CN106863774A - 一种混色打印微型挤出喷头 - Google Patents

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聂明争
范勤
余震
王雄
李知存
霍同乾
程俊
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Wuhan University of Science and Technology WHUST
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Abstract

本发明公开了一种混色打印微型挤出喷头，包括料筒、螺杆、喷嘴、加热装置、轴承座、进料装置、以及驱动电机，所述螺杆设于料筒内，喷嘴设于料筒前端，料筒尾端与轴承座固定相连，轴承座尾端与驱动电机固定相连，料筒内螺杆尾端的轴通过轴承安装在轴承座内，螺杆的轴与驱动电机输出轴固定相连，所述进料装置包括至少两根料丝通道，所述多根料丝通道对称分布的设于料筒尾端，所述加热装置设于料筒上，用于给料筒内物料加热。本装置将进料、塑化及挤出通过一个螺杆的搅拌作用来实现，并且能够将两种或更多热塑性材料能够进行充分的混合与混色，实现了结构简单、能耗低的混合打印。

Description

一种混色打印微型挤出喷头
技术领域
本专利涉及3D打印技术领域，涉及一种打印微型挤出喷头，具体涉及一种混色打印微型挤出喷头。
背景技术
熔融沉积成型技术是快速成型技术的一种。这种工艺技术是将丝状材料例如热塑性塑料、金属或者蜡的熔丝从被加热的喷嘴中挤出，根据成型件每一层的预设轨迹，以一定的速率进行熔体沉积制造。每打印完成一层，工作台就下降一个层厚或者喷头上升一个层厚进行叠加沉积新的一层，重复进行此过程最终实现零件的沉积成型。
熔融沉积成型过程最关键的结构就是喷头部分，其机械结构的设计合理性直接关系到成型过程能否顺利进行，同时也对成型零件的表面质量有很大的影响。
现有的喷头结构主要分为两种，一种是柱塞式，一种是螺杆式。其中它们都采用的是先进料后加热的方式，热塑性材料在通过喉管直至喷出的过程中，加热块使其融化并产生相变，相变过程中进丝压力会急剧下降，导致喷头喷丝出现断层，或者由于加热温度不稳定的因素影响，热塑性材料受热相变不均匀，导致喷头容易堵丝或者喷出来的丝料参差不齐，影响打印产品的表面粗糙度。同时现有的混色打印喷头多采用的是双进双出式结构，该种结构不仅会增加喷头重量，影响打印效率及效果。也有些混色打印喷头采用双进单出柱塞式结构，该种结构虽然能够大大减轻喷头重量，但是却难以达到混色打印的效果，因为热塑性料丝在挤出过程中不能进行充分的混合搅拌。
发明内容
本专利的目的就是为了克服上述技术上的缺陷，先预热，使热塑性料丝转变为融化状态，同时在螺杆的搅拌作用下，使热塑性料丝进行充分的混合与混色，在电磁加热圈的持续作用下转变为熔融状态，最后由喷嘴处挤出。
为达到上述目的，本专利的技术实现方案如下：
一种混色打印微型挤出喷头，其特征在于：包括料筒、螺杆、喷嘴、加热装置、轴承座、进料装置、以及驱动电机，所述螺杆设于料筒内，喷嘴设于料筒前端，料筒尾端与轴承座固定相连，轴承座尾端与驱动电机固定相连，料筒内螺杆尾端的轴通过轴承安装在轴承座内，螺杆的轴与驱动电机输出轴固定相连，所述进料装置包括至少两根料丝通道，多根料丝通道对称分布的设于料筒尾端，所述加热装置设于料筒上，用于给料筒内物料加热。
作为改进，所述喷嘴为锥形喷嘴，所述螺杆前端设有与喷嘴内锥形相匹配的锥形头。
作为改进，所述每一根料丝通道上设有一个预加热装置。
作为改进，所述加热装置和预加热装置均为电磁加热器。
作为改进，所述用于安装螺杆尾端的轴与轴承座的轴承有两个，两个轴承分别位于轴承座的前后端。
作为改进，所述喷嘴与料筒之间通过螺纹可拆卸的相连。
作为改进，所述加热装置设于料筒中下部位置，便于为料筒提供更好的加热效果。
作为改进，所述料丝通道有2-4个，每个料丝通道用于进一种颜色物料，实现混色打印。
本发明的工作原理为：送料机构首先把热塑性料丝送往柱塞式的料丝通道中，由于料丝通道外侧安装有预加热装置，因此可用于热塑性料丝的预热软化，以便顺利地送入料筒中。两种或多种不同颜色处于软化状态的热塑性料丝在螺杆的剪切搅拌作用下进行充分的熔融混合与混色。在螺杆的旋转作用下，融化状态的热塑性料丝连续稳定的被输送到靠近喷嘴的一端，同时设置在料筒外的加热装置为料筒内热塑性料丝的熔融提供稳定的热源，然后在螺杆前段锥形头挤出压力的作用下，均匀顺畅的由喷嘴处挤出。
本发明有益效果是：
本发明采用了螺杆式与柱塞式相结合的方式，利用热塑性料丝的未融化部分当柱塞，推进料丝前进，并完成料丝自身的融化，当融化状态的热塑性料丝进入螺杆式料筒后，由螺杆进行加压，由喷嘴挤出。因此，本发明在保证热塑性料丝能够稳定的进料与融化的同时，能用较低的送料推力将热塑性料丝送入料筒，并通过螺杆实现对熔融状态的热塑性料丝的增压挤出，可以适用于各种微型喷头的熔体连续挤出，使得喷头的工作稳定可靠。
附图说明
图1为本发明实施例1结构示意图。
图2为本发明实施例1俯视图。
图3为本发明实施例2俯视图。
图4为本发明实施例3俯视图。
附图标记，1-驱动电机，2-电机端盖，3-圆螺母，4-热塑性料丝，5-轴承座，6a预加热装置，6b-加热装置，7-料丝通道，8-螺杆，9-料筒，10-喷嘴，11a、11b-轴承
具体实施方式
下面结合附图对本专利作进一步的说明：
实施例1，
如图1和图2所示，一种双料丝通道的混色打印微型挤出喷头，包括驱动电机1，电机端盖2，圆螺母3，热塑性料丝4，轴承座5，加热装置6a，预加热装置6b，料丝通道7，螺杆8，料筒9，喷嘴10，轴承11a、11b。其中喷嘴10为锥形喷嘴，喷嘴10与料筒9之间采用内螺纹连接，料筒9的外侧安装有加热装置6b，所述加热装置6b为电磁加热器，料筒9的内安装一个用于挤出物料的螺杆8，其中螺杆8尾端是一个轴结构，螺杆8尾端的轴通过前后两个轴承11a、11b安装在轴承座5上，螺杆8的中间部分是用于挤出塑化的螺纹结构，用于热塑性料丝4的搅拌、熔融与混合，螺杆8前端设有锥形头，锥形头的形状与锥形喷嘴相配合，便于熔融状态的热塑性料丝4在其挤压作用下能够均匀顺畅的由喷嘴10处挤出。
本实施例中，料丝通道7外设有预加热装置6a，预加热装置6a也是一个磁加热器，热塑性料丝4在料丝通道7中被预加热装置6a加热软化，通过螺杆8上螺纹旋转产生的推进力实现热塑性料丝4源源不断的进料，由于柱塞式的料丝通道7外的预加热装置6a加热而使热塑性料丝4逐步软化熔融。热塑性料丝4被继续推进，没有熔融的部分起到柱塞的作用，把熔融的热塑性料丝4拉入料筒9中，料筒9外侧的加热装置6b提供可保持塑料处于熔融状态所需的热量，驱动电机1带动螺杆8旋转，螺杆8起到输送熔体和增压以及混合搅拌的作用，最后把送入料筒9的熔融热塑性料丝从喷嘴10挤出。在设计螺杆时，其螺纹段的长度可根据热塑性料丝4的性能而改变其长短，以保证熔体的热历程在许可范围内。该装置可通过控制熔体的体积流量，实现熔融沉积快速成型技术。
本实施例中喷嘴10通过螺纹与料筒9主体前端连接，喷嘴10是可更换拆卸的，可根据实际需要对挤出熔融料的直径做调整，即可根据需要更换不同规格的喷嘴。
柱塞式的料丝通道7与料筒9制造成一体式结构，也可设计为分体式结构，这样可以方便加工。
本实施例中，轴承座5处采用了两组轴承11a、11b连接，能够有效避免螺杆8转动过程中可能出现的径向跳动问题，同时通过圆螺母3将电机端盖2固定在轴承座5上，可以解决螺杆8的轴向窜动问题。
实施例2
实施例2与实施例1其他结构一样，区别在于，实施例2料丝通道7有三个(如图3所示)以便实现三种热塑性物料混合打印，由于一般色彩采用RGB三色原理，所以更常见的是采用三个料丝通道7，每个料丝通道7进一种颜色热塑性物料，可以实现任意颜色配比。
实施例3
实施例3与实施例1其他结构一样，区别在于，实施例3料丝通道7有四个(如图4所示)以便实现四种热塑性物料混合打印，适合多种性能的和颜色的热塑性物料混合打印，本实施3中的四个料丝通道7还可将其中一个或两个作为备用料丝通道7，以防止其他料丝通道7堵塞情况下使用。
为了解决不同颜色或种类热塑性物料的进料配比问题，可采用在料筒尾端周围设置一圈大小不同的料丝通道7，使用时，采用不同直径的热塑性料丝4，通过热塑性料丝4直径选择来选择进料速度和配比。
本专利相对于现有技术而言，能用较小的送料推力将热塑性料丝送入料筒，在保证料丝能够稳定进料与塑化的同时，能通过微型螺杆实现对熔体的增压挤出以及搅拌，能适用于各种微型喷头的熔体连续挤出，使得喷头的工作稳定可靠。

Claims (8)

1.一种混色打印微型挤出喷头，其特征在于：包括料筒、螺杆、喷嘴、加热装置、轴承座、进料装置、以及驱动电机，所述螺杆设于料筒内，喷嘴设于料筒前端，料筒尾端与轴承座固定相连，轴承座尾端与驱动电机固定相连，料筒内螺杆尾端的轴通过轴承安装在轴承座内，螺杆的轴与驱动电机输出轴固定相连，所述进料装置包括至少两根料丝通道，多根料丝通道对称分布的设于料筒尾端，所述加热装置设于料筒上，用于给料筒内物料加热。
2.根据权利要求1所述一种混色打印微型挤出喷头，其特征在于：所述喷嘴为锥形喷嘴，所述螺杆前端设有与喷嘴内锥形相匹配的锥形头。
3.根据权利要求2所述一种混色打印微型挤出喷头，其特征在于：所述每一根料丝通道上设有一个预加热装置。
4.根据权利要求3所述一种混色打印微型挤出喷头，其特征在于：所述加热装置和预加热装置均为电磁加热器。
5.根据权利要求3所述一种混色打印微型挤出喷头，其特征在于：所述用于安装螺杆尾端的轴与轴承座的轴承有两个，两个轴承分别位于轴承座的前后端。
6.根据权利要求1所述一种混色打印微型挤出喷头，其特征在于：所述喷嘴与料筒之间通过螺纹可拆卸的相连。
7.根据权利要求1所述一种混色打印微型挤出喷头，其特征在于：所述加热装置设于料筒中下部位置。
8.根据权利要求1至7任意一项所述一种混色打印微型挤出喷头，其特征在于：所述料丝通道有2-4个，每个料丝通道用于进一种颜色物料，实现混色打印。
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