致动器和阻塞材料均为电致伸缩材料或磁致伸缩材料制成。本申请实施例可以根据3D打印的需要实时改变喷出物料的尺寸，同时还可以对喷射方向进行细微调节。

权利要求书

权利要求书
1.   一种直径可控的3D打印机的喷头，包括用以进给物料的管路(13)及连接于管路出料端上的喷头，其特征在于：所述喷口的四周外侧分别铰接有一片用以控制喷口大小的收敛片(16)，所述收敛片(16)分别经各自的致动器(16)连接于打印机的机架上。

2.  一种直径可控的3D打印机的喷头，包括用以进给物料的管路(23)及连接于管路出料端上的喷头，其特征在于：所述喷口的四周内侧设有控制喷口尺寸的伸缩材料(27)，所述喷口的外侧设有连接于打印机机架上且用以控制喷口方向的致动器(26)，所述伸缩材料的表面具有保护层。

3.  根据权利要求1或2所述的一种直径可控的3D打印机的喷头，其特征在于：所述的致动器(16)为电致伸缩材料致动器，所述电致伸缩材料致动器包含用以产生驱动电致伸缩材料(612)的电场的电极(611)，电致伸缩材料(612)，衬底(613)，电极支撑(615)以及传动杆(614)，所述电致伸缩材料(612)在机械结构上采用串联形式，在电路结构上使用并联形式。

4.  根据权利要求1或2所述的一种直径可控的3D打印机的喷头，其特征在于：所述的致动器(26)为磁致伸缩材料致动器，所述磁致伸缩材料致动器包含磁致伸缩材料(622)，壳体(623)，用以产生驱动磁致伸缩材料(622)的磁场的线圈(621和传动杆(624)。

5.  根据权利要求1或2所述的一种直径可控的3D打印机的喷头，其特征在于：所述管路（13, 23）包含有加热段、进给段、喷口，位于加热段外围设置有用以对物料进行加热的加热元件（14, 24）。

说明书

说明书一种直径可控的3D打印机的喷头
技术领域
本发明涉及一种直径可控的3D打印机的喷头，应用于3D打印设备。
背景技术
3D打印技术是快速成型技术的一种。它以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料通过逐层打印的方式来构造物体。近年来3D打印逐渐被用于一些产品的直接制造，目前已经有应用3D打印技术而制造出的零部件。这项技术在工业设计、汽车、航空航天、医疗产业等行业中得以应用。
3D打印设备通过喷嘴将打印物料打印在工作平台之上，当打印精细结构时需要口径较小的喷嘴，而打印较大面积时就需要大口径的喷嘴。同时在打印一些结构时，打印头方向的细微调节可以减少工作平台或打印头整体的移动，提高打印速度。但是目前3D打印设备的喷嘴的方向和大小是固定的，这种结构限制了3D打印的应用范围。
电至伸缩效应是一种机电耦合效应，它是指当外电场作用于电介质上时，电介质产生的应变正比于电场强度或极化强度的平方的现象。其应变的表达式为：
S＝ME2
式中S——应变；
E——电场强度(V/m)
M——电致伸缩系数(m2/V2)
磁致伸缩效应是指一些磁性材料在外磁场的作用下，其尺寸伸长(或缩短)，去掉外磁场后，其又恢复到原始长度的现象。其应变公式为：
S＝KB2
式中S——应变；
B——磁感应强度(T)
K——比例系数，是磁感应强度B的函数
磁致伸缩材料和电致伸缩材料的应变与伸缩量的关系式为：
ΔL＝SL
式中ΔL——伸缩量；
S——应变；
L——原始长度；
针对现有3D打印喷头的不足，利用电致伸缩材料和磁致伸缩材料在电场或磁场作用下产生形变的特性，本发明提出一种3D打印设备的喷头实现3D打印设备喷嘴大小和方向的精细调节。
发明内容
本发明的目的是提供一种直径可控的3D打印机的喷头，有助于解决目前3D打印头调控不便等问题。
本发明的技术方案在于：一种直径可控的3D打印机的喷头的推拉式结构，包括用以进给物料的管路及连接于管路出料端上的喷头，其特征在于：所述喷口的四周外侧分别铰接有一片用以控制喷口大小的收敛片，所述收敛片分别经各自的致动器连接于打印机的机架上。
一种直径可控的3D打印机的喷头的阻塞式结构，包括用以进给物料的管路及连接于管路出料端上的喷头，其特征在于：包括所述喷口的四周内侧设有控制喷口尺寸的伸缩材料和，所述喷口的外侧设有连接于打印机机架上且用以控制喷口方向的致动器。
其中，所述的致动器为电致伸缩材料致动器，所述电致伸缩材料致动器包含用以产生驱动电致伸缩材料的电场的电极(611)，电致伸缩材料(612)，衬底(613)，电极支撑(615)以及传动杆(614)，所述电致伸缩材料在机械结构上采用串联形式，在电路结构上使用并联形式。
或者，所述的致动器为磁致伸缩材料致动器，所述磁致伸缩材料致动器包含磁致伸缩材料(622)，壳体(623)，用以产生驱动磁致伸缩材料的磁场的线圈(621)和传动杆(624)。
所述管路包含有加热段、进给段、喷口，位于加热段外围设置有用以对物料进行加热的加热元件。
附图说明
图1是本发明的3D打印喷头的推拉式结构的内部构造示意图。
图2是本发明的3D打印喷头的推拉式结构的截面示意图。
图3是本发明的3D打印喷头的阻塞式结构的内部构造示意图。
图4是本发明的3D打印喷头的阻塞式结构的截面示意图。
图5是电致伸缩材料致动器的结构示意图。
图6是电致伸缩材料致动器的截面示意图。
图7是磁致伸缩材料致动器的结构示意图。
图8a-8b是本发明的3D打印喷头的推拉式结构使用电致伸缩材料致动器
图9a-9b是本发明的3D打印喷头的推拉式结构使用磁致伸缩材料致动器
图10a-10b是本发明的3D打印喷头的阻塞式结构使用电致伸缩材料。
图11a-11b是本发明的3D打印喷头的阻塞式结构使用磁致伸缩材料。
上述图中编号的方式如下：
2位编码的第一位是结构类型代码，1代表推拉式结构，2代表阻塞式结构；第二位是结构号，代表相应的结构。例如11代表3推拉式结构的外壳，21代表阻塞式结构的外壳。
3位编码的第一位是器件代码，与2位编码的第二位对应，例如6代表是致动器；第二位是伸缩材料代码，1代表电至伸缩材料，2代表磁致伸缩材料；第三位是部件编号，分别代表不同的部件。例如611代表电致伸缩材料致动器的电极，621代表磁致伸缩材料致动器的线圈。
4位编码的第一位是实施例编号；第二位是结构类型代码，1代表推拉式结构，2代表阻塞式结构；第三位是材料类型代码，1代表电致伸缩材料，2代表磁致伸缩材料；第四位是部件编号，分别代表不同的部件。例如1111代表实施例一的3D打印喷头的外壳。
具体实施方式
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，结合附图作详细说明如下。
本发明提供了一种3D打印设备的喷头，其特征在于这种喷头具有阻塞式和推拉式两种实现结构。
图1和图2所示为本发明提供的3D打印设备的喷头的推拉式结构，其特征在于：包括
-外壳(11)；
-支座(12)，与外壳(11)一体，用以支撑控制机构(16)；
-进给物料的管路(13)；
-加热设备(14)，设置于管路(13)的前段，用于软化进给的物料；
-控制机构(16)，设置于管路(13)的末端外围，用于改变喷口尺寸和方向；
-收敛片(15)，管路(13)的末端，可以在一定方向和一定范围内摆动，收敛片(15)之间使用柔性材料(17)连接；
本发明提供的3D打印设备的喷头的推拉式结构的控制机构(16)，其特征在于：控制机构(16)为电致伸缩材料或磁致伸缩材料制成的微致动器(16)，微致动器(16)对称布置于喷口外围。微致动器(16)一端刚性连接于打印喷头外壳(11)的支座(12)上，另一端铰接与收敛片(15)上。
图3和图4所示为本发明提供的3D打印设备的喷头的阻塞式结构，其特征在于：包括
-外壳(21)；
-支座(22)，与外壳(21)一体，用以支持偏转机构(26)；
-管路(23)；
-加热设备(24)，设置于管路(23)前段，用于软化进给的物料；
-阻塞材料(27)，安装在管路(23)最末端的内侧，用于调节喷口大小，表面具有保护层；
-偏转机构(26)，安装在支座(22)上，用于改变喷口的方向；
-电极或线圈(28)，安装在与阻塞材料(27)对应的壳体(21)上，用于为阻塞材料(27)提供电场或磁场；
本发明提供的3D打印设备的喷头的阻塞式结构的管路(23)，其特征在于，在管路中段由一圈柔性材料连接(25)，使喷口可以在偏转机构(26)的作用下偏转。
本发明提供的3D打印设备的喷头的阻塞式结构的阻塞材料(27)，其特征在于，阻塞材料(27)为电致伸缩材料或磁致伸缩材料。
本发明提供的3D打印设备的喷头的阻塞式结构的偏转机构(26)，其特征在于，偏转机构(26)为电致伸缩材料或磁致伸缩材料制成的微致动器。
本发明所涉及的致动器，其特征在于，使用电致伸缩材料或磁致伸缩材料作为伸缩器件，分别称为电致伸缩材料致动器(如图5和图6所示)和磁致伸缩材料致动器(如图7所示)。每个致动器均单独供电。
图5和图6所示为本发明所述的电致伸缩材料致动器的电致伸缩材料，其特征在于，在机械结构上串联，在电路结构上并联，这种方式克服了单片电致伸缩材料应变过小的缺点；电致伸缩材料时应选择电致伸缩系数较大的材料。
图7所示为本发明所述的磁致伸缩材料致动器的磁致伸缩材料，其特征在于，磁致伸缩材料的磁致伸缩系数较大。
图5和图6所示的本发明所述的电致伸缩材料致动器，其特征在于，包含：
-电极(611)，设置在垂直于伸缩方向的方向，用于产生电致伸缩材料(612)所需的电场；
-电极支撑材料(615)；
-电致伸缩材料(612)，安装在电极(611)和电极支撑材料(615)构成的结构内，多片串联；
-基座(613)；
-传动杆(614)；
图7所示的本发明所述的磁致伸缩材料致动器，其特征在于，包含：
-磁致伸缩材料(622)；
-外壳(623)；
-线圈(621)，安装在外壳(623)上，用于提供磁致伸缩材料(622)所需的磁场；
-传动杆(624)；
本发明还提供一种3D打印喷头大小和方向的控制方式，其特征在于，物料在输送至出口并由出口打印至工作平台上时，其大小由出口的大小决定，其方向出口偏转方向决定，即本打印设备的出口对于打印物料最终的大小和打印方向具有决定作用。
伸缩式结构的控制方式为：当向相对布置的致动器(16)加相同电压时，其伸缩量一至，收敛片(15)同步动作，出口的大小发生改变。当向相对布置的致动器(16)加不同电压时，其伸缩量不一致，收敛片(15)动作存在差异，出口中心的方向发生改变，同时喷口的大小发生改变。
阻塞式结构的控制方式为：向相对布置的电极或线圈(28)加电压时，阻塞材料(27)在电场或磁场的作用下，产生形变。这种形变阻塞了喷口的一部分空间，实现了喷口大小的调节。偏转方式为在对置的致动器(26)上加上不同的电压，致动器(26)产生不同形变，喷口中心实现偏转。
在所附示意图中，为了表示清楚放大了各个结构，但作为示意图不应该被认为严格反映了几何尺寸的比例关系。参考图是本发明的理想化实施例的示意图，本发明所示的实施例不应该被认为仅限于图中所示的区域的特定形状，在本发明所属的领域之内，可以依照本发明的精神和范围对实施的形式和细节进行修改和变化。本发明的专利保护范围，应以所附权利要求书界定的范围为准。
实施例一
如图8所示，图8为本发明推拉式结构的结构示意图，本实施例中的致动器使用的是电致伸缩材料致动器。采用的推拉式结构的具体结构如下：
-外壳(1111)；
-支座(1112)，与外壳(1111)一体，用以支撑控制机构(1116)；
-进给物料的管路(1113)；
-加热设备(1114)，设置于管路(1113)的前段，用于软化进给的物料；
-控制机构(1116)，设置于管路(1113)的末端外围，用于改变喷口尺寸和方向；
-收敛片(1115)，管路(1113)的末端，可以在一定方向和一定范围内摆动，收敛片之间使用柔性材料(1117)连接；
本实施例使用的电致伸缩材料是PMN基弛豫铁电体(1-y)[(1-x)PMN-xPT]-yWO3(x＝0.1～0.13，y＝0.01～0.015)，其电致伸缩系数为8.6×10-16m2/V2。电致伸缩材料致动器(1116)由8片上述电致伸缩材料构成伸缩器件，每片电致伸缩材料厚度为2mm，高度为1mm，宽度为1mm。电致伸缩材料致动器(1116)的电极(611)间距为1mm。电致伸缩材料致动器的具体结构如下：
-电极(611)，设置在垂直于伸缩方向的方向，用于产生电致伸缩材料所需的电场；
-电极支撑材料(615)；
-电致伸缩材料(612)，安装在电极(611)和电极支撑材料(615)构成的结构内，多片串联；
-基座(613)；
-传动杆(614)；
本实施例使用4片收敛片(1115)，每片收敛片(1115)连接一个电致伸缩材料致动器(1116)，4片收敛片(1115)形成一个矩形。
在4个电致伸缩材料致动器(1116)的电极(611)上均加上190V电压，此时4个电致伸缩材料致动器(1116)每个都会产生相同的伸长量(ΔL)，实现喷口大小在每个方向上缩小2ΔL。ΔL的具体计算如下：
在电极(611)上加上190V电压时，极板间产生的电场强度(E)为 E=Ud=190V0.001m=1.9×105V/m.]]>
PMN基弛豫铁电体(1-y)[(1-x)PMN-xPT]-yWO3(x＝0.1～0.13，y＝0.01～0.015)在上述电场下产生的应变为S＝ME2＝8.6×10-16×(1.9×105)2＝3.1046×10-5。
根据应变和伸缩量的关系可以计算得到每片电致伸缩材料PMN基弛豫铁电体(1-y)[(1-x)PMN-xPT]-yWO3(x＝0.1～0.13，y＝0.01～0.015)的伸长(ΔL1)，ΔL1＝SL＝3.1046×10-5×2＝62092×10-5mm。
每个电致伸缩材料致动器(1116)由8片电致伸缩材料(612)PMN基弛豫铁电体(1-y)[(1-x)PMN-xPT]-yWO3(x＝0.1～0.13，y＝0.01～0.015)串联，因此每个电致伸缩材料致动器(1116)的伸长量(ΔL)为，ΔL＝8×ΔL1＝0.4967μm。
根据上述计算可以知道在4个电致伸缩材料致动器(1116)的电极(611)上均加上190V电压，可以实现喷口大小在每个方向上缩小大约1μm。
在图8所示的结构中，向上方的电致伸缩材料致动器(1116)的电极(611)上加190V电压，而下方的电致伸缩材料致动器(1116)的极板(611)上不加电压，此时根据上面的计算，可以知道，上方的电致伸缩材料致动器(1116)伸长了约0.5μm。此时喷口的中心向下方偏移了约0.5μm。
本实施例通过控制各个电致伸缩材料伸缩器(1116)的电极上所加的电压可以调节伸缩器伸缩量，实现了对喷嘴大小和方向的控制，实现了本发明一种喷口大小和方向可调的3D打印喷头。
实施例二
如图9所示，图9为本发明推拉式结构的结构示意图，本实施例中的致动器使用的是磁致伸缩材料致动器。采用的推拉式结构的具体结构如下：
-外壳(2121)；
-支座(2122)，与外壳(2121)一体，用以支撑控制机构(2126)；
-进给物料的管路(2123)；
-加热设备(2124)，设置于管路(2123)的前段，用于软化进给的物料；
-控制机构(2126)，设置于管路(2123)的末端外围，用于改变喷口尺寸和方向；
-收敛片(2125)，管路(2123)的末端，可以在一定方向和一定范围内摆动，收敛片之间使用柔性材料连接；
本实施例使用的磁致伸缩材料为TbFe2，其磁致伸缩系数为1.753×10-3。如图所示，磁致伸缩材料致动器(2126)由一个圆柱形的TbFe2构成伸缩器件，其长度为10mm，直径为1mm。磁致伸缩材料致动器(2126)的线圈(621)为1000匝，外壳直径为2mm。磁致伸缩材料致动器(2126)的具体结构为：
-磁致伸缩材料(622)；
-外壳(623)；
-线圈(621)，安装在外壳(623)上，用于提供磁致伸缩材料所需的磁场；
-传动杆(624)；
本实施例使用4片收敛片(2125)，每片收敛片(2125)连接一个磁致伸缩材料致动器(2126)，4片收敛片(2125)形成一个矩形。
在4个磁致伸缩材料致动器(2126)的线圈(621)上均加上220V，50HZ电压，此时4个磁致伸缩材料致动器(2126)每个都会产生相同的伸长量(ΔL)，实现喷口大小在每个方向上缩小2ΔL。ΔL的具体计算如下：
根据电压与磁通的关系式U＝4.44fNφ，可以计算得到220V，50HZ的电压产生的磁通(φ)为φ=U4.44fN=2204.44×50×1000=9.9×10-4Wb.]]>此时线圈()产生的磁场的磁感应强度(B)为，B=φNA=9.9×10-41000×π×0.0012=0.32T.]]>
根据磁致伸缩材料应变和磁钢应强度的关系，可以计算得到磁致伸缩材料致动器(2126)的应变为S＝KB2＝1.753×10-3×0.322＝1.795×10-4。
此时磁致伸缩材料致动器(2126)的伸长量ΔL＝SL＝1.795×10-4×10＝1.795μm。
根据上述计算可以知道在4个磁致伸缩材料致动器(2126)的线圈(621)上均加上220V，50HZ电压，可以实现喷口大小在每个方向上缩小大约3.59μm。
在图9所示的结构中，向上方的磁致伸缩材料致动器(2126)的线圈(621)上加220V，50HZ电压，而下方的磁致伸缩材料致动器(2126)的线圈(621)上不加电压，此时根据上面的计算，可以知道，上方的磁致伸缩材料致动器(2126)伸长了约1.795μm。此时喷口的中心向下方偏移了约1.795μm。
本实施例通过控制各个磁致伸缩材料伸缩器(2126)的电极上所加的电压可以调节伸缩器伸缩量，实现了对喷嘴大小和方向的控制，实现了本发明一种喷口大小和方向可调的3D打印喷头。
实施例三
如图10所示，图10为本发明阻塞式结构的结构示意图，本实施例中的阻塞材料(3217)为电致伸缩材料，偏转机构(3216)使用的是磁致伸缩材料致动器。采用的阻塞式结构的具体结构如下：
-外壳(3211)；
-支座(3212)，与外壳(3211)一体，用以支持偏转机构(3216)；
-管路(3213)；
-加热设备(3214)，设置于管路(3213)前段，用于软化进给的物料；
-阻塞材料(3217)，安装在管路(3213)最末端的内侧，用于调节喷口大小，表面具有保护层；
-偏转机构(3216)，安装在支座(3212)上，用于改变喷口的方向；
-电极或线圈(3218)，安装在与阻塞材料(3217)对应的壳体(3211)上，用于为阻塞材料(3217)提供电场；
本实施例阻塞材料(3217)使用的电致伸缩材料为PMN基弛豫铁电体(1-y)[(1-x)PMN-xPT]-yWO3(x＝0.1～0.13，y＝0.01～0.015)，电致伸缩系数为8.6×10-16m2/V2。偏转装置(3216)使用的是TbFe2制成的磁致伸缩材料致动器，TbFe2的磁致伸缩系数为1.753×10-3。
本实施例喷口为矩形，在矩形的四个边上安装阻塞材料(3217)，厚度为1mm。打印喷头外壳(3211)的直径为5mm。打印喷头喷口的内径为3mm。
在电极上加500V的电压，在其产生的电场的作用下，阻塞材料(3217)产生形变，阻塞一部分喷口空间，调节了喷口的大小，具体计算过程如下：
在电极上加500V的电压，产生的电场的电场强度(E)为此时阻塞材料(3217)产生的应变为S＝ME2＝8.6×10-16×1010＝8.6×10-6。对应产生的形变为ΔL＝SL＝8.6×10-6×1＝8.6×10-3μm。因为阻塞材料(3217)是相对布置的，因此电极上加500V的电压，喷口缩小0.0172μm。
本实施例偏转机构(3216)的结构与实施例二中的磁致伸缩材料制动器一致，但个结构的尺寸略有区别。
本实施例偏转机构(3216)所使用的磁致伸缩材料制动器的直径为2mm，磁致伸缩材料(622)长度为2mm，直径1mm。线圈(621)500匝。
如图10所示，在上方的偏转机构(3216)的磁致伸缩材料制动器的线圈上加220V，50HZ的电压。产生的磁场的磁通(φ)为 φ=U4.44fN=2204.44×50×500=1.98×10-3Wb.]]>此时的磁感应强度(B)为根据磁致伸缩材料应变(S)的计算式以及应变与形变的关系可以得到：
S＝KB2＝1.753×10-3×1.262＝2.78×10-3
ΔL＝SL＝2.78×10-3×2＝5.56μm
通过上述计算可知，在上方的偏转机构(3216)的磁致伸缩材料制动器的线圈上加220V，50HZ的电压时，喷口中心将向下偏移5.56μm。
本实施例通过控制电极(3218)上所加的电压可以调节阻塞材料的形变量，实现了对喷嘴大小的控制。通过控制偏转机构(3216)磁致伸缩材料致动器线圈上的电压，实现了喷口方向的控制。实现了本发明一种喷口大小和方向可调的3D打印喷头。
实施例四
如图11所示，图11为本发明阻塞式结构的结构示意图，本实施例中的阻塞材料(4227)为磁致伸缩材料，偏转机构(4226)使用的是磁致伸缩材料致动器。采用的阻塞式结构的具体结构如下：
-外壳(4221)；
-支座(4222)，与外壳(4221)一体，用以支持偏转机构(4226)；
-管路(4223)；
-加热设备(4224)，设置于管路(4223)前段，用于软化进给的物料；
-阻塞材料(4227)，安装在管路(4223)最末端的内侧，用于调节喷口大小，表面具有保护层；
-偏转机构(4226)，安装在支座(4222)上，用于改变喷口的方向；
-电极或线圈(4228)，安装在与阻塞材料(4227)对应的壳体上，用于为阻塞材料(4227)提供磁场；
本实施例阻塞材料(4227)使用的电致伸缩材料为TbFe2，磁致伸缩系数为1.753×10-3。偏转装置(4226)使用的是TbFe2制成的磁致伸缩材料致动器，TbFe2的磁致伸缩系数为1.753×10-3。
本实施例喷口为矩形，在矩形的四个边上安装阻塞材料(4227)，厚度为1mm。打印喷头外壳(4221)的直径为5mm。打印喷头喷口的内径为3mm。线圈(4228)匝数100匝。
在线圈(4228)上加220V，50HZ的电压，产生的磁通(φ)为 φ=U4.44fN=2204.44×50×100=9.9×10-3Wb.]]>此时的磁感应强度(B)为根据磁致伸缩材料应变(S)的计算式以及应变与形变的关系可以得到：
S＝KB2＝1.753×10-3×5.042＝0.045
ΔL＝SL＝0.045×1＝45μm
因为阻塞材料(4227)是相对布置的，因此电极上加220V，50HZ的电压时，喷口缩小90μm。
本实施例偏转机构(4226)的结构与实施例二中的磁致伸缩材料制动器一致，但个结构的尺寸略有区别。
本实施例偏转机构(4226)所使用的磁致伸缩材料制动器的直径为2mm，磁致伸缩材料(622)长度为2mm，直径1mm。线圈(621)500匝。
如图11所示，在上方的偏转机构(4226)的磁致伸缩材料制动器的线圈上加220V，50HZ的电压。产生的磁场的磁通(φ)为 φ=U4.44fN=2204.44×50×500=1.98×10-3Wb.]]>此时的磁感应强度(B)为根据磁致伸缩材料应变(S)的计算式以及应变与形变的关系可以得到：
S＝KB2＝1.753×10-3×1.262＝2.78×10-3
ΔL＝SL＝2.78×10-3×2＝5.56μm
通过上述计算可知，在上方的偏转机构(4226)的磁致伸缩材料制动器的线圈上加220V，50HZ的电压时，喷口中心将向下偏移5.56μm。
本实施例通过控制电极(4228)上所加的电压可以调节阻塞材料的形变量，实现了对喷嘴大小的控制。通过控制偏转机构(4226)磁致伸缩材料致动器线圈上的电压，实现了喷口方向的控制。实现了本发明一种喷口大小和方向可调的3D打印喷头。

资源描述

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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201410237592.9(22)申请日 2014.05.31B29C 67/00(2006.01)B22F 3/115(2006.01)(71)申请人福州大学地址 350108 福建省福州市闽侯县上街镇大学城学园路2号福州大学新区(72)发明人郭太良周雄图叶芸张启飞林毅斌(74)专利代理机构福州元创专利商标代理有限公司 35100代理人蔡学俊(54) 发明名称一种直径可控的3D打印机的喷头(57) 摘要本发明公开了一种3D打印机的喷头，用以实现3D打印设备喷出的耗材的尺寸及喷射方向的细微调节。该打印头包含进给物料的管路(13)，。

2、管路末端为出口。管路中设置有用于改变喷口尺寸和方向的控制机构(16)。本发明的控制机构可以是布置于喷口外围的致动器(16)，也可以是安置于喷口内侧的阻塞材料（27）与安装在外围的致动器（26）的组合。所述的致动器和阻塞材料均为电致伸缩材料或磁致伸缩材料制成。本申请实施例可以根据3D打印的需要实时改变喷出物料的尺寸，同时还可以对喷射方向进行细微调节。(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页说明书9页附图8页(10)申请公布号 CN 104441651 A(43)申请公布日 2015.03.25CN 104441651 A1/1页21.一种直。

3、径可控的3D打印机的喷头，包括用以进给物料的管路(13)及连接于管路出料端上的喷头，其特征在于：所述喷口的四周外侧分别铰接有一片用以控制喷口大小的收敛片(16)，所述收敛片(16)分别经各自的致动器(16)连接于打印机的机架上。2.一种直径可控的3D打印机的喷头，包括用以进给物料的管路(23)及连接于管路出料端上的喷头，其特征在于：所述喷口的四周内侧设有控制喷口尺寸的伸缩材料(27)，所述喷口的外侧设有连接于打印机机架上且用以控制喷口方向的致动器(26)，所述伸缩材料的表面具有保护层。3.根据权利要求1或2所述的一种直径可控的3D打印机的喷头，其特征在于：所述的致动器(16)为电致伸缩材料致动。

4、器，所述电致伸缩材料致动器包含用以产生驱动电致伸缩材料(612)的电场的电极(611)，电致伸缩材料(612)，衬底(613)，电极支撑(615)以及传动杆(614)，所述电致伸缩材料(612)在机械结构上采用串联形式，在电路结构上使用并联形式。4.根据权利要求1或2所述的一种直径可控的3D打印机的喷头，其特征在于：所述的致动器(26)为磁致伸缩材料致动器，所述磁致伸缩材料致动器包含磁致伸缩材料(622)，壳体(623)，用以产生驱动磁致伸缩材料(622)的磁场的线圈(621和传动杆(624)。5.根据权利要求1或2所述的一种直径可控的3D打印机的喷头，其特征在于：所述管路（13, 23）包含。

5、有加热段、进给段、喷口，位于加热段外围设置有用以对物料进行加热的加热元件（14, 24）。权利要求书CN 104441651 A1/9页3一种直径可控的 3D 打印机的喷头技术领域0001 本发明涉及一种直径可控的3D打印机的喷头，应用于3D打印设备。背景技术0002 3D打印技术是快速成型技术的一种。它以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料通过逐层打印的方式来构造物体。近年来3D打印逐渐被用于一些产品的直接制造，目前已经有应用3D打印技术而制造出的零部件。这项技术在工业设计、汽车、航空航天、医疗产业等行业中得以应用。0003 3D打印设备通过喷嘴将打印物料打印在工作。

6、平台之上，当打印精细结构时需要口径较小的喷嘴，而打印较大面积时就需要大口径的喷嘴。同时在打印一些结构时，打印头方向的细微调节可以减少工作平台或打印头整体的移动，提高打印速度。但是目前3D打印设备的喷嘴的方向和大小是固定的，这种结构限制了3D打印的应用范围。0004 电至伸缩效应是一种机电耦合效应，它是指当外电场作用于电介质上时，电介质产生的应变正比于电场强度或极化强度的平方的现象。其应变的表达式为：0005 SME20006 式中S应变；0007 E电场强度(V/m)0008 M电致伸缩系数(m2/V2)0009 磁致伸缩效应是指一些磁性材料在外磁场的作用下，其尺寸伸长(或缩短)，去掉外磁场后。

7、，其又恢复到原始长度的现象。其应变公式为：0010 SKB20011 式中S应变；0012 B磁感应强度(T)0013 K比例系数，是磁感应强度B的函数0014 磁致伸缩材料和电致伸缩材料的应变与伸缩量的关系式为：0015 LSL0016 式中L伸缩量；0017 S应变；0018 L原始长度；0019 针对现有3D打印喷头的不足，利用电致伸缩材料和磁致伸缩材料在电场或磁场作用下产生形变的特性，本发明提出一种3D打印设备的喷头实现3D打印设备喷嘴大小和方向的精细调节。发明内容0020 本发明的目的是提供一种直径可控的3D打印机的喷头，有助于解决目前3D打印头调控不便等问题。说明书CN 104。

8、441651 A2/9页40021 本发明的技术方案在于：一种直径可控的3D打印机的喷头的推拉式结构，包括用以进给物料的管路及连接于管路出料端上的喷头，其特征在于：所述喷口的四周外侧分别铰接有一片用以控制喷口大小的收敛片，所述收敛片分别经各自的致动器连接于打印机的机架上。0022 一种直径可控的3D打印机的喷头的阻塞式结构，包括用以进给物料的管路及连接于管路出料端上的喷头，其特征在于：包括所述喷口的四周内侧设有控制喷口尺寸的伸缩材料和，所述喷口的外侧设有连接于打印机机架上且用以控制喷口方向的致动器。0023 其中，所述的致动器为电致伸缩材料致动器，所述电致伸缩材料致动器包含用以产生驱动电致伸缩。

9、材料的电场的电极(611)，电致伸缩材料(612)，衬底(613)，电极支撑(615)以及传动杆(614)，所述电致伸缩材料在机械结构上采用串联形式，在电路结构上使用并联形式。0024 或者，所述的致动器为磁致伸缩材料致动器，所述磁致伸缩材料致动器包含磁致伸缩材料(622)，壳体(623)，用以产生驱动磁致伸缩材料的磁场的线圈(621)和传动杆(624)。0025 所述管路包含有加热段、进给段、喷口，位于加热段外围设置有用以对物料进行加热的加热元件。附图说明0026 图1是本发明的3D打印喷头的推拉式结构的内部构造示意图。0027 图2是本发明的3D打印喷头的推拉式结构的截面示意图。0028 。

10、图3是本发明的3D打印喷头的阻塞式结构的内部构造示意图。0029 图4是本发明的3D打印喷头的阻塞式结构的截面示意图。0030 图5是电致伸缩材料致动器的结构示意图。0031 图6是电致伸缩材料致动器的截面示意图。0032 图7是磁致伸缩材料致动器的结构示意图。0033 图8a-8b是本发明的3D打印喷头的推拉式结构使用电致伸缩材料致动器0034 图9a-9b是本发明的3D打印喷头的推拉式结构使用磁致伸缩材料致动器0035 图10a-10b是本发明的3D打印喷头的阻塞式结构使用电致伸缩材料。0036 图11a-11b是本发明的3D打印喷头的阻塞式结构使用磁致伸缩材料。0037 上述图中编号的方。

11、式如下：0038 2位编码的第一位是结构类型代码，1代表推拉式结构，2代表阻塞式结构；第二位是结构号，代表相应的结构。例如11代表3推拉式结构的外壳，21代表阻塞式结构的外壳。0039 3位编码的第一位是器件代码，与2位编码的第二位对应，例如6代表是致动器；第二位是伸缩材料代码，1代表电至伸缩材料，2代表磁致伸缩材料；第三位是部件编号，分别代表不同的部件。例如611代表电致伸缩材料致动器的电极，621代表磁致伸缩材料致动器的线圈。0040 4位编码的第一位是实施例编号；第二位是结构类型代码，1代表推拉式结构，2代表阻塞式结构；第三位是材料类型代码，1代表电致伸缩材料，2代表磁致伸缩材料；第四位。

12、是部件编号，分别代表不同的部件。例如1111代表实施例一的3D打印喷头的外壳。说明书CN 104441651 A3/9页5具体实施方式0041 为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，结合附图作详细说明如下。0042 本发明提供了一种3D打印设备的喷头，其特征在于这种喷头具有阻塞式和推拉式两种实现结构。0043 图1和图2所示为本发明提供的3D打印设备的喷头的推拉式结构，其特征在于：包括0044 -外壳(11)；0045 -支座(12)，与外壳(11)一体，用以支撑控制机构(16)；0046 -进给物料的管路(13)；0047 -加热设备(14)，设置于管路(13)的前段，。

13、用于软化进给的物料；0048 -控制机构(16)，设置于管路(13)的末端外围，用于改变喷口尺寸和方向；0049 -收敛片(15)，管路(13)的末端，可以在一定方向和一定范围内摆动，收敛片(15)之间使用柔性材料(17)连接；0050 本发明提供的3D打印设备的喷头的推拉式结构的控制机构(16)，其特征在于：控制机构(16)为电致伸缩材料或磁致伸缩材料制成的微致动器(16)，微致动器(16)对称布置于喷口外围。微致动器(16)一端刚性连接于打印喷头外壳(11)的支座(12)上，另一端铰接与收敛片(15)上。0051 图3和图4所示为本发明提供的3D打印设备的喷头的阻塞式结构，其特征在于：包括。

14、0052 -外壳(21)；0053 -支座(22)，与外壳(21)一体，用以支持偏转机构(26)；0054 -管路(23)；0055 -加热设备(24)，设置于管路(23)前段，用于软化进给的物料；0056 -阻塞材料(27)，安装在管路(23)最末端的内侧，用于调节喷口大小，表面具有保护层；0057 -偏转机构(26)，安装在支座(22)上，用于改变喷口的方向；0058 -电极或线圈(28)，安装在与阻塞材料(27)对应的壳体(21)上，用于为阻塞材料(27)提供电场或磁场；0059 本发明提供的3D打印设备的喷头的阻塞式结构的管路(23)，其特征在于，在管路中段由一圈柔性材料连接(25)，。

15、使喷口可以在偏转机构(26)的作用下偏转。0060 本发明提供的3D打印设备的喷头的阻塞式结构的阻塞材料(27)，其特征在于，阻塞材料(27)为电致伸缩材料或磁致伸缩材料。0061 本发明提供的3D打印设备的喷头的阻塞式结构的偏转机构(26)，其特征在于，偏转机构(26)为电致伸缩材料或磁致伸缩材料制成的微致动器。0062 本发明所涉及的致动器，其特征在于，使用电致伸缩材料或磁致伸缩材料作为伸缩器件，分别称为电致伸缩材料致动器(如图5和图6所示)和磁致伸缩材料致动器(如图7所示)。每个致动器均单独供电。说明书CN 104441651 A4/9页60063 图5和图6所示为本发明所述的电致伸。

16、缩材料致动器的电致伸缩材料，其特征在于，在机械结构上串联，在电路结构上并联，这种方式克服了单片电致伸缩材料应变过小的缺点；电致伸缩材料时应选择电致伸缩系数较大的材料。0064 图7所示为本发明所述的磁致伸缩材料致动器的磁致伸缩材料，其特征在于，磁致伸缩材料的磁致伸缩系数较大。0065 图5和图6所示的本发明所述的电致伸缩材料致动器，其特征在于，包含：0066 -电极(611)，设置在垂直于伸缩方向的方向，用于产生电致伸缩材料(612)所需的电场；0067 -电极支撑材料(615)；0068 -电致伸缩材料(612)，安装在电极(611)和电极支撑材料(615)构成的结构内，多片串联；0069 。

17、-基座(613)；0070 -传动杆(614)；0071 图7所示的本发明所述的磁致伸缩材料致动器，其特征在于，包含：0072 -磁致伸缩材料(622)；0073 -外壳(623)；0074 -线圈(621)，安装在外壳(623)上，用于提供磁致伸缩材料(622)所需的磁场；0075 -传动杆(624)；0076 本发明还提供一种3D打印喷头大小和方向的控制方式，其特征在于，物料在输送至出口并由出口打印至工作平台上时，其大小由出口的大小决定，其方向出口偏转方向决定，即本打印设备的出口对于打印物料最终的大小和打印方向具有决定作用。0077 伸缩式结构的控制方式为：当向相对布置的致动器(16)加相。

18、同电压时，其伸缩量一至，收敛片(15)同步动作，出口的大小发生改变。当向相对布置的致动器(16)加不同电压时，其伸缩量不一致，收敛片(15)动作存在差异，出口中心的方向发生改变，同时喷口的大小发生改变。0078 阻塞式结构的控制方式为：向相对布置的电极或线圈(28)加电压时，阻塞材料(27)在电场或磁场的作用下，产生形变。这种形变阻塞了喷口的一部分空间，实现了喷口大小的调节。偏转方式为在对置的致动器(26)上加上不同的电压，致动器(26)产生不同形变，喷口中心实现偏转。0079 在所附示意图中，为了表示清楚放大了各个结构，但作为示意图不应该被认为严格反映了几何尺寸的比例关系。参考图是本发明的理。

19、想化实施例的示意图，本发明所示的实施例不应该被认为仅限于图中所示的区域的特定形状，在本发明所属的领域之内，可以依照本发明的精神和范围对实施的形式和细节进行修改和变化。本发明的专利保护范围，应以所附权利要求书界定的范围为准。0080 实施例一0081 如图8所示，图8为本发明推拉式结构的结构示意图，本实施例中的致动器使用的是电致伸缩材料致动器。采用的推拉式结构的具体结构如下：0082 -外壳(1111)；0083 -支座(1112)，与外壳(1111)一体，用以支撑控制机构(1116)；说明书CN 104441651 A5/9页70084 -进给物料的管路(1113)；0085 -加热设备。

20、(1114)，设置于管路(1113)的前段，用于软化进给的物料；0086 -控制机构(1116)，设置于管路(1113)的末端外围，用于改变喷口尺寸和方向；0087 -收敛片(1115)，管路(1113)的末端，可以在一定方向和一定范围内摆动，收敛片之间使用柔性材料(1117)连接；0088 本实施例使用的电致伸缩材料是PMN基弛豫铁电体(1-y)(1-x)PMN-xPT-yWO3(x0.10.13，y0.010.015)，其电致伸缩系数为8.610-16m2/V2。电致伸缩材料致动器(1116)由8片上述电致伸缩材料构成伸缩器件，每片电致伸缩材料厚度为2mm，高度为1mm，宽度为1mm。电致。

21、伸缩材料致动器(1116)的电极(611)间距为1mm。电致伸缩材料致动器的具体结构如下：0089 -电极(611)，设置在垂直于伸缩方向的方向，用于产生电致伸缩材料所需的电场；0090 -电极支撑材料(615)；0091 -电致伸缩材料(612)，安装在电极(611)和电极支撑材料(615)构成的结构内，多片串联；0092 -基座(613)；0093 -传动杆(614)；0094 本实施例使用4片收敛片(1115)，每片收敛片(1115)连接一个电致伸缩材料致动器(1116)，4片收敛片(1115)形成一个矩形。0095 在4个电致伸缩材料致动器(1116)的电极(611)上均加上190V电。

22、压，此时4个电致伸缩材料致动器(1116)每个都会产生相同的伸长量(L)，实现喷口大小在每个方向上缩小2L。L的具体计算如下：0096 在电极(611)上加上190V电压时，极板间产生的电场强度(E)为0097 PMN基弛豫铁电体(1-y)(1-x)PMN-xPT-yWO3(x0.10.13，y0.010.015)在上述电场下产生的应变为SME28.610-16(1.9105)23.104610-5。0098 根据应变和伸缩量的关系可以计算得到每片电致伸缩材料PMN基弛豫铁电体(1-y)(1-x)PMN-xPT-yWO3(x0.10.13，y0.010.015)的伸长(L1)，L1SL3.10。

23、4610-526209210-5mm。0099 每个电致伸缩材料致动器(1116)由8片电致伸缩材料(612)PMN基弛豫铁电体(1-y)(1-x)PMN-xPT-yWO3(x0.10.13，y0.010.015)串联，因此每个电致伸缩材料致动器(1116)的伸长量(L)为，L8L10.4967m。0100 根据上述计算可以知道在4个电致伸缩材料致动器(1116)的电极(611)上均加上190V电压，可以实现喷口大小在每个方向上缩小大约1m。0101 在图8所示的结构中，向上方的电致伸缩材料致动器(1116)的电极(611)上加190V电压，而下方的电致伸缩材料致动器(1116)的极板(611。

24、)上不加电压，此时根据上面的计算，可以知道，上方的电致伸缩材料致动器(1116)伸长了约0.5m。此时喷口的中心向下方偏移了约0.5m。说明书CN 104441651 A6/9页80102 本实施例通过控制各个电致伸缩材料伸缩器(1116)的电极上所加的电压可以调节伸缩器伸缩量，实现了对喷嘴大小和方向的控制，实现了本发明一种喷口大小和方向可调的3D打印喷头。0103 实施例二0104 如图9所示，图9为本发明推拉式结构的结构示意图，本实施例中的致动器使用的是磁致伸缩材料致动器。采用的推拉式结构的具体结构如下：0105 -外壳(2121)；0106 -支座(2122)，与外壳(2121)一体。

25、，用以支撑控制机构(2126)；0107 -进给物料的管路(2123)；0108 -加热设备(2124)，设置于管路(2123)的前段，用于软化进给的物料；0109 -控制机构(2126)，设置于管路(2123)的末端外围，用于改变喷口尺寸和方向；0110 -收敛片(2125)，管路(2123)的末端，可以在一定方向和一定范围内摆动，收敛片之间使用柔性材料连接；0111 本实施例使用的磁致伸缩材料为TbFe2，其磁致伸缩系数为1.75310-3。如图所示，磁致伸缩材料致动器(2126)由一个圆柱形的TbFe2构成伸缩器件，其长度为10mm，直径为1mm。磁致伸缩材料致动器(2126)的线圈(6。

26、21)为1000匝，外壳直径为2mm。磁致伸缩材料致动器(2126)的具体结构为：0112 -磁致伸缩材料(622)；0113 -外壳(623)；0114 -线圈(621)，安装在外壳(623)上，用于提供磁致伸缩材料所需的磁场；0115 -传动杆(624)；0116 本实施例使用4片收敛片(2125)，每片收敛片(2125)连接一个磁致伸缩材料致动器(2126)，4片收敛片(2125)形成一个矩形。0117 在4个磁致伸缩材料致动器(2126)的线圈(621)上均加上220V，50HZ电压，此时4个磁致伸缩材料致动器(2126)每个都会产生相同的伸长量(L)，实现喷口大小在每个方向上缩小2L。

27、。L的具体计算如下：0118 根据电压与磁通的关系式U4.44fN，可以计算得到220V，50HZ的电压产生的磁通()为此时线圈()产生的磁场的磁感应强度(B)为，0119 根据磁致伸缩材料应变和磁钢应强度的关系，可以计算得到磁致伸缩材料致动器(2126)的应变为SKB21.75310-30.3221.79510-4。0120 此时磁致伸缩材料致动器(2126)的伸长量LSL1.79510-4101.795m。0121 根据上述计算可以知道在4个磁致伸缩材料致动器(2126)的线圈(621)上均加上220V，50HZ电压，可以实现喷口大小在每个方向上缩小大约3.59m。0122 在图9所示的结。

28、构中，向上方的磁致伸缩材料致动器(2126)的线圈(621)上加220V，50HZ电压，而下方的磁致伸缩材料致动器(2126)的线圈(621)上不加电压，此时根据说明书CN 104441651 A7/9页9上面的计算，可以知道，上方的磁致伸缩材料致动器(2126)伸长了约1.795m。此时喷口的中心向下方偏移了约1.795m。0123 本实施例通过控制各个磁致伸缩材料伸缩器(2126)的电极上所加的电压可以调节伸缩器伸缩量，实现了对喷嘴大小和方向的控制，实现了本发明一种喷口大小和方向可调的3D打印喷头。0124 实施例三0125 如图10所示，图10为本发明阻塞式结构的结构示意图，本实施。

29、例中的阻塞材料(3217)为电致伸缩材料，偏转机构(3216)使用的是磁致伸缩材料致动器。采用的阻塞式结构的具体结构如下：0126 -外壳(3211)；0127 -支座(3212)，与外壳(3211)一体，用以支持偏转机构(3216)；0128 -管路(3213)；0129 -加热设备(3214)，设置于管路(3213)前段，用于软化进给的物料；0130 -阻塞材料(3217)，安装在管路(3213)最末端的内侧，用于调节喷口大小，表面具有保护层；0131 -偏转机构(3216)，安装在支座(3212)上，用于改变喷口的方向；0132 -电极或线圈(3218)，安装在与阻塞材料(3217)对应。

30、的壳体(3211)上，用于为阻塞材料(3217)提供电场；0133 本实施例阻塞材料(3217)使用的电致伸缩材料为PMN基弛豫铁电体(1-y)(1-x)PMN-xPT-yWO3(x0.10.13，y0.010.015)，电致伸缩系数为8.610-16m2/V2。偏转装置(3216)使用的是TbFe2制成的磁致伸缩材料致动器，TbFe2的磁致伸缩系数为1.75310-3。0134 本实施例喷口为矩形，在矩形的四个边上安装阻塞材料(3217)，厚度为1mm。打印喷头外壳(3211)的直径为5mm。打印喷头喷口的内径为3mm。0135 在电极上加500V的电压，在其产生的电场的作用下，阻塞材料(3。

31、217)产生形变，阻塞一部分喷口空间，调节了喷口的大小，具体计算过程如下：0136 在电极上加500V的电压，产生的电场的电场强度(E)为此时阻塞材料(3217)产生的应变为SME28.610-1610108.610-6。对应产生的形变为LSL8.610-618.610-3m。因为阻塞材料(3217)是相对布置的，因此电极上加500V的电压，喷口缩小0.0172m。0137 本实施例偏转机构(3216)的结构与实施例二中的磁致伸缩材料制动器一致，但个结构的尺寸略有区别。0138 本实施例偏转机构(3216)所使用的磁致伸缩材料制动器的直径为2mm，磁致伸缩材料(622)长度为2mm，直径1m。

32、m。线圈(621)500匝。0139 如图10所示，在上方的偏转机构(3216)的磁致伸缩材料制动器的线圈上加220V，50HZ的电压。产生的磁场的磁通()为此时说明书CN 104441651 A8/9页10的磁感应强度(B)为根据磁致伸缩材料应变(S)的计算式以及应变与形变的关系可以得到：0140 SKB21.75310-31.2622.7810-30141 LSL2.7810-325.56m0142 通过上述计算可知，在上方的偏转机构(3216)的磁致伸缩材料制动器的线圈上加220V，50HZ的电压时，喷口中心将向下偏移5.56m。0143 本实施例通过控制电极(3218)上所加的。

33、电压可以调节阻塞材料的形变量，实现了对喷嘴大小的控制。通过控制偏转机构(3216)磁致伸缩材料致动器线圈上的电压，实现了喷口方向的控制。实现了本发明一种喷口大小和方向可调的3D打印喷头。0144 实施例四0145 如图11所示，图11为本发明阻塞式结构的结构示意图，本实施例中的阻塞材料(4227)为磁致伸缩材料，偏转机构(4226)使用的是磁致伸缩材料致动器。采用的阻塞式结构的具体结构如下：0146 -外壳(4221)；0147 -支座(4222)，与外壳(4221)一体，用以支持偏转机构(4226)；0148 -管路(4223)；0149 -加热设备(4224)，设置于管路(4223)前段，。

34、用于软化进给的物料；0150 -阻塞材料(4227)，安装在管路(4223)最末端的内侧，用于调节喷口大小，表面具有保护层；0151 -偏转机构(4226)，安装在支座(4222)上，用于改变喷口的方向；0152 -电极或线圈(4228)，安装在与阻塞材料(4227)对应的壳体上，用于为阻塞材料(4227)提供磁场；0153 本实施例阻塞材料(4227)使用的电致伸缩材料为TbFe2，磁致伸缩系数为1.75310-3。偏转装置(4226)使用的是TbFe2制成的磁致伸缩材料致动器，TbFe2的磁致伸缩系数为1.75310-3。0154 本实施例喷口为矩形，在矩形的四个边上安装阻塞材料(4227)，厚度为1mm。打印喷头外壳(4221)的直径为5mm。打印喷头喷口的内径为3mm。线圈(4228)匝数100匝。0155 在线圈(4228)上加220V，50HZ的电压，产生的磁通()为此时的磁感应强度(B)为根据磁致伸缩材料应变(S)的计算式以及应变与形变的关系可以得到：0156 SKB21.75310-35.0420.0450157 LSL0.045145m0158 因为阻塞材料(4227)是相对布置的，因此电极上加220V，50HZ的电压时，喷口缩小90m。说明书CN 104441651 A10。

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