CN105415689B - 一种适合熔融沉积3d打印的送丝机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种适合熔融沉积3D打印的送丝机构，包括活塞、线包、导磁壳、驱动爪、固定爪；线包被导磁壳包裹，导磁壳顶面开设通孔和底面安装固定爪，活塞中空，活塞依次穿过导磁壳顶面的通孔和线包中心，活塞底部安装驱动爪，驱动爪位于导磁壳内，固定爪安装在导磁壳底部，驱动爪、固定爪的夹持中心均与导磁壳底面的通孔正对；活塞顶部高于导磁壳顶面，活塞顶部与导磁壳顶面之间设置有弹性支撑部件。本发明结构简单合理，成本低。

Description

一种适合熔融沉积3D打印的送丝机构

技术领域

本发明涉及一种设备，尤其涉及一种适合熔融沉积3D打印的送丝机构。

背景技术

熔融沉积(Fused Deposition Modeling，FDM)又叫熔丝沉积，是一种最为常见的3D打印技术，FDM技术的发明人是美国的Scout Crump，该技术的领导厂商为StratasysInc.，Scout Crump也是该公司的创办人之一。

FDM的工作原理就是将丝状热熔性材料(通常为低熔点塑料，也可以使用石蜡、低熔点合金)利用电加热方式加热至略高于熔化温度(约比熔点高1℃)，通过一个或多个微细喷嘴挤出，遇冷凝固成型。在计算机的控制下，喷头作平面运动，将熔融的材料涂覆在工作台上，冷却后形成工件的一层截面；一层成形后，喷头上移一层进行下一层涂覆，这样逐层堆积形成三维工件。这项技术的重点是如何控制进料的顺畅，不断线，喷嘴不堵塞。

Scout Crump的FDM专利为USPTO 5,121,329，这个专利描述了一种压缩空气驱动的送丝机构。这个机构包括由气缸驱动的活塞，活塞通过驱动杆、枢轴连接驱动杆，再由驱动杆连接棘轮推动线性热熔性丝材进入加热容器，线材被加热为流体形式后，由喷嘴流出进行打印。随着技术的进步，气动驱动已经被精密电机驱动代替，FDM现在最常见的结构如附图3所示，由电机驱动的棘轮推动丝材进入带有温控的加热容器，熔化的材料在后续丝材的推动下通过喷嘴挤出到平台上，冷却成型。

这种送丝结构的特点控制方便、成本低，因此被现有桌面型FDM打印机普遍采用，其中较为著名的有MakerBot Replicator系列、3D Systems的Cube系列等。

在FDM打印的实践中，我们发现上述送丝机构对于打印所使用的线材种类是有选择性的。采用这种送丝结构的打印机，适用的是硬度比较高的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚乳酸(PLA)、聚碳酸酯(PC)等材料，在实际使用中，通过棘轮产生压力将刚性的线材推进到热端。但是刚性线材所打印出来的制品柔软性和舒适性都不够，随着3D打印技术应用的深入，新的柔软弹性材料不断涌现，采用上述机构打印柔软线材就会碰到问题。如图2所示，丝材从离开棘轮到进入加热容器入口，由于几何的原因，总有一段距离。柔软线材的弹性性质使得棘轮难以给予其稳定的挤出压力，线材弯曲变形发生堵塞和打卷，导致打印失败。因此，为打印柔性材料需要对现有的送丝结构进行升级和改造。

发明专利申请201110454137.0公布了一种单喷头熔融挤压式三维打印机，其技术方案是采用螺杆送进和挤出丝材，相对于传统的三维打印机，具有挤料力大、出料稳定、只需单个喷头就能分别成形工件和支撑结构的特点，其原理见图3。但该发明的送料机构极其复杂，采用该机构的3D打印设备重量大、控制复杂、造价高昂，已不属于低成本、重量轻、容易普及的桌面型FDM打印机的范畴。

发明内容

在FDM打印的实践中，我们发现上述送丝机构对于打印所使用的线材种类是有选择性的。采用这种送丝结构的打印机，适用的是硬度比较高的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚乳酸(PLA)、聚碳酸酯(PC)等材料，在实际使用中，通过棘轮产生压力将刚性的线材推进到热端。但是刚性线材所打印出来的制品柔软性和舒适性都不够，随着3D打印技术应用的深入，新的柔软弹性材料不断涌现，采用上述机构打印柔软线材就会碰到问题。如图4所示，丝材从离开棘轮到进入加热容器入口，由于几何的原因，总有一段距离。柔软线材的弹性性质使得棘轮难以给予其稳定的挤出压力，线材弯曲变形发生堵塞和打卷，导致打印失败。因此，为打印柔性材料需要对现有的送丝结构进行升级和改造。

本发明旨在提供一种适合熔融沉积3D打印的送丝机构，保证线材在离开驱动结构后能立即进入热端筒体，牢固定位在经过的路径上，可以避免线材打卷和堵塞。本发明结构合理，操作可靠，尤其适用于柔性材料的3D打印。

为达到上述目的，本发明是采用以下技术方案实现的：

本发明公开的适合熔融沉积3D打印的送丝机构，包括活塞、线包、导磁壳、驱动爪、固定爪；所述线包被导磁壳包裹，所述导磁壳顶面开设通孔和底面安装固定爪，所述活塞中空，活塞依次穿过导磁壳顶面的通孔和线包中心，活塞底部安装驱动爪，所述驱动爪位于导磁壳内，所述固定爪安装在导磁壳底部，驱动爪、固定爪的夹持中心均与导磁壳底面的通孔正对；活塞顶部高于导磁壳顶面，活塞顶部与导磁壳顶面之间设置有弹性支撑部件。

优选的，所述弹性支撑部件为弹簧，所述活塞穿过弹簧中心，活塞的顶部设有向外的凸缘，所述弹簧位于凸缘与导磁壳顶面之间。

优选的，所述驱动爪、固定爪的夹持方式均为弹性且非垂直夹持。

优选的，所述活塞为磁性材料。

优选的，所述导磁壳顶面和底面的通孔的中心、驱动爪和固定爪的夹持中心均位于线包的轴线上。

优选的，所述导磁壳为圆柱形，导磁壳的轴线与线包的轴线重合。

本发明的工作原理如下：线包通电产生磁场，磁力线经活塞、导磁壳形成回路，于是活塞受到磁场的作用产生向下运动。安装在活塞底部的驱动爪也随着向下运动。由于驱动爪以及固定爪与料丝之间是以弹性且非垂直夹持导致料丝在驱动爪和固定爪通过时具有单向性，料丝只能向下滑动而不能向上移动。于是驱动爪带动料丝向下运动。最后运动的料丝又穿过安装在导磁壳底部固定爪被送出。当线包停止通电时，磁场消失。活塞被弹簧向上拉动复位，由于导磁壳底部固定爪的料丝单向通过特性料丝被固定，活塞带动驱动爪向上复位的时候料丝并不随其运动，从而达到复位状态。如此往复，料丝就会被装置连续驱动推出达到送料的目的。

本发明公开的适合熔融沉积3D打印的送丝机构，结构简单合理，操作可靠，造价低廉，体积小重量轻，尤其适用于对通用FDM桌面型打印机进行改造和升级，使其具备3D打印柔性材料的能力。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为驱动爪的结构示意图；

图3为FDM 3D打印原理示意图；

图4为传统送丝机构打印柔性丝材失败原因示意图；

图5安装新型送丝机构的FDM打印头示意图；

图中：1-弹簧，2-料丝，3-活塞，4-线包，5-导磁壳，6-驱动爪，7-固定爪。

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，对本发明进行进一步详细说明。

如图1、图2所示，本发明公开的适合熔融沉积3D打印的送丝机构，包括活塞3、线包4、导磁壳5、驱动爪6、固定爪7；线包4被导磁壳5包裹，导磁壳5顶面和底面中心位置均开设通孔，活塞3中空且为磁性材料，活塞3依次穿过导磁壳5顶面的通孔和线包4中心，活塞3底部安装驱动爪6，驱动爪6位于导磁壳5内，固定爪7安装在导磁壳5底部，导磁壳5顶面和底面的通孔的中心、驱动爪6和固定爪7的夹持中心均位于线包4的轴线上，导磁壳5为圆柱形，导磁壳5的轴线与线包4的轴线重合；驱动爪6、固定爪7的夹持方式均为弹性且非垂直夹持；活塞顶部高于导磁壳顶面，活塞顶部与导磁壳顶面之间设置有弹簧1，活塞3穿过弹簧1中心，活塞3的顶部设有向外的凸缘，弹簧1位于凸缘与导磁壳5顶面之间。

本发明在使用时，料丝2从上至下依次穿过活塞3、驱动爪6、固定爪7。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种适合熔融沉积3D打印的送丝机构，其特征在于：包括活塞、线包、导磁壳、驱动爪、固定爪；所述线包被导磁壳包裹，所述导磁壳顶面开设通孔和底面安装固定爪，所述活塞中空，活塞依次穿过导磁壳顶面的通孔和线包中心，活塞底部安装驱动爪，所述驱动爪位于导磁壳内，所述固定爪安装在导磁壳底部，驱动爪、固定爪的夹持中心均与导磁壳底面的通孔正对；活塞顶部高于导磁壳顶面，活塞顶部与导磁壳顶面之间设置有弹性支撑部件，所述驱动爪、固定爪的夹持方式均为弹性且非垂直夹持，所述活塞为磁性材。

2.根据权利要求1所述的适合熔融沉积3D打印的送丝机构，其特征在于：所述弹性支撑部件为弹簧，所述活塞穿过弹簧中心，活塞的顶部设有向外的凸缘，所述弹簧位于凸缘与导磁壳顶面之间。

3.根据权利要求1所述的适合熔融沉积3D打印的送丝机构，其特征在于：所述导磁壳顶面和底面的通孔的中心、驱动爪和固定爪的夹持中心均位于线包的轴线上。

4.根据权利要求1所述的适合熔融沉积3D打印的送丝机构，其特征在于：所述导磁壳为圆柱形，导磁壳的轴线与线包的轴线重合。