CN106142559A - 3d打印机丝材供排装置 - Google Patents

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Abstract

3D打印机丝材供排装置，包括：卷绕线状丝材且供应已卷绕的丝材的丝材供应部；通过熔化且排出从丝材供应部供应的丝材而输出三维打印物品的丝材输出部；及从丝材供应部供应丝材至丝材输出部和从丝材输出部向丝材供应部排出丝材的驱动部。该驱动部包括：设在丝材输出部处以产生驱动力且使丝材适合于沿正转或反转方向传送的驱动电机；设在丝材输出部处以接收驱动电机驱动力且沿正转或反转方向传送丝材的驱动辊；设在丝材供应部处以接收驱动电机驱动力且沿正转或反转方向传送丝材的传送辊；及设在驱动电机与驱动辊、传送辊之间以将驱动电机驱动力传递至驱动辊和传送辊的传输齿轮。因此能将丝材准确供应给挤出头且能容易地将已凝固的丝材从挤出头排出。

Description

3D打印机丝材供排装置
技术领域
本发明涉及3D打印机丝材供排装置，并且更具体地，涉及一种能够将丝材供应给挤出头(extruder)且能够从挤出头中排出已凝固的丝材的3D打印机丝材供排装置。
背景技术
一般而言，为了制造具有三维形状的成型产品(prototype product)，已经广泛使用了基于制图而被手动地执行的实物模型(mock-up)制造方法和利用CNC铣(计算机数控铣：Computerized Numerical Controlmilling)技术而被执行的制造方法。
然而，因为上述实物模型制造方法是被手动地执行的，所以它难以准确地执行数控，且它也花费许多时间。在利用CNC铣技术而被执行的制造方法的情况下，虽然可以准确地执行数控，但是由于刀具干涉因而难以执行机械加工。
因此，近来，已经提出了如下的被称为3D(三维)打印方法的新方法：其中，产品设计师利用CAD(计算机辅助设计：Computer AidedDesign)或CAM(计算机辅助制造：Computer Aided Manufacturing)来产生三维建模数据，且使用所产生的数据来制造具有三维形状的成型产品。这样的3D打印机正被用于诸如工业领域、生活领域和医学领域等各种领域中。
3D打印机是这样的制造装置：其通过输出连续的材料层(就像二维打印机中一样)、然后堆叠这些层，来制造出物体。因为3D打印机可以基于数字化制图信息而快速地制造物体，所以被主要用来制造成型样品等。
3D打印机的产品成形方法包括：将激光束施加至光固化性材料、然后将已被施加了激光束的部分机械加工成物体的方法；切割成形材料的方法；以及熔合且堆叠热塑性丝材的方法(FDM(熔融沉积造型：FusedDeposition Modeling)方法)。
因为使用了上述这些方法之中的熔合且堆叠热塑性丝材的方法的3D打印机比使用了其他方法的3D打印机具有更低的单位生产成本，所以它正被推广于家庭用途或工业用途等。
在公开号为10-2014-0121034的韩国专利申请中，披露了一种3D打印机，其中设置有：与功率传递用电机连接的挠性轴；可转动地与挠性轴连接的送料辊；以及热端喷嘴。关于该热端喷嘴，通过送料辊的转动而供应丝材，被供应过来的丝材被熔化然后喷射，并且丝材均匀、稳定、快速地被供应给该热端喷嘴。
这里，在上述专利文献所披露的3D打印机中，用户应该在使用的前期将丝材通过送料辊插入至挤出头中(即，插入至热端喷嘴中)，而丝材的这一手动供应法具有下面的问题。
首先，因为挤出头的让丝材插入用的插入孔非常狭窄，而且还因为丝材通常是被卷绕的且因此具有弯曲的形状，所以不容易将丝材经由送料辊准确地插入至所述喷嘴中。
此外，在丝材由含有有害成分的ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)塑料形成的情况下，用户可能会暴露于这些有害成分中，且丝材也可能由于与用户接触而受到污染。
另外，插入至挤出头中的丝材可能在打印操作之后凝固在该挤出头中，因此会造成堵塞现象。在这种情况下，很难排出已凝固在挤出头中的丝材。
发明内容
本发明所要解决的技术问题
本发明旨在提供一种3D打印机丝材供排装置，该装置能够准确地将丝材插入至挤出头中且能够容易地排出已凝固在挤出头中的丝材。
此外，本发明还旨在提供一种3D打印机丝材供排装置，该装置在把已凝固的丝材沿着反转方向排出时，能够防止该丝材的端部被引入到丝材盒(filament cartridge)中。
解决技术问题所采取的技术方案
本发明的一个方面提供了一种3D打印机丝材供排装置，所述装置包括：丝材供应部，所述丝材供应部将线状的丝材卷绕且供应已被卷绕的丝材；丝材输出部，所述丝材输出部通过熔化且排出从所述丝材供应部供应过来的丝材而输出三维打印物品；以及驱动部，所述驱动部将丝材从所述丝材供应部供应给所述丝材输出部，且将丝材从所述丝材输出部朝着所述丝材供应部排出。在所述装置中，所述驱动部包括：驱动电机，所述驱动电机被设置在所述丝材输出部处，以产生驱动力且因此使丝材适合于沿着正转方向或反转方向而被传送；驱动辊，所述驱动辊被设置在所述丝材输出部处，以接收所述驱动电机的驱动力且将丝材沿着正转方向或反转方向传送；传送辊，所述传送辊被设置在所述丝材供应部处，以接收所述驱动电机的驱动力且将丝材沿着正转方向或反转方向传送；和传输齿轮，所述传输齿轮被设置在所述驱动电机与所述驱动辊之间和被设置在所述驱动电机与所述传送辊之间，以将所述驱动电机的驱动力传递至所述驱动辊和所述传送辊。
所述丝材输出部可以具有检测丝材用的第一检测传感器，且所述驱动部可以具有离合器，所述离合器被安装在所述驱动电机与所述传送辊之间以选择性地将所述驱动电机的驱动力传递至所述传送辊。当沿着正转方向使所述驱动电机旋转时，在所述第一检测传感器感测到丝材以前所述离合器可以一直被保持在接合状态，且所述离合器可以将所述驱动电机的驱动力传递至所述传送辊，在所述第一检测传感器感测到丝材之后，所述离合器可以处于分离状态；而当沿着反转方向使所述驱动电机旋转时，所述离合器可以一直处于接合状态。
所述丝材供应部可以包括：壳体，所述壳体具有形成在所述壳体的一侧处的丝材输出端口；丝材卷筒，所述丝材卷筒以能够转动的方式被安装在所述壳体的内部，以用来卷绕丝材；和被安装在所述丝材输出端口的相对侧的所述传送辊，以在所述丝材输出端口与所述传送辊之间形成具有预定长度以上的丝材传送通道。
所述传送辊可以包括：第一辊，所述第一辊由所述驱动电机驱动；和第二辊，所述第二辊的直径大于所述第一辊的直径，且所述第二辊的半径与所述第一辊的一部分半径重叠以使得所述第一辊的一部分被挤压且变形。
所述丝材输出部可以是包括引入端口、加热部件和排出端口的挤出头。从所述丝材供应部供应过来的丝材通过所述引入端口而被引入，所述加热部件熔化通过所述引入端口而被引入的丝材，且已熔化的丝材通过所述排出端口而被排出。而且，在所述挤出头的远端可以安装有漏斗状引导件，所述引导件将从所述丝材供应部供应过来的丝材引导至所述丝材输出部。
所述装置还可以包括如下的管：所述管在所述传送辊与所述丝材输出部的所述引导件之间沿着所述丝材卷筒的圆周延伸，并且所述管形成允许丝材插入进来的丝材传送通道。
在所述丝材卷筒的径向外端处可以设置有垂直地突出的肋条，以防止丝材被引入到所述丝材卷筒与所述壳体之间的空隙中。
在所述挤出头的所述引入端口与所述驱动电机之间可以安装有用于检测丝材的存在的第二检测传感器，且当沿着反转方向使所述驱动电机旋转时，所述驱动电机可以一直被驱动直至所述第二检测传感器没有感测到丝材为止。
有益效果
根据本发明，能够准确地将丝材供应至挤出头中，且能够容易地从挤出头中排出已凝固的丝材。
此外，根据本发明，当已凝固的丝材沿着反转方向而被排出时，能够防止丝材的端部被引入到丝材盒中。
附图说明
图1是图示了具有内置的根据本发明的3D打印机丝材供排装置的3D打印机的立体图。
图2是图示了根据本发明的3D打印机丝材供排装置的立体图。
图3是图示了根据本发明的3D打印机丝材供排装置的正视图。
图4是图示了根据本发明的3D打印机丝材供排装置的丝材盒的立体图。
具体实施方式
参照图1至图4，根据本发明的3D打印机丝材供排装置是这样的装置：其被内置于3D打印机10的主体11中，并且其以熔化且堆叠由热塑性塑料形成的丝材的方法(FEM方法)输出三维打印物品。
3D打印机10包括：盖板12，盖板12被设置在主体11的前表面处以便打开和关闭该前表面；以及操作面板13，操作面板13被设置在主体11的上表面处。而且，根据本发明的3D打印机丝材供排装置被内置于3D打印机10中。
安装于主体11内部的3D打印机丝材供排装置包括丝材供应部100、丝材输出部200和驱动部300。
丝材供应部100用来卷绕由热塑性塑料制成的线状丝材，且用来将已被卷绕的丝材供应给丝材输出部200。
具体地，丝材供应部100包括箱状壳体110和安装于壳体110内部的丝材卷筒120。壳体110具有丝材输出端口111和盖子(未图示)，丝材输出端口111被形成在壳体110的一侧以用于排出丝材，所述盖子被设置在壳体110的前表面处以用来打开和关闭该前表面。壳体110被设置成能够从3D打印机10的主体11拆卸下来。丝材卷筒120被形成为使得丝材卷绕在一对圆板之间，这一对圆板彼此间隔开且可转动地被安装在设置于壳体110中心处的转动轴上。
丝材输出部200被用来：通过熔化且排出从丝材供应部100供应过来的丝材，输出三维打印物品。
具体地，丝材输出部200是包括引入端口210、加热部件(未图示)和排出端口220的挤出头。从丝材供应部100供应过来的丝材通过引入端口210而被引入。所述加热部件熔化通过引入端口210而被引入的丝材。已熔化的丝材通过排出端口220而被排出。
驱动部300用来将丝材从丝材供应部100自动地供应给丝材输出部200，且用来将丝材从丝材输出部200朝着丝材供应部100自动地排出。即，驱动部300用来使丝材沿着三维打印用的正转方向(从丝材供应部100朝着丝材输出部200的方向)和沿着排出已凝固的丝材用的反转方向(从丝材输出部200朝着丝材供应部100的方向)而自动地传送。
具体地，驱动部300包括驱动电机310、驱动辊320、传送辊330和传输齿轮341至345。驱动电机310被设置在丝材输出部200处，且产生驱动力以使得丝材沿着正转方向或反转方向而被传送。驱动辊320被设置在丝材输出部200处，具体地位于驱动电机310的上游侧(基于丝材的供应方向)，其用来接收驱动电机310的驱动力且用来使丝材适合于沿着正转方向或反转方向而被传送。传送辊330被设置在丝材供应部100处，即位于壳体110的内部，其用来接收驱动电机310的驱动力且用来将丝材沿着正转方向或反转方向传送。传输齿轮341被设置在驱动电机310与驱动辊320之间，以用来将驱动电机310的驱动力传递至驱动辊320。此外，传输齿轮342至345被设置在驱动电机310与传送辊330之间，以用来将驱动电机310的驱动力传递至传送辊330。即，驱动辊320和传送辊330可以同时由一个驱动电机310驱动。
利用这样的结构，当沿着正转方向(沿着使丝材从丝材供应部100朝着丝材输出部200传送的方向)将驱动电机310驱动时，驱动辊320和传送辊330沿着正转方向而被驱动，且因此卷绕在丝材卷筒120上的丝材可以朝着丝材输出部200而自动地被传送。当沿着反转方向将驱动电机310驱动时，驱动辊320和传送辊330沿着反转方向而被驱动，且因此位于丝材输出部200侧(即挤出头侧)的丝材可以在该丝材被卷绕于丝材卷筒120上的同时朝着丝材供应部100而被传送。于是，丝材能够准确地被传送至挤出头的引入端口210中，且当丝材凝固在挤出头中时，能够将丝材顺利地排出。
优选地，驱动部300包括离合器350，该离合器350被安装在驱动电机310与传送辊330之间，具体地位于传输齿轮342与传输齿轮343之间，以用来选择性地将驱动电机310的驱动力传递至传送辊330。这里，离合器350可以是单向离合器，它由于它的机械结构而仅沿一个方向传递功率，或者离合器350可以是电磁离合器。丝材输出部200设置有用于检测丝材的第一检测传感器230。
这里，在根据本发明的3D打印机丝材供排装置中，当沿着正转方向将驱动电机310驱动时，在第一检测传感器230检测到丝材之前离合器350被控制成一直保持在接合(ON)状态。于是，驱动电机310的驱动力被传递至驱动辊320和传送辊330，且因此丝材从丝材供应部100朝着丝材输出部200而被传送。在第一检测传感器230检测到丝材后，离合器350被控制成处于分离(OFF)状态。于是，驱动电机310的驱动力仅被传递至驱动辊320。
此外，在根据本发明的3D打印机丝材供排装置中，当沿着反转方向将驱动电机310驱动时，离合器350被控制成始终处于接合状态。因此，当沿着反转方向将驱动电机310驱动时，驱动电机310的驱动力既被传递至驱动辊320又被传递至传送辊330。
利用离合器350的这样的操作控制，当沿着正转方向供应丝材时，在前期可以同时使驱动辊320和传送辊330操作，且因此能够以相对大的功率输出丝材。此后，可以仅使驱动辊320操作，且丝材可以顺利地被输出。当沿着反转方向将丝材排出时，可以同时使驱动辊320和传送辊330一直操作，且因此能够以相对大的功率从丝材输出部200拉出丝材。
此外，壳体110被设置为能够从3D打印机10的主体11拆卸下来的盒型。因为壳体110被设置为可拆卸的盒型，所以用户无需直接触碰丝材就能够将丝材供应给3D打印机。因此，用户不会暴露于有害成分，并且也防止了丝材受到污染。
此外，优选的是，传送辊330被安装在丝材输出端口111的相对侧，而不是被安装在丝材输出端口111侧。参照图2和图3，丝材输出端口111被设置在壳体110的左上部处，且传送辊330被设置在壳体110的右上部处。因此，在丝材输出端口111与传送辊330之间形成了具有预定长度以上的丝材传送通道P。
如果丝材的端部沿着反转方向通过传送辊330，那么就不可能再让该丝材沿着正转方向传送，且也难以将该丝材插入到传送辊330之间。然而，在本实施例中，即使当丝材沿着反转方向而被传送时，也由于上述的具有预定长度以上的丝材传送通道P而充分保证了引入长度，且因此可以防止丝材的端部沿着反转方向通过所述传送辊。
此外，因为传送辊330不是从丝材输出端口111暴露至外部而是在丝材输出端口111的相对侧处被内置于壳体110中，所以当使壳体110从主体11上分离时，用户可以不操作传送辊330。即，用户不会随机地将丝材卷绕在壳体110的内部，因此能够防止丝材的端部被引入到壳体110中。此外，因为传送辊330不是从丝材输出端口111暴露至外部，而是在丝材输出端口111的相对侧处被内置于壳体110中，所以由传送辊330的操作产生的噪声是小的。
与此同时，参照图3，传送辊330包括彼此咬合的第一辊331和第二辊332。第一辊331是与驱动电机310连接且驱动力被传递至此的驱动辊。第二辊332是空转辊(idle roller)，其不与驱动电机310联动，但是其与第一辊331咬合以便借助于第一辊331的驱动而被转动。第二辊332比第一辊331具有更大的直径。这里，第一辊331和第二辊332相互咬合得以致于它们的半径彼此部分地重叠。即，第一辊331和第二辊332被设置得彼此咬合以致于第一辊331的一部分被挤压且变形。此时，第二辊332可以由比第一辊331的材料更柔软的材料形成，因此仅第二辊332可以变形。
如图3所示，因为第一辊331和第二辊332被配置得使第一辊331的半径和第二辊332的一部分半径彼此重叠，所以第二辊332的一部分半径变形。由于第一辊331和第二辊332的这样的结构，在第一辊331与第二辊332之间被传送的丝材沿着与当该丝材正被引入至传送辊330中时该丝材的曲率相反的方向而被弯曲，然后通过传送辊330。于是，被卷绕到丝材卷筒120上且因此沿一个方向而被弯曲的丝材在通过传送辊330的时候会稍微变直，因此丝材可以进一步准确地被供应给丝材输出部200。
优选地，在从丝材供应部100指向丝材输出部200的丝材供应方向上，漏斗状引导件240被安装在驱动辊320的下游侧，即位于挤出头的远端处。引导件240用来借助于驱动辊320的驱动而把向丝材输出部200供应的丝材在准确方向上引导。
由Teflon(特氟龙)材料形成的管(未图示)被安装在传送辊330与丝材输出部200的引导件240之间。该管是这样的通道：丝材通过该通道而被插入且从传送辊330被传送至引导件240，并且该通道使从丝材供应部100供应过来的丝材准确地被传送至丝材输出部200的引入端口210。
这里，所述管在壳体110的内部沿着丝材卷筒120的圆周延伸，并且形成丝材传送通道。
因此，当驱动电机310沿着反转方向而被驱动、且已凝固于挤出头中的丝材被排出至丝材供应部100时，能够准确地使丝材沿着预定的传送通道而被传送。
优选地，丝材卷筒120具有肋条121，肋条121防止丝材被引入到丝材卷筒120与壳体110之间的空隙中。肋条121在丝材卷筒120的径向外端处垂直地突出，且被配置为沿着丝材卷筒120的圆周以预定的距离间隔开。
利用肋条121，被卷绕在丝材卷筒120上的丝材或里面插入有丝材的所述特氟龙管不会被引入到丝材卷筒120与壳体110之间的空隙中，因此可以顺利地传送丝材。
与此同时，用于检测丝材的存在的第二检测传感器250被安装在丝材输出部200(即，挤出头的引入端口210)与驱动电机310之间。此外，当沿着反转方向使驱动电机310旋转时，驱动电机310被控制成一直受到驱动直至第二检测传感器250没有感测到丝材为止。
利用第二检测传感器250和驱动电机310的操作，能够沿着反转方向排出已凝固于丝材输出部200处的丝材，于是能够防止丝材的端部通过丝材输出部200且能够防止丝材的端部被引入至丝材供应部100中。
尽管已经示出和说明了本发明的一些实施例，但是本领域技术人员应当理解，可以在不偏离由随附的权利要求及其等同物限定的本发明的原理和精神的前提下，对这些实施例做出改变。

Claims (8)

1.一种3D打印机丝材供排装置，其包括：
丝材供应部，所述丝材供应部将线状的丝材卷绕且供应已被卷绕的丝材；
丝材输出部，所述丝材输出部通过熔化且排出从所述丝材供应部供应过来的丝材而输出三维打印物品；以及
驱动部，所述驱动部能够将丝材从所述丝材供应部供应给所述丝材输出部，且能够将丝材从所述丝材输出部朝着所述丝材供应部排出，
其中，所述驱动部包括：
驱动电机，所述驱动电机被设置在所述丝材输出部处，以产生驱动力且因此使丝材适合于沿着正转方向或反转方向而被传送；
驱动辊，所述驱动辊被设置在所述丝材输出部处，以接收所述驱动电机的驱动力且将丝材沿着正转方向或反转方向传送；
传送辊，所述传送辊被设置在所述丝材供应部处，以接收所述驱动电机的驱动力且将丝材沿着正转方向或反转方向传送；及
传输齿轮，所述传输齿轮被设置在所述驱动电机与所述驱动辊之间和所述驱动电机与所述传送辊之间，以将所述驱动电机的驱动力传递至所述驱动辊和所述传送辊。
2.如权利要求1所述的装置，其中，所述丝材输出部具有检测丝材用的第一检测传感器，且所述驱动部具有离合器，所述离合器被安装在所述驱动电机与所述传送辊之间以选择性地将所述驱动电机的驱动力传递至所述传送辊，并且
当沿着正转方向使所述驱动电机旋转时，在所述第一检测传感器感测到丝材以前所述离合器一直被保持在接合状态，且所述离合器将所述驱动电机的驱动力传递至所述传送辊，在所述第一检测传感器感测到丝材之后，所述离合器处于分离状态，
而当沿着反转方向使所述驱动电机旋转时，所述离合器一直处于接合状态。
3.如权利要求1所述的装置，其中，所述丝材供应部包括：
壳体，所述壳体具有形成在所述壳体的一侧处的丝材输出端口；
丝材卷筒，所述丝材卷筒以能够转动的方式被安装在所述壳体的内部，以用来卷绕丝材；和
所述传送辊，所述传送辊被安装在所述丝材输出端口的相对侧，以在所述丝材输出端口与所述传送辊之间形成具有预定长度以上的丝材传送通道。
4.如权利要求3所述的装置，其中，所述传送辊包括：
第一辊，所述第一辊由所述驱动电机驱动；和
第二辊，所述第二辊的直径大于所述第一辊的直径，且所述第二辊的半径与所述第一辊的一部分半径重叠以使得所述第一辊的一部分被挤压且变形。
5.如权利要求1至4中任一项所述的装置，其中，所述丝材输出部是挤出头，所述挤出头包括引入端口、加热部件和排出端口，从所述丝材供应部供应过来的丝材通过所述引入端口而被引入，所述加热部件熔化通过所述引入端口而被引入的丝材，且已熔化的丝材通过所述排出端口而被排出，并且
在所述挤出头的远端安装有漏斗状引导件，所述引导件将从所述丝材供应部供应过来的丝材引导至所述丝材输出部。
6.如权利要求5所述的装置，其还包括如下的管：所述管在所述传送辊与所述丝材输出部的所述引导件之间沿着所述丝材卷筒的圆周延伸，且所述管形成允许丝材插入进来的丝材传送通道。
7.如权利要求5所述的装置，其中，在所述丝材卷筒的径向外端处设置有垂直地突出的肋条，以防止丝材被引入到所述丝材卷筒与所述壳体之间的空隙中。
8.如权利要求5所述的装置，其中，在所述挤出头的所述引入端口与所述驱动电机之间安装有用于检测丝材的存在的第二检测传感器，并且当沿着反转方向使所述驱动电机旋转时，所述驱动电机一直被驱动直至所述第二检测传感器没有感测到丝材为止。
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