CN105057667A - 一种3d打印机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种3D打印机构，包括支架及安装在支架上的熔融挤出机构和丝杠挤出机构，丝杠挤出机构包括安装在支架上的电机、滚珠丝杠机构和注射器，滚珠丝杠机构位于所述电机的下方并通过电机驱动，注射器包括注射推杆和注射筒，滚珠丝杠机构的滚珠螺母能驱动所述注射推杆上下移动，注射筒固定安装在支架上并且其注射出口朝下，以使注射推杆向下移动时挤出注射筒内的导电银浆。本发明所采用的电子线路打印方法能够简单方便的利用现有FDM？3D打印机进行电子线路的打印，同时能在不同的柔性或者硬质基底上进行打印，并且能够使用环保常见的PLA材料进行多层电子线路的打印，简单、方便和快速。

Description

一种3D打印机构

技术领域

本发明涉及3D打印制造领域，具体涉及一种3D打印机构。

背景技术

3D打印技术的基本原理为“逐层打印、层层叠加”，即先通过CAD软件生成三维模型，然后由上位机切片软件对其切片并生成包含打印路径信息的Gcode文件，最后导入下位机控制器来控制整个机器的运转，从而实现模型的打印。目前FDM3D打印机主要是采用熔融沉积挤出技术，也是市场上最为广泛了解和采用的3D打印技术。成型材料一般是热塑性材料，如蜡、ABS、PC、PLA、尼龙等，并以丝状供料。材料在喷头内被加热呈现熔融状态，当喷嘴沿零件截面轮廓和填充轨迹运动时，利用挤出结构提供的挤出力将材料挤出并迅速凝固，形成3D模型。

印刷电子成为近年来兴起的一种先进电子制造技术，其原理在于利用传统的丝印、喷墨等手段将导电、介电或半导体性质的材料转移到基板上，从而制造出电子器件与系统。它具有快速、高效和灵活的特点，并能在各种不同材质的基板上形成导电线路和图形，甚至形成整个印制电路板的过程。但是上述这些手段均存在控制不易的缺点，特别是喷黑方法，需要采用气压进行控制，这样就使打印的导电线路的厚度不是很均匀。

将3D打印技术和印刷电子技术结合起来是目前研究的一个热点。3D打印技术可以直接成型，简单方便。印刷电子技术可以大面积、柔性化制造电子线路，快速灵活。目前市场上3D打印电子线路的设备非常昂贵，或使用昂贵的液态金属导电材料，这对DIY爱好者或者那些需要快速验证电子线路的工程师们来说无疑是困难的。

另外，对于复杂电子线路的打印，人们往往希望能在同一块基材上实现多层电子线路的打印，这样能大大节省使用基材的面积，实现电子线路的小型化。而多层电子线路往往涉及到绝缘材料的选择和使用，目前市场上3D打印电子线路的设备选用的绝缘材料为聚己内酯(PCL)或室温硫化硅橡胶等不太常见的材料，在材料选择上存在限制。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种3D打印机构，可在广泛使用的FDM打印机中使用。它利用导电银浆为原料，可在办公用纸上打印柔性的电子线路，也能在玻璃、PCB板等硬质基材上打印电子线路。

为实现上述目的，按照本发明提供了一种3D打印机构，包括支架及安装在支架上的熔融挤出机构和丝杠挤出机构，所述熔融挤出机构用于打印绝缘材料，所述丝杠挤出机构用于打印电子线路，其特征在于，

所述丝杠挤出机构包括安装在支架上的电机、滚珠丝杠机构和注射器，所述滚珠丝杠机构位于所述电机的下方并通过所述电机驱动，所述注射器包括注射推杆和注射筒，所述滚珠丝杠机构的滚珠螺母能驱动所述注射推杆上下移动，所述注射筒固定安装在所述支架上并且其注射出口朝下，以使注射推杆向下移动时挤出注射筒内的导电银浆，从而打印电子线路。

优选地，所述注射推杆通过移动推板与所述滚珠丝杠机构的滚珠螺母连接。

优选地，所述支架上竖直设置有导杆，所述导杆贯穿所述移动推板，以对所述移动推板的上下移动进行导向。

优选地，所述移动推板上设置有导套，所述导套活动套接在所述导杆上。

优选地，所述注射推杆的上端具有第一法兰部并且该第一法兰部通过上压板压紧在所述移动推板的底端，所述上压板固定连接在所述移动推板的底端。

优选地，所述支架上固定连接有圆筒限位件，所述圆筒限位件固定套接在所述注射筒的外侧，以防所述注射筒歪斜。

优选地，所述注射筒的上端具有第二法兰部，所述注射筒通过所述第二法兰部悬挂在所述支架上，并且所述第二法兰部通过下压板压紧在所述支架上，所述下压板固定安装在所述支架上。

优选地，所述熔融挤出机构上设置有第一导向移动杆和位于所述第一移动导向杆上方的第二导向移动杆，所述第一导向移动杆和第二导向移动杆均水平设置并且所述第二导向移动杆垂直于所述第一导向移动杆；所述熔融挤出机构能在外部动力设备的驱动下沿所述第一导向移动杆或所述第二导向移动杆移动。

优选地，所述第一导向移动杆上固定穿装有减震缓冲块，并且所述减震缓冲块固定连接在所述支架上，以用于减小所述支架的震动。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1)本发明的丝杠挤出机构采用丝杠机构来控制注射推杆的上下移动，挤出量的控制比较精确。

2)本发明所采用的电子线路打印方法能够简单方便的利用现有FDM3D打印机进行电子线路的打印，同时能在不同的柔性或者硬质基底上进行打印，并且能够使用环保常见的PLA材料进行多层电子线路的打印，简单、方便和快速。

附图说明

图1是本发明的整体结构特征图。

图2是丝杠挤出机构中移动推板处示意图。

图3、图4分别是丝杠挤出机构中上、下托架的结构示意图。

图5是减震缓冲块的结构示意图。

图6是打印多层电子线路的效果图。

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。

参照图1～图6，一种3D打印机构，包括支架26及安装在支架26上的熔融挤出机构27和丝杠挤出机构28，所述熔融挤出机构27用于打印绝缘材料，所述丝杠挤出机构28用于打印电子线路，

所述丝杠挤出机构28包括安装在支架26上的电机1、滚珠丝杠机构和注射器，所述滚珠丝杠机构位于所述电机1的下方并通过所述电机1驱动，所述注射器包括注射推杆25和注射筒12，所述滚珠丝杠机构的滚珠螺母23能驱动所述注射推杆25上下移动，优选地，所述注射推杆25通过移动推板6与所述滚珠丝杠机构的滚珠螺母23连接。所述注射筒12固定安装在所述支架上并且其注射出口13朝下，以使注射推杆25向下移动时挤出注射筒内的导电银浆，从而打印电子线路。

进一步，所述支架上竖直设置有导杆5，所述导杆贯穿所述移动推板6，以对所述移动推板6的上下移动进行导向，以防移动推板6歪斜。

进一步，所述移动推板6上设置有导套7，所述导套7活动套接在所述导杆5上。导套7的长度可以进行选择，而且与导杆5接触摩擦的主要是导套7，导套7磨损后，可以方便地进行更换。

进一步，所述注射推杆25的上端具有第一法兰部并且该第一法兰部通过上压板24压紧在所述移动推板6的底端，所述上压板24固定连接在所述移动推板6的底端，以便于注射推杆25的安装。

进一步，所述支架26上固定连接有圆筒限位件11，所述圆筒限位件11固定套接在所述注射筒12的外侧，以防所述注射筒12歪斜。

进一步，所述注射筒12的上端具有第二法兰部，所述注射筒12通过所述第二法兰部悬挂在所述支架26上；所述第二法兰部通过下压板8压紧在所述支架26上，所述下压板8固定安装在所述支架26上。

进一步，所述熔融挤出机构27上设置有第一导向移动杆17和位于所述第一移动导向杆17上方的第二导向移动杆16，所述第一导向移动杆17和第二导向移动杆16均水平设置并且所述第二导向移动杆16垂直于所述第一导向移动杆17；所述熔融挤出机构27能在外部动力设备的驱动下沿所述第一导向移动杆或所述第二导向移动杆16移动。外部动力设备可以推动第一导向移动杆17沿平行于第二导向移动杆16的方向移动，则熔融挤出机构27可以在第二导向移动杆上16移动(沿Y轴移动)，同理，在第二导向移动杆16上施力，也可以使熔融挤出机构27可以在第一导向移动杆17上移动(沿X轴移动)。

进一步，所述第一导向移动杆17上固定穿装有减震缓冲块10，并且所述减震缓冲块10固定连接在所述支架26上，以用于减小所述支架26的震动。外部动力设备驱动熔融挤出机构27移动时，会产生震动，会导致支架26的震动比较大，因此设置减震缓冲块10，可以有效抑制支架26震动或歪斜。

现有技术中有很多种熔融挤出机构，本发明的熔融挤出机构27包括从上至下依次设置的中间压板15、喷头基体18、四孔铝块19、PEEK件20、加热铝块21和铜质喷嘴22，所述第一导向移动杆17和第二导向移动杆16分别贯穿所述喷头基体18。固态的PLA塑料14进入熔融挤出机构27后变成液态的材料在铜质喷嘴22处被喷出来进行打印。

参照图1，支架26包括上托架3、下托架9及上托架3和下托架9之间的用于支撑二者的多根支撑杆4，电机1倒置在支架26上中，与支架26的上托架3固定。上托架3通过四周设置的支撑杆4与下托架9固定，下托架9固定在中间压板15上，中间压板15则与喷头基体18相固定。减震缓冲块10与中间压板15相固定，其下方有一通孔，如图5所示，以与第一导向移动杆17相配合。滚珠丝杠机构28的丝杠2对准下托架9的中间通孔，如图4所示左侧通孔，导杆5两端分别对准上托架3和下托架9上的盲孔，如图3、图4所示右侧的盲孔。

在图2中，导杆5通过导套7，增加导杆5的目的是使丝杠2转动带动移动推板6下行过程中，保持移动推板6的水平性，增加运动的平稳性。注射推杆25上方通过上压板24与移动推板6固定，保证注射推杆25不会随意移动。注射筒12上方突出的第二法兰部用下压板8固定，保证注射筒12不会在回抽运动中上移。同时增加圆筒限位件11与注射筒12配合，保证每次重新装配注射器时注射筒12不会因为自身的柔性而变歪。滚珠螺母23与移动推板6固定，丝杠2转动时，滚珠螺母23上下运动。

本发明在打印单层电子线路过程中，电机1转动，滚珠螺母23在丝杠2的驱动下上下运动，带动移动推板6上下运动，同时带动注射推杆25上下运动，当注射推杆25向下运动时可以挤出注射筒12内的导电银浆。

在空行程(即注射筒12内没有导电银浆被挤出)时，需要通过滚珠丝杠机构将注射推杆25向上拉升一定距离，以在注射筒12内形成一定真空度，保证空行程中注射筒12内不会有多余的导电银浆从注射出口13中漏出而影响打印质量。该操作通过上压板24和移动推板6共同配合进行，上压板24可以将注射推杆25固定于移动推板6上。

在打印多层电子线路过程中，先通过丝杠挤出结构在基底G打印内层的第一层电子线路；在第一层电子线路固化后，熔融挤出机构打印绝缘层，最后再通过丝杠挤出结构在绝缘层上打印外层的电子线路，从而形成第二层电子线路。在本机构工作时，承载有基底的基底平台可以由外部动力源的驱动进行沿Z轴的上下运动。

参照图6，电子线路分为内外两层，分别为内层的第一层电子线路E1和外层的第二层电子线路E2，中间利用绝缘的聚乳酸绝缘层F(本发明采用PLA层)隔开。而在打印第二层电子线路E2时，由于可能出现表面不平整的情况，注射器相对于基底平台的运动轨迹是方波形。本机构的注射器在基底G上方行走。注射器刚开始在ab段的上方是水平行走，在点b正上方时，基底平台相对注射器上升一定距离，之后注射器在bc段水平行走，行走到c点正上方时，基底平台相对注射器下降一定距离，之后注射器水平走过cd段，恢复正常打印。该运动方式能够使打印过程中出现的外在因素对打印质量的影响最小化。

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 (9)

1.一种3D打印机构，包括支架及安装在支架上的熔融挤出机构和丝杠挤出机构，所述熔融挤出机构用于打印绝缘材料，所述丝杠挤出机构用于打印电子线路，其特征在于，

所述丝杠挤出机构包括安装在支架上的电机、滚珠丝杠机构和注射器，所述滚珠丝杠机构位于所述电机的下方并通过所述电机驱动，所述注射器包括注射推杆和注射筒，所述滚珠丝杠机构的滚珠螺母能驱动所述注射推杆上下移动，所述注射筒固定安装在所述支架上并且其注射出口朝下，以使注射推杆向下移动时挤出注射筒内的导电银浆，从而打印电子线路。

2.如权利要求1所述的一种3D打印机构，其特征在于，所述注射推杆通过移动推板与所述滚珠丝杠机构的滚珠螺母连接。

3.如权利要求2所述的一种3D打印机构，其特征在于，所述支架上竖直设置有导杆，所述导杆贯穿所述移动推板，以对所述移动推板的上下移动进行导向。

4.如权利要求3所述的一种3D打印机构，其特征在于，所述移动推板上设置有导套，所述导套活动套接在所述导杆上。

5.如权利要求2所述的一种3D打印机构，其特征在于，所述注射推杆的上端具有第一法兰部并且该第一法兰部通过上压板压紧在所述移动推板的底端，所述上压板固定连接在所述移动推板的底端。

6.如权利要求1所述的一种3D打印机构，其特征在于，所述支架上固定连接有圆筒限位件，所述圆筒限位件固定套接在所述注射筒的外侧，以防所述注射筒歪斜。

7.如权利要求1所述的一种3D打印机构，其特征在于，所述注射筒的上端具有第二法兰部，所述注射筒通过所述第二法兰部悬挂在所述支架上，并且所述第二法兰部通过下压板压紧在所述支架上，所述下压板固定安装在所述支架上。

8.如权利要求1所述的一种3D打印机构，其特征在于，所述熔融挤出机构上设置有第一导向移动杆和位于所述第一移动导向杆上方的第二导向移动杆，所述第一导向移动杆和第二导向移动杆均水平设置并且所述第二导向移动杆垂直于所述第一导向移动杆；所述熔融挤出机构能在外部动力设备的驱动下沿所述第一导向移动杆或所述第二导向移动杆移动。

9.如权利要求1所述的一种3D打印机构，其特征在于，所述第一导向移动杆上固定穿装有减震缓冲块，并且所述减震缓冲块固定连接在所述支架上，以用于减小所述支架的震动。