5.2.6 基于维法耦合的创新技术方案构建
根据九法导航变换形态，本节选取12种功能结构模块，通过维法耦合演示新技术创新方案的形成过程。在维法耦合形成一系列新技术创新方案的过程中，可以12种功能结构模块为纵坐标、以9种创新法则为横坐标，通过二维平面坐标的形式详细阐述维法耦合构建创新技术方案的过程，如图5-22所示。
图5-22描述了4种创新方案的形成途径，分别对应基于9种创新法则导航变换的4种形式。其中，技术创新方案中涉及的维度越多，运用的法则越多，该技术创新方案中新颖性、创造性的创新发明点也越多。
图5-22 基于维法耦合构建创新技术方案的二维平面坐标形式
具体而言，在维法耦合过程中涉及的维度或运用的法则较少时，可针对功能结构模块进行创新发明，即局部优化设计；在涉及的维度或运用的法则较多时，可对某几个功能结构模块进行整体创新发明，即整体优化设计。
基于维法耦合构建新技术方案的二维平面坐标形式，结合具体的功能结构模块与法则耦合形成新技术创新方案的过程如下：
1）一种熔融沉积快速成型机自动更换丝料装置的维法耦合过程
一种熔融沉积快速成型机自动更换丝料装置的维法耦合过程如图5-23所示。
维度：结构维；
具体功能结构模块：送丝机构；
法则：动态化。
图5-23 一种熔融沉积快速成型机自动更换丝料装置的维法耦合过程
（1）现状与技术背景分析
在熔融沉积快速成型过程中，若使用的ABS丝材或PLA丝材存在质量问题，如丝材质地不均匀、断裂等，将会导致快速成型制品的某些铺层不均匀或快速成型制品打印中断，从而无法完成快速成型制品的铺层任务。此时，为完成整个快速成型制品打印任务，必须将未完成的半成品从熔融沉积快速成型机内取出，重新安装丝材并从快速成型制品的第一层进行铺层。
采用熔融沉积快速成型机进行大体积模型快速成型时，必须确保所用的丝材不存在任何质量问题，才能保证在快速成型中不出现打印中断或丝材断裂情况。然而，按照现有的行业标准和丝材成型工艺，无法保证所有丝材均不出现任何质量问题，假如所用的丝材存在问题，就需要操作人员重新打印模型，从而造成人力、物力及财力浪费。
现有的熔融沉积快速成型机未设计丝材质量检测等功能模块，所以，对所使用的丝材只能依靠人力进行表面质量检测，无法准确判断丝材内部的均匀性与连续性等特性。
（2）具体解决方案
一种熔融沉积快速成型机自动更换丝料装置包括盘状丝料、送料伺服电机、传感器、信息传输通道、控制单元、盘状丝料悬挂支架、备用盘状丝料和三通管道。其中：盘状丝料和备用盘状丝料安装于盘状丝料悬挂支架上；盘状丝料和备用盘状丝料分别由送料伺服电机和备用送料伺服电机输送至三通管道的两个支管道内；传感器安装固定于三通管道的主管道内且靠近连接点处，并通过信息传输通道与控制单元连接；控制单元分别通过两个信息传输通道与送料伺服电机、备用送料伺服电机连接，如图5-24所示。
图5-24 一种熔融沉积快速成型机的自动更换丝料的装置整体结构示意图
（3）效果分析
通过设置备用盘状丝料和备用送料伺服电机以及三通管道，并由控制单元控制送料机构的运动状态，不仅可以实现熔融沉积快速成型机的自动换料功能，而且可以避免因丝料用尽或丝料突然中断需重新对制品进行打印的问题，在提高制品成功率的同时避免了丝料的浪费。
2）一种可实现不间断打印的3D打印喷头的维法耦合过程
一种可实现不间断打印的3D打印喷头的维法耦合过程如图5-25所示。
维度：结构维；
具体功能结构模块：喷头；
法则：局部优化。
图5-25 一种可实现不间断打印的3D打印喷头的维法耦合过程
（1）现状与技术背景分析
现有的熔融沉积快速成型机未设计丝材质量检测等功能模块，对于所使用的丝材只能依靠人工进行表面质量检测，无法准确判断丝材内部的均匀性与连续性。然而，依据在线状态检测技术现状，通过速度、流量等传感器可实时、动态地检测3D打印喷头的挤出状态，并将在线状态检测信息反馈至熔融沉积快速成型机控制单元，由控制单元根据反馈信息执行铺层打印。
综合以上问题，在现有在线状态检测技术、传感控制技术以及机械结构优化设计技术基础上，为保证大体积模型能够顺利地一次性快速成型，同时避免因快速成型过程中断而造成人力、物力和财力等资源的浪费，急需可不间断打印的3D打印喷头。
（2）具体解决方案
一种可实现不间断打印的3D打印喷头包括主进料口、备用进料口、加热板、喷头出口以及流量传感器。其中：主进料口、备用进料口和喷头出口三者之间成Y形连接；主进料口内部通道的末端与备用进料口内部通道的末端相连接，并与喷头出口通道相连接，主进料口与备用进料口内壁表面均固定安装加热板；两个流量传感器分别固定于主进料口的末端和备用进料口的末端，如图5-26所示。
图5-26 一种可实现不间断打印的3D打印喷头整体结构示意图
（3）效果分析
一种可实现不间断打印的3D打印喷头通过设置主进料口和备用进料口两个丝料输送通道，实现了熔融沉积快速成型机丝料的双输入单输出，简化了多喷头结构。另一方面，当主进料口或备用进料口输送丝料中断时，另一个送丝机构将立即执行送丝任务，从而实现了双通道输送丝料的无缝连接，保证了大体积模型的一次成型。
3）一种可适应不同使用环境的3D打印机调平装置维法耦合过程
一种可适应不同使用环境的3D打印机调平装置的维法耦合过程如图5-27所示。
维度：结构维；
具体功能结构模块：X轴、Y轴、Z轴；
法则：柔性化。
图5-27 一种可适应不同使用环境的3D打印机调平装置的维法耦合过程
（1）现状与技术背景分析
熔融沉积快速成型机在打印制品时，首先需要根据制品三维模型的特点，运用切片软件对制品三维模型进行分层处理，然后采用特定直径的丝料对每一层切片进行铺层填充，最后完成整个制品三维模型的快速成型。
基于上述快速成型原理，对切片进行铺层填充时，为保证铺层质量同时兼顾熔融状态丝料铺层堆积时不随倾斜角度变化随意流动，应至少保证打印支撑平台与喷头之间的距离始终处于相等或近似相等状态。在使用熔融沉积快速成型机进行制品打印之前，必须对打印支撑平台与喷头之间的高度进行调整，使其保持在允许的误差范围。
现有熔融沉积快速成型机的调平装置大多以打印支撑平台与喷头之间的距离为打印支撑平台是否达到使用要求的判断标准，此种调平方法与判断标准能够保证支撑平台与喷头之间的距离相等，避免在铺层和填充过程中喷头与打印支撑平台发生剐蹭，但无法保证打印支撑平台的水平度。
若熔融沉积快速成型机放置的位置本身具有一定倾斜度，此时虽然已采用上述调平方法对打印支撑平台进行调平，但调平的结果是打印支撑平台相对于水平面依旧处于倾斜状态，即打印支撑平台未处于真正的水平状态。若在此种情况下进行快速成型制品的铺层与填充，则会发生打印模型倾斜现象，如打印模型高度较大，铺层质量、制品表面粗糙度及其精度误差将无法保证，严重时可能导致整个快速成型制品报废。
鉴于以上诸多问题，为保证制品的打印质量和误差精度，仅采用调整打印支撑平台与喷头之间的距离的调平方法对熔融沉积快速成型机进行调平操作，需同时确保熔融沉积快速成型机所放位置的水平度已经达到使用要求，否则将无法保障制品的打印质量和误差精度。
（2）具体解决方案
一种可适应不同使用环境的3D打印机调平装置包括倾角测量装置、可旋转Z轴立柱、固定式圆柱轴、角度锁紧机构以及3D打印机底座。其中：固定式圆柱轴固定于3D打印机底座上，可旋转Z轴立柱嵌套于固定式圆柱轴上，且在可旋转Z轴立柱与固定式圆柱轴的连接处安装角度锁紧机构；倾角测量装置固定于可旋转Z轴立柱合适位置处，如图5-28所示。
图5-28 一种可适应不同使用环境的3D打印机调平装置的整体结构示意图
（3）效果分析
一种可适应不同使用环境的3D打印机调平装置，是将固定式圆柱轴安装于3D打印机底座上，进而Z轴立柱及安装于Z轴立柱上的装置通过固定式圆柱轴安装于3D打印机底座上，且能够绕着固定式圆柱轴顺时针或者逆时针旋转一定角度。
此外，该装置通过倾角测量装置可对旋转Z轴立柱的倾角进行精密测量，调整可旋转Z轴立柱的垂直度。有该调平装置的3D打印机能够适应具有一定倾角的工作台或者凹凸不平的工作台，可满足不同场所的使用要求，拓宽3D打印机的应用范围。
4）一种可拆卸拼装式3D打印支撑平台的维法耦合过程
一种可拆卸拼装式3D打印支撑平台的维法耦合过程如图5-29所示。
维度：结构维；
具体功能结构模块：支撑平台；
法则：组合与集成。
图5-29 一种可拆卸拼装式3D打印支撑平台的维法耦合过程
（1）现状与技术背景分析
在熔融沉积成型过程中，为保证快速成型制品不发生变形和翘曲，由喷头挤出的首层丝材需要与工作平台保持较强的附着力。在快速成型制品成型完成后，应便于从支撑平台上剥离，经处理后得到合格的制品。
现有的熔融沉积型快速成型机支撑平台以简单的光滑平板或玻璃板为主，该类3D打印支撑平台使得快速成型制品成型后方便剥离，但快速成型制品在成型过程中，首层丝料与支撑平台之间的结合不牢固，在成型时易发生变形翘曲。另外，当喷头挤出的熔融态丝料接触到室温下的支撑平台时，由于温差较大，材料易出现骤冷变形，同样会影响到成型的精度。
此外，当快速成型制品成型完成时，由于制品与3D打印支撑平台之间存在一定的黏结力，因此需要用铲子等工具将制品从3D打印支撑平台上取下，若操作不当或黏结力较大，极易对3D打印支撑平台造成损坏。当3D打印支撑平台损坏至无法达到使用精度要求时，需要重新更换整个平台，从而造成配件的浪费。
在使用3D打印机快速成型某些制品时，由于习惯性操作等原因，快速成型制品的成型位置通常情况下位于3D打印支撑平台的中心，久而久之，3D打印支撑平台中心位置处的高度、表面粗糙度以及不平整度等参数均无法满足使用要求，此时需重新更换整个平台。
综上所述，为了提高快速成型制品与3D打印支撑平台之间的黏结力，降低铺层变形翘曲的发生率，避免因更换整个平台而造成物料资源的浪费，急需一种可拆卸拼装式3D打印支撑平台。
（2）具体解决方案
一种可拆卸拼装式3D打印支撑平台包括支撑平台底座、固定螺钉、活动式挡板及若干个支撑平台模块。其中：支撑平台模块通过其底部凸形结构嵌套于支撑平台底座表面固定槽内；若干个支撑平台模块并排组合拼装成3D打印支撑平台的工作平面，两个活动式挡板通过固定螺钉安装于支撑平台底座的固定槽两侧；支撑平台底座的表面通过机加工方式预留若干凹形结构固定槽，固定槽尺寸与支撑平台模块底部的凸形结构尺寸相匹配；相邻两个固定槽的中心线距离等于支撑平台模块的宽度；支撑平台模块的底部通过机加工方式形成凸形结构，凸形结构尺寸与支撑平台底座表面通过机加工方式预留的固定槽结构尺寸相匹配，且支撑平台模块的上表面通过机加工方式形成若干条直径为1～1.5 mm的圆形凹槽6，如图5-30所示。
图5-30 一种可拆卸拼装式3D打印支撑平台整体结构示意图
（3）效果分析
支撑平台底座固定于3D打印机上，通过其底部凸形结构嵌套于平台底座的固定槽内，底座的每个固定槽根据支撑平台模块尺寸大小可安装若干个支撑平台模块，待平台底座表面上所有固定槽均并列拼装完成后，两个活动式挡板分别通过固定螺钉安装于支撑平台底座的左右两端，而每个活动式挡板的另一块平板处于工作位置，即阻挡支撑平台模块从底座的凹槽中滑落。当快速成型制品成型后，由于每个支撑平台模块均具有微小的活动间隙，因此可使用平板铲子等工具将快速成型制品取出。
由于某些原因，如当快速成型制品与支撑平台模块之间的黏结力较大时，可将某一活动式挡板转动90°，将快速成型制品与支撑平台模块一同取下，进而将制品从平台模块剥离。当支撑平台模块某处或某几处磨损严重或无法满足使用要求时，可将某一活动式挡板转动90°，替换磨损严重或无法满足使用要求的支撑平台模块，无须重新更换整个3D打印支撑平台。该平台通过若干个支撑平台模块组合拼装，不仅提高了快速成型制品与3D打印支撑平台之间的黏结力，有利于提高制品成型质量，而且可以避免因支撑平台某处损坏需更换整个3D打印支撑平台而造成的资源浪费。
5）一种熔融沉积快速成型机的喷头与机身减震装置的维法耦合过程
一种熔融沉积快速成型机喷头与机身减震装置的维法耦合过程如图5-31所示。
维度：结构维；
具体功能结构模块：喷头与X轴、Y轴、Z轴；
法则：分解与去除。
图5-31 一种熔融沉积快速成型机的喷头与机身减震装置的维法耦合过程
（1）现状与技术背景分析
现有的熔融沉积快速成型机大多以一体机为主，即X轴支架、Y轴支架和打印支撑平台属于一个整体，该结构熔融沉积快速成型机的运动部件以X轴支架和Y轴支架为主，而Z轴立柱只有在某一切片铺层结束后才能向上或向下运动一定的距离。
因此，在快速成型过程中，由X轴支架和Y轴支架的频繁往复运动会而引起整个机身振动，若快速成型制品体积较小，振动频率较高，快速成型机的振动幅度也就较大。现有的熔融沉积快速成型机以一体机为主，X轴支架和Y轴支架的振动将引起打印支撑平台的振动，从而对快速成型制品的打印精度造成影响，若振动频率和振动幅度较大，极有可能使快速成型制品的表面光洁度和粗糙度无法达到使用要求。
（2）具体解决方案
一种熔融沉积快速成型机的喷头与打印支撑平台减震装置包括底座、打印支撑平台支架、Z轴立柱、打印支撑平台、喷头、Y轴支架以及X轴支架。其中：打印支撑平台固定于打印支撑平台支架上，而打印支撑平台支架安装于Z轴立柱上且可沿Z轴立柱上下移动，Z轴立柱固定在底座上；两个X轴支架分别安装在底座的两侧，且与底座不相连，而两个X轴支架通过Y轴支架相连接，喷头固定在Y轴支架上；两个X轴支架的型号、规格完全相同，且内部分别安装有伺服电机以驱动Y轴支架沿X轴支架在水平方向前后移动，如图5-32所示。
图5-32 一种熔融沉积快速成型机的喷头与打印支撑平台减震装置整体结构示意图
（3）效果分析
一种熔融沉积快速成型机喷头与打印支撑平台减震装置，是将熔融沉积快速成型机的X轴支架、Y轴支架与打印支撑平台系统进行隔离，以阻断X轴支架和Y轴支架产生的振动向其他零部件传递的打印支撑平台设施。采用该装置的支撑平台几乎不受X轴支架和Y轴支架运动的影响，可提高快速成型制品的打印精度。
6）一种支撑平台可旋转的双喷头3D打印机的维法耦合过程
一种支撑平台可旋转的双喷头3D打印机的维法耦合过程如图5-33所示。
维度：结构维；
具体功能结构模块：喷头与支撑平台；
法则：动态化。
图5-33 一种支撑平台可旋转的双喷头3D打印机的维法耦合过程
（1）现状与技术背景分析
现有的熔融沉积型快速成型机支撑平台大多只能沿垂直方向运动，无法沿支撑平台的支撑轴旋转。此外，现有熔融沉积型3D打印机大多是通过喷头与平台之间的X，Y与Z 3个线性不相关的运动而实现制品快速成型，X，Y与Z 3个线性不相关的运动使得喷头可以到达平台上方一定区域任意位置；同时，安装于喷头座的喷嘴按适当的速度挤出丝料，依次进行下一切片的铺层任务，进而逐层堆叠形成三维实体。
此种熔融沉积型3D打印机一般情况下只有一个喷头，若要提升打印速度，可以通过提高喷头移动速度，或通过提高物料的进料速度来实现。但这种速度的提升对相关硬件有较高的要求，如对驱动电机的功率以及框架和导向机构、传动皮带和结构刚度等均有相应的要求。由于打印过程中需要不断快速变换移动方向和速度，所以此过程会产生非常大的加速度使框架抖动，从而影响打印的精度，这些均限制了打印速度。
目前虽然已有多喷头打印机，但多个喷头只是为了让多种物料在不停机下换料进行交替打印，不能提高打印速度。如使用多个喷头进行打印，由于喷头间的相互影响，使得打印速度大打折扣，而且多喷头打印机结构复杂、可靠性低、成本高。
（2）具体解决方案
一种支撑平台可旋转的双喷头3D打印机包括底座、支撑平台、Z轴导轨、支撑平台支架、旋转机构、Y轴导轨、Y轴滑块、X轴导轨、喷头移动控制器和喷头。其中：两个喷头分别安装于移动控制器下部，移动控制器安装于两个X轴导轨上并控制喷头的轴向运动；X轴导轨的两端分别通过Y轴滑块安装于对称固定在底座上的两个Y轴导轨上，Z轴导轨固定于两个Y轴导轨中间，90°旋转机构安装于支撑平台底部并通过平台支架安装于Z轴导轨上；支撑平台几何中心位置处安装90°旋转机构，沿中心线位置顺时针或逆时针方向旋转90°；两个喷头安装角度与喷头移动控制器底面呈45°，且对称布置由喷头移动控制器驱动；两个喷头移动控制器由内置伺服电机控制沿X轴导轨运动；两个Y轴滑块分别安装于Y轴导轨上，每个Y轴滑块分别通过伺服电机驱动；支撑平台支架通过伺服电机安装于Z轴导轨上，控制其沿Z轴导轨垂直运动，如图5-34所示。
图5-34 一种支撑平台可旋转的双喷头3D打印机的结构示意图
（3）效果分析
在制品快速成型过程中，支撑平台通过支撑平台支架沿Z轴导轨可以实现Z轴方向垂直运动；同时，制品的每一层切片通过两个喷头共同完成铺层任务，当一层切片的铺层任务完成之后，支撑平台由90°旋转机构驱动沿其中心线顺时针旋转90°；然后，下一层切片继续通过两个喷头共同完成铺层任务，支撑平台由90°旋转机构驱动沿其中心线逆时针旋转90°；如此循环，直至整个制品的所有切片铺层结束。
7）一种多台3D打印机并联运行的远程监控系统的维法耦合过程
一种多台3D打印机并联运行的远程监控系统的维法耦合过程如图5-35所示。
维度：结构维；
具体功能结构模块：中央控制系统；
法则：智慧化。
图5-35 一种多台3D打印机并联运行的远程监控系统的维法耦合过程
（1）现状与技术背景分析
现有的桌面级3D打印机打印时间一般较长，且打印机工作一段时间后需要维护。此外，容易出现耗材用尽、喷头堵料、模型滑动或断层等异常现象，在浪费耗材的同时甚至可能带来危险。
另外，如果同时有两台或两台以上桌面级3D打印机运行，为了得到较高的制品质量，需要操作人员不间断巡视和检查，以避免某些人为因素造成的制品报废危险。
（2）具体解决方案
一种多台3D打印机并联运行的远程监控系统包括监控采集单元、无线通信单元、无线通信多通道处理器、远程监控显示单元和移动终端。其中：监控采集单元固定安装于3D打印机内部，并与内部的无线通信单元连接，无线通信单元将监控信息通过无线传输方式发送至无线通信多通道处理器并进行处理；远程监控显示单元和移动终端通过无线连接方式将处理后的监控信息进行可视化处理，同时远程监控显示单元和移动终端通过相应的操作按钮向3D打印机发送中断、回位和关机操作指令，如图5-36所示。
图5-36 一种多台3D打印机并联运行的远程监控系统示意图
（3）效果分析
根据无线通信多通道处理器的信息通道数量决定并联运行的多台3D打印机，实现了多台3D打印机同时工作且对其进行远程监控的目的；无线通信多通道处理器、远程监控显示单元和移动终端均以无线传输方式进行信息互通，减少了操作人员的工作量和重复性劳动，实现了远程监控与远程操作同时进行；可随时随地查看多台3D打印机的工作状态，及时发现耗材用尽、喷头堵料、模型滑动或断层等异常现象，同时降低了成本。
8）一种工业级熔融沉积快速成型机丝料在线干燥装置的维法耦合过程
一种工业级熔融沉积快速成型机丝料在线干燥装置的维法耦合过程如图5-37所示。
维度：材料维；
具体功能结构模块：成型材料；
法则：自服务。
图5-37 一种工业级熔融沉积快速成型机丝料在线干燥装置的维法耦合过程
（1）现状与技术背景分析
现有的熔融沉积快速成型机为保证制品的成功率，除了对其自身性能要求较高外，也对所使用的材料提出了更高的要求。目前熔融沉积快速成型机采用的材料多以ABS工程塑料和PLA材质的盘状丝料为主，特别是ABS工程塑料盘状丝料，由于其具有一定的吸水性，若ABS工程塑料盘状丝料的干燥程度低于使用标准，当丝料在喷头内加热并挤出时，极易造成喷头堵塞。在执行快速成型制品打印任务时，一旦喷头堵塞，需要停机检修并对已经成型的制品模型进行重新分层与铺层打印，严重影响了制品的成功率，同时也造成了丝料的浪费。
综合上述问题，工业级熔融沉积快速成型机在工作过程中，成型室的温度需保持恒定，同时通风系统应能够及时排出成型室的过热空气，输送常温空气进入成型室内。
为实现工业级熔融沉积快速成型机的自服务化，需要一种工业级熔融沉积快速成型机丝料在线干燥装置将盘状丝料引入该装置内，对盘状丝料进行在线干燥处理。
（2）具体解决方案
一种工业级熔融沉积快速成型机丝料在线干燥装置包括送风机、通风管道、软管、成型室、供料箱、盘状丝料以及控制单元。其中：送风机安装固定于熔融沉积快速成型机成型室内，出口通过软管与通风管道连接；盘状丝料安装于熔融沉积快速成型机供料箱内，通过通风管道线与送风机连接；通风管道的盘状丝料进口与出口均处于不封堵状态，如图5-38所示。
图5-38 一种工业级熔融沉积快速成型机丝料在线干燥装置整体结构示意图
（3）效果分析
在熔融沉积快速成型机正常工作过程中，若盘状丝料处于潮湿状态，不能达到使用要求时，控制单元通过信息传输线向送风机发送启动命令，送风机将熔融沉积快速成型机成型室内的高温空气通过软管引至通风管道内，管道内的高温气体对盘状丝料进行干燥处理，随后，高温气体从通风管道两侧端口排出；若盘状丝料处于干燥状态，达到使用要求时，控制单元通过信息传输线向送风机发送关闭命令，停止对盘状丝料的干燥处理。
该装置充分利用了熔融沉积快速成型机室内的高温气体，且通过通风管道对盘状丝料进行干燥处理，达到了合理利用资源的目的；同时，通风管道内的盘状丝料能够得到充分干燥，避免了采用整体干燥法对盘状丝料干燥处理不均匀现象。
9）一种具有自动伸缩与清理功能的3D打印喷头的维法耦合过程
一种具有自动伸缩与清理功能的3D打印喷头的维法耦合过程如图5-39所示。
维度：结构维；
具体功能结构模块：喷头清理；
法则：组合与集成、局部优化、动态化。
图5-39 一种具有自动伸缩与清理功能的3D打印喷头维法耦合过程
（1）现状与技术背景分析
在熔融沉积快速成型过程中，使用具有主喷头与副喷头双喷头的快速成型机时，主喷头主要打印快速成型制品部分，副喷头则主要打印快速成型制品的支撑部分和链接支撑平台部分。在铺层过程中，主喷头与副喷头交替使用，可有效减少主材料使用量，且快速成型制品与支撑材料之间的间隙分明，使得支撑材料容易去除。
然而，当主喷头与副喷头交替使用时，在主喷头使用完毕更换至副喷头或者副喷头使用完毕更换至主喷头过程中，使用完毕的喷头依然处于待机状态，即喷头内部的加热器依然处于加热状态。虽然此时主喷头或副喷头的送丝机构已经处于待机状态，但由于丝料的热胀冷缩，被加热的丝料会从喷头处溢出悬挂于喷头处，如果不及时清理溢出的丝料，下次使用该喷头时将严重影响铺层的质量。
在使用单喷头熔融沉积快速成型机进行快速成型制品铺层过程中，当某一切片铺层结束后，打印支撑平台将下降某一高度进行后续切片的铺层任务。此时，喷头内加热单元依然处于加热状态，会出现双喷头熔融沉积快速成型机在主喷头与副喷头交换使用的时间间隔内发生的部分丝料从喷头挤出而悬挂于喷头处的现象，如不及时清理喷头，将对下一切片的铺层质量造成影响。
目前在利用熔融沉积快速成型机进行快速成型制品打印时，主要依靠操作人员手动操作清理并去除喷头上由于热胀冷缩而挤出的部分丝料，通常使用钢刷或铲子作为清理工具。此种操作只能在开始快速成型制品打印之前，或者在制品打印任务完成之后执行，因此依旧无法清理熔融沉积快速成型机在铺层过程中喷头上的多余丝料，不能从根本上解决在铺层过程中因喷头的多余丝料而导致的铺层质量降低的问题。
（2）具体解决方案
一种具有自动伸缩与清理功能的3D打印喷头包括喷头、清理装置、电磁继电器、喷头支架、弹簧压片和控制单元。其中：喷头固定于喷头支架上，且喷头内嵌于清理装置内，安装于喷头支架上，清理装置与喷头支架之间通过弹簧压片连接；电磁继电器固定安装于清理装置的顶部且内置于喷头支架内，与控制单元相连接；清理装置的上部为圆筒型，下部为圆锥形且与喷头外表面相贴合，清理装置的下部为顶端呈开口状的金属弹性片，如图5-40、图5-41所示。
图5-40 一种具有自动伸缩与清理功能的3D打印喷头整体结构示意图
图5-41 清理装置结构示意图
（3）效果分析
一种具有自动伸缩与清理功能的3D打印喷头，是通过在喷头处安装自动清理与去除多余丝料的装置，在快速成型制品打印完成后对双喷头进行自动清理，在打印过程中实时对喷头进行多余丝料的清理，从而保证喷头使用时双喷头均处于干净、无多余丝料的工作状态，进而提高快速成型制品的铺层质量，同时也降低操作人员的工作量。