CN103112166B - 应用于熔融沉积成型高速3d打印机的挤出装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种应用于熔融沉积成型高速3D打印机的挤出装置，属于3D打印技术领域。该挤出装置包括挤出喷头、送丝模块以及步进电机，送丝模块在步进电机的驱动下将打印线材送至挤出喷头并挤出。其中，送丝模块和挤出喷头为打印行走机构；步进电机固定设置于高速3D打印机，该步进电机的输出轴通过电机传动软轴连接所述的送丝模块，且该步进电机不随所述的打印行走机构运动，从而有效减小了打印行走机构的整体重量，使其运行速度更快，同时保证挤出装置的挤出精度及挤出压力均匀，且本发明的应用于熔融沉积成型高速3D打印机的挤出装置的结构简单，成本低廉，使用方式也相当简便。
Description
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，特别涉及熔融沉积成型高速3D打印机技术领域，具体是指一种应用于熔融沉积成型高速3D打印机的挤出装置。
背景技术
熔融沉积法又被称为熔丝沉积法或丝状材料选择性熔覆，是一种新型的三维打印方法。其是将丝状的热熔性材料加热融化，与此同时，三维喷头在计算机的控制下，根据截面轮廓信息，将材料选择性地涂敷在工作台上，快速冷却后形成一层截面。然后重复以上过程，继续熔喷沉积，直至形成整个实体造型。
由于其成型材料种类多，成型件强度高、精度高，表面质量好，易于装配、无公害，可在办公室环境下进行等特点，熔融沉积法主要适用于成型小塑料件。
现有的采用熔融沉积成型（FDM）的三维打印机，由于其挤出装置整体重量较大，存在打印行走机构运行缓慢的问题，同时，现有技术中采用送料管连接远程挤出装置的打印方案还存在的挤出压力不均匀，控制精度差的问题。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种整体重量较小，打印行走机构运行速度较快，同时保证挤出精度和挤出压力均匀，且结构简单，成本低廉，使用方式简便的应用于熔融沉积成型高速3D打印机的挤出装置。
为了实现上述的目的，本发明的应用于熔融沉积成型高速3D打印机的挤出装置具有如下构成：
该挤出装置包括挤出喷头、送丝模块以及步进电机，所述的送丝模块在所述的步进电机的驱动下将打印线材送至所述的挤出喷头并挤出。其中，所述的送丝模块和挤出喷头为打印行走机构；所述的步进电机固定设置于所述的高速3D打印机，该步进电机的输出轴通过电机传动软轴连接所述的送丝模块，且该步进电机不随所述的打印行走机构运动。
该应用于熔融沉积成型高速3D打印机的挤出装置中，所述的电机传动软轴为钢丝软轴。
该应用于熔融沉积成型高速3D打印机的挤出装置中，所述的步进电机设置于所述的3D打印机的底部，所述的打印行走机构设置于所述的3D打印机的顶部。步进电机的输出轴通过联轴器连接光轴的一端，该光轴的另一端连接所述的电机传动软轴。
该应用于熔融沉积成型高速3D打印机的挤出装置中，所述的送丝模块包括涡轮蜗杆传动减速机构和送丝轮，所述的涡轮蜗杆传动减速机构分别连接所述的电机传动软轴和送丝轮，用以在所述的步进电机的驱动下驱动所述的送丝轮。
该应用于熔融沉积成型高速3D打印机的挤出装置中，所述的涡轮蜗杆传动减速机构包括蜗杆以及与该蜗杆齿轮啮合的两个涡轮，所述的蜗杆通过所述的电机传动软轴连接所述的步进电机；用以降低步进电机的输出转速，放大扭力。
该应用于熔融沉积成型高速3D打印机的挤出装置中，所述的送丝轮包括两个转动方向相反的驱动齿轮，所述的两个驱动齿轮分别与所述的两个涡轮同轴连接，所述的打印线材通过所述的两个驱动齿轮之间被送至所述的挤出喷头。
该应用于熔融沉积成型高速3D打印机的挤出装置中，所述的挤出装置还包括喷头加热块，所述的喷头加热块固定连接于所述的挤出喷头。
采用了该发明的应用于熔融沉积成型高速3D打印机的挤出装置包括挤出喷头、送丝模块以及步进电机，所述的送丝模块在所述的步进电机的驱动下将打印线材送至所述的挤出喷头并挤出。其中，所述的送丝模块和挤出喷头为打印行走机构；所述的步进电机固定设置于所述的高速3D打印机，该步进电机的输出轴通过电机传动软轴连接所述的送丝模块，且该步进电机不随所述的打印行走机构运动，从而有效减小了打印行走机构的整体重量，使其运行速度更快，同时保证挤出装置的挤出精度及挤出压力均匀，且本发明的应用于熔融沉积成型高速3D打印机的挤出装置的结构简单，成本低廉，使用方式也相当简便。
附图说明
图1为本发明的应用于熔融沉积成型高速3D打印机的挤出装置的结构示意图。
图2为本发明的应用于熔融沉积成型高速3D打印机的送丝模块的涡轮蜗杆传动减速机构的结构示意图。
图3为本发明的应用于熔融沉积成型高速3D打印机的送丝模块的送丝轮的结构示意图。
图4为本发明的应用于熔融沉积成型高速3D打印机的送丝轮、挤出喷头和喷头加热块与线材间的位置关系示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。
请参阅图1所示，为本发明的应用于熔融沉积成型高速3D打印机的挤出装置的结构示意图。
在一种实施方式中，应用于熔融沉积成型高速3D打印机的挤出装置包括挤出喷头1、送丝模块以及步进电机2，所述的送丝模块在所述的步进电机2的驱动下将ABS或PLS打印线材4送至所述的挤出喷头1并挤出。所述的送丝模块和挤出喷头1为打印行走机构。在采用该软轴3连接步进电机2和送丝模块的情况下，该步进电机2可以设置于所述的3D打印机的底部，同时将所述的打印行走机构设置于所述的3D打印机的顶部。该步进电机2的输出轴通过电机传动软轴3连接打印行走机构的送丝模块，且该步进电机2不随所述的打印行走机构运动。电机传动软轴3可以采用钢丝软轴。
步进电机2连接钢丝软轴3的具体形式，一般可以采用将电机2（电机轴径5mm）通过联轴器（5mm转8mm）连接一根8mm光轴，光轴另一端连接传动软轴3。通过软轴将位于3D打印机底部的步进电机2输出的动力传送给位于3D打印机顶部的送丝模块。
在一种较优选的实施方式中，所述的送丝模块包括涡轮蜗杆传动减速机构5和送丝轮6，所述的涡轮蜗杆传动减速机构5分别连接所述的电机传动软轴3和送丝轮6，用以在所述的步进电机2的驱动下驱动所述的送丝轮6。
在进一步优选的实施方式中，所述的涡轮蜗杆传动减速机构5包括蜗杆以及与该蜗杆齿轮啮合的两个涡轮，所述的蜗杆通过所述的电机传动软轴3连接所述的步进电机2；用以降低步进电机2的输出转速，放大扭力。所述的送丝轮6包括两个转动方向相反的驱动齿轮，所述的两个驱动齿轮分别与所述的两个涡轮同轴连接，所述的打印线材4通过所述的两个驱动齿轮之间被送至所述的挤出喷头1。
在更优选的实施方式中，所述的挤出装置还包括喷头加热块7，所述的喷头加热块7固定连接于所述的挤出喷头1。
在实际应用中，本发明的挤出装置由步进电机提供驱动动力，步进电机采用42mm/1.8°电机，驱动电路采用1/8细分。
电机旋转一周所需要的步进脉冲数为：360°/1.8°×8=1600。步进电机通过联轴器连接钢丝软轴，软轴另一端连接至涡轮蜗杆，电机通过软轴驱动蜗杆旋转。单头蜗杆材质为黄铜，外径11.8mm，内孔6mm，总长18mm，齿部分长13mm，一端有M3螺丝固定孔。蜗轮材质为铝，60齿，齿轮外径25.6，台阶外径15，内孔8，齿轮厚度6mm，总厚度13mm，有M3螺丝固定孔。涡轮蜗杆采用齿轮速比1：60，因此，涡轮旋转一周，步进电机的脉冲数为：1600×60=96000。
如图2、3、4所示，涡轮齿轮与送丝轮齿轮同轴连接，因此送丝轮齿轮旋转一周所需电机驱动脉冲数同样是96000。送丝轮直径为30mm，与涡轮同轴连接。送丝轮周长为：π×30mm=94.245mm，因此，单位长度（mm）进料所需的电机步进脉冲数（Step-E）为：96000/94.245=1018.62。
单位长度（mm）的材料体积为π×r2×h=π×1.52×1=7.069mm3,由此可以计算出挤出头的控制精度为：7.069mm3/1018.62=0.00694mm3，即每立方毫米挤出量的电机控制脉冲数为：1/0.00694=144.09。
该装置整体重量轻，可以很容易地实现超过300mm/s的XY行走速度，传统3D打印机的行走速度一般不超过40mm/s，该装置大大提高了3D打印机的打印速度。从而消除了传统3D打印机采用的挤出电机直接安装在挤出机上而造成的挤出机整体重量大，运行缓慢的问题。
采用了该发明的应用于熔融沉积成型高速3D打印机的挤出装置包括挤出喷头、送丝模块以及步进电机，所述的送丝模块在所述的步进电机的驱动下将打印线材送至所述的挤出喷头并挤出。其中，所述的送丝模块和挤出喷头为打印行走机构；所述的步进电机固定设置于所述的高速3D打印机，该步进电机的输出轴通过电机传动软轴连接所述的送丝模块，且该步进电机不随所述的打印行走机构运动，从而有效减小了打印行走机构的整体重量，使其运行速度更快，同时保证挤出装置的挤出精度及挤出压力均匀，且本发明的应用于熔融沉积成型高速3D打印机的挤出装置的结构简单，成本低廉，使用方式也相当简便。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。
Claims (6)
1.一种应用于熔融沉积成型高速3D打印机的挤出装置，该挤出装置包括挤出喷头、送丝模块以及步进电机，所述的送丝模块在所述的步进电机的驱动下将打印线材送至所述的挤出喷头并挤出，其特征在于，所述的送丝模块和挤出喷头为打印行走机构；所述的步进电机固定设置于所述的高速3D打印机，该步进电机不随所述的打印行走机构运动，该步进电机的输出轴通过电机传动软轴连接所述的送丝模块，所述的送丝模块包括涡轮蜗杆传动减速机构和送丝轮，所述的涡轮蜗杆传动减速机构分别连接所述的电机传动软轴和送丝轮，用以在所述的步进电机的驱动下驱动所述的送丝轮，所述的挤出装置还包括喷头加热块，所述的喷头加热块固定连接于所述的挤出喷头。
2.根据权利要求1所述的应用于熔融沉积成型高速3D打印机的挤出装置，其特征在于，所述的电机传动软轴为钢丝软轴。
3.根据权利要求1所述的应用于熔融沉积成型高速3D打印机的挤出装置，其特征在于，所述的步进电机设置于所述的3D打印机的底部，所述的打印行走机构设置于所述的3D打印机的顶部。
4.根据权利要求3所述的应用于熔融沉积成型高速3D打印机的挤出装置，其特征在于，所述的步进电机的输出轴通过联轴器连接光轴的一端，该光轴的另一端连接所述的电机传动软轴。
5.根据权利要求1所述的应用于熔融沉积成型高速3D打印机的挤出装置，其特征在于，所述的涡轮蜗杆传动减速机构包括蜗杆以及与该蜗杆齿轮啮合的两个涡轮，所述的蜗杆通过所述的电机传动软轴连接所述的步进电机；用以降低步进电机的输出转速，放大扭力。
6.根据权利要求5所述的应用于熔融沉积成型高速3D打印机的挤出装置，其特征在于，所述的送丝轮包括两个转动方向相反的驱动齿轮，两个驱动齿轮分别与所述的两个涡轮同轴连接，所述的打印线材通过所述的两个驱动齿轮之间被送至所述的挤出喷头。
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