CN105235219B - 基于双料丝挤出机构的打印装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于双料丝挤出机构的打印装置，包括送丝机构、移动机构、锁定机构、支撑机构以及设置在支撑机构上的构建料丝挤出头和支撑料丝挤出头，所述支撑料丝挤出头具有一个工作位置和高度高于工作位置的空闲位置，所述移动机构将所述支撑料丝挤出头在工作位置和空闲位置之间切换，并通过所述锁定机构固定在工作位置或空闲位置。挤出机构构建料丝挤出头工作时，通过移动机构将支撑料丝挤出头移动至空闲位置，并由锁定机构锁定，其高度高于构建料丝挤出头，避免支撑料丝挤出头对打印成型面的干涉影响。

Description

基于双料丝挤出机构的打印装置

技术领域

本发明属于熔融沉积成型技术领域，具体涉及一种基于双料丝挤出机构的打印装置。

背景技术

3D打印技术属于快速原型成型技术，其基本原理是叠层制造，由快速打印机在X-Y平面内通过扫描形式形成工件的截面形状，而在Z坐标间断地作层面厚度的位移，最终形成三维制件。熔融沉积成型(FDM)技术是3D打印技术中的一种，其将丝状的热熔性材料加热融化，同时三维喷头在计算机的控制下，根据截面轮廓信息，将材料选择性地涂敷在工作台上，快速冷却后形成一层截面。一层成型完成后，机器工作台下降一个高度(即分层厚度)再成型下一层，直至形成整个实体造型。

其通常包括两个挤出头，一个用于对打印物件实体进行快速成型，另一个用于对打印物件支撑机构进行快速成型，然而目前3D打印设备的构建材料挤出头和支撑材料挤出头通常处于同一高度位置，在支撑材料形成支撑结构后，构建材料挤出头工作时，支撑材料挤出头和构建材料挤出头一同移动，会影响物件表面成型质量，造成干涉，影响物件成型质量。

同时，目前基于FDM原理3D打印机挤出头在使用中经常会碰到以下问题:①挤出头只能挤出一种材料，且支撑结构和构建物件采用同种材料时，易损坏物件的表面结构②挤出头仅有一个温控装置，熔化区间温度和出口流动成型温度两者无法兼顾；③挤出头散热端的温度较高，能耗高。料丝在散热端中过早软化，导致喷头的出丝不稳定、挤出困难，甚至送丝失效；④测温不够精确，不能准确测量料丝在熔化通道内熔融所需温度；⑤挤丝效率低，基本只能打印热物性相差不大的材料，对于高熔点材料和变化复杂的工况，很难自适应；⑥挤出头加热腔体部分没有完全保温，散热损失大，不能有效提高挤出头工作温度上限，影响成型室温度场分布的均匀性。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于双料丝挤出机构的打印装置，在构建结构时，防止支撑料丝的挤出头对构建的结构造成干涉。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明技术方案如下：

一种基于双料丝挤出机构的打印装置，包括送丝机构、移动机构、锁定机构、支撑机构以及设置在支撑机构上的构建料丝挤出头和支撑料丝挤出头，所述支撑料丝挤出头具有一个工作位置和高度高于工作位置的空闲位置，所述移动机构将所述支撑料丝挤出头在工作位置和空闲位置之间切换，并通过所述锁定机构固定在工作位置或空闲位置。

采用上述结构，挤出机构的构建料丝挤出头工作时，通过移动机构将支撑料丝挤出头移动至空闲位置，并由锁定机构锁定，其高度高于构建料丝挤出头，避免了构建结构时造成干涉。

作为优选：所述支撑料丝挤出头和构建料丝挤出头分别通过第一固定件和第二固定件安装在支撑机构上，且所述支撑料丝挤出头和构建料丝挤出头与支撑结构之间有间隔。

作为优选：所述支撑机构为支撑板，所述支撑料丝挤出头和构建料丝挤出头安装在支撑板下方，支撑板上开设有支撑料丝送入孔和构建料丝送入孔。

作为优选：所述支撑料丝送入孔下端连接有送丝导管，所述送丝导管位于支撑料丝挤出头正上方，且与所述支撑料丝挤出头之间具有间隙。

作为优选：所述移动机构为上下推动机构或提升机构。

作为优选：所述锁定机构为安装在第一固定件上的一旋转摆动块，所述旋转摆动块上设置有对应于工作位置和空闲位置的卡口，所述支撑料丝挤出头通过一支撑件与移动机构连接，所述支撑件在移动机构作用下沿第一固定件上下运动，当支撑料丝挤出头移动至工作位置或空闲位置时，旋转摆动块的卡口与支撑件配合将支撑料丝挤出头锁定。

作为优选：所述第一固定件上开设有滑动槽，所述移动机构带动支撑件在滑动槽内上下移动，所述旋转摆动块上的卡口为半圆形。

作为优选：所述支撑料丝挤出头和构建料丝挤出头外均覆盖有保温结构。

对挤出头整体保温，减少挤出机构的散热损失，提高热量有效利用率，可减小挤出头本体温差，同时减小挤出机构对周围环境温度场影响。有效提高挤出头工作温度上限，保证成型室温度场分布的均匀性。

作为优选：所述支撑料丝挤出头包括一体成型的第一挤出头和第一喷嘴，所述第一挤出头上设置有加热装置和测温元件；所述构建料丝挤出头包括一体成型的第二挤出头和第二喷嘴，所述第二挤出头上设置有至少三段独立的加热装置，每段加热装置对应的第二挤出头本体上均设置有测温元件。

采用上述结构，第二挤出头的加热装置采用分数段温控加热结构，可适应不同熔点材料和变动工况的要求。根据不同材料来选择各段温度，获取最佳挤丝质量。加热分段通常分为预热段、熔化段和熔融段，它们可单独温控加热。其中挤出头本体的加热分段可根据实际需要，分为多段，便于表达和理解，不局限于上述三段。

作为优选：所述送丝机构包括驱动轮、第一从动轮和第二从动轮，驱动轮与第一从动轮之间形成支撑料丝入口，驱动轮与第二从动轮之间形成构建料丝入口，所述驱动轮驱动支撑料丝和构建料丝的方向相反。

作为优选：所述喷嘴口模直径小于料丝直径，喷嘴中间有一个由上至下逐渐直径逐渐减小的过渡渐变段，并减小到所需挤丝直径。喷嘴和挤出头为一体结构设计，可防止熔融后料丝的溢出和维持料丝在喷嘴中温度稳定。

作为优选：所述喷嘴的所需挤丝直径为0.4-0.6mm，喷嘴角度为50°-70°，通道口模段长径比为2-20。

如上所述，本发明的有益效果是：1、支撑料丝挤出头可通过移动机构在工作位置和空闲位置切换，避免了构建结构时造成干涉。2、构建料丝挤出头采用分数段温控加热结构，可适应不同熔点材料和变动工况的要求。根据不同材料来选择各段温度，获取最佳挤丝质量。3、熔化通道和加热通道为一体，测温组件测量通道内熔化温度，使测温更准确。4、挤出头和喷嘴为一体，可减小熔融态向下流动料丝温度的波动，避免料丝从螺纹连接缝隙的溢流问题。5、对挤出头整体保温，减少挤出机构的散热损失，提高热量有效利用率，可减小挤出头本体温差，同时减小挤出机构对周围环境温度场影响。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例中锁定机构的结构示意图。

零件标号说明

1 构建料丝挤出头

11 第二固定件

12 第二喷嘴

2 支撑料丝挤出头

21 第一固定件

22 旋转摆动块

23 支撑件

24 空闲位置

25 工作位置

26 卡口

27 转轴

28 滑动槽

31 加热装置

32 测温元件

33 保温层

34 保温框架

4 送丝导管

5 支撑机构

51 支撑料丝送入孔

52 构建料丝送入孔

61 驱动轮

62 第二从动轮

63 第一从动轮

7 支撑料丝

8 构建料丝

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

实施例1

如图1所示，一种基于双料丝挤出机构的打印装置，包括送丝机构、移动机构、锁定机构、支撑机构5以及设置在支撑机构5上的构建料丝挤出头1和支撑料丝挤出头2，支撑料丝挤出头2具有一个工作位置25和高度高于工作位置25的空闲位置24，移动机构将所述支撑料丝挤出头2在工作位置25和空闲位置24之间切换，并通过所述锁定机构固定在工作位置25或空闲位置24。

挤出机构的构建料丝挤出头1工作时，通过移动机构将支撑料丝挤出头2移动至空闲位置24，并由锁定机构锁定，其高度高于构建料丝挤出头1，避免了构建结构时造成干涉。

本例中送丝机构包括驱动轮61、第一从动轮63和第二从动轮62，驱动轮61由电机驱动，驱动轮61与第一从动轮63之间形成支撑料丝入口，驱动轮61与第二从动轮62之间形成构建料丝入口，所述驱动轮61驱动支撑料丝和构建料丝的方向相反，当电机朝A方向转动，支撑料丝挤出头2下移到工作位置25，处于打印支撑料丝状态；电机朝B方向转动，支撑料丝挤出头2上移到空闲位置24，构建料丝挤出头1工作，处于打印构建料丝状态。其中7为支撑料丝，8为构建料丝。

进一步，支撑料丝挤出头2和构建料丝挤出头1分别通过第一固定件21和第二固定件11安装在支撑机构5上，所述支撑机构5为支撑板，所述支撑料丝挤出头2和构建料丝挤出头1安装在支撑板下方，且所述支撑料丝挤出头2和构建料丝挤出头1与支撑板之间有间隔，以达到隔热的目的。支撑板上开设有支撑料丝送入孔51和构建料丝送入孔52，分别对应于支撑料丝挤出头2和构建料丝挤出头1正上方。第一固定件21和第二固定件11用绝热材料制成，以减少热传递。

进一步地，由于支撑料丝挤出头2需要上下移动，其长度较短，为了保证料丝的准确送入，在支撑料丝送入孔51下端连接有送丝导管4，送丝导管4位于支撑料丝挤出头2正上方，且与所述支撑料丝挤出头2上端之间具有间隙。支撑料丝送入孔51、构建料丝送入孔52、送丝导管4、支撑料丝挤出头2和构建料丝挤出头1的上端内缘均开有倒角，便于料丝的送入。

所述移动机构为上下推动机构或提升机构，支撑料丝挤出头2通过一支撑件23与移动机构连接，移动机构可以由电机、齿轮、齿条组成，齿条与支撑件23连接，通过齿条的上下移动带动支撑件23和支撑料丝挤出头2上下运动，当然也可以由其他现有推送机构组成，比如气缸等。

进一步如图2所示，锁定机构为通过转轴27安装在第一固定件21上的一旋转摆动块22，旋转摆动块22可以用电机通过转轴27驱动旋转，所述旋转摆动块22上设置有对应于工作位置25和空闲位置24的两个卡口26，支撑件23在移动机构作用下沿第一固定件21上下运动，当支撑料丝挤出头2移动至工作位置25或空闲位置24时，旋转摆动块22的卡口26与支撑件23配合将支撑料丝挤出头2锁定。

本例中，第一固定件21上开设有滑动槽28，移动机构带动支撑件23在滑动槽28内上下移动，所述旋转摆动块22上的卡口26为半圆形，当转动至竖直位置时，将支撑件23卡住，从而固定支撑料丝挤出头2的位置。当然锁定机构也可以为其他常用结构，本例旨在揭示其实现方式。

本例中为了对挤出头整体保温，减少挤出机构的散热损失，提高热量有效利用率，支撑料丝挤出头2和构建料丝挤出头1外均覆盖有保温结构，保温结构包括保温框架34和保温层33，保温层33为在保温框架34与挤出头外壁之间填充的保温材料，保温材料可以为纳米气凝胶保温毡等。

为了减小熔融态向下流动料丝温度的波动，避免料丝从螺纹连接缝隙的溢流，支撑料丝挤出头2包括一体成型的第一挤出头和第一喷嘴，所述构建料丝挤出头1包括一体成型的第二挤出头和第二喷嘴12；所述第一挤出头上设置有加热装置31和测温元件32。

本例中，第二挤出头上设置有三段独立的加热装置31，每段加热装置31对应的第二挤出头本体上均设置有测温元件32。第二挤出头的加热装置31采用分数段温控加热结构，可适应不同熔点材料和变动工况的要求。根据不同材料来选择各段温度，获取最佳挤丝质量。通常为预热段、熔化段和熔融段，它们可单独温控加热。其中挤出头本体的加热分段可根据实际需要，分为多段，便于表达和理解，不局限于上述三段。其中的加热装置31为弧形加热片，紧贴于挤出头外壁，测温元件32为温度传感器，其嵌入挤出头上开设的安装孔内，使得测温更准确。

第一喷嘴和第二喷嘴12结构相同，下面以第二喷嘴12详细描述：第二喷嘴12口模直径小于料丝直径，第二喷嘴12中间有一个由上至下逐渐直径逐渐减小的过渡渐变段，并减小到所需挤丝直径。第二喷嘴12和第二挤出头为一体结构设计，可防止熔融后料丝的溢出和维持料丝在第二喷嘴12中温度稳定。所述第二喷嘴12的所需挤丝直径为0.4-0.6mm，喷嘴角度为50°-70°，通道口模段长径比为2-20。

其中的构建料丝挤出头1和支撑料丝挤出头2可以采用铝块制成，导热性好便于热传递。

任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种基于双料丝挤出机构的打印装置，其特征在于：包括送丝机构、移动机构、锁定机构、支撑机构以及设置在支撑机构上的构建料丝挤出头和支撑料丝挤出头，所述支撑料丝挤出头具有一个工作位置和高度高于工作位置的空闲位置，所述移动机构将所述支撑料丝挤出头在工作位置和空闲位置之间切换，并通过所述锁定机构固定在工作位置或空闲位置；所述支撑料丝挤出头和构建料丝挤出头分别通过第一固定件和第二固定件安装在支撑机构上，且所述支撑料丝挤出头和构建料丝挤出头与支撑结构之间有间隔；所述锁定机构为安装在第一固定件上的一旋转摆动块，所述旋转摆动块上设置有对应于工作位置和空闲位置的卡口，所述支撑料丝挤出头通过一支撑件与移动机构连接，所述支撑件在移动机构作用下沿第一固定件上下运动，当支撑料丝挤出头移动至工作位置或空闲位置时，旋转摆动块的卡口与支撑件配合将支撑料丝挤出头锁定；所述第一固定件上开设有滑动槽，所述移动机构带动支撑件在滑动槽内上下移动，所述旋转摆动块上的卡口为半圆形；所述支撑料丝挤出头包括一体成型的第一挤出头和第一喷嘴，所述第一挤出头上设置有加热装置和测温元件；所述构建料丝挤出头包括一体成型的第二挤出头和第二喷嘴，所述第二挤出头上设置有至少三段独立的加热装置，每段加热装置对应的第二挤出头本体上均设置有测温元件。

2.根据权利要求1所述的基于双料丝挤出机构的打印装置，其特征在于：所述支撑机构为支撑板，所述支撑料丝挤出头和构建料丝挤出头安装在支撑板下方，支撑板上开设有支撑料丝送入孔和构建料丝送入孔。

3.根据权利要求2所述的基于双料丝挤出机构的打印装置，其特征在于：所述支撑料丝送入孔下端连接有送丝导管，所述送丝导管位于支撑料丝挤出头正上方，且与所述支撑料丝挤出头之间具有间隙。

4.根据权利要求1所述的基于双料丝挤出机构的打印装置，其特征在于：所述移动机构为上下推动机构或提升机构。

5.根据权利要求1所述的基于双料丝挤出机构的打印装置，其特征在于：所述支撑料丝挤出头和构建料丝挤出头外均覆盖有保温结构。

6.根据权利要求1所述的基于双料丝挤出机构的打印装置，其特征在于：所述送丝机构包括驱动轮、第一从动轮和第二从动轮，驱动轮与第一从动轮之间形成支撑料丝入口，驱动轮与第二从动轮之间形成构建料丝入口，所述驱动轮驱动支撑料丝和构建料丝的方向相反。