CN105216327A - 一种热塑性颗粒材料的熔融挤出装置及其3d打印方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于热塑性颗粒材料的熔融挤出装置，该熔融挤出装置包括螺杆挤出机构、加热机构、进料机构、减速传动机构和散热机构。所述螺杆挤出机构包括螺杆、机筒和机筒下部的挤出打印头；所述加热机构包括加热套筒和温控仪表；所述进料机构与机筒上部侧面的导料口相连；所述减速传动机构包括伺服电机或步进电机、行星减速机、安装机座及轴承等；所述散热机构包括散热片和风扇；同时本发明还提供了基于该熔融挤出装置的3D打印方法。本发明装置结构紧凑重量轻，材料适用范围广，能够降低打印成本，提高打印效率，可以进行大尺寸零件的打印制造。

Description

一种热塑性颗粒材料的熔融挤出装置及其3D打印方法
技术领域
本发明属于熔融堆积3D打印(简称FDM)领域，涉及一种热塑性颗粒材料的熔融挤出装置及其3D打印方法，适用于热塑性颗粒材料的熔融挤出堆积成形。
背景技术
3D打印技术以增材制造为原理，通过计算机CAD模型驱动，无需专用的工装，利用3D打印机能够快速高效的制得产品。
熔融堆积3D打印(简称FDM)技术是目前典型的一种3D打印技术，该技术因设备造价及材料成本较低而得到广泛应用。然而该技术仍然存在如下缺陷：(1)一般使用塑料丝材，与市面上普遍存在的颗粒材料相比成本较高；(2)靠驱动轮挤丝的方式来熔融塑料材料，限制了打印速度；(3)打印头的加热温度有限，许多高温塑料材料不能打印。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提出一种基于热塑性颗粒材料的熔融挤出装置，同时本发明提出了基于该熔融挤出装置的3D打印方法。
本发明通过以下技术方案实现：
一种基于热塑性颗粒材料的熔融挤出装置包括螺杆挤出机构、加热机构、进料机构、减速传动机构和散热机构。
所述螺杆挤出机构包括螺杆、机筒和机筒下部的挤出打印头；机筒竖直放置，螺杆位于机筒内部，螺杆螺旋送料部分从上到下依次为加料段、压缩段、均化段；机筒上部的侧面开有导料口，顶部有机筒法兰端；挤出打印头与机筒底部的开口连接，挤出打印头的出口直径为0.05～5mm。
所述加热机构包括一个或多个加热套筒和温控仪表；加热套筒内部安装热电偶，热电偶与温控仪表相连，加热套筒以串联的方式安装在机筒下端并与机筒紧密贴合，为螺杆压缩段和均化段加热，控温范围为50～500℃。
所述进料机构顶部为开口结构，底部与机筒上部侧面的导料口相连，进料机构的中心线与螺杆中心线的角度α不超过90°，热塑性颗粒材料通过自重由进料机构落入机筒内。
所述减速传动机构包括驱动电机、行星减速机、安装机座及轴承；驱动电机为伺服电机或步进电机，驱动电机与行星减速机的输入端相连，行星减速机的输出端与螺杆顶部相连；轴承为2个，分别安装在安装机座中部和下部，轴承内孔套在螺杆的螺旋送料的上部，轴承外端套在安装基座内部；安装机座的上部法兰端与行星减速机相连，下部法兰端与机筒上部法兰端相连，安装机座两个轴承安装面之间的表面上布有多排散热孔。
所述散热机构包括散热片和风扇；散热片在安装机座内部，串接在螺杆中部的两个轴承之间，随螺杆一起旋转，风扇固定在安装机座外部，正对散热片。
所述的熔融挤出装置可随3D打印设备的X、Y、Z轴运动或固定不动。
基于上述热塑性颗粒材料的熔融挤出装置的3D打印方法，包括以下步骤：
1)在计算机上绘制零件三维CAD模型，使用切片软件对CAD模型进行切片，生成模型切片信息，切片信息转化为3D打印设备的X、Y、Z轴的运行指令和所述熔融挤出装置的运行指令；
2)3D打印设备运行前，将热塑性颗粒材料加入进料机构中，加热机构对其加热并使温度保持稳定，散热机构中的风扇运行进行散热，减速传动机构中的驱动电机旋转带动螺杆旋转，将熔融状态的材料从所述的挤出打印头挤出，待挤出状态稳定，材料的挤出速度恒定之后，各轴按照运行指令工作，从而完成打印。
本发明装置结构紧凑重量轻，材料适用范围广，能够降低打印成本，提高打印效率，可以进行大尺寸零件的打印制造。
附图说明
图1为熔融挤出装置的机构图。
图2为螺杆的机构图。
图3为进料机构的中心线与螺杆中心线的角度α。
图中：1螺杆，2机筒，3挤出打印头，4加热套筒，5温控仪表，6进料机构，7驱动电机，8行星减速机，9安装机座，10轴承，11散热片，12风扇，101加料段，102压缩段，103均化段，201导料口，202机筒法兰端，901散热孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行说明。
如图1-图3所示的基于热塑性颗粒材料的熔融挤出装置包括螺杆挤出机构、加热机构、进料机构6、减速传动机构和散热机构。
螺杆挤出机构包括螺杆1、机筒2和机筒下部的挤出打印头3；机筒2竖直放置，螺杆1位于机筒2内部，螺杆螺旋送料部分从上到下依次为加料段101、压缩段102、均化段103；机筒2上部的侧面开有导料口201，顶部有机筒法兰端；挤出打印头3与机筒2底部的开口连接，挤出打印头3的出口直径为0.05～5mm。
加热机构包括一个或多个加热套筒4和温控仪表5；加热套筒4内部安装热电偶，热电偶与温控仪表5相连，加热套筒4以串联的方式安装在机筒2下端并与机筒2紧密贴合，为螺杆压缩段102和均化段103加热，控温范围为50～500℃。
进料机构6顶部为开口结构，底部与机筒2上部侧面的导料口201相连，进料机构6的中心线与螺杆1中心线的角度α不超过90°，热塑性颗粒材料通过自重由进料机构落入机筒内。
减速传动机构包括驱动电机7、行星减速机8、安装机座9及轴承10；驱动电机7为伺服电机或步进电机，驱动电机7与行星减速机8的输入端相连，行星减速机8的输出端与螺杆顶部相连；轴承10为2个，分别安装在安装机座9中部和下部，轴承10内孔套在螺杆1的螺旋送料的上部，轴承10外端套在安装基座9内部；安装机座9的上部法兰端与行星减速机8相连，下部法兰端与机筒上部法兰端相连，安装机座9两个轴承10安装面之间的表面上布有多排散热孔。
散热机构包括散热片11和风扇12；散热片11在安装机座9内部，串接在螺杆1中部的两个轴承10之间，随螺杆1一起旋转，风扇12固定在安装机座9外部，正对散热片11。
上述的热塑性颗粒材料的熔融挤出装置的3D打印方法，包括以下步骤：
1)在计算机上绘制出零件的三维CAD模型，使用切片软件对CAD模型进行切片，生成零件的切片信息，转化为3D打印设备的X、Y、Z轴的运行指令和所述熔融挤出装置的运行指令；熔融挤出装置可随3D打印设备的X、Y、Z轴运动或固定不动。
2)3D打印设备运行前，将热塑性颗粒材料加入进料机构中，加热机构对其加热并使温度保持稳定，散热机构中的风扇运行进行散热，减速传动机构中的驱动电机旋转带动螺杆旋转，将熔融状态的材料从所述的挤出打印头挤出，待挤出状态稳定，材料的挤出速度恒定之后，各轴按照运行指令工作，从而完成打印。

Claims (7)

1.一种基于热塑性颗粒材料的熔融挤出装置，其特征在于，包括螺杆挤出机构、加热机构、进料机构(6)、减速传动机构和散热机构；
所述螺杆挤出机构包括螺杆(1)、机筒(2)和机筒下部的挤出打印头(3)；机筒(2)竖直放置，螺杆(1)位于机筒(2)内部，螺杆(1)螺旋送料部分从上到下依次为加料段(101)、压缩段(102)、均化段(103)；机筒(2)上方侧面有导料口(201)，顶部有机筒法兰端；挤出打印头(3)与机筒(2)底部的开口连接；
所述加热机构包括温控仪表(5)和一个或多个加热套筒(4)；加热套筒(4)内部安装热电偶，热电偶与温控仪表(5)相连，加热套筒(4)以串联方式安装在机筒(2)下端，为螺杆压缩段(102)和均化段(103)加热；
所述进料机构(6)顶部为开口结构，底部与机筒(2)上部侧面的导料口(201)相连，热塑性颗粒材料由进料机构(6)落入机筒(2)内；
所述减速传动机构包括驱动电机(7)、行星减速机(8)、安装机座(9)及轴承(10)；驱动电机(7)为伺服电机或步进电机，驱动电机(7)与行星减速机(8)的输入端相连，行星减速机(8)的输出端与螺杆(1)顶部相连；轴承(10)为2个，安装在安装机座(9)的中部和下部，轴承(10)内孔套在螺杆(1)的螺旋送料的上部，轴承(10)外端套在安装基座(9)内部；安装机座(9)的上部法兰端与行星减速机(8)相连，下部法兰端与机筒(2)上部法兰端相连，安装机座(9)两个轴承(10)安装面之间的表面上布有多排散热孔；
所述散热机构包括散热片(11)和风扇(12)；散热片(11)在安装机座(9)内部，串接在螺杆(1)中部的两个轴承(10)之间，随螺杆(1)旋转，风扇(12)固定在安装机座(9)外部，正对散热片(11)。
2.如权利要求1所述的一种基于热塑性颗粒材料的熔融挤出装置，其特征在于，所述挤出打印头(3)的出口直径为0.05～5mm。
3.如权利要求1或2所述的一种基于热塑性颗粒材料的熔融挤出装置，其特征在于，所述加热套筒(4)的控温范围为50～500℃。
4.如权利要求3所述的一种基于热塑性颗粒材料的熔融挤出装置，其特征在于，所述进料机构(6)的中心线与螺杆(1)的中心线的角度α不超过90°。
5.如权利要求1或2所述的一种基于热塑性颗粒材料的熔融挤出装置，其特征在于，所述进料机构(6)的中心线与螺杆(1)的中心线的角度α不超过90°。
6.如权利要求1或2或4所述的一种基于热塑性颗粒材料的熔融挤出装置，其特征在于，所述熔融挤出装置的可运动或固定不动。
7.如权利要求1所述的一种基于热塑性颗粒材料的熔融挤出装置的3D打印方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在计算机上绘制零件三维CAD模型，使用切片软件对CAD模型进行切片，生成模型切片信息，切片信息转化为3D打印设备的X、Y、Z轴的运行指令和所述熔融挤出装置的运行指令；
2)3D打印设备运行前，将热塑性颗粒材料加入进料机构中，加热机构对其加热并使温度保持稳定，散热机构中的风扇运行进行散热，减速传动机构中的驱动电机旋转带动螺杆旋转，将熔融状态的材料从所述的挤出打印头挤出，待挤出状态稳定，材料的挤出速度恒定之后，各轴按照运行指令工作，从而完成打印。
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