CN104626556A - 一种熔融沉积三维打印喷头及打印机 - Google Patents

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许剑峰
张鸿海
何龙
罗浩
江福祥
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Abstract

本发明公开了一种熔融沉积三维打印喷头及打印机。该熔融沉积三维打印喷头包括螺杆机筒、喷嘴、螺杆轴,其中所述喷嘴安装在螺杆机筒下部,螺杆轴安装于螺杆机筒内,螺杆轴的上端可通过联轴器与电机轴连接,下半段轴上开有螺纹槽,螺杆机筒的筒身上部开有支管,用于安装进丝的塑化管,所述螺杆机筒和支管的外周安装有加热装置。螺杆机筒作为丝料的融化和混合容器,支管中安装的塑化管作为丝料进口,加装装置对塑化管和螺杆机筒中的丝料进行加热使其融化,通过螺杆旋转产生驱动力,对进入螺杆机筒的融化丝料进行搅拌混合并推进到喷嘴中挤出成型,从而能够有效的将丝料融化并挤出。

Description

一种熔融沉积三维打印喷头及打印机
技术领域
本发明属于熔融沉积三维打印技术领域,更具体的,涉及一种熔融沉积三维打印喷头及打印机。
背景技术
熔融沉积制造(Fused Deposition Modeling,FDM)三维打印机采用丝状材料(如ABS塑料丝)作为加工物,用加热器将其加热到熔融状态,通过送丝机构从喷头挤出细丝材料,加热喷头在计算机的控制下,根据三维模型的截面轮廓数据作X-Y平面运动,逐层选择性融覆形成三维实体。熔融沉积制造三维打印工艺由于其独特的技术原理,比较适合于家庭、办公用品以及模具行业新产品开发,另外还被广泛用于医学、医疗、考古等三维实体模型制造,具有很强的应用前景。
现有的典型FDM三维打印机都采用柱塞式喷头系统,如图1所示:柱塞式喷头的工作原理是通过两个或多个电机驱动的摩擦轮提供动力,将丝料送入塑化装置融化,其中后进的未融化丝料充当柱塞推动熔融丝料经微型喷嘴挤出。由于柱塞式喷头系统产生的驱动力较小,经常会出现不吐丝现象严重影响成型精度,不利于其进一步推广使用。
发明内容
为了解决上述问题,本发明提供了一种熔融沉积三维打印喷头及打印机,通过采用螺杆式推进,能够产生稳定的推动力,有效的推动熔融丝料从喷嘴挤出。
按照本发明的一个方面,提供了一种熔融沉积三维打印喷头,包括螺杆机筒、喷嘴、螺杆轴,其中所述喷嘴安装在螺杆机筒下部,螺杆轴安装于螺杆机筒内,螺杆轴的上端可通过联轴器与电机轴连接,下半段轴上开有螺纹槽,螺杆机筒的筒身上部开有支管,用于安装进丝的塑化管,所述螺杆机筒和支管的外周安装有加热装置。
上述喷头结构中,螺杆机筒作为丝料的融化和混合容器,支管中安装的塑化管作为丝料进口,加装装置对塑化管和螺杆机筒中的丝料进行加热使其融化,通过螺杆旋转产生驱动力,对进入螺杆机筒的融化丝料进行搅拌混合并推进到喷嘴中挤出成型,从而能够有效的将丝料融化并挤出。
优选地,所述支管为三个,均匀的布置在螺杆机筒的筒身上部。
通过设置三个支管,三个支管中可安装三个塑化管,从而可以将红、绿、蓝三种颜色的丝料送进机筒加热融化,通过设定送入机筒的三中颜色丝料的比例,经螺杆轴的搅拌在三基色原理作用下产生任意颜色的熔融丝料,从而达到打印任意颜色成型件的功能。
优选地,所述螺杆机筒下部开有外螺纹,喷嘴开有与螺杆机筒下部外螺纹相配合的内螺纹,喷嘴与螺杆机筒通过螺纹配合连接。
通过螺杆机筒下部的外螺纹和喷嘴的内螺纹的配合连接,使得,喷嘴与螺杆机筒的连接更为坚固,防止丝料漏出。
优选地,所述螺杆机筒顶部内固定安装有止推球轴承和轴承端盖,螺杆轴穿过止推球轴承和轴承端盖。
通过在螺杆机筒的顶部安装止推球轴承和轴承端盖,一方面固定了螺杆轴,使螺杆轴的运转更为稳固,另一方面也使螺杆机筒成为一个密闭空间,防止丝料漏出。
优选地,加热装置由加热套和热敏电阻构成,加热套产生的热量使丝料融化,热敏电阻反馈温度信息,整个加热装置为闭环温度控制系统。
通过加热套为螺杆机筒和塑化管加热,使进入螺杆机筒的丝料融化,并通过热敏电阻反馈温度变化,达到精细控制温度的目的,使融化丝料处于混合和挤出的最佳温度。
优选地,螺杆机筒的顶部开设有用于与打印机相连的通孔或者螺纹孔。
通过螺杆机筒顶部设置的通孔或者螺纹孔,可以将整个喷头装置固定安装在打印机上,加强了喷头装置的稳定性。
按照本发明的另一个方面,还提供了一种包含上述熔融沉积三维打印喷头的熔融沉积三维打印机。
总体而言,与现有技术相比,按照本发明的提出的螺杆式熔融沉积三维打印喷头主要具备以下优点:
1、由于螺杆式喷头采用螺杆旋转产生的驱动力驱动融化丝料前进挤出,远大于柱塞式喷头采用齿轮转动时与丝料产生的摩擦力作为驱动力,避免了不吐丝现象,提高了三维打印机工作的稳定性及成型精度;
2、通过特殊的螺杆机筒的设计,可以同时将红、绿、蓝三种颜色的丝料送机筒加热融化,通过设定送入机筒的三中颜色丝料的比例,经螺杆轴的搅拌在三基色原理作用下产生任意颜色的熔融丝料,从而达到打印任意颜色成型件的功能,极大拓展了熔融沉积式三维打印机的打印范围并省略了成型件上色等后处理工艺。
附图说明
图1是现有技术中柱塞式喷头系统的结构示意图;
图2是本发明的彩色熔融沉积三维打印喷头实施例的三维示意图;
图3是本发明的彩色熔融沉积三维打印喷头实施例的结构示意图;
在所有附图中,相同的附图标记用来表示相同的元件或结构,其中:
1-喷嘴  2-螺杆机筒  3-塑化管  4-轴承端盖  5-电机  6-联轴器7-止推球轴承  8-螺杆轴  9-加热装置。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
下面通过图2和图3来介绍本发明的具体实施例。
如图2和图3所示,本发明的彩色熔融沉积三维打印喷头由螺杆机筒2、螺杆轴8、喷嘴1、电机5、加热装置9、塑化管3、联轴器6、轴承7以及轴承端盖4构成。
所述螺杆机筒3筒身上均匀布置有三个支管,每个支管中都安装有一个塑化管3,支管作为丝料的入口将红、绿、蓝三种颜色的熔融或半熔融状态的丝料导入机筒中,螺杆机筒2的上端将于打印机连接,下端筒身上开有外螺纹与喷嘴连接。
所述螺杆轴8安装在螺杆机筒2中,通过止推球轴承7和轴承端盖4与螺杆机筒2固定,螺杆轴8的上端通过联轴器6与电机轴连接,下半段轴上开有螺纹槽,当螺杆轴8转动时对充溢在螺纹槽中的丝料产生搅拌作用和向前推进作用,通过设定进入螺杆机筒2中的红、绿、蓝三种颜色丝料的比例,在螺杆轴8的搅拌混合作用下即可产生任意颜色的熔融丝料,并从喷嘴中挤出。
所述喷嘴1内壁上开有螺纹,与螺杆机筒2下端连接,连接时加密封圈起密封作用,防止熔融丝料溢出,可根据要求选用不同出丝孔孔径的喷嘴,从而达到所需的成型精度。
所述电机5为步进电机,由步进电机驱动器驱动,通过调整驱动器的脉冲细分倍率,可获得不同范围的电机转速,调整电机5的转速可控制螺杆轴8挤出丝料的多少,进而获得所需的成型速度。
所述加热装置9有四套,每套由加热套和热敏电阻构成,分别安装在机筒筒身和三个机筒支管以及塑化管上,通过加热套产生的热量使其中的丝料融化,热敏电阻实时检测并反馈温度信息,确保温度稳定在丝料融化温度范围内,由此整个加热装置构成闭环温度控制系统,可满足熔融沉积三维打印机的精细温度控制要求。
上述熔融沉积三维打印喷头可安装在熔融沉积三维打印机上,实现熔融沉积三维打印功能。
本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种熔融沉积三维打印喷头,其特征在于,包括螺杆机筒、喷嘴、螺杆轴,其中所述喷嘴安装在螺杆机筒下部,螺杆轴安装于螺杆机筒内,螺杆轴的上端可通过联轴器与电机轴连接,下半段轴上开有螺纹槽,螺杆机筒的筒身上部开有支管,用于安装进丝的塑化管,所述螺杆机筒和支管的外周安装有加热装置。
2.如权利要求1所述的熔融沉积三维打印喷头,其特征在于,所述支管为三个,均匀的布置在螺杆机筒的筒身上部。
3.如权利要求1或2所述的熔融沉积三维打印喷头,其特征在于,所述螺杆机筒下部开有外螺纹,喷嘴开有与螺杆机筒下部外螺纹相配合的内螺纹,喷嘴与螺杆机筒通过螺纹配合连接。
4.如权利要求1或3所述的熔融沉积三维打印喷头,其特征在于,所述螺杆机筒顶部内固定安装有止推球轴承和轴承端盖,螺杆轴穿过止推球轴承和轴承端盖。
5.如权利要求1或4所述的熔融沉积三维打印喷头,其特征在于,加热装置由加热套和热敏电阻构成,加热套产生的热量使丝料融化,热敏电阻反馈温度信息,整个加热装置为闭环温度控制系统。
6.如权利要求1或5所述的熔融沉积三维打印喷头,其特征在于,螺杆机筒的顶部开设有用于与打印机相连的通孔或者螺纹孔。
7.一种熔融沉积三维打印机,其特征在于,包括如权利要求1至6任一项所述的熔融沉积三维打印喷头。
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