CN104720087B - 粘流态材料3d打印机的连续供料系统及实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了粘流态材料3D打印机的连续供料系统及实现方法，所述系统包括驱动系统、加储料系统、输送系统；所述驱动系统包括一个步进电机、固定在步进电机输出轴上的小齿轮、与小齿轮相啮合的两个对称分布的大齿轮、大齿轮的轴向固定装置、与大齿轮中心孔配合固定的丝杆螺母、与丝杆螺母通过螺纹配合连接的第一丝杆和第二丝杆、固定在丝杆端部的活塞及与活塞配合连接的第一活塞缸和第二活塞缸，所述丝杆的尾部固定连接着周向约束装置，所述第一活塞缸与第二活塞缸上各自设有一个进料口和一个出料口；本系统可连续进行送料，不仅适用于打印大成型尺寸产品也适用于低功耗轻便设计所需的小尺寸产品；供料中不存在气泡缺陷，清洗方便。
Description
技术领域
本发明属于3D打印机领域，特别是涉及粘流态材料3D打印机的连续供料系统及方法。
背景技术
3D打印机在民用领域已取得很大发展，但是其进一步发展受到打印精度、可用材料等因素的制约，相关人员正在扩展3D打印机的使用材料。目前针对粘流态材料(如巧克力、糖浆等)的打印机开发已经取得一定的成果，但是其供料系统大都过于简陋，如通过向注射器的注射筒中加入材料并通过电机推送活塞进行挤出，这种供料方式的结构特点决定了供料受到注射筒容积的制约，大成型尺寸所需的大容积与低功耗轻便设计所需的小尺寸形成矛盾，在现有技术中，当注射器的材料消耗完时，需要拿下活塞，往注射器中增加材料，这种添加材料的方式，使得空气伴随材料进入注射筒，进而使得注射筒中不可避免的存有气泡缺陷，此外清洗供料系统也存有不便。
发明内容
为克服以上问题，本发明提供了粘流态材料3D打印机的连续供料系统及实现方法。
本发明的技术方案为:
粘流态材料3D打印机的连续供料系统，包括驱动系统、加储料系统、输送系统；
所述驱动系统包括一个步进电机1、固定在步进电机输出轴上的小齿轮23、与小齿轮23相啮合的两个对称分布的大齿轮21、大齿轮21的轴向固定装置4、与大齿轮21中心孔配合固定的丝杆螺母22、与丝杆螺母22通过螺纹配合连接的第一丝杆3和第二丝杆24、固定在丝杆端部的活塞及与活塞配合连接的第一活塞缸5和第二活塞缸20，所述丝杆的尾部固定连接着周向约束装置2，所述第一活塞缸5与第二活塞缸20上各自设有一个进料口和一个出料口；
所述加储料系统包括一个加料仓13；
所述输送系统包括主进料管15、第一支进料管7、第二支进料管17、第一支出料管9、第二支出料管14和主出料管12，所述第一支进料管7、第二支进料管17、第一支出料管9、第二支出料管14上分别设置有一个单向阀8；所述主进料管15一端与加料仓13相连接，另一端通过A三通16与所述第一支进料管7和第二支进料管17进料口相连；所述第一支进料管7出料口连接第一活塞缸5的进料口，所述第二支进料管出料口17连接第二活塞缸20的进料口，所述第一支出料管9一端连接第一活塞缸5的出料口，另一端连接B三通11，所述第二支出料管14一端连接第二活塞缸20的进料口，另一端连接B三通11，所述B三通11还与主出料管12一端相连接，所述单向阀8的正方向均为主进料管去往主出料管的方向。
进一步，所述加料仓外围设置有保温装置。
进一步，所述第一丝杆3和所述第二丝杆24螺旋方向为相反，所述丝杆螺母22的旋向与配合丝杆旋向相同。
进一步，所述周向约束装置为直线滑轨，直线滑轨平行于丝杆轴线，直线滑轨上的滑块与丝杆尾部固定连接。
进一步，所述第一支进料管、第二支进料管的直径大于第一支出料管、第二支出料管的直径，相应的第一活塞缸、第二活塞缸上的进料口直径大于各自出料口的直径。
进一步，大齿轮的轴向固定装置4为轴承座，所述轴承座每组两个，分别设置在每个大齿轮的两端面处。
粘流态材料3D打印机的连续供料系统实现方法，其特征在于，步骤如下：1)加料仓在保温装置的控制下处于设定温度T；
2)将热熔的材料倒入加料仓；
3)步进电机交替进行顺时针和逆时针转动，实现对材料的连续驱动；
4)当加料仓中的材料V低于设定值V'时，直接往加料仓中加入热熔材料，实现连续打印。
进一步，所述步骤3)的具体步骤如下：步进电机顺时针转动角度Φ时，步进电机的输出轴带动小齿轮顺指针转动，所述小齿轮带动两个大齿轮逆时针转动，所述大齿轮带动丝杆螺母转动，此时，第一丝杆在丝杆螺母的驱动与连接在丝杆尾部的周向约束装置的共同作用下沿轴线方向进行向前平动，驱动固定在丝杆端部的活塞在第一活塞缸内进行压缩运动，第一活塞缸内的材料(初始工作时为气体)由于第一支进料管上的单向阀截止和第一支出料管上的单向阀导通的共同作用而沿着第一支出料管和主出料管向出料口单向流动，同时，第二丝杆在丝杆螺母的驱动与丝杆尾部周向约束装置的共同作用下沿轴线方向进行向后平动，驱动固定在丝杆端部的活塞在第二活塞缸内进行拉伸，使第二活塞缸内产生负压，第二活塞缸内的材料(初始工作时为气体)由于第二支进料管上的单向阀导通和第二支出料管上的单向阀截止的共同作用而使加料仓内的材料在负压作用下沿着第二支进料管向第二活塞缸流动并填充，当步进电机转动角度Φ≥行程上限角度α，即第一活塞缸内的活塞运动到活塞缸行程下限时，第二活塞缸内的活塞刚好运动到第二活塞缸的行程上限时，步进电机逆时针转动，进行上述工作程序的逆过程，使第二活塞缸进行压缩推料，第一活塞缸进行拉伸吸料，如此循环，实现对材料的连续驱动。
本发明的优点在于：
由于设置了两个活塞缸，使得本装置可连续进行送料，供料方式不受活塞缸容积的制约，不仅适用于打印大成型尺寸产品也适用于低功耗轻便设计所需的小尺寸产品；供料中不存在气泡缺陷，清洗方便。
附图说明
图1是粘流态材料3D打印机连续供料系统的原理图；
图2是粘流态材料3D打印机连续供料方法的流程框图。
图中：1-步进电机、2-周向约束装置、3-第一丝杆、4-轴向固定装置、5-第一活塞缸、6-活塞、7-第一支进料管、8-单向阀、9-第一支出料管、10-保温装置、11-B三通、12-主出料管、13-加料仓、14-第二支出料管、15-主进料管、16-A三通、17-第二支进料管、18-出料口、19-进料口、20-第二活塞缸、21-大齿轮、22-丝杆螺母、23-小齿轮、24-第二丝杆。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图示与具体实施例，进一步阐述本发明。
如图1所示，粘流态材料3D打印机的连续供料系统，包括驱动系统、加储料系统、输送系统。
所述驱动系统包括一个步进电机1、固定在步进电机输出轴上的小齿轮23、与小齿轮23相啮合的两个对称分布的大齿轮21、大齿轮21的轴向固定装置4、与大齿轮21中心孔配合固定的丝杆螺母22、与丝杆螺母22通过螺纹配合连接的第一丝杆3和第二丝杆24、固定在丝杆端部的活塞及与活塞配合连接的第一活塞缸5和第二活塞缸20，所述丝杆的尾部固定连接着周向约束装置2，周向约束装置2为直线滑轨，直线滑轨平行于丝杆轴线，直线滑轨上的滑块与丝杆尾部固定连接。所述第一丝杆3螺旋方向为右旋，所述第二丝杆24螺旋方向为左旋，所述丝杆螺母22的旋向与配合丝杆旋向相同，所述第一活塞缸5与第二活塞缸20上各自设有一个进料口和一个出料口。第一活塞缸5、第二活塞缸20上的进料口直径大于各自出料口的直径。大齿轮的轴向固定装置4为轴承座，所述轴承座每组两个，分别设置在每个大齿轮的两端面处。
所述加储料系统包括一个加料仓13。粘流态材料中有的成分复杂，如巧克力浆料中可可脂是单质多晶态，在不同温度范围内材料所表现的物理形态不同，为实现良好的3D打印效果，需对储料温度进行控制，为此，在所述加料仓外围设置有保温装置，以实现对储料温度进行控制。
所述输送系统包括主进料管15、第一支进料管7、第二支进料管17、第一支出料管9、第二支出料管14和主出料管12，所述第一支进料管7、第二支进料管17、第一支出料管9、第二支出料管14上分别设置有一个单向阀8，第一支进料管7、第二支进料管17的直径大于第一支出料管9、第二支出料管14的直径。
所述主进料管15一端与加料仓13相连接，主进料管15另一端连接着A三通16，所述第一支进料管7的进料口和第二支进料管17的进料口也连接A三通16，所述第一支进料管7另一端连接第一活塞缸5的进料口，所述第二支进料管17出料口连接第二活塞缸20的进料口，所述第一支出料管9出料口连接第一活塞缸5的出料口，另一端连接B三通11，相似地，所述第二支出料管14一端连接第二活塞缸20的进料口，另一端连接B三通11，所述B三通11还与主出料管12一端相连接，所述单向阀8的正方向均为主进料管去往主出料管的方向，即沿着物料的运动方向设置。
如图2所述，粘流态材料3D打印机连续供料系统的方法步骤如下：1)加料仓在保温装置的控制下处于设定温度T；2)将热熔的材料倒入加料仓；3)步进电机交替进行顺时针和逆时针转动，实现对材料的连续驱动；4)当加料仓中的材料V低于设定值V'时，直接往加料仓中加入热熔材料，实现连续打印。
所述步骤3)的具体步骤如下：步进电机顺时针转动角度Φ时，步进电机的输出轴带动小齿轮顺指针转动，所述小齿轮带动两个大齿轮逆时针转动，所述大齿轮带动丝杆螺母转动，此时，第一丝杆在丝杆螺母的驱动与连接在丝杆尾部的周向约束装置的共同作用下沿轴线方向进行向前平动，驱动固定在丝杆端部的活塞在第一活塞缸内进行压缩运动，第一活塞缸内的材料(初始工作时为气体)由于第一支进料管上的单向阀截止和第一支出料管上的单向阀导通的共同作用而沿着第一支出料管和主出料管向出料口单向流动，同时，第二丝杆在丝杆螺母的驱动与丝杆尾部周向约束装置的共同作用下沿轴线方向进行向后平动，驱动固定在丝杆端部的活塞在第二活塞缸内进行拉伸，使第二活塞缸内产生负压，第二活塞缸内的材料(初始工作时为气体)由于第二支进料管上的单向阀导通和第二支出料管上的单向阀截止的共同作用而使加料仓内的材料在负压作用下沿着第二支进料管向第二活塞缸流动并填充，当步进电机转动角度Φ≥行程上限角度α，即第一活塞缸内的活塞运动到活塞缸行程下限时，第二活塞缸内的活塞刚好运动到第二活塞缸的行程上限时，步进电机逆时针转动，进行上述工作程序的逆过程，使第二活塞缸进行压缩推料，第一活塞缸进行拉伸吸料，如此循环，实现对材料的连续驱动。当加料仓中的材料快消耗完时，往加料仓中添加材料，两个活塞缸一个推料、一个吸料，不断将加料仓中的材料输送至主出料管，从而避免了像现有技术中那样直接往活塞缸中添加材料，从而避免了活塞缸中空气的产生。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
Claims (7)
1.粘流态材料3D打印机的连续供料系统，其特征在于，包括驱动系统、加储料系统、输送系统；
所述驱动系统包括一个步进电机(1)、固定在步进电机输出轴上的小齿轮(23)、与小齿轮(23)相啮合的两个对称分布的大齿轮(21)、大齿轮(21)的轴向固定装置(4)、与大齿轮(21)中心孔配合固定的丝杆螺母(22)、与丝杆螺母(22)通过螺纹配合连接的第一丝杆(3)和第二丝杆(24)、固定在丝杆端部的活塞及与活塞配合连接的第一活塞缸(5)和第二活塞缸(20)，所述丝杆的尾部固定连接着周向约束装置(2)，所述第一活塞缸(5)和第二活塞缸(20)上各自设有一个进料口和一个出料口；
所述加储料系统包括一个加料仓(13)；
所述输送系统包括主进料管(15)、第一支进料管(7)、第二支进料管(17)、第一支出料管(9)、第二支出料管(14)和主出料管(12)，所述第一支进料管(7)、第二支进料管(17)、第一支出料管(9)、第二支出料管(14)上分别设置有一个单向阀(8)；所述主进料管(15)一端与加料仓(13)相连接，另一端通过A三通(16)与所述第一支进料管(7)和第二支进料管(17)进料口相连；所述第一支进料管(7)出料口连接第一活塞缸(5)的进料口，所述第二支进料管出料口(17)连接第二活塞缸(20)的进料口，所述第一支出料管(9)一端连接第一活塞缸(5)的出料口，另一端连接B三通(11)，所述第二支出料管(14)一端连接第二活塞缸(20)的进料口，另一端连接B三通(11)，所述B三通(11)还与主出料管(12)一端相连接，所述单向阀(8)的正方向均为主进料管去往主出料管的方向。
2.根据权利要求1所述的粘流态材料3D打印机的连续供料系统，其特征在于，所述加料仓外围设置有保温装置。
3.根据权利要求1所述的粘流态材料3D打印机的连续供料系统，其特征在于，所述第一丝杆(3)和所述第二丝杆(24)螺旋方向为相反，所述丝杆螺母(22)的旋向与配合丝杆旋向相同。
4.根据权利要求1所述的粘流态材料3D打印机的连续供料系统，其特征在于，所述周向约束装置为直线滑轨，直线滑轨平行于丝杆轴线，直线滑轨上的滑块与丝杆尾部固定连接。
5.根据权利要求1所述的粘流态材料3D打印机的连续供料系统，其特征在于，所述第一支进料管、第二支进料管的直径大于第一支出料管、第二支出料管的直径，相应的第一活塞缸、第二活塞缸上的进料口直径大于各自出料口的直径。
6.根据权利要求1所述的粘流态材料3D打印机的连续供料系统，其特征在于，大齿轮的轴向固定装置(4)为轴承座，所述轴承座每组两个，分别设置在每个大齿轮的两端面处。
7.粘流态材料3D打印机的连续供料系统实现方法，其特征在于，步骤如下：
1)加料仓在保温装置的控制下处于设定温度T；
2)将热熔的材料倒入加料仓；
3)步进电机交替进行顺时针和逆时针转动，实现对材料的连续驱动；具体步骤如下：步进电机顺时针转动角度Φ时，步进电机的输出轴带动小齿轮顺指针转动，所述小齿轮带动两个大齿轮逆时针转动，所述大齿轮带动丝杆螺母转动，此时，第一丝杆在丝杆螺母的驱动与连接在丝杆尾部的周向约束装置的共同作用下沿轴线方向进行向前平动，驱动固定在丝杆端部的活塞在第一活塞缸内进行压缩运动，第一活塞缸内的材料由于第一支进料管上的单向阀截止和第一支出料管上的单向阀导通的共同作用而沿着第一支出料管和主出料管向出料口单向流动，同时，第二丝杆在丝杆螺母的驱动与丝杆尾部周向约束装置的共同作用下沿轴线方向进行向后平动，驱动固定在丝杆端部的活塞在第二活塞缸内进行拉伸，使第二活塞缸内产生负压，第二活塞缸的材料由于第二支进料管上的单向阀导通和第二支出料管上的单向阀截止的共同作用而使加料仓内的材料在负压作用下沿着第二支进料管向第二活塞缸流动并填充，当步进电机转动角度Φ≥行程上限角度α，即第一活塞缸内的活塞运动到活塞缸行程下限时，第二活塞缸内的活塞缸刚好运动到第二活塞缸的行程上限时，步进电机逆时针转动，进行上述工作程序的逆过程，使第二活塞缸进行压缩推料，第一活塞缸进行拉伸吸料，如此循环，实现对材料的连续驱动；
4)当加料仓中的材料V低于设定值V’时，直接往加料仓中加入热熔材料，实现连续打印。
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