CN104476773B - 一种出丝稳定的3d打印机喷头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种出丝稳定的3D打印机喷头，包括有基座，所述的基座上设置有进料通道，所述进料通道的出料端进料连接有打印喷头，所述的基座上设置相对于进料通道一侧转动设置有U型送丝轮，所述的进料通道相对于U型送丝轮的另一侧转动定位设置有送丝夹轮，所述的U型送丝轮的轮面上套设有与其轮面形状相适配的U型弹性橡胶齿圈，所述的送丝夹轮的轮面上套设置有圆形弹性橡胶齿圈，该进料通道的周缘与U型齿槽之间存在第一相交区，该第一相交区的面积在U型弹性橡胶齿圈的形变范围之内。本发明的优点是结构设计合理，送丝稳定可靠且有助于提高FDM打印效率和质量。

Description

一种出丝稳定的3D打印机喷头

技术领域

本发明属于3D打印领域，具体是指一种出丝稳定的3D打印机喷头。

背景技术

3D打印技术出现在20世纪80年代，又被称作“快速成型技术”。其最大的优点是无需机械加工或磨具，就能直接从计算机设计出的图形数据中生成任何物体，从而极大地缩短产品的研发周期，提高生产率和降低生产成本。因此被广泛地应用在艺术界和工业界。3D打印技术，根据其成型方法的不同，可以分为立体光刻（stcmolithography，SLA）、叠层实体制造（Laminated Object Manufacturing，LOM）、选择性激光烧结（SelectiUe LaserSintering，SLS）、熔融沉积制造（Fused Deposition Modeling，FDM）等。其中FDM快速成型系统与其他系统最本质的区别在于其没有使用激光系统，因此成本最低，也是目前最为广泛应用的一种3D打印技术。

FDM工艺一般是将固态的低熔点丝状材料加热到半熔融状态，如PLA或ABS等。然后，将其挤出，按照物体每层所预定的轨迹，逐层制造，每制造一层工作台下降一个层厚或打印喷头上升一个层厚，如此反复最终构建出整个实体。在整个加工过程中，出丝速度和出丝直径的均匀和稳定程度是决定3D打印机加工精度和表面质量的最重要因素。为解决这一问题，本领域技术人员们通过改进送料装置和加热头来保证挤出头出丝的均匀和稳定。

比如，中国专利公开号为CN203449611U的一种用于3D打印机喷头的带弹簧结构的丝料挤出装置。该装置通过弹簧的反作用力和V型送丝轮实现自动调节送丝轮齿的顶角对丝料的抓紧力，避免送丝轮和丝料之间产生的打滑或卡丝现象，从而提高出丝的稳定性；

中国专利公开号为CN203611389U的一种用于3D打印机喷头的自适应送料装置，该装置通过弹力手柄将置于轴承和送丝轮之间的丝料送入喉管中，避免了卡丝、丝料打滑和挤压力不稳定的现象，从而保证出丝的稳定；

中国专利公开号为CN203665959U的一种防堵塞喷头，其通过双孔喷嘴的切换，避免了喷嘴被堵塞时，3D打印机不能工作的问题，从而保证出丝的稳定；

但是现有的这些技术方案还存在以下问题：

1.改进方式结构复杂成本增加。比如，送料装置加入弹簧后结构更加复杂；双孔喷嘴结构增大成本。

2.改进效果不佳，比如，CN203449611U和 CN203611389U对送丝结构的改进中，送丝轮上的硬质锐角齿轮顶角在弹簧的反作用力下，使得齿轮顶角和丝料的接触面积很小，导致齿轮对丝料的压强增大。长时间打印时，丝料在锋利的硬质锐角齿轮运动下会出现掉渣现象，特别是当丝料径尺寸超差时。这样会导致喷头出丝不均匀。如丝料的掉渣不能及时清理，长时间打印，在送丝轮的转动过程中，丝料的掉渣将会残留在送丝齿轮的齿轮与齿轮之间的缝隙中，引起丝料打滑现象，导致出丝断断续续严重时甚至不出丝，大大降低了出丝的稳定性；

3.CN203665959U对喷头的改进中，双孔喷嘴的相互切换，会导致出丝位置的变化，引起打印质量的下降。而且当大量物料固化在喷嘴口时，将导致切换阀无法工作，将会引起打印机无法出丝。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种结构设计合理，出丝稳定可靠的出丝稳定的3D打印机喷头。

为实现本发明的上述目的，本发明的技术方案是包括有基座，所述的基座上设置有进料通道，进料通道的一端为进料端，另一端为出料端，所述进料通道的出料端进料连接有打印喷头，所述的基座上设置相对于进料通道一侧转动设置有U型送丝轮，所述基座上设置有用于驱动U型送丝轮转动的送丝轮驱动机构，所述的进料通道相对于U型送丝轮的另一侧转动定位设置有送丝夹轮，所述的U型送丝轮的轮面上套设有与其轮面形状相适配的U型弹性橡胶齿圈，所述的送丝夹轮的轮面上套设置有圆形弹性橡胶齿圈，所述U型弹性橡胶齿圈的外表面为U型齿槽，该进料通道的周缘与U型齿槽之间存在第一相交区，该第一相交区的面积在U型弹性橡胶齿圈的形变范围之内，所述进料通道的周缘与圆形弹性橡胶齿圈之间存在第二相交区，该第二相交区的面积在圆形弹性橡胶齿圈的形变范围之内。

通过本设置，利用U型送丝轮上的U型弹性橡胶齿圈和送丝夹轮上的圆形弹性橡胶齿圈，利用二者的相对转动对打印丝料进行驱动送料，而由于“进料通道的周缘与U型齿槽之间存在第一相交区，该第一相交区的面积在U型弹性橡胶齿圈的形变范围之内，所述进料通道的周缘与圆形弹性橡胶齿圈之间存在第二相交区，该第二相交区的面积在圆形弹性橡胶齿圈的形变范围之内”的机构设置，利用弹性橡胶的形变特性，将打印丝料嵌在U型弹性橡胶齿圈和圆形弹性橡胶齿圈之间；U型弹性橡胶齿圈和圆形弹性橡胶齿圈在其形变空间内自适应夹紧打印丝料，使打印丝料紧贴在U型弹性橡胶齿圈和圆形弹性橡胶齿圈的表面，由于橡胶变形的反作用力，打印丝料被U型送料轮紧紧抓住，通过U型送丝轮转动能够可靠地把打印丝料进行稳定地输运，并挤入打印喷头内；另外，本设置，U型弹性橡胶齿圈和圆形弹性橡胶齿圈的使用可以减少齿轮对打印丝料的磨损，而且其具有匹配打印丝料的自适应形变的能力，使出丝更稳定。

进一步设置是所述的送丝轮驱动机构包括有步进电机、主动齿轮和送丝驱动齿轮，所述的步进电机固定于基座上，所述的主动齿轮联动设置于步进电机的输出轴上，所述送丝驱动齿轮转动设置于基座上，且该送丝驱动齿轮与U型送丝轮之间通过联动轴构成同轴转动配合，所述的主动齿轮与送丝驱动齿轮之间传动啮合设置。通过本设置，提供了一种稳定驱动U型送丝轮转动的结构，机构设置稳定性好。

进一步设置是所述的送丝驱动齿轮上圆周均布设置有多个减重孔。通过本设置，使得送丝驱动齿轮质量减少，减少驱动阻力，提高转动的平顺性。

进一步设置是所述的基座包括有基座竖立支架和一体固定于基座竖立支架底部的基座底板，所述的打印喷头设置于基座底板的下方，且该基座底板的下端面相对于打印喷头的中下段位置两侧设置有第一散热风扇和第二散热风扇，其中第一散热风扇的风向为从外吹向打印喷头，所述的第二散热风扇的风向为由打印喷头吹向第二散热风扇外侧。通过本设置，第一散热风扇和第二散热风扇形成的定向散热风不仅可以对打印喷头喉管进行散热，避免喉管过热引起丝料软化，影响出丝的稳定性；而且还可以对打印出的半熔融丝进行散热，使其快速固化，提高打印件的质量。

进一步设置是还包括有送丝夹轮固定架，所述的送丝夹轮转动安装于送丝夹轮固定架上，该送丝夹轮固定架的下端铰接设置于基座底板上，该送丝夹轮固定架的上端可拆卸固定于基座竖立支架的侧边。这样设置方便上料和退料。

进一步设置是所述的打印喷头外壁上导热连接设置有散热喉管，该散热喉管的外壁上纵向间隔分布有多个散热翅板，所述的散热翅板上分布有多个散热孔。通过本设置，提高了打印喷头的散热性能。

进一步设置是所述的基座中部相对于进料通道的两侧分别开设在有U型送丝轮安装腔和送丝夹轮安装腔。

进一步设置是所述的U型弹性橡胶齿圈上的齿的顶角为5-20度的锐角，所述圆形弹性橡胶齿圈上的齿的顶角为5-20度的锐角。通过本设置，使得U型弹性橡胶齿圈和圆形弹性橡胶齿圈对打印丝料的夹紧效果更好稳定可靠，提高了对打印丝料的传动力。

综上所述，本发明的优点是结构设计合理，送丝稳定可靠且有助于提高FDM打印效率和质量。

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做进一步介绍。

附图说明

图1 本发明实施例1结构示意图；

图2 本发明实施例1结构分解图；

图3 本发明实施例1另一视角的分解图；

图4 为图3的I部放大图；

图5 本发明实施例1 U型送丝轮和送丝夹轮配合关系放大图；

图6 本发明实施例2 U型送丝轮和送丝夹轮配合关系放大图；

图7 本发明实施例2圆形弹性橡胶齿圈的结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体的描述，只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限定，该领域的技术工程师可根据上述发明的内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。

实施例1

如图1-5所示的本发明的具体实施方式，包括有基座1，所述的基座上设置有进料通道11，进料通道的一端为进料端111，另一端为出料端112，所述进料通道的出料端112进料连接有打印喷头2，本实施例所述的基座1包括有基座竖立支架12和一体固定于基座竖立支架底部的基座底板13，所述的打印喷头2设置于基座底板13的下方。本实施例基座底板13的下端面相对于打印喷头2中下段位置两侧设置有第一散热风扇71和第二散热风扇72，其中第一散热风扇71的风向为从外吹向打印喷头2，所述的第二散热风扇72的风向为由打印喷头2吹向第二散热风扇72外侧。本实施例所述的进料通道11由多段进料通孔和进料空腔纵向同轴连接而成。

本实施例所述的基座1上的基座竖立支架12上设置有减重孔121。

另外，本实施例所述的基座1上设置相对于进料通道11一侧转动设置有U型送丝轮3，所述基座1上设置有用于驱动U型送丝轮转动的送丝轮驱动机构4，所述的进料通道11相对于U型送丝轮3的另一侧转动定位设置有送丝夹轮5，所述的U型送丝轮3的轮面上套设有与其轮面形状相适配的U型弹性橡胶齿圈31，所述的送丝夹轮5的轮面上套设置有圆形弹性橡胶齿圈51，所述U型弹性橡胶齿圈的外表面为U型齿槽311，该进料通道11的周缘与U型齿槽之间存在第一相交区，该第一相交区的面积在U型弹性橡胶齿圈31的形变范围之内，所述进料通道11的周缘与圆形弹性橡胶齿圈之间存在第二相交区，该第二相交区的面积在圆形弹性橡胶齿圈51的形变范围之内。另外，本实施例所述的基座1中部相对于进料通道11的两侧分别开设在有U型送丝轮安装腔113和送丝夹轮安装腔114，以分别用于U型送丝轮3和送丝夹轮5的安装定位。此外，本实施例所述的U型弹性橡胶齿圈31上的齿的顶角为5-20度的锐角，所述圆形弹性橡胶齿圈51上的齿的顶角为5-20度的锐角。

另外，本实施例所述的送丝轮驱动机构4包括有步进电机41、主动齿轮42和送丝驱动齿轮43，所述的步进电机41固定于基座1上，所述的主动齿轮42联动设置于步进电机41的输出轴上，所述送丝驱动齿轮43转动设置于基座1上，且该送丝驱动齿轮43与U型送丝轮3之间通过联动轴44构成同轴转动配合，所述的主动齿轮42与送丝驱动齿轮43之间传动啮合设置。本实施例所述的送丝驱动齿轮43的联动轴44的外端转动于送丝驱动齿轮外支架45上，该送丝驱动齿轮外支架45可拆卸固定安装于基座1一侧，另外，所述的送丝驱动齿轮43上圆周均布设置有多个减重孔431。

此外，本实施例还包括有送丝夹轮固定架6，所述的送丝夹轮5转动安装于送丝夹轮固定架6上，该送丝夹轮固定架6的下端61铰接设置于基座底板13上，该送丝夹轮固定架6的上端62可拆卸固定于基座竖立支架12的侧边。

另外，本实施例所述的打印喷头2外壁上导热连接设置有散热喉管21，该散热喉管的外壁上纵向间隔分布有多个散热翅板22，所述的散热翅板22上分布有多个散热孔23。

实施例2

如图6，7所示，本实施例2与实施例1的不同之处在于本实施例2的圆形弹性橡胶齿圈51与实施例1不同，如图6，7所示， 本实施例2中的圆形弹性橡胶齿圈51的轮缘上圆周分布有多个推料凸齿511，该推料凸齿的最外端为推料凸角512，且该推料凸齿511上位于推料凸角一侧并与丝料压接的齿廓为弧形齿廓5111，如此设置，在丝料进行进料时，圆形弹性橡胶齿圈51随着丝料的移动而转动，在转动过程中，弧形齿廓5111能保障对丝料稳定的压接，并且随着转动的过程，弧形齿廓5111对丝料的推料力在推料凸角512处达到最大值，然后再进入到下一片推料凸齿511对丝料作用，如此，循环过程，能保障丝料受到周期性的推料力量作用，因此，使得丝料进料过程受力均匀，也不会导致丝料因阻力而卡滞，保障了丝料进料的顺畅。

Claims (6)

1.一种出丝稳定的3D打印机喷头，包括有基座，所述的基座上设置有进料通道，进料通道的一端为进料端，另一端为出料端，所述进料通道的出料端进料连接有打印喷头，所述的基座上相对于进料通道一侧转动设置有U型送丝轮，所述基座上设置有用于驱动U型送丝轮转动的送丝轮驱动机构，所述的进料通道相对于U型送丝轮的另一侧转动定位设置有送丝夹轮，所述的U型送丝轮的轮面上套设有与其轮面形状相适配的U型弹性橡胶齿圈， 所述的送丝夹轮的轮面上套设置有圆形弹性橡胶齿圈，所述U型弹性橡胶齿圈的外表面为U型齿槽，该进料通道的周缘与U型齿槽之间存在第一相交区，该第一相交区的面积在U型弹性橡胶齿圈的形变范围之内，所述进料通道的周缘与圆形弹性橡胶齿圈之间存在第二相交区，该第二相交区的面积在圆形弹性橡胶齿圈的形变范围之内，所述的基座包括有基座竖立支架和一体固定于基座竖立支架底部的基座底板，所述的打印喷头设置于基座底板的下方，且该基座底板的下端面相对于打印喷头中下段位置两侧设置有第一散热风扇和第二散热风扇，其中第一散热风扇的风向为从外吹向打印喷头，所述的第二散热风扇的风向为由打印喷头吹向第二散热风扇外侧，还包括有送丝夹轮固定架，所述的送丝夹轮转动安装于送丝夹轮固定架上，该送丝夹轮固定架的下端铰接设置于基座底板上，该送丝夹轮固定架的上端可拆卸固定于基座竖立支架的侧边。

2.根据权利要求1所述的一种出丝稳定的3D打印机喷头，其特征在于：所述的送丝轮驱动机构包括有步进电机、主动齿轮和送丝驱动齿轮，所述的步进电机固定于基座上，所述的主动齿轮联动设置于步进电机的输出轴上，所述送丝驱动齿轮转动设置于基座上，且该送丝驱动齿轮与U型送丝轮之间通过联动轴构成同轴转动配合，所述的主动齿轮与送丝驱动齿轮之间传动啮合设置。

3.根据权利要求2所述的一种出丝稳定的3D打印机喷头，其特征在于：所述的送丝驱动齿轮上圆周均布设置有多个减重孔。

4.根据权利要求1所述的一种出丝稳定的3D打印机喷头，其特征在于：所述的打印喷头外壁上导热连接设置有散热喉管，该散热喉管的外壁上纵向间隔分布有多个散热翅板，所述的散热翅板上分布有多个散热孔。

5.根据权利要求1所述的一种出丝稳定的3D打印机喷头，其特征在于：所述的基座中部相对于进料通道的两侧分别开设在有U型送丝轮安装腔和送丝夹轮安装腔。

6.根据权利要求1所述的一种出丝稳定的3D打印机喷头，其特征在于：所述的U型弹性橡胶齿圈上的齿的顶角为5-20度的锐角，所述圆形弹性橡胶齿圈上的齿的顶角为5-20度的锐角。