3D陶瓷打印头设计

6智能烘烤系统的实现3D陶瓷打印头设计摘要随着科学技术的发展，各种打印技术日新月异，其中3D打印技术更是不断更新进步,并且得到了广泛的关注以及应用。但是技术较为成熟的3D塑料打印已经满足不了市场的需求，市场对3D打印材料的多样性提出了新的要求。陶瓷在医疗、工业制造、航天航空甚至消费品领域都有广泛的应用，因此陶瓷3D打印技术应运而生。但与其他材料相比，陶瓷材料更难以成型，更加不好控制。本文介绍了现阶段陶瓷3D打印机的发展现状以及个人自主研发的3D陶瓷打印头设计的结构和特点，并对它的设计要点进行分析与讨论。关键词3D陶瓷打印；材料；设计3DCERAMICPRINTINGHEADDESIGNABSTRACTWiththedevelopmentofscienceandtechnology,variousprintingtechnologiesarechangingwitheachpassingday,amongwhich3Dprintingtechnologyisconstantlyupdatedandimproved,andhasbeenwidelyconcernedandapplied.However,3Dplasticprintingwithrelativelymaturetechnologycannolongermeetthemarketdemand,andthemarkethasputforwardnewrequirementsforthediversityof3Dprintingmaterials.Ceramicsarewidelyusedinmedical,industrialmanufacturing,aerospaceandevenconsumergoodsfields,so3Dprintingtechnologyofceramicsemergesattherightmoment.Butcomparedwithothermaterials,ceramicmaterialsaremoredifficulttoshape,moredifficulttocontrol.Thispaperintroducesthedevelopmentstatusofceramic3Dprinterandthestructureandcharacteristicsofthe3Dceramicprintingheaddesignindependentlydevelopedbytheauthor,andanalyzesanddiscussesthekeypointsofthedesign.KEYWORDS3Dceramicprinting；material；design目录前言 前言选题的背景与意义随着科技的不断发展,各式各样的生产技术手段都日新月异,从而3D打印技术正不断出现在人们的视线。3D打印机被人们叫做三维打印机(3DP),是一种通过累积物料来进行产品制造的技术,也就是快速可以进行成形技术的一种机器,它是通过一种数学建模的文件作为基础,运用了粘合剂、粉末形态的金属或者塑料等等可以粘合在一起的物料,通过输出一层又一层的粘合型物料制造出来一种三维的物件。现在阶段的3D打印机被人们用来制造商业产品,使用逐层打印的方式来构建物件的技术。3D打印机的工作原理是把数据和打印原料放入3D打印机当中,3D打印机会按照已经设置好的程序按建模图把产品一层一层打造出来。就当前发展情况来说3D打印技术遇到的主要问题主要来源于以下的三点问题:一、产品的生产效率低下,成本比较高,比较难大规模的生产。二、消费者不买账,个性化的3D陶瓷产品定制生产周期比较长,和同类型产品相比没有明显的优势。三、材料丰富性决定未来发展长度,目前3D打印机所用的材料都非常的有限,暂时无法满足市场对材料的需求,制造的精度、强度、质量、复杂性等等都到达不到比较高层次的要求。3D打印技术作为了一种新兴的加工工艺,必将会非常大的程度改变凭借装配生产线作为代表生产方式的大规模的生产加工模式,可以驱使产品的生产状态向个性化、定制化的发展方向进而发生改变,真正可以实现生产形式的变革进步。3D打印机的应用将会很大大幅度减少工厂制作产品推向消费市场的时间,消费用户只需要很简单的下载CAD等建模3维图,就可以在几个小时内通过3D打印机将想要的个性产品打印出来实体物件,根本不需要用到大规模的工业生产线,不需要库存非常大量的零部件,不需要招收大量的工作人员。研究的主要内容本设计的研究重点是设计一种基于3D打印机现有技术，设计一种3D陶瓷打印头。将传统的塑料材料替换为陶瓷材料，改变物料的输出口用于匹配陶瓷原料。使用气压泵进行输送物料到达喷头，应用电动机的正反转功能，实现活塞的推进以及复位。用一个步进电机控制物料输送的速度，使用熔化沉积成型技术进行打印，与传统的陶瓷工艺相结合，实现陶制品的快速生产及高性能陶瓷功能零件的生产。为了考虑到打印速度的快慢，本设计还设想了采用双喷头的构想，利用双个喷头出口，从而加快打印的速度。说起陶瓷，我们很容易就想到从古代流传到现在的精美陶瓷制作品，然而又硬又脆的特点使得陶瓷材料加工成形尤为困难，并且还需要耗费大量的人力时间，传统陶瓷制备工艺只能制造简单三维形状的产品，而且成本比较高、周期比较长。在这种情况下，陶瓷3D打印的技术应运而生。目前陶瓷3D打印制备的主要有氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷、磷酸钙陶瓷等等，可以制造结构复杂、高精度的多功能陶瓷，在军事、工业、医学、航天航空等领域将会得到广泛的应用，在陶瓷形芯、骨科替代物、催化器等等方向具有很好的应用前景，将会给我们的生活带来巨大的改变。3D陶瓷打印机未来的发展目前知名研究公司"MAM"发布了一份研究调查报告,研究调查结果表明2021年的3D陶瓷打印市场规模将会有希望超1.3亿美元。首先航天航空和国防行业是3D陶瓷打印市场的最大客户,因为他们的生产产品都对陶瓷制品有着大批量的需求;其次就是医疗健康的这块领域了，在医疗领域当中,陶瓷产品大部分都被用来制造医疗仪器和产品,就比如说手术需要用到的大量机械器械、植入体内的物件、假体假肢、陶瓷假牙以及一系列的消费产品,这是因为陶瓷的材料具备有很优秀的生物兼容性。随着工业工艺的不断创新和发展,3D陶瓷打印对于消费市场的应用领域必然会更加的广阔。相关研究人员表示,3D陶瓷打印的消费市场发展前景虽然很广阔,但是基于原创的创新创意技术还不够、产品产业的规模比较小、消费产品产业链还不够健全等一系列因素都严重制约了国内3D陶瓷打印消费市场向更高层面的发展。除此之外,被大众所忽视的关于人才培养问题也是关键性问题。3D陶瓷打印产业的有效快速发展还需要国家政府的牵线、鼓励、引导,单单靠着一家两家公司的研发程度还是远远不够的。1目前3D陶瓷打印的各种技术1.1光聚合技术其实该技术的本质就是SLA或者LP，不同的是在成型树脂中添加足够量的陶瓷粉末（如氧化铝、氧化锆和羟基磷灰石HA）搅拌混合成浆料再进行打印。和所有的陶瓷零部件一样，还需要对生坯的部分进行烧结，在烧结的过程中树脂充分燃烧，陶瓷材料发生相变达到使陶瓷部件具有的机械性能和最终密度。图1-1SLA打印图1-2DLP打印图1-3清理图1-4烧结采用树脂中掺杂陶瓷粉末进行光固化成型的方法，可以扩展材料的使用范围，使产品的品质和精度达到比较高的程度，但材料和设备价格都较昂贵，国外的设备目前价格在300万人民币左右；除此之外陶瓷浆料会很浓稠，可能会存在沉降问题。在打印尺寸这方面，SLA成型的方式可以达到300x300mm，上曝光DLP可达到120x500mm，下曝光会更小一些。1.2粘结剂喷射成型技术粘结剂喷射陶瓷成型是通过层层喷射粘结剂成型出零件的形状，然后在进行烧结成型，优势在于成型尺寸可以做大。粘结剂喷射技术允许零件脱离基板在粉层中实现成型，因此零件可以实现批量打印。这对于提高产品生产效率、节约消费产品成本来说都具有特别重要的作用。图1-5粘结剂喷射图1-6烘干图1-7粘接过程图1-8清粉粘结剂喷射技术用于陶瓷打印具备很多优势，但是所有的技术本身都不会是完美的，在打印精度方面，目前还没有数据表明该项技术可以媲美传统打印方式；而在材料性能方面，采用粘结剂喷射技术制作的零件性能与激光打印的零件性能目前也还没有办法无法匹配，主要体现在某些材料上粘结剂喷射技术可以达到激光打印的性能，但是在另一些材料上面可能会更高也可能更低。使用粘结喷射技术成型，分层的厚度可以达到100μm以上，根据成型尺寸不同，价格波动也非常大，国外设备也得100万起了。1.3挤出成型技术挤出成型工艺类似FDM，是将陶瓷材料和特殊溶剂混合装入类似注射器的容器中，再通过螺杆或者气体挤压出喷嘴，喷嘴沿着一定的轨迹运动形成三维物体。图1-9制作材料图1-10打印过程近些年来,随着现代挤出机技术的出现和发展,挤出成型理论和技术不断得到深化和拓展、新产品的研究和开发、新兴工艺手段的不断加深加强,各种各样的结构与功能的挤出，生产的设备不断产生,例如说比较符合大众的多螺杆挤出机、组合式挤出机和反应式挤出机等;可以挤出加工的材料种类、制品结构和生产产品形式也越来越丰富了;与此同时,随着计算机技术的进步发展计算机技术在挤出成型加工中在生活种的应用更加广阔起来,大量的出现了反应式的挤出技术、辅助式挤出技术、高速式挤出技术、精密式挤出技术和近熔点式挤出技术等等挤出式成型的新型挤出技术。这种成型方式的优点是成本比较低,但是喷嘴的尺寸较大,打印的物体层叠纹会比较明显。1.4粉末熔融技术该技术的优点是成型的零件不需要再进行后续的烧结，粉末在成型的过程中就已经实现了熔化成型。目前来说主要有激光熔融和液体熔融这两种技术。陶瓷粉末一般是很难被激光熔化的，目前市面上也就主要是熔化HA与TCP这种骨科材料。图1-11激光烧结过程图1-12惠普多射流熔融惠普的多射流熔融技术看起来应该是最高大上的，个人认为最重要的还是其特有的材料和熔剂，要是换做一般材料应该不能顺利成型。激光烧结的陶瓷产品粗糙度可能会更大一些，对植入人的体内是有利的；而惠普的产品表面比较光滑，机械性能比较高，可以直接用作功能零件了，不过目前打印的材料非常有限，所以设备和材料都会非常昂贵。1.5材料喷射技术材料喷射技术相比于粘结剂喷射技术要困难的多，尤其是XJET的纳米粒子喷射技术。材料的成本依然是限制技术快速发展的重要问题，相比于Polyjet已经得到相对广泛的应用，XJET的商用化还要拭目以待。当前已知的唯一一个上市的材料喷射打印机是XJET，在成型过程中喷射含有陶瓷纳米颗粒的超薄液滴层，沉积在系统构建的托盘上，当分散液体由于极高的温度而蒸发时，直接可以生成陶瓷部件。图1-13材料喷射过程图1-14粉末粘接过程图1-15进炉烧结图1-16陶瓷产品可以很容易看出，该项技术仍然是需要进炉烧结的，但是其加工的精度和机械的强度是其他几种技术没有办法比拟的，于是随之带来的就是设备的昂贵。但是无论如何，喷射技术正在越来越得到人们的关注，对于3D打印技术本身的重大突破使其改变制造业成为可能。本章小结本章主要介绍了目前3D陶瓷打印机的国内外各种技术，光聚合的技术，粘结剂喷射成型的技术，挤出成型的技术，粉末熔融的技术，材料喷射的技术。每个技术都有他们本身的优点和缺点，对于我创新以及组装有很大的帮助。创新也需要站在巨人的肩膀上，看得更高，望得更远，它们给我提供了一定的思路方向，也能让大家更加直观的了解到3D陶瓷打印机的真实情况，更好的理解相关的机械构造和电路要求。2系统的硬件设计2.1直流电机驱动器对于如何调整直流电动机的转速,我们决定去采用脉宽调制(PWM)的办法,(PWM)是英文"PulseWidthModultion"的缩写方式。它是利用了微处理器的数字信号输出来对模拟的电路进行一系列控制的一种非常有效的电路技术,非常广泛的应用于功率控制与变换等等许多许多领域。我们控制直流电动机的时候,所用的电源并不会不断地向直流电动机提供电能得,而是要在一个特定的频率下面使用方波脉冲的形式来提供。简单来说，不一样的占空比的方波信号能够对直流电动机起到调速的作用,因为直流电动机实际上就是一个巨大的电感,他有会阻止直流电流输入和电压突变的能力,因此脉冲的输入信号就会被平均的分配到作用的时间上面,可以改变在始能端PE2与PD5上面输入方波的占空比就可以改变加在直流电动机两头的电压大小,从而就可以改变了直流电动机的转速。我们根据系统要求直流电动机能够按照设定值来运行和转动,控制运行的速度,并且能够按要求实现正转反转的控制,根据直流电动机的PWM控制要求来说,控制直流系统的硬件部分主要是包括单片机的可控电路、光和电可隔离的电路、驱动的电路等一些部分。控制的信号送入到PIC单片机的模拟口种,经过一系列处理后,输出PWM控制了脉冲,为了能够提高操作系统的稳定性,在单片机控制电路和直流电动机驱动的电路之间使用光电耦合器实现了电气的隔绝,隔绝之后的控制信号会经过直流电动机驱动逻辑的电路产生出直流电动机的逻辑控制信号,它们分别可以控制"H桥"的上臂还有下臂,这样我们就可以实现直流电动机的调速和正转反转目的,与此同时直流电动机的转速还能通过编码器反应给单片机,来实现直流电动机速度的控制。图2-1直流电机正反转带过流保护控制器，保护电流0.2-10A可调，可以解决各种工具机械中电机堵转造成烧毁问题。直流有刷电机正反转控制，过载过流堵转停机保护器，也可利用电机行走卡到位过载保护停机，代替行程限位开关的场合。0.2A-10A范围可调，建议不大于6A，这样可以延长寿命。我们按照一定的规则可以对各个脉冲的宽度来进行一些调制,这样我们就可以改变逆变电路输出的电压的大小情况,我们也可以改变它输出的频率。例如,把正弦半波的波形分解成任意个相等份,就可以把正弦半波作为由任意个彼此相连的脉冲的连续所组成的波形。而且这些脉冲的宽度都一样,都会等于π/n,但是他们的幅值是不一样的,而且脉冲顶部也不是水平情况,而是弯曲线条的形状,各个脉冲的幅值都会按照正弦得波形而发生变化。如果我们把上述所说得脉冲序列用同一数量的等幅度而不会等同宽度的脉冲序列来替代它,会使矩形脉冲的中点和相应的正弦平分的中点相互重合,并且会使脉冲和相应的正弦部分的大小(即冲量)一样,就可以很容易的得到一些脉冲的序列,这个就是我们说的PWM波形。可以很容易看出,各个脉冲宽度都是按照正弦波形来变化的。我们根据冲量一样、效果等同的原则,PWM波形和正弦半波是可以等同的。而对于正弦的负半周期,也可以使用相同的办法来得到PWM波形。在脉宽调制波形当中,各个脉冲的幅值是会一样的,要想改变相同输出正弦波的幅值的时侯,我们只要按照相同比例系数改变各个脉冲的宽度就可以了,因此在交直交变频器的当中,脉宽调制逆变电路输出的脉冲电压就是直流侧的电压的幅值。主要参数，外壳尺寸：92mm*52mm*36mm。调压范围：12V/24V/36V/48V/60V通用（调速器不能接220V家用电）。电机功率1W-120W（电流可达到10A）。控制电流：0-10A。调速范围：0-最高转（如果电机是6000转/分钟，加调速器0-6000可调）。反接保护：有。正转反转：支持。工作电压：DC9V-60V(通用)。调速方式：电位器（100K）。调速原理：调电流。图2-2我们传统的直流电动机的调速方法有非常多,比如可以使用调压调速、弱磁调速等一系列,它们都存在着相同的小问题，调速响应比较慢、精密度比较差、调速的装置比较复杂等等的一些缺点,给我们的系统调节带来了许多许多问题。随着全控式电力电子器件技术的进步和升级,以大功率的晶体管作为开和关的器件的直流脉宽调速系统已经成为了直流调速系统的主要发展方向。整个系统的快速性、精度以及可靠性等一系列指标都能满足实际操作的需求。2.2直流电机自吸微型泵直流电动机是要将电能能转变成为机械能的一种特殊机械。我们可以把电刷A和B直接接到直流的电源上,电刷A直接接上负极,电刷B直接接到正极。这时的电枢的线缠绕圈中将有电流会流过。在一定磁极磁场的影响下,正极性下面的导体a和b受到力的方向自右到左,负极下的导体c和d受到力的方向自左到右。该情况电动磁力会形成顺时针方向的转矩。当电磁的转矩大于组转矩时,直流电机的转子会进行顺时针方向的旋转。原正极性下的导体a和b转到负极下面,受力的方向自左到右,原负极下的导体c和d转到N极下面,受力方向自右到左。该情况下电磁力形成了顺时针方向的电磁。该种线圈会在该电磁力所形成的电磁转矩的作用下继续向顺时针的方向去旋转。和直流发电机的原理大同小异,实际上的直流电动机的电枢并不是单一的线圈,磁极也并不是是一对。图2-3直流电动机包括了静止的和转动的两大运动部分,静止的部分被称做定子,转动的东西就是转子了,静止和转动部分之间需要有预留一定大小的空间(后面我们称为间隙)。定子的用处就是产生出电磁的磁场,它的结构由主要磁极、电动机机座、换向极和电刷的装置等电子器件来组成。转子(通常我们称它为电枢)的用处就是生产生出电力磁场的转矩和感应的电力动势,它的组成结构由电枢的铁心和电枢的绕组、横轴、换向器和风扇等等组成。直流电动机的构造相对来说是比较复杂的,它的市场价格也比交流电动机昂贵一些,维修维护也比交流电动机困难。最近这些年来,由于了变频调速技术的快速发展,在这些中小功率的电动机的调速领域当中,交流电动机正在一步一步的取代直流电动机。尽管在这种情况下,由于直流电动机它具有转速比较平稳、启动转矩比较大、更加方便于比较大范围的平滑调速等等一些优点。因此,广泛的用于需要要求进行平滑、稳定、比较范围广的调速或者需要多次正转反转和启停,多个模块同时调节去运转的生产产品的机械部件等。直流电机的额定值主要有：1、额定功率PN:是说直流电机在名牌规定下的额定状况下运行时,直流电动机的输出功率,用W（瓦）作为它的量纲单位。如果大于1千瓦或者1兆瓦的时侯,就用KW或者MW来表示它。2、额定电压UN:是说额定状况下的电枢的出线端口的电压,用V（伏）作为它的量纲单位。3、额定电流:IN:是说直流电机在额定的电压、额定的功率时侯的电枢电流数值,用A（安倍）作为它的量纲单位。4、额定转速nN:是说额定的状况下运行的时侯转子的转动速度,用r/min（转/分）作为它的量纲单位。5、额定励磁电流If:是说直流电机在额定的状况下的励磁的直流电流数值。图2-4直流电动机是根据通过电流的导体会在磁场当中会发生受到力气的电路原理来工作的。这个原理就是电力基础之中的左手定则,直流电动机的转子上绕有很多的线条绕圈,一旦接通入电流,定子作为磁场线圈也会通入直流电流,产生出大量定子磁场,通电电流的转子线圈也在定子磁场当中,就会产生出来电动力,从而去推动转子的旋转。转子电流就是依靠通过整流子上面的碳刷才连接得到直流电源上的。直流电动机是可以将直流电能直接转换为机械能的一种电动机。因为它具有非常好的调节速度的性能而在电子电力拖动技术当中得到了广泛的应用。直流电动机又按照励磁的方式分类为永磁、自励和他励的三个种类,这当中自励又分类为并励、复励和串励的三个种类。当直流电机电源通过电刷向电枢绕组进行供电的时侯,电枢的表面的负极下的导体可以流通过相同一个方向的电流,根据左手定则的原理，导体将会受到一个顺时针方向的力矩的作用;电枢的表面正极下部分的导体也流过相同一个方向的电流,同样的根据左手定则原理，导体也将会受到一个顺时针方向的力矩作用。这样,整个的电枢绕组就是转子将会按照顺时针的旋转,输入的直流电能就被转换成转子轴上输出的机械能。定子和转子的组成情况,压缩空气做为动力源就是气动隔膜泵的利用,这是一种气动方式的正方向的位移的自动吸收气动,在国内气动类的产品当中属于最新的一种气动类的产品,这是一种新型的输送机械。空气经过导管的压缩进入到机器的里面,从膜片挤压空间。这种凭借空气做功的方式可以去掉一般驱动的机械能力,从而显著地延长使用时间。在紧缩空气把膜片推离中心体的时侯,另外一端的膜片同时将会被连接的中间拉向中间体,这时,膜片背面的空气由出口排放到气泵的外面。如此使B室形成了真空的状态,因此能够靠外面大气的压力的作用将气体由入口管道将阀球推开阀座使气体能自由自在地进入B室。当受到空气的挤压的膜片到达它的位置移动极限的时侯,空气口门就会把空气引入到膜片的反面去,同样的形成挤压力并且使它脱离中间体,与此同时将已经连接的膜片拉回到中间体,这个时候隔离的驱动所产生出来的液压将入口阀球推回到阀座,同时将出口口球推离使流体能被挤压而从出口排出泵体之外。膜片A被拉回中间体的这个动作使室会形成真空的状态,因此能靠大气压力作用把气体由入口管道将气体推离到阀座从而进入到A室。图2-5我们通过在中心轴两端固定的两片隔离的左右水平运动来将材料压送出去。在左侧的空气室b当中,送入压缩气体让中心轴向着左边的方向去走动。物料室B中的物料就会被挤压出来,同时物料室A中吸入一些材料。当中心轴向左边移动到终点的时侯,空气交换就进行换向操作,压缩的空气就会被送进右侧的空气室a中,使中心轴向着右边的方向去走动。物料室A中的物料被挤压出来的同时物料室B吸进去物料。这样子的动作往复进行材料就可以被不断的吸入和排出。在直流电机后接上一个活塞式空压机,保证气体可以吸入和排出。当我们开始启动装置的时候,直流电动机就会进入到正常的运转状态,通过对一个皮带轮去带动机器的弯曲轴,再通过连接杆，使活塞在气缸里面做来回重复的直线运动。如果当活塞从外止点向内止点走动的时候,气缸里面的活塞外面正在处于低气压的状态,气体就会通过进气口进入到气缸里面,如果当活塞从内止点向外止点走动的时候,进气口就会被关闭,气缸里面的气体就会被紧缩从而提高了压力。当压力超过排气口外面的气体压力的时侯,排气口就会打开,开始排出压缩的气体,如果当活塞到达外止点的时候,排出气体的过程就完成了。气体会经过第一气缸压缩然后再经过中间的冷却后,进入到第二气缸里面,同样被紧缩后进入到储气罐里面,用来准备使用。图2-6如果活塞从开口侧向轴运动的时侯,气缸里面的空间就会变大,气缸里面的压力也会小于大气的压力,外界的空气会经过一个过滤器,吸气口然后进入到气缸里面,到达了下止点以后,活塞从轴面向开口侧进行运动,吸气口就会关闭,气缸里面的体积慢慢变小,气缸里面的空气被紧缩的时侯,压力就会变高,当压力变高到达了一定数值的时侯,排气口就会被冲开,紧缩的空气就会经过通道管路进入储气罐里面,就这样压缩机进行重复的不断工作,不间断的向储气罐里面输送进去空气,使罐里面的压力慢慢变大,从而获得我们所需要的紧缩空气。活塞式的空压机有各种各样的结构形式,如果按照气缸的配置方式可以分类为站立式的、有角度式的、躺式的、对称平横式的与对放式的几种主要形式。如果按照紧缩的级数可以分类为单级数的、双级数的与多级式的三种主要形式。如果按照设置的方式可以分类为固定式的和移动式的两个主要形式。如果按照控制的方式可以分类为压力开关式的和卸荷式的两种主要形式。在这其中,卸荷式的控制方式是指如果储气罐里面的压力到达一定值的时候,空压机可以不停止运行而是通过打开安全口进行不紧缩的运行。这种不做功转状态就被称做卸荷式的运行。压力开关式的控制方式则是指如果储气罐里面的压力到达一定调定值的时候,空压机就会自己停止运行。活塞式空压机的最大优点就是它的结构比较简单,它可以使用的寿命比较长,并且可以容易实现较大容量与较高压的输出。缺点就是振动比较大,噪声也比较大,并且因为排气是断断续续进行的,输出会有脉冲,需要用到储气罐。2.3针筒式活塞器此装置类似于针管的工作原理,只是将机械推力改变为气体推力。简单来说就是将空气打进橡皮塞上面,使像皮塞上面压强大于下面的压强,从而进行运动的一种活塞装置。当我们使用活塞筒的时侯,活塞上有一个向下陷进去的橡皮塞.向上挤压活塞的时候,活塞下面的空气空间就会增大,压强就会慢慢变小,活塞上面的气体就会把橡皮塞挤到下面.向下挤压活塞的时候,活塞下面空气空间就会缩小,压强就会慢慢的增大,迫使橡皮塞紧靠着筒壁不会让空气跑到活塞的上面,继续向下挤压活塞,当橡皮塞上面的空气压强大于橡皮塞下面空气压强的时候,橡皮塞就会往活塞下面去运动;当橡皮塞下面的空气压强大于橡皮塞上面空气压强的时侯,橡皮塞就会往活塞的上面运动。图2-7我们可以很清楚的看到,送气软管连接活塞筒,气体将会通过气管向针筒打入空气或吸出空气,而针筒里的橡皮碗将会随着气体的变化情况而向针筒头前进或后退。需要实现这一操作的原因是我们将会把3D陶瓷材料放入针筒当中,达到物料输送的目的。当橡皮碗向前推进的时候,物料将会从针筒头排出,进入另外一条管道;当橡皮碗推送至底部时,将进行吸气,把橡皮碗原路返回,取出,放入新制作的物料,如此往复运转。2.4物料输出针头物料输出针头,分为卡口的针头、不锈钢的针头、有毛刷的针头、铁氟龙的针头、螺旋塑座的针头、多管的针头、超长不锈钢的针头、不锈钢的针管、弯嘴的针头、等等一系列针头。并且所有的不锈钢管都将采用独特的工艺,精度密度的打光没有出现毛边,就可以实现输出物料的精准,根绝物料拉丝,双螺旋的锁紧和较大范围旋转的设计,不但可以使输出物料配合更加安全而且对于拆装更加容易。随着各种各样的工艺发展,对针头的要求也越来越高,出料的精度不但由速度决定。出料针头的精密程度也对出料的效果会产生非常大的影响,因此高度精密程度的针头就可以发挥出自己的产品优势。而对于高度精密程度出料针头的优点主要有:可以减少对输送泵提供的压力,就会提高输送的性能并且能拉长设备的使用时间;有利的规避了物料的阻碍和拉丝;专业的壁薄技术能够使比较小口径的出料针头拥有比较大的物料出料流量;而对于还需要加热工艺的应用非常理想,大幅度减少清洁过程而浪费的时间。物料输出针头挑选的四种选择方法:1、小型输出出料,选择小号出料针头,2、较低压力,在短时间输出大一点的物料,选择大号物料针头,3、如果有比较大的压力,比较长的时间,选择斜式出料针头,4、如果比较大的压力,则就需要设定一定的时间,选择小号的出料针头。图2-8出料针头的优势。规格:0.2-1.2mm孔直径,进口不锈钢耐磨损不开裂,内孔是锥形并且流体镜面的抛光，高通过性能:和其他的精确出料针头相互比较,前端的管道内部结构是的新式加工程序,能够更好地减少了与物料的阻力,从而就能确保了较高的流动通过性。适和用于里面含有补充的材料和颗粒状的材料:补充材料等高粘度,大颗粒的物料就也可以容易实现精确的出料状况。冲洗起来比较容易,与其他一般的精确针头相比来说,出料针头的前端内部结构设计比较短,不会很容易的阻碍物料。里面有特殊结构,有效避免材料阻碍,可以提高使用时间长短。里面抛光的处理,提高了出料针头里面表面的光滑度,实现小量的稳定输出物料。前端抛光的处理,有效预防物料拉丝。适合从高粘度到低粘度的材料出料,并且可替换市面上所有精密针头。对于出料口来说,根据产品的性质和大小,能够灵活地改变出料口径的大小是一个非常简便有利的设计。由于陶瓷材料的特殊性,需要在针头之前加上一个螺旋搅拌推送物料装置,让陶瓷物料不至于结成块状,并且这个装置带有一定的加热模块。本章小结本章主要介绍了本3D陶瓷打印头的各个组成部分，并详细地介绍各个部件之间地配合。依次是直流电机驱动器、直流电机自吸微型泵、针筒式活塞器、物料输出针头。将它们连接起来的工作状况为：首先直流电机驱动器可以控制直流电机自吸微型泵，控制其运转速度以及电机正反转，从而改变气体的吸入和排出；气体的变化情况就决定了针筒式活塞器的工作情况，用于推进陶瓷物料和复位；接着通过管道将物料输送到输出针头，挤出陶瓷物料。3系统的软件设计3.1直流电机驱动电路“H桥驱动电路”作为一个非常常见的直流电动机控制电路,电路之所以被叫做于"H桥驱动电路"正是由于它的形状非常像26个英文字母中的字母H。4条竖直方向组成4个三极管的“H”,很显然直流电动机就是“H”中的中心桥,“H桥式电机驱动电路”包括有4个三极管与一个直流电机。如果说要使直流电动机运行起来,就必须要导通斜对角线上的一组三极管。我们根据不同三极管对组的导通情形来进行判定,电流可能会自左到右或自右到左流过直流电机,从而就能控制直流电动机的转动方向,从而可以实现电机的正转反转功能。如果要让直流电动机进行运行,则必须要使斜对角线上的一组三极管导通。例如,当Q1三级管与三级管导通Q4的时侯,直流电流就会从电源的正极经过Q1三极管自左到右穿过直流电机,然后就会再经过Q4三极管回到电源的负极。这个流动方向的直流电流将会驱动直流电机顺时针的运转。图3.1.1所示,如果三极管Q1与Q4三极管通电导通的时侯,电流就会自左到右通过直流电动机,从而驱动直流电机按照顺时针的方向转动(直流电动机周围的箭头指示为顺时针的方向旋转)。图3-1图3.1.2所示,当三极管Q2和三极管导通Q3的情况,通电电流就会自右到左通过直流电机。当三极管Q2和三极管Q3一起导通的时侯,通电的电流就会自右到左通过直流电动机,从而驱动直流电动机向另一方向转动(直流电动机周围的箭头表示为逆时针的方向旋转)。图3-2在我们实际情况进行使用的时候,如果使用独立元件来制作H桥是很费事的一件事情,好在现在的市场上面有很多包装好的H桥集成电路模块,只需要连接上电压电源、直流电动机还有控制信号就可以正常工作了,一般情况运行在规定的电压和电流范围内运用非常的简便可靠。图3-3单向直流电机的驱动方式,仅仅需要使用到一个较大功率的三极管或者继电器或者场效应管就可以直接带动直流电机,如果当直流电动机需要进行两个方向运转的时候,就可以使用由4个功率元件三极管组成的H桥，或者使用一个的继电器。如果要求不需要进行调节速度,只要使用继电器就可以了,但是如果要调节速度,可以使用场效应管、三极管等等电子元件的开关元件来实现脉冲宽度调制来调节运转速度。本章小结本章主要介绍了控制直流电机正反转以及调速的原理图和文字描述，在模拟电路当中，“H”桥驱动直流电动机技术是一项非常基本的控制驱动手段，并且也是非常方便和快捷的技术，能够在设计中考虑到这个技术，对本设计的帮助非常关键。在整个设计当中起到了不可或缺的作用，本小节对软件部分进行介绍，最终达到想要的正反转和调速的设计要求。

5总结3D打印作为一种创新型的加工工艺，它的出现给工业生产带来了新的契机，受到了越来越多人的关注。以前原始的设计流程繁杂并且非常不直观,3D陶瓷打印的出现使万千的设计师能够把注意力‘想象力专注于产品的设计形态和创新创意,真正实现了设计就是生产。3D陶瓷打印通过对材料的一系列处理并且逐层逐渐叠加进行生产很大程度降低了制造消费产品的复杂度,不需要特别复杂工艺需求,众多人力,直接从计算机生成任何形状的零件。目前来说，3D打印局限于物料的有限性，扩大物料的选择将决定3D打印的发展程度，为了完善这一局面，3D陶瓷打印技术的研究成为了一个契机。本设计正针对于陶瓷材料而设计出一种3D陶瓷打印头，目的在于之后能够打印出陶瓷产品。随着3D打印材料的多样化以及技术的更新，我相信3D打印不仅仅能在传统制造行业体现出无限可能的潜力，同时也能在其他领域能够崭露头角。本设计尚有很多不足之处,还有很多功能没有实现。但是它更让我明白了创新和实践还更加需要不懈的努力,也让我学到了很多的知识,更加加强了自己的毅力和耐心。在做设计的过程当中，经常会遇到自己解决不了的问题，就向老师和同学请教，他们都会很认真的指导我，给我帮助，使我明白怎么去改正，并且去完善这些事情。

参考文献[1]改善磷酸钙陶瓷生物活性的途径[J].林开利.口腔材料器械杂志.2017(02)[2]浅谈我国3D打印陶瓷材料及产业化发展[J].夏雪.陶瓷.2017(05)[3]陶瓷3D打印技术的研究与进展[J].李亚运,司云晖,熊信柏,邹继兆,