CN106903875A - 一种3d打印用小型螺杆塑化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种3D打印用小型螺杆塑化装置，包括用于给挤出螺杆送料的进料机构，进料机构包括位于送料扇弹簧上方的送料扇，送料扇包括三片均匀分布在回转座上的弧形扇叶，弧形扇叶两端的喂料边缘弧线异面，弧形扇叶由回转座向外沿喂料边缘弧线依次为内凹的强化吃料推送区、平坦过渡回压区以及外凸的完成物料输送的推送区，本发明采用了合理的进料装置和散热装置，同时缩短了融熔速率，提高了生产效率，在加热块的辅助下熔料导杆能将物料熔融并且连续喷出，能够将热量及时的散出从而避免了熔融物料温度过高，提高了成品的使用性能，该弧形扇叶提高了物料传输效率和生产效率，避免物料在输送过程中出现向中心轴聚集造成在塑化螺杆起始段堆积的现象。

Description

一种3D打印用小型螺杆塑化装置

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域,特别是3D打印用小型螺杆塑化装置。

技术背景

3D打印技术是根据已经设计好的CAD模型，通过3D打印设备来一层层的增加产品的厚度最终获得需要的制品。目前3D打印技术能够打印的原材料按形状可分为：丝状材料、液态材料、颗粒材料。现有的3D打印技术存在的不足之处是：1.对材料的形状有一定的要求，例如熔融沉积型3D打印只能加工丝状材料。2.现有的3D打印设备依靠驱动轮进行熔融，影响了打印速度，降低了生产效率。3.对材料形状的限制使得3D打印机不能两用或多用，进而增加了制造成本；CN201511007878.9公开了一种智能化3d打印用线材物料塑化单线生产装置，包括挤出成型机、冷却机构等，其中，挤出成型机包括机座、马达、挤压螺杆、料筒、模头、加热件、料筒及控制器；马达安装于机座上，挤压螺杆与马达的输出轴连接、料筒安装于机座且呈中空结构，中空结构形成挤压腔，挤压螺杆横向设置于挤压腔内，加热件安装于料筒上对挤压腔进行加热，料斗安装于机座上并位于料筒上方；冷却机构对线材进行冷却定型。但该螺杆塑化装置喂料速率较慢，其在喂料时传送各种形状物料的能力较差，主要是喂料结构不能有效输送，导致物料传输较慢，从而影响生产效率。201210562904.4提供这样一种叶片送料装置，包括机、安装在机架顶板上的底板、安装在底板上的送料板、位于送料板上方且铰接在底板上并设有料槽的料箱、安装在底板左右两端使料箱处于竖直状态的夹紧机构、安装在料箱上用于防止料箱处于竖直状态时料槽内的叶片下落的挡料机构、与机架顶板连接使下落至送料板上的叶片沿料槽竖直往上顶以便挡料机构将叶片挡住的顶出机构、安装在机架顶板上将下落至送料板上的叶片水平推出的推料机构、安装在送料板上用于检验叶片是否被推出的接近开关；料槽开设在料箱的背面且沿料箱的长度方向延伸并贯穿料箱的下端；挡料机构的挡杆、顶出机构的顶杆、推料机构的推杆以及接近开关在数量上均与料槽相同且形成一一对应设置。可使叶片按量送出，以便按量安装在机油泵泵体转子内的叶片送料装置。201310669032公开了一种叶片送料装置的制作方法，送料装置包括送料槽、夹料板和推料气缸，在送料槽的槽内制作有可以在槽内前后滑动的推料块，推料块通过吊绳与重力块相连接，在送料槽的槽口处安装有夹料板，在夹料板和送料槽之间形成能让叶片向前滑动输送的型槽，在型槽的一侧制作有推料板，推料板与推料气缸相连接，利用重力块拉动推料块并将叶片向前推动，当叶片到达夹料板和送料槽之间形成的型槽时，推料气缸带动推料板推动叶片向型槽的另一方向移动；本发明与现有技术相比，本发明不仅具有结构简单，操作方便的优点，而且设计巧妙、安全可靠、设备成本低、依靠机械设备进行送料、能提高工作效率、节省人力物力、具有较高的使用价值等优点。201210202622.3涉及一种送料装置，包括储料槽，所述储料槽连接有输送装置，所述输送装置包括送料筒，所述送料筒内设置有转轴，所述转轴上设置有螺旋叶片，所述送料筒上设置有出料管，所述出料管连接有引风机；送料筒上设置有出料管，出料管连接有引风机，通过引风机进行吸风，实现物料的输送，能够有效的降低物料中的水分，减少粉末，散热效果好，不容易发生堵塞，大大提高了生产效率，降低了生产成本。本送料装置结构小巧，能够有效提高产品的质量，实现了成本费用的有效控制。201610506861.6涉及一种，包括储料槽，所述储料槽连接有输送装置，所述输送装置包括送料筒，所述送料筒内设置有转轴，所述转轴上设置有螺旋叶片，所述送料筒上设置有出料管，所述出料管连接有引风机；送料筒上设置有出料管，出料管连接有引风机，通过引风机进行吸风，实现物料的输送，能够有效的降低物料中的水分，减少粉末，散热效果好，不容易发生堵塞，大大提高了生产效率，降低了生产成本。本送料装置结构小巧，能够有效提高产品的质量，实现了成本费用的有效控制。201410274650.5公开一种叶轮插片的送料装置，具有送料口和出料口，其特征在于：还包括有料盒和可驱动叶片脱出料盒的第一驱动机构；所述的第一驱动机构包括有第一气缸、连杆、转轴、第二气缸和推块，连杆的两端分别连接第一气缸的活塞杆和转轴的一端，第一气缸的活塞杆和连杆的一端可活动铰接相连，转轴的一端和连杆的另一端固定相连，转轴设置于料盒的出料口下部，该转轴具有与叶片的轮廓相适配的圆弧面；推块位于转轴的下方，该推块具有与叶片的轮廓相适配的弧面导向台，第二气缸的活塞杆和推块相连。本发明的优点在于：采用转动取片的方式，保证了每次只能取出一个叶片，提高了叶片取料的精准性，实现了叶片的自动传送，提高了自动化操作程度，保证叶片在送料过程中的平稳和可靠。避免因为刚性碰撞引起叶片飞出的现象，保证叶片在送料过程中的平稳和可靠。201210477387.0公开一种双锥筒螺旋强制送料装置，由内锥筒、外锥筒、以及焊接在内锥筒与外锥筒之间的至少三个均匀分布的螺旋叶片组成，所述内锥筒的进料端面位于外锥筒的进料端面与外锥筒的出料端之间。双锥筒螺旋强制送料装置可以强制输送物料与固体热载体，使物料与固体热载体在喂料、出料螺旋空间内迅速进出而不滞返，双锥筒螺旋强制送料装置中的螺旋叶片随回转筒体旋转，产生的推动力可有效改善回转式干馏机喂料、出料时发生的堆积、滞返情况。201510903654.X公开了一种包馅机馅料送料装置。它包括料斗和连接在料斗出口端的皮馅壳体，料斗内设置有绞龙，皮馅壳体内设置有推料叶片，绞龙的输入端连接有一台一号电机，推料叶片的输入端连接有一台二号电机，绞龙和推料叶片分别在一号电机和二号电机的驱动下完成送料和推料动作。采用上述的结构后，由于绞龙和叶片各自通过一台电机驱动，由此可以调节各自的转速，通过转速的调节使馅料向皮馅壳体内的输送量和皮馅壳体向外的输送量相当，避免了传统结构中原料在料斗中的翻滚、挤压，同时绞龙和推料叶片相互垂直的设置关系，避免了传统结构中馅料流动方向有一个下坡后再爬坡的过程，由此保证了馅料的油份和口感在送料过程中不受破坏。201410138896.X发明为一种生物质燃料螺旋送料装置，包括螺旋送料组件壳体、转动轴、月形组件、驱动装置。其中在螺旋输送组件壳体上装有加料口，壳体内装有螺旋叶片和螺旋轴，月形组件是由月形板及支撑幅板组成后装在转动轴上构成月形板式锁料器，而进料口、出料口分别设置在月形组件壳体的上、下两端。为了提高密封性能，有效阻隔炉膛回火对送料机构的安全危害，设计时必须保证加料口与进料口之间的间距L大于螺旋叶片的节距S，月形板的开口尺寸大于进料口的直径。由于在结构设计上采取了多重安全措施，从而工作过程中能有效隔绝高温烟气，不会窜入料仓，达到安全、可靠的目的。本发明可广泛应用在生物质锅炉上作为防回火的送料装置使用。201410468489.5公开了一种酯化反应釜的送料装置，包括电机、醇进料口、PET瓶片入料口、进料斗、电加热片、螺旋叶片、螺杆叶片、螺杆、反转接头、出料口、底座、机筒、电机和搅拌桨，所述进料斗为筒状结构，进料斗的侧部设有醇进料口和PET瓶片入料口，进料斗的顶部装有电机，电机接有搅拌桨，进料斗安装在机筒的一端，机筒中设置有螺杆，机筒的一端连接有反转接头，所述反转接头带动机筒与螺杆相反转动电机和搅拌桨对醇进料口和PET瓶片入料口的料提前混合，反转接头使机筒向螺杆反方向转动，螺旋叶片与螺杆叶片反方向旋转增加了料的充分混合和反应，电加热片缩短了酯化反应釜中醇解的时间。201410851548.7发明一种螺丝送料装置，包括底座、料斗、转动盘、直线送料槽及摆片结构；所述料斗设有倾斜的底部；所述倾斜底部的下端与所述转动盘连通；所述转动盘竖直设置在所述料斗的旁侧，且所述料斗与所述转动盘相邻的侧壁上开设有与所述转动盘直径相等的通孔；所述转动盘的内壁上沿周向均布设置有至少三个的弧形叶片；所述直线送料槽设置在所述料斗内的上部，且直线送料槽的进料端位于所述转动盘内；所述料斗相对转动盘的另一侧壁上，开设有供直线送料槽穿过的方孔；所述摆片结构设置在所述直线送料槽的正上方。本发明结构简单，有效地剔除螺丝头部朝向不符合要求的螺丝输送效率高，稳定性高，且降低了制造成本和工件加工成本。但以上现有技术没有修正物料运动方向，物料不均匀，物料因过早出现塑化而导致输送扇堵塞，物料在输送过程中出现向中心轴聚集造成物料在塑化螺杆起始段堆积。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种3D打印用小型螺杆塑化装置，该装置包括螺杆挤出机构、固定机构、传动机构、加热机构、散热机构、进料机构。

所述的螺杆挤出机构包括喷嘴、熔料导杆、储料筒，送料丝杆，送料丝杆的另一端与熔料导杆相连，喷嘴位于熔料导杆的下方。

固定机构包括顶部电机固定板、铝型材、固定喷嘴装置板、底部固定挡板，固定挡板，顶部电机固定挡板用于连接和固定减速机；铝型材、固定喷嘴装置板、底部固定装置板，固定挡板，固定挡板A用来对整体结构进行固定。

传动机构包括减速机、弹性联轴器，减速机是减速机42步进电机，通过顶部电机固定挡板与弹性联轴器进行连接，用来传递扭矩。

加热机构包括加热块；储料筒安放在加热块中，物料通过加热块加热后经过熔料导杆熔融在喷嘴中喷出。

散热机构包括FAN风扇，FAN风扇通过底部固定挡板和铝型材连接用来降温，3D打印用小型螺杆塑化装置的一系列连接可以增大散热面积及时的将产生的热量排出。

进料机构包括盖板弹簧、盖板A、送料扇、供料仓，弹簧导片，供料仓和送料丝杆连接。在送料扇上方为盖板A，弹簧导片和盖板弹簧。盖板A可以绕轴转动进行加料。

送料扇包括三片均匀分布在回转座上的弧形扇叶，弧形扇叶两端的喂料边缘弧线异面，弧形扇叶由回转座向外沿喂料边缘弧线依次为内凹的强化吃料推送区、平坦过渡回压区以及外凸的完成物料输送的推送区组成。

弧形扇叶外边缘线与圆形回转座边缘线同心，弧形扇叶的喂料边缘弧线由三段平滑过渡的圆弧组成，弧形扇叶的喂料边缘弧线覆盖区域为所述扇叶外边缘线与圆形回转座边缘线覆盖区域面积的1/3。

强化吃料推送区的边缘弧线是一段半径为22mm的圆弧，推送区的边缘弧线是一段半径为27mm的圆弧，强化吃料推送区的边缘弧线与推送区的边缘弧线平滑过渡。

本装置将棒状、颗粒状或粉末状材料通过可转动盖板A加入到供料仓内，在送料丝杆推送力的作用下材料将进入储料筒内加热，并在熔料导杆中熔融通过喷嘴喷出。一种3D打印用小型螺杆塑化装置克服了3D打印设备受材料形状的限制。在加热块的辅助下熔料导杆能将物料熔融并且连续喷出。本装置通过FAN风扇扇热，能够将热量及时的散出从而避免了熔融物料温度过高而影响成品的使用性能。并且采用了合理的进料装置和散热装置，采用本发明的弧线结构可以使物料输送时产生向前推动的力，使物料向出料方向运输速率更快，而且此种结构避免物料向扇叶回转座堆积，有利于螺杆吃料，很好的解决了打印设备受材料形状限制的问题，同时缩短了融熔速率，提高了3D打印物料的传输效率和生产效率。

附图说明

图1为3D打印用小型螺杆塑化装置二维结构示意图；

图2为3D打印用小型螺杆塑化装置三维外形示意图；

图3为3D打印用小型螺杆塑化装置的送料扇三维外形示意图；

图4为3D打印用小型螺杆塑化装置的弧形扇叶的喂料边缘弧线组成示意图；

1喷嘴，2熔料导杆，3储料筒,4送料丝杆，5加热块，6固定挡板，7供料仓，8送料扇，9弹簧导片，10盖板A，11盖板弹簧，12弹性连轴器,13顶部电机固定板,14减速机，15固定喷嘴装置板，16铝型材，17底部固定挡板，18FAN。

具体实施例

下面结合附图和具体实施例对本发明进行说明。

如图1，图2所示的3D打印用小型螺杆塑化装置，包括喷嘴1，熔料导杆2，储料筒3,送料丝杆4，加热块5，固定挡板6，供料仓7，送料扇8，弹簧导片9，盖板A 10，盖板弹簧11，弹性连轴器12,顶部电机固定板13,减速机14，固定喷嘴装置板15，铝型材16，底部固定挡板17，FAN 18。

喷嘴1用于将物料喷出，可根据需要更换不同形状和内径的喷嘴。熔料导杆2用来将物料熔融，其工作原理为熔料导杆2在加热块5的辅助下将物料熔融，通过喷嘴将物料喷出。储料筒3用于将来自供料仓7的物料存储。储料筒3位于加热块的内部，其优点在于储料筒3内物料能够受热均匀，避免冷料出现，固定挡板6能够连接储料筒3，加热块5以及供料仓7；供料仓7为整个装置供料，为了解决小型螺杆吃料困难这一问题，本发明利用减速机14提供动力通过送料扇8对物料施加一旋转力，促使物料顺利推进。顶部电机固定挡板13用来固定减速机14。弹簧导片9与盖板A 10和盖板弹簧11能够压紧供料仓舱门，防止物料流出。弹性连轴器12用于连接减速机14与送料丝杆4，固定喷嘴装置板15，铝型材16，底部固定挡板17起到固定作用。FAN 18主要是对熔融物料降温，防止物料温度过高而影响成品性能。

其中进料机构包括:盖板弹簧、盖板A、送料扇、供料仓，弹簧导片，挤出机构包括:喷嘴、熔料导杆、储料筒，送料丝杆。

如图3所示，送料扇包括三片均匀分布在回转座上的弧形扇叶，所述弧形扇叶两端的喂料边缘弧线异面，弧形扇叶由回转座向外沿喂料边缘弧线依次为内凹的强化吃料推送区、平坦过渡回压区以及外凸的完成物料输送的推送区组成。

弧形扇叶外边缘线与圆形回转座边缘线同心，所述弧形扇叶的喂料边缘弧线由三段平滑过渡的圆弧组成，弧形扇叶的喂料边缘弧线覆盖区域为所述扇叶外边缘线与圆形回转座边缘线覆盖区域面积的1/3。

如图4所示，强化吃料推送区的边缘弧线是一段半径为22mm的圆弧，推送区的边缘弧线是一段半径为27mm的圆弧，强化吃料推送区的边缘弧线与推送区的边缘弧线平滑过渡。

强化吃料推送区的边缘弧线是由一段半径为22mm的圆弧组成，该段圆弧直径小曲率大推送能力强，吃料能力强，有利于输送扇实现快速吃料并建立起物料输送需要的背压；其中所述的平坦过渡回压区的边缘弧线主要部分是连接前后两段圆弧的切线组成，由图示可以看出该区域的弧线可以向胶料提供与其运动方向相反的作用力，起到修正物料运动方向，保证物料均匀一致，避免物料因过早出现塑化而导致输送扇堵塞等问题，该段切线的设计对胶料具有向圆周方向离散输送的作用，避免物料在输送过程中出现向中心轴聚集造成物料在塑化螺杆起始段堆积的现象，该区域的设计可以有效改善物料的流动情况，提高了设备对不同种类、特性物料的适用性；推送区的边缘弧线由半径为27mm的圆弧组成，其设计可以保证物料均匀有序的进入塑化螺杆；弧形扇叶分成的强化吃料推送区、平坦过渡回压区以及完成物料输送的推送区采用此种弧线结构可以使物料输送时产生向前推动的力，使物料向出料方向运输速率更快，而且此种结构避免物料向扇叶回转座堆积，有利于螺杆吃料。

为进一步探究本螺旋叶面的进料性能，与普通螺旋叶片(双锥筒螺旋)，即无三段分型面的曲面，在同等条件下进行对比测试；即电机转矩0.5N/m,转速20r/min，本螺旋叶面出口温度200度，普通螺旋叶片出口温度190度，实验表明，当流速升高到一定速度时，出口温度升高范围不大，普通螺旋叶片主要面临的技术难题是挤出材料的流量较低，一般只有1cm³/s，在很大程度上降低了成型效率和成型速度，本发明采用本曲面螺旋叶片后，挤出材料的流量能够达到3cm³/s，不但提高了成型效率和成型速度，而且相比于普通螺旋叶片，送料过程更加稳定，压力波动变小，出丝直径的稳定性增加，出丝波动误差减小。采用本螺旋叶片，其特殊曲面能够增加送料过程中对胶料的剪切力，使物料在不同方向力的作用下搅拌，使胶料粘度有所降低，减少其在向前推动时流动时的阻力，使胶料混合的更加均匀。

上述3D打印用小型螺杆塑化装置包括以下步骤：

1.利用计算机三维软件绘制出三维模型；

2.使用切片软件对三维模型进行切片，进而生成零件的信息，然后转化为计算机能够识别的指令；

3.准备工作完成后，首先在加热块的作用下加热一段时间后再将物料由盖板A放入供料仓，按照计算机制定的路线打印我们所需要的产品。

以上实施方案仅用于说明而非限制本发明的技术方案。不脱离本发明精神的任何修改或局部替换，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种3D打印用小型螺杆塑化装置，包括螺杆挤出机构、固定机构、用于驱动螺杆挤出机构的传动机构、用于给螺杆挤出机构加热的加热机构、散热机构、用于给挤出螺杆送料的进料机构，所述进料机构包括与螺杆挤出机构的送料丝杠相连的供料仓、安装在供料仓和送料丝杆连接处的送料扇弹簧和弹簧导片、位于送料扇弹簧上方的送料扇、位于送料扇上方的盖板、盖板A和盖板弹簧，所述送料扇包括三片均匀分布在回转座上的弧形扇叶，其特征在于：所述弧形扇叶两端的喂料边缘弧线异面，弧形扇叶由回转座向外沿喂料边缘弧线依次为内凹的强化吃料推送区、平坦过渡回压区以及外凸的完成物料输送的推送区组成。

2.根据权利要求1所述的3D打印用小型螺杆塑化装置，其特征在于：所述弧形扇叶外边缘线与圆形回转座边缘线同心，所述弧形扇叶的喂料边缘弧线由三段平滑过渡的圆弧组成，弧形扇叶的喂料边缘弧线覆盖区域为所述扇叶外边缘线与圆形回转座边缘线覆盖区域面积的1/3。

3.根据权利要求2所述的3D打印用小型螺杆塑化装置，其特征在于：所述强化吃料推送区的边缘弧线是一段半径为22mm的圆弧，推送区的边缘弧线是一段半径为27mm的圆弧，强化吃料推送区的边缘弧线与推送区的边缘弧线平滑过渡。

4.根据权利要求1所述的3D打印用小型螺杆塑化装置,其特征在于：所述螺杆挤出机构包括储料筒、位于储料筒内的送料丝杠、通过加热机构与进料丝杠相连的熔料导杆、位于熔料导杆下方的喷嘴，所述喷嘴形状和内径由3D打印设备所需要打印的原材料形状和内径确定。

5.根据权利要求4所述的3D打印用小型螺杆塑化装置,其特征在于：所述加热机构包括加热块，储料筒安放在加热块中，物料通过加热块加热后经过熔料导杆熔融在喷嘴中喷出。

6.根据权利要求1所述的3D打印用小型螺杆塑化装置,其特征在于：所述固定机构包括顶部电机固定板、铝型材、固定喷嘴装置板、底部固定挡板，固定挡板，顶部电机固定挡板用于连接和固定减速机42步进电机，铝型材、固定喷嘴装置板、底部固定装置板，固定挡板，固定挡板A用来对整体结构进行固定。

7.根据权利要求1所述的3D打印用小型螺杆塑化装置,其特征在于：所述传动机构包括减速机、弹性联轴器，减速机、步进电机通过顶部电机固定挡板与弹性联轴器进行连接，用来传递扭矩。

8.根据权利要求1-7任一所述的3D打印用小型螺杆塑化装置,其特征在于：所述散热机构包括FAN风扇，FAN风扇通过底部固定挡板和铝型材连接用来降温，所述3D打印用小型螺杆塑化装置的一系列连接可以增大散热面积及时的将产生的热量排出。