3D打印機(jī)噴頭的原理有哪些?

3D打印機(jī)與市場(chǎng)上一般的打印機(jī)結(jié)構(gòu)相似，也由控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、數(shù)據(jù)處理電路、電源和輸入輸出模塊組成。

從外觀上看，采用FDM熔融層積成型技術(shù)的個(gè)人消費(fèi)者的3D打印機(jī)結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，甚至有點(diǎn)簡(jiǎn)陋，但正是因?yàn)檫@個(gè)原因，3D打印機(jī)的價(jià)格才能從幾萬(wàn)甚至幾十萬(wàn)美元降到幾千元。目前，消費(fèi)級(jí)3D打印機(jī)主要由PC電源、主控電路、步進(jìn)電機(jī)和控制電路、高溫噴頭和工件輸出基板組成。外用木板固定，采用非封閉鑄模平臺(tái)。

我們可以看到，它的核心是一個(gè)主電路板，使用ATmega1280-16AU(16MHz)8位AVR微處理器。通過(guò)這個(gè)主電路板，將處理后的3D模型文件轉(zhuǎn)換成X、Y、Z軸和噴頭進(jìn)料的步進(jìn)電機(jī)數(shù)據(jù)，交給4個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制電路進(jìn)行控制，然后讓步進(jìn)電機(jī)控制電路控制工件輸出基板的X-Y平面移動(dòng)、噴頭的垂直移動(dòng)和噴頭進(jìn)料的速度。

就硬件結(jié)構(gòu)而言，閃鑄Adventurerⅲ3D打印機(jī)并不復(fù)雜，成本也不算太高，據(jù)重慶大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院副院長(zhǎng)林景棟教授介紹，其主控電路的成本也就100元左右，一套步進(jìn)電機(jī)和控制電路的成本也就100元左右，可加熱工件的輸出基板和噴頭的成本也不算太高。自動(dòng)化學(xué)院的航嘉磐石355電源售價(jià)超過(guò)200元后，自動(dòng)化學(xué)院的廖孝勇老師笑著告訴我們，這個(gè)電源可能是這款打印機(jī)硬件成本最高的配件。

基于壓電技術(shù)原理的噴頭有兩種，即/按需給墨型0(droPlet一on一demarid)噴頭和連續(xù)噴頭。導(dǎo)電墨水在壓力的作用下通過(guò)噴頭噴出，噴出的墨水分散形成連續(xù)的液滴。然而，這種連續(xù)噴出的液滴在自然狀態(tài)下的尺寸和間隔應(yīng)該是隨機(jī)的。因此，這種噴頭通過(guò)其壓電傳感器向墨水施加固定頻率的超聲波，使墨水形成相同尺寸和間隔的液滴。連續(xù)噴出的液滴通過(guò)充電極板，所需的液滴被電場(chǎng)充電，轉(zhuǎn)向指定方向噴出，不需要的液滴通過(guò)回收槽收集。一個(gè)壓電傳感器可以支持多個(gè)噴因此噴頭之間的間距可以盡可能小，以達(dá)到高分辨率陣列。但由于該裝置的油墨滴充電和回收系統(tǒng)極其復(fù)雜，成為其實(shí)際應(yīng)用的主要障礙。

根據(jù)需要，墨水噴頭使用壓電管或圓盤(pán)噴射液滴，在需要打印時(shí)向壓電傳感器施加電壓脈沖，從而在充滿(mǎn)油墨的腔體中產(chǎn)生聲波。當(dāng)聲波與噴頭中油墨的自山凹面相互作用時(shí)，會(huì)發(fā)出液滴。典型/按需給墨型0噴頭。這種液滴生產(chǎn)方法的主要優(yōu)點(diǎn)是不需要復(fù)雜的液滴偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和回收系統(tǒng)。缺點(diǎn)是壓電傳感管或圓盤(pán)尺寸過(guò)大，不利于毫米級(jí)的高精度應(yīng)用。