CN106738863B - 一种螺杆进料式3d打印头 - Google Patents

一种螺杆进料式3d打印头 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种螺杆进料式3D打印头,包括加热块、喷嘴、切割机构、进料机构和疏通机构,切割机构包括第一壳体和切割组件,切割组件包括齿辊、转轴和第一电机,进料机构包括第二壳体以及设置在第二壳体内的第二电机、第一螺杆、支板、第一限位环、止逆环和第二限位环,疏通机构包括第三电机和第二螺杆,该螺杆进料式3D打印头中,切割机构用于将原料丝捣碎后送入进料机构,使其更易熔化,进料机构利用螺杆的挤压和切割功能将原料送入加热块内,进料机构根据原料的反推力能自动调节进料速率,当喷嘴堵塞时,疏通机构可以将喷嘴疏通。

Description

一种螺杆进料式3D打印头
技术领域
本发明涉及3D打印设备领域,特别涉及一种螺杆进料式3D打印头。
背景技术
随着科学技术的发展,3D打印技术已应用于珠宝、鞋类、工业设计、汽车等多个领域中,3D打印机即快速成形技术的一种机器,它是一种数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术。
目前3D打印头是3D打印机的关键部件,它设置在稳定的行走机构上,用于将原料熔化并挤出。现有的3D打印头的进料方式多采用齿轮进料方式,利用齿轮辅助原料丝进入加热块,并最终从喷嘴喷出,这种方式经常会造成原料丝熔化不充分导致打印成品有瑕疵,或者未熔化的原料丝会直接堵塞喷嘴,而现在的3D打印头在喷嘴堵塞后需要人工疏通,十分麻烦。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:为了克服现有技术的不足,提供一种螺杆进料式3D打印头。
本发明解决问题所采用的技术方案是:一种螺杆进料式3D打印头,包括加热块、喷嘴、切割机构、进料机构和疏通机构;
所述加热块的一侧设有第一进料口,所述加热块的底部设有第一出料口,所述加热块的内部设有第一通道,所述第一进料口通过第一通道与第一出料口连通,所述喷嘴的顶部设有第二进料口,所述喷嘴的底部设置第二出料口,所述喷嘴的内部设有第二通道,所述第二进料口通过第二通道与第二出料口连通,所述喷嘴设置在加热块的下方,所述第一出料口与第二进料口连通,所述切割机构位于进料机构的上方,所述进料机构的一端穿过第一进料口伸入第一通道内,所述疏通机构设置在加热块上,所述疏通机构的一端穿过加热块伸入第二通道内;
所述切割机构包括第一壳体和切割组件,所述第一壳体的顶部设有第三进料口,所述第一壳体的底部设有第三出料口,所述切割组件包括齿辊、转轴和第一电机,所述转轴水平设置在第一壳体内,所述转轴的两端均通过轴承与第一壳体连接,所述齿辊套设在转轴上,所述第一电机设置在第一壳体的外壁上,所述第一电机与转轴同轴设置且传动连接,所述切割组件有两个,两个切割组件对称设置;
所述进料机构包括第二壳体以及设置在第二壳体内的第二电机、第一螺杆、支板、第一限位环、止逆环和第二限位环,所述第二壳体的形状为圆柱体,所述第二壳体水平设置,所述第二壳体的一端穿过第一进料口伸入加热块内,所述第二壳体的一端设有开口,所述第二壳体通过开口与加热块连通,所述支板的形状为圆盘形,所述支板的周缘与第二壳体的内壁抵靠,所述支板与第二壳体滑动连接,所述第二电机设置在支板上,所述第二电机的输出轴与支板同轴设置且滑动连接,所述第一螺杆与第二壳体匹配,所述第一螺杆的一端与第二电机的输出轴同轴设置且传动连接,所述第一螺杆的另一端位于加热块内且依次套设有第一限位环、止逆环和第二限位环,所述第一限位环的外径小于第二壳体的内径,所述止逆环的外径等于第二壳体的内径,所述止逆环的内径大于第一螺杆的直径,所述止逆环与第二壳体的内壁滑动连接,所述第一限位环和第二限位环的外径均大于止逆环的内径,所述第二壳体的上端设有第四进料口,所述第四进料口与第三出料口连通了;
所述疏通机构包括第三电机和第二螺杆,所述第三电机设置在加热块的顶部,所述第三电机的输出轴竖直向下设置,所述第三电机的输出轴与第二螺杆同轴设置且传动连接,所述第二螺杆的一端穿过加热块伸入第二通道内。
作为优选,为了防止热传导,所述第二壳体上套设有水冷块,所述水冷块内设有水冷通道,所述第一壳体的一侧设有水箱,所述水箱的底部设有水泵,所述水泵与水箱连通,所述水冷通道的一端与水泵连通,所述水冷通道的另一端与水箱连通。
作为优选,为了给水冷块更好地散热,所述水冷块上均匀设有若干翅片。
作为优选,为了提高导热能力,所述水冷块的制作材料为铜。
作为优选,为了提高散热能力,所述翅片的制作材料为铝合金。
作为优选,为了更精确地控制喷嘴的温度,所述喷嘴上设有温度传感器。
作为优选,为了提高温度传感器的测量范围,所述温度传感器为热电偶温度传感器。
作为优选,为了当喷嘴堵塞或进料过快时,自动启动疏通机构或减慢进料速度,所述第二壳体的内壁设有力传感器,所述支板的一侧通过弹簧与力传感器连接,所述第二电机和第三电机均与力传感器电连接,所述弹簧水平设置,所述弹簧和第一螺杆分别位于支板的两侧。当进料速度过快时,原料将止逆环反推至与第一限位环抵靠,并将第一螺杆往与进料方向相反的方向推,此时支板压缩弹簧,力传感器接受到信号时,控制第二电机的转速,如果是由于喷嘴堵塞引起的,则启动疏通机构。
作为优选,为了提高导热能力,所述喷嘴的制作材料为铜。
作为优选,为了精确控制电机,所述第一电机、第二电机和第三电机均为伺服电机。
本发明的有益效果是,该螺杆进料式3D打印头设计巧妙,可行性高,切割机构用于将原料丝捣碎后送入进料机构,使其更易熔化,进料机构利用螺杆的挤压和切割功能将原料送入加热块内,进料机构根据原料的反推力能自动调节进料速率,当喷嘴堵塞时,疏通机构可以将喷嘴疏通。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的一种螺杆进料式3D打印头的结构示意图。
图2是图1的A部放大图。
图3是本发明的一种螺杆进料式3D打印头的喷嘴与加热块的连接示意图。
图4是本发明的一种螺杆进料式3D打印头的切割机构的俯视图。
图中:1.加热块,2.喷嘴,3.第一进料口,4.第一出料口,5.第一通道,6.第二进料口,7.第二出料口,8.第二通道,9.第一壳体,10.第三进料口,11.第三出料口,12.齿辊,13.转轴,14.第一电机,15.第二壳体,16.第二电机,17.第一螺杆,18.支板,19.第一限位环,20.止逆环,21.第二限位环,22.第四进料口,23.第三电机,24.第二螺杆,25.水冷块,26.水箱,27.水泵,28.温度传感器,29.力传感器,30.弹簧。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图,仅以示意方式说明本发明的基本结构,因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1-4所示,一种螺杆进料式3D打印头,包括加热块1、喷嘴2、切割机构、进料机构和疏通机构;
所述加热块1的一侧设有第一进料口3,所述加热块1的底部设有第一出料口4,所述加热块1的内部设有第一通道5,所述第一进料口3通过第一通道5与第一出料口4连通,所述喷嘴2的顶部设有第二进料口6,所述喷嘴2的底部设置第二出料口7,所述喷嘴2的内部设有第二通道8,所述第二进料口6通过第二通道8与第二出料口7连通,所述喷嘴2设置在加热块1的下方,所述第一出料口4与第二进料口6连通,所述切割机构位于进料机构的上方,所述进料机构的一端穿过第一进料口3伸入第一通道5内,所述疏通机构设置在加热块1上,所述疏通机构的一端穿过加热块1伸入第二通道8内;
所述切割机构包括第一壳体9和切割组件,所述第一壳体9的顶部设有第三进料口10,所述第一壳体9的底部设有第三出料口11,所述切割组件包括齿辊12、转轴13和第一电机14,所述转轴13水平设置在第一壳体9内,所述转轴13的两端均通过轴承与第一壳体9连接,所述齿辊12套设在转轴13上,所述第一电机14设置在第一壳体9的外壁上,所述第一电机14与转轴13同轴设置且传动连接,所述切割组件有两个,两个切割组件对称设置;
所述进料机构包括第二壳体15以及设置在第二壳体15内的第二电机16、第一螺杆17、支板18、第一限位环19、止逆环20和第二限位环21,所述第二壳体15的形状为圆柱体,所述第二壳体15水平设置,所述第二壳体15的一端穿过第一进料口3伸入加热块1内,所述第二壳体15的一端设有开口,所述第二壳体15通过开口与加热块1连通,所述支板18的形状为圆盘形,所述支板18的周缘与第二壳体15的内壁抵靠,所述支板18与第二壳体15滑动连接,所述第二电机16设置在支板18上,所述第二电机16的输出轴与支板18同轴设置且滑动连接,所述第一螺杆17与第二壳体15匹配,所述第一螺杆17的一端与第二电机16的输出轴同轴设置且传动连接,所述第一螺杆17的另一端位于加热块1内且依次套设有第一限位环19、止逆环20和第二限位环21,所述第一限位环19的外径小于第二壳体15的内径,所述止逆环20的外径等于第二壳体15的内径,所述止逆环20的内径大于第一螺杆17的直径,所述止逆环20与第二壳体15的内壁滑动连接,所述第一限位环19和第二限位环21的外径均大于止逆环20的内径,所述第二壳体15的上端设有第四进料口22,所述第四进料口22与第三出料口11连通了;
所述疏通机构包括第三电机23和第二螺杆24,所述第三电机23设置在加热块1的顶部,所述第三电机23的输出轴竖直向下设置,所述第三电机23的输出轴与第二螺杆24同轴设置且传动连接,所述第二螺杆24的一端穿过加热块1伸入第二通道8内。
作为优选,为了防止热传导,所述第二壳体15上套设有水冷块25,所述水冷块25内设有水冷通道,所述第一壳体9的一侧设有水箱26,所述水箱26的底部设有水泵27,所述水泵27与水箱26连通,所述水冷通道的一端与水泵27连通,所述水冷通道的另一端与水箱26连通。
作为优选,为了给水冷块25更好地散热,所述水冷块25上均匀设有若干翅片。
作为优选,为了提高导热能力,所述水冷块25的制作材料为铜。
作为优选,为了提高散热能力,所述翅片的制作材料为铝合金。
作为优选,为了更精确地控制喷嘴2的温度,所述喷嘴2上设有温度传感器28。
作为优选,为了提高温度传感器28的测量范围,所述温度传感器28为热电偶温度传感器。
作为优选,为了当喷嘴堵塞或进料过快时,自动启动疏通机构或减慢进料速度,所述第二壳体15的内壁设有力传感器29,所述支板18的一侧通过弹簧30与力传感器29连接,所述第二电机16和第三电机23均与力传感器29电连接,所述弹簧30水平设置,所述弹簧30和第一螺杆17分别位于支板18的两侧。当进料速度过快时,原料将止逆环20反推至与第一限位环19抵靠,并将第一螺杆17往与进料方向相反的方向推,此时支板18压缩弹簧30,力传感器29接受到信号时,控制第二电机16的转速,如果是由于喷嘴2堵塞引起的,则启动疏通机构。
作为优选,为了提高导热能力,所述喷嘴2的制作材料为铜。
作为优选,为了精确控制电机,所述第一电机14、第二电机16和第三电机23均为伺服电机。
该螺杆进料式3D打印头,安装在3D打印机的行走机构上,切割机构的工作原理为:原料丝从第三进料口10进入第一壳体9内,在两个齿辊12的挤压作用下破碎,并从第三出料口11进入第二壳体15中。进料机构的工作原理为:第二电机16驱动第一螺杆17转动,将原料切割并挤入加热块1中,当挤压速度过快时,原料对止逆环20形成反推力,使止逆环20倒退并与第一限位环19抵靠后将第一螺杆17倒推,支板18后退时通过弹簧30压缩力传感器29,力传感器29将信号传递至第二电机16,使其减速。疏通机构的工作原理为:当喷嘴堵塞时,第三电机23驱动第二螺杆24转动,由于第二螺杆24位于喷嘴2中的第二通道8内,在螺杆24的作用下,喷嘴2能被疏通。
与现有技术相比,该螺杆进料式3D打印头设计巧妙,可行性高,切割机构用于将原料丝捣碎后送入进料机构,使其更易熔化,进料机构利用第一螺杆17的挤压和切割功能将原料送入加热块1内,进料机构根据原料的反推力能自动调节进料速率,当喷嘴堵塞时,疏通机构可以将喷嘴疏通。
以上述依据本发明的理想实施例为启示,通过上述的说明内容,相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内,进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容,必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种螺杆进料式3D打印头,包括加热块(1)、喷嘴(2)、切割机构、进料机构和疏通机构;
所述加热块(1)的一侧设有第一进料口(3),所述加热块(1)的底部设有第一出料口(4),所述加热块(1)的内部设有第一通道(5),所述第一进料口(3)通过第一通道(5)与第一出料口(4)连通,所述喷嘴(2)的顶部设有第二进料口(6),所述喷嘴(2)的底部设置第二出料口(7),所述喷嘴(2)的内部设有第二通道(8),所述第二进料口(6)通过第二通道(8)与第二出料口(7)连通,所述喷嘴(2)设置在加热块(1)的下方,所述第一出料口(4)与第二进料口(6)连通,其特征在于,所述切割机构位于进料机构的上方,所述进料机构的一端穿过第一进料口(3)伸入第一通道(5)内,所述疏通机构设置在加热块(1)上,所述疏通机构的一端穿过加热块(1)伸入第二通道(8)内;
所述切割机构包括第一壳体(9)和切割组件,所述第一壳体(9)的顶部设有第三进料口(10),所述第一壳体(9)的底部设有第三出料口(11),所述切割组件包括齿辊(12)、转轴(13)和第一电机(14),所述转轴(13)水平设置在第一壳体(9)内,所述转轴(13)的两端均通过轴承与第一壳体(9)连接,所述齿辊(12)套设在转轴(13)上,所述第一电机(14)设置在第一壳体(9)的外壁上,所述第一电机(14)与转轴(13)同轴设置且传动连接,所述切割组件有两个,两个切割组件对称设置;
所述进料机构包括第二壳体(15)以及设置在第二壳体(15)内的第二电机(16)、第一螺杆(17)、支板(18)、第一限位环(19)、止逆环(20)和第二限位环(21),所述第二壳体(15)的形状为圆柱体,所述第二壳体(15)水平设置,所述第二壳体(15)的一端穿过第一进料口(3)伸入加热块(1)内,所述第二壳体(15)的一端设有开口,所述第二壳体(15)通过开口与加热块(1)连通,所述支板(18)的形状为圆盘形,所述支板(18)的周缘与第二壳体(15)的内壁抵靠,所述支板(18)与第二壳体(15)滑动连接,所述第二电机(16)设置在支板(18)上,所述第二电机(16)的输出轴与支板(18)同轴设置且滑动连接,所述第一螺杆(17)与第二壳体(15)匹配,所述第一螺杆(17)的一端与第二电机(16)的输出轴同轴设置且传动连接,所述第一螺杆(17)的另一端位于加热块(1)内且依次套设有第一限位环(19)、止逆环(20)和第二限位环(21),所述第一限位环(19)的外径小于第二壳体(15)的内径,所述止逆环(20)的外径等于第二壳体(15)的内径,所述止逆环(20)的内径大于第一螺杆(17)的直径,所述止逆环(20)与第二壳体(15)的内壁滑动连接,所述第一限位环(19)和第二限位环(21)的外径均大于止逆环(20)的内径,所述第二壳体(15)的上端设有第四进料口(22),所述第四进料口(22)与第三出料口(11)连通;
所述疏通机构包括第三电机(23)和第二螺杆(24),所述第三电机(23)设置在加热块(1)的顶部,所述第三电机(23)的输出轴竖直向下设置,所述第三电机(23)的输出轴与第二螺杆(24)同轴设置且传动连接,所述第二螺杆(24)的一端穿过加热块(1)伸入第二通道(8)内。
2.如权利要求1所述的螺杆进料式3D打印头,其特征在于,所述第二壳体(15)上套设有水冷块(25),所述水冷块(25)内设有水冷通道,所述第一壳体(9)的一侧设有水箱(26),所述水箱(26)的底部设有水泵(27),所述水泵(27)与水箱(26)连通,所述水冷通道的一端与水泵(27)连通,所述水冷通道的另一端与水箱(26)连通。
3.如权利要求2所述的螺杆进料式3D打印头,其特征在于,所述水冷块(25)上均匀设有若干翅片。
4.如权利要求3所述的螺杆进料式3D打印头,其特征在于,所述水冷块(25)的制作材料为铜。
5.如权利要求4所述的螺杆进料式3D打印头,其特征在于,所述翅片的制作材料为铝合金。
6.如权利要求1所述的螺杆进料式3D打印头,其特征在于,所述喷嘴(2)上设有温度传感器(28)。
7.如权利要求6所述的螺杆进料式3D打印头,其特征在于,所述温度传感器(28)为热电偶温度传感器。
8.如权利要求1所述的螺杆进料式3D打印头,其特征在于,所述第二壳体(15)的内壁设有力传感器(29),所述支板(18)的一侧通过弹簧(30)与力传感器(29)连接,所述第二电机(16)和第三电机(23)均与力传感器(29)电连接,所述弹簧(30)水平设置,所述弹簧(30)和第一螺杆(17)分别位于支板(18)的两侧。
9.如权利要求1所述的螺杆进料式3D打印头,其特征在于,所述喷嘴(2)的制作材料为铜。
10.如权利要求1所述的螺杆进料式3D打印头,其特征在于,所述第一电机(14)、第二电机(16)和第三电机(23)均为伺服电机。
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