CN107336435A - 一种使用热塑性高分子材料的3d打印机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种使用热塑性高分子材料的3D打印机，包括机架，机架上设置有控制系统和打印机头，打印机头包括料筒，料筒的一端设置有进料口，料筒的另一端设置有喷嘴，料筒内从进料口至喷嘴之间依次设置有进料螺杆和挤出螺杆，进料螺杆连接有进料伺服电机，挤出螺杆连接挤出伺服电机，料筒内在靠近喷嘴的位置设置有加热装置，料筒外壁在靠近喷嘴的位置连接有激光加热装置，机架在打印机头的下方设置三维平台移动单元，进料伺服电机、挤出伺服电机和三维平台移动单元均连接控制系统。可加工绝大多数热塑性塑料的3D打印机，大大扩展了三维打印耗材的种类，特别是热塑性弹性体的成型打印，推动了3D打印的发展。

Description

一种使用热塑性高分子材料的3D打印机

技术领域

本发明涉及3D打印机技术领域，具体来说，涉及一种使用热塑性高分子材料的3D打印机。

背景技术

3D打印作为无模成型的代表，是快速成型技术的一种，它以数字模型文件为基础，通过逐层打印的方式来构造物体。目前3D打印机技术主要有熔融沉积、光固化技术、三维粉末粘接技术和选择性激光烧结工艺等。

3D打印技术已在众多的领域得到应用，但三维打印技术仍存在一些问题有待解决，其中3D打印材料种类的不足就是一个重要的问题。目前3D打印材料主要有ABS、PLA系列材料、光敏树脂材料、蜡质材料、尼龙系列材料、高性能复合石膏材料等。由于3D打印设备的限制，单系列材料只能在一种打印机上使用，而且打印设备对于材料的性能有一定的要求，致使研发出的可打印耗材与已广泛应用的塑料材料种类相比还非常稀少。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种使用热塑性高分子材料的3D打印机，可加工绝大多数热塑性高分子材料。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种使用热塑性高分子材料的3D打印机，包括机架，所述机架上设置有控制系统和打印机头，所述打印机头包括料筒，所述料筒的一端设置有进料口，所述料筒的另一端设置有喷嘴，所述料筒内从所述进料口至所述喷嘴之间依次设置有进料螺杆和挤出螺杆，所述进料螺杆连接有进料伺服电机，所述挤出螺杆连接挤出伺服电机，所述料筒内在靠近所述喷嘴的位置设置有加热装置，所述料筒外壁在靠近所述喷嘴的位置连接有激光加热装置，所述机架在所述打印机头的下方设置三维平台移动单元，所述三维平台移动单元包括基板和以及位于所述基板下方的台面，所述基板和台面之间设置有X向运动机构和Y向运动机构，所述台面连接Z向运动机构，所述进料伺服电机、挤出伺服电机和三维平台移动单元均连接控制系统。

进一步地，所述进料口处设置有搅拌机构，所述搅拌机构包括搅拌电机和转子，所述搅拌电机通过第三联轴器连接所述转子。

进一步地，所述进料螺杆通过第一联轴器连接所述进料伺服电机。

进一步地，所述挤出螺杆通过第二联轴器连接所述挤出伺服电机。

进一步地，所述料筒与所述进料伺服电机之间设置有第一隔热板。

进一步地，所述料筒与所述挤出伺服电机之间设置有第二隔热板。

本发明的有益效果：可加工绝大多数热塑性塑料的3D打印机，通过将热塑性塑料均匀进料、输送、熔融并且定量挤出，通过三维平台移动单元作为沉积成型平台实现物料的精确堆积，大大扩展了三维打印耗材的种类，特别是热塑性弹性体的成型打印，推动了3D打印的发展。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例所述的使用热塑性高分子材料的3D打印机的结构示意图；

图2是根据本发明实施例所述的打印机头的剖视图。

图中：

1、机架；2、控制系统；3、挤出伺服电机；4、料筒；5、进料伺服电机；6、基板；7、X向运动机构；8、Y向运动机构；9、Z向运动机构；10、第二隔热板；11、第二联轴器；12、挤出螺杆；13、加热装置；14、喷嘴；15、进料螺杆；16、第一联轴器；17、第一隔热板；18、进料口；19、第三联轴器；20、转子；21、搅拌电机；22、激光加热装置。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-2所示，根据本发明实施例所述的一种使用热塑性高分子材料的3D打印机，包括机架1，所述机架1上设置有控制系统2和打印机头，所述打印机头包括料筒4，所述料筒4的一端设置有进料口18，所述料筒4的另一端设置有喷嘴14，所述料筒4内从所述进料口18至所述喷嘴14之间依次设置有进料螺杆15和挤出螺杆12，所述进料螺杆15连接有进料伺服电机5，所述挤出螺杆12连接挤出伺服电机3，所述料筒4内在靠近所述喷嘴14的位置设置有加热装置13，所述料筒4外壁在靠近所述喷嘴14的位置连接有激光加热装置22，所述机架1在所述打印机头的下方设置三维平台移动单元，所述三维平台移动单元包括基板6和以及位于所述基板6下方的台面，所述基板6和台面之间设置有X向运动机构7和Y向运动机构8，所述台面连接Z向运动机构9，所述进料伺服电机5、挤出伺服电机3和三维平台移动单元均连接控制系统2。

在本发明的一个具体实施例中，所述进料口18处设置有搅拌机构，所述搅拌机构包括搅拌电机21和转子20，所述搅拌电机21通过第三联轴器19连接所述转子20。

在本发明的一个具体实施例中，所述进料螺杆15通过第一联轴器16连接所述进料伺服电机5。

在本发明的一个具体实施例中，所述挤出螺杆12通过第二联轴器11连接所述挤出伺服电机3。

在本发明的一个具体实施例中，所述料筒4与所述进料伺服电机5之间设置有第一隔热板17。

在本发明的一个具体实施例中，所述料筒4与所述挤出伺服电机3之间设置有第二隔热板10。

为了方便理解本发明的上述技术方案，以下通过具体使用方式上对本发明的上述技术方案进行详细说明。

本发明所述的使用热塑性高分子材料的3D打印机，由进料输送单元、熔融挤出单元、三维平台移动单元、控制系统2和机架1构成。其中，进料输送单元主要包括进料伺服电机5、第一隔热板17、第一联轴器16、进料螺杆15、进料口18、第三联轴器19、转子20和搅拌电机21；其中，熔融挤出单元主要包括挤出伺服电机3、第二隔热板10、第二联轴器11、挤出螺杆12、加热装置13和喷嘴14，加热装置13可采用电热丝等常规加热件；其中，三维平台移动单元主要包括基板6、X向运动机构7、Y向运动机构8和Z向运动机构9，X向运动机构7和Y向运动机构8共同构成十字滑台，Z向运动机构9采用滚珠丝杠螺母副；其中，控制系统2由线路、传感器等构成，保证将三维模型准确无误的打印出来。

进料输送单元包括进料伺服电机5、第一隔热板17、第一联轴器16、进料螺杆15、进料口18、第三联轴器19、转子20和搅拌电机21。其中进料伺服电机5可精确控制转速，通过第一联轴器16与进料螺杆15连接控制进料螺杆15的转速，保证物料在料筒4内均匀定量前进；其中第一隔热板17能够阻隔热量，避免料筒4的热量传导从而烧坏进料伺服电机5，进料口18可直接倒入一定量的高分子粒料，方便定量管理以及清洁卫生；其中进料口与料筒4相贯通，能够将粒料直接输送到机筒内部；其中进料口18处设有转子20，设备运行时，转子20不断转动，防止物料在加料口架桥和阻塞。

熔融挤出单元包括挤出伺服电机3、第二隔热板10、第二联轴器11、挤出螺杆12、加热装置13和喷嘴14。其中挤出伺服电机3可精确控制转速，通过控制挤出螺杆12的转速，保证由进料输送单元输送过来的物料在料筒4内熔融塑化；其中第二联轴器11将挤出螺杆12与伺服电机3固定在一起；其中加热装置13对物料进行加热，保证物料熔融并均匀流动至喷嘴14处挤出；其中第二隔热板10能够阻隔热量，避免料筒4的热量往上传导烧坏挤出伺服电机3；其中熔融的丝状物料通过喷嘴14挤出;其中喷嘴14处设有激光加热装置22，随打印机头同步运动，用于对已打印层进行加热，保证各层之间的粘接，提高强度；其中挤出螺杆12与进料螺杆15相比较更短、更细，利于物料的精密定量挤出。

三维平台移动单元包括加热系统、基板6、X向运动机构7、Y向运动机构8、Z向运动机构9。三维平台移动单元上方设置打印机头，打印机头可以是一个也可以是多个，其中，基板6上堆积熔丝成型最终制品；其中基板6在 X向运动机构7和 Y向运动机构8的带动下，实现XY方向运动，XY方向运动的运动精度直接影响每层截面的形状和位置精度；Z向运动机构9的主要功能是带动基板6和成型制品沿竖直方向移动，Z向运动机构9需要有较大的驱动力，需具有自锁功能；其中加热系统对基板6进行加热，保证制品和基板6的粘接，加热系统可以采用电加热器、电热丝等。

控制系统可对各单元部件进行控制，将三维模型信息转变为物料的定量挤出和三维平台移动单元的定向移动。控制系统采用闭环反馈调节，保证出料和运动的准确性，提高3D打印制品的精度。

具体使用时，热塑性塑料从入料口18加入料筒4中，搅拌电机21带动转子20不断转动，防止物料架桥堵塞；加料伺服电机5通过第一联轴器16带动进料螺杆15旋转，使加入的物料定量均匀的前进；物料进入熔融挤出单元，挤出伺服电机3带动挤出螺杆12转动，将物料熔融塑化，通过喷嘴14将物料挤出；加热装置13升温后根据材料物性保证一定的温度，使物料充分熔融，保持最佳的流动性；第一隔热板17、第二隔热板10用于防止料筒4的热量传导烧坏伺服电机；丝料从喷嘴14挤出后粘接在基板6上，基板由加热系统加热，保证中制品的稳定性；丝料挤出的瞬间，基板6在X向运动机构7和Y向运动机构8的带动下做XY方向运动，进行第一层的打印；第一层打印完毕后，基板6在Z向运动机构9的带动下，沿Z轴向下运动，完成Z向进给后停止，激光加热器22打开，对前一层进行加热，基板6再由X向运动机构7和Y向运动机构8的带动下做XY方向运动，完成第二层打印，以此类推，直至完成整个制品的打印。

综上，借助于本发明的上述技术方案，可加工绝大多数热塑性塑料的3D打印机，通过将热塑性塑料均匀进料、输送、熔融并且定量挤出，通过三维平台移动单元作为沉积成型平台实现物料的精确堆积，大大扩展了三维打印耗材的种类，特别是热塑性弹性体的成型打印，推动了3D打印的发展。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种使用热塑性高分子材料的3D打印机，包括机架（1），所述机架（1）上设置有控制系统（2）和打印机头，其特征在于，所述打印机头包括料筒（4），所述料筒（4）的一端设置有进料口（18），所述料筒（4）的另一端设置有喷嘴（14），所述料筒（4）内从所述进料口（18）至所述喷嘴（14）之间依次设置有进料螺杆（15）和挤出螺杆（12），所述进料螺杆（15）连接有进料伺服电机（5），所述挤出螺杆（12）连接挤出伺服电机（3），所述料筒（4）内在靠近所述喷嘴（14）的位置设置有加热装置（13），所述料筒（4）外壁在靠近所述喷嘴（14）的位置连接有激光加热装置（22），所述机架（1）在所述打印机头的下方设置三维平台移动单元，所述三维平台移动单元包括基板（6）和以及位于所述基板（6）下方的台面，所述基板（6）和台面之间设置有X向运动机构（7）和Y向运动机构（8），所述台面连接Z向运动机构（9），所述进料伺服电机（5）、挤出伺服电机（3）和三维平台移动单元均连接控制系统（2）。

2.根据权利要求1所述的使用热塑性高分子材料的3D打印机，其特征在于，所述进料口（18）处设置有搅拌机构，所述搅拌机构包括搅拌电机（21）和转子（20），所述搅拌电机（21）通过第三联轴器（19）连接所述转子（20）。

3.根据权利要求1所述的使用热塑性高分子材料的3D打印机，其特征在于，所述进料螺杆（15）通过第一联轴器（16）连接所述进料伺服电机（5）。

4.根据权利要求1所述的使用热塑性高分子材料的3D打印机，其特征在于，所述挤出螺杆（12）通过第二联轴器（11）连接所述挤出伺服电机（3）。

5.根据权利要求1所述的使用热塑性高分子材料的3D打印机，其特征在于，所述料筒（4）与所述进料伺服电机（5）之间设置有第一隔热板（17）。

6.根据权利要求1所述的使用热塑性高分子材料的3D打印机，其特征在于，所述料筒（4）与所述挤出伺服电机（3）之间设置有第二隔热板（10）。