CN107877845A - 反馈式3d打印机 - Google Patents

Abstract

本发明属于3D打印技术领域，本发明针对现有3D打印机存在不能利用多种原料、无法进行高压快速喷射打印的技术问题，提供了一种反馈式3D打印机，包括打印头和用于驱动打印头在三维空间移动的打印机本体；打印头包括：壳体，壳体内设有塑料材质的热熔部，热熔部内设有上大下小的圆台形的热熔腔，热熔部外包覆有电磁加热器，热熔腔的上方设有密封盖，密封盖上设置有泄压阀，热熔部的底部设有喷料口；搅拌轴，搅拌轴上设有螺旋状的搅拌叶，搅拌轴和搅拌叶的材质均为金属，搅拌轴上的搅拌叶的直径从上至下依次减小，搅拌叶可同时与热熔腔的内侧面接触，搅拌轴的顶部固设有驱动轴，密封盖上设有供驱动轴穿过的通孔，驱动轴上设有驱动齿。

Description

反馈式3D打印机

技术领域

本发明涉及3D打印领域，具体涉及一种反馈式3D打印机。

背景技术

3D打印技术是一种快速成型技术，它以数字模型文件为基础，运用金属，塑料，无机材料等，通过逐层打印的方式来构造物体。目前，以塑料为耗材的3D打印技术多采用熔融沉积方式(FDM技术)，即把丝状热熔型材料融化后，通过喷嘴挤出，沉积在一个平台上，通过材料的层层堆积最终形成物体。

但是由于丝状材料的限制，很难实现材料的多样性(即仅能使用丝状材料，不能使用粒状材料)，同样由于丝状材料的限制，材料挤出的压力是材料丝直接提供的(即仅依靠材料丝的直接推动出料，在打印机中没有对打印材料加压的部分)，在需要高压快速喷射时，受到极大的限制。

基于此，现在急需一种能够利用多种原料作为打印材料且能够进行高压快速喷射的3D打印机。

发明内容

本发明针对现有3D打印机存在不能利用多种原料、无法进行高压快速喷射打印的技术问题，提供了一种反馈式3D打印机。

本发明提供的基础方案为：反馈式3D打印机，包括打印头和用于驱动打印头在三维空间移动的打印机本体；

打印头包括：

壳体，壳体内设有塑料材质的热熔部，热熔部内设有上大下小的圆台形的热熔腔，热熔部外包覆有电磁加热器，热熔腔的上方设有密封盖，密封盖上设置有泄压阀，热熔部的底部设有喷料口；

搅拌轴，搅拌轴上设有螺旋状的搅拌叶，搅拌轴和搅拌叶的材质均为金属，搅拌轴上的搅拌叶的直径从上至下依次减小，搅拌叶可同时与热熔腔的内侧面接触，搅拌轴的顶部固设有驱动轴，密封盖上设有供驱动轴穿过的通孔，驱动轴上设有驱动齿，驱动齿与驱动轴滑动连接，驱动齿位于密封盖的上方，密封盖上设有驱动电机，驱动电机的转轴上设有与驱动齿啮合的转齿，密封盖上设置有进料口，进料口处设置有电磁阀；

电磁铁，电磁铁位于驱动轴的上方，电磁铁将驱动轴向上吸附；

喷嘴，喷嘴设置在喷料口处，喷嘴与热熔腔连通；

温度传感器，温度传感器设置在热熔腔上部；

控制器，控制器分别与温度传感器和电磁阀信号连接，控制器用于在温度传感器检测到有熔融物料靠近温度传感器导致(热熔腔上部或者说热熔腔内接近温度传感器的位置)温度升高后控制电磁阀关闭，控制器还用于在温度传感器检测到熔融物料与温度传感器分离后导致(热熔腔上部或者说热熔腔内接近温度传感器的位置)温度降低后控制电磁阀处于打开状态。

本发明的工作原理及优点在于：在使用时，先启动电磁铁，将驱动轴、搅拌轴向上吸附(或者说向上提起)，然后启动驱动电机，让搅拌轴开始转动，然后加入原料，启动电磁加热器。

热熔部为塑料材质的，且热熔部的外面包覆有电磁加热器，电磁加热器是利用电磁感应在柱体内产生涡流来给加热工件的，它把电能转换为电磁能，再由电磁能转换为电能，电能在金属内部转变为热能，达到加热金属的目的。因此电磁加热器不会对热熔部进行直接加热。

搅拌叶为螺旋状，搅拌叶的材质为金属的，且搅拌叶位于热熔部(或者说热熔腔)内，在电磁加热器的作用下，搅拌叶会发热产生高温。驱动电机会带动搅拌叶转动，需要加热的原料从进料口进入到热熔腔内，搅拌叶在转动的过程中，会与原料充分的接触，原料被加热至熔融状态。在本方案中采用的是转动的搅拌叶对原料进行加热的，一方面由于搅拌叶会与原料相对移动，可以使得搅拌叶对原料的加热更加均匀，另一方面，在原料熔融过程中加入搅拌的动作，可以将原料熔融时产生的气泡排出，避免气泡影响最终产品的品质。

当原料全部加热至熔融状态，可以启动打印工作后，进料口的原料继续添加，电磁加热器继续工作，驱动电机也继续工作。此时关闭电磁铁，驱动轴与电磁铁分离，驱动轴、搅拌轴以及搅拌叶在重力的作用下向下移动，此时搅拌叶与热熔腔的内侧面接触，此时搅拌叶的转动对熔融的原料起到移动推动的作用。让搅拌叶为原料提供向外喷出的压力。

还可以通过调节搅拌叶与热熔腔之间的间隙，调节原料从喷嘴出来的压力。

在原料加热的过程中，有可能会出现原料中的气泡被释放出来，导致热熔腔内压强上升的情况，针对这种情况，在热熔腔内的压强达到一定程度之后，泄压阀会开启，将热熔腔内的空气排出。

在温度传感器检测到有熔融物料靠近温度传感器导致温度升高后，温度传感器向控制器反馈信号，电磁阀关闭减少进料。在温度传感器检测到熔融物料与温度传感器分离后导致温度降低后，电磁阀开启增加进料，达到一个动态调节的目的。

本发明反馈式3D打印机，通过热熔腔与搅拌轴、搅拌叶以及电磁铁的配合，增加原料从喷嘴出来的压力，以实现快速喷射的目的。通过设置电磁加热器，让搅拌叶和搅拌轴产生热量，解决了现有技术仅能用丝状材料进行打印的问题。在本方案中，既可以用丝状材料，也可以用颗粒状的材料在热熔腔内进行加热。

进一步，电磁铁与驱动轴之间设置有弹簧。

这样的设计，可以让搅拌叶与热熔腔的内侧接触得更加紧密，能够增加原料从喷嘴出来的压力。

进一步，还包括风冷器，风冷器与外壳之间设有支架，风冷器位于喷嘴的下方。

这样的设计，能够让原料从喷嘴出来的第一时间就被冷却，在打印一些底部是空腔，上部是悬空结构的时候(如房屋模型的屋顶)，这样的设计能够加快冷却，防止塌陷的情况。

进一步，风冷器的上表面设置压敏传感器，压敏传感器与控制器信号连接。

在出现塌陷的情况时，原料会落到风冷器的表面上，压敏传感器能够检测到这一信号，并向控制器反馈。现有的3D打印机在打印失败后，打印头依然会沿着预设轨迹移动，导致出现浪费原料的情况。本方案能够第一时间检测到这一情况，向用户反馈。

进一步，电磁加热器为螺旋状，电磁加热器包覆在热熔部的下部，温度传感器位于热熔腔的上部。

这样的设计，是为了避免出现电磁加热器误加热温度传感器的情况。

进一步，控制器与电磁加热器控制连接，控制器还用于在温度传感器检测到温度降低后控制电磁加热器增大加热功率。

这样的设计，是为了让控制器能够根据热熔腔内的温度调节电磁加热器的功率，方便用户使用。

附图说明

图1是本发明反馈式3D打印机实施例1的结构示意图；

图2是本发明反馈式3D打印机实施例2的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

说明书附图中的附图标记包括：壳体10、搅拌轴11、电磁铁12、喷嘴13、热熔腔20、电磁加热器21、密封盖22、泄压阀23、喷料口24、搅拌叶30、驱动轴31、驱动齿32、驱动电机40、电磁阀50、支架60、风冷器61、压敏传感器62。

实施例1

反馈式3D打印机，包括打印头和用于驱动打印头在三维空间移动的打印机本体；

打印头(如图1所示)包括：壳体10，搅拌轴11，电磁铁12，喷嘴13，温度传感器以及控制器；壳体10的材质是塑料材质的。具体的空间位置：从上至下依次为电磁铁12、搅拌轴11、喷嘴13。

壳体10内设有塑料材质的热熔部，热熔部内设有上大下小的圆台形的热熔腔20，热熔部外包覆有电磁加热器21，热熔腔20的上方铰接有密封盖22，密封盖22上设置有泄压阀23，热熔部的底部开设有喷料口24。

搅拌轴11上焊接有螺旋状的搅拌叶30，搅拌轴11和搅拌叶30的材质均为金属，搅拌轴11上的搅拌叶30的直径从上至下依次减小，搅拌叶30可同时与热熔腔20的内侧面接触(在驱动轴31不被电磁铁12吸附的时候)。

搅拌轴11的顶部焊接有驱动轴31，密封盖22上设有供驱动轴31穿过的通孔，驱动轴31上设有驱动齿32，驱动齿32与驱动轴31滑动连接，驱动齿32套接在驱动轴31外，驱动轴31上设有轴向的凹槽，驱动齿32上设有与凹槽滑动配合的凸条。

驱动齿32位于密封盖22的上方，密封盖22上设有驱动电机40，驱动电机40的转轴上设有与驱动齿32啮合的转齿，密封盖22上设置有进料口，进料口处设置有电磁阀50。

电磁铁12位于驱动轴31的上方，电磁铁12将驱动轴31向上吸附，电磁铁12与驱动轴31之间设置有弹簧。喷嘴13设置在喷料口24处，喷嘴13与热熔腔20连通；温度传感器设置在热熔腔20上部；控制器分别与温度传感器和电磁阀50信号连接，控制器用于在温度传感器检测到有熔融物料靠近温度传感器导致热熔腔上部温度升高后控制电磁阀50关闭，控制器还用于在温度传感器检测到熔融物料与温度传感器分离后导致热熔腔上部温度降低后控制电磁阀50打开。控制器与电磁加热器21控制连接，控制器还用于在温度传感器检测到温度降低后控制电磁加热器21增大加热功率。电磁加热器21为螺旋状，电磁加热器21包覆在热熔部的下部，温度传感器位于热熔腔20的上部。具体的，控制器可以嵌设在壳体10上。

具体使用时：先启动电磁铁12，将驱动轴31、搅拌轴11向上吸附(或者说向上提起)，然后启动驱动电机40，让搅拌轴11开始转动，然后加入原料，启动电磁加热器21。热熔部为塑料材质的，且热熔部的外面包覆有电磁加热器21，电磁加热器21是利用电磁感应在柱体内产生涡流来给加热工件的电加热，它是把电能转换为电磁能，再由电磁能转换为电能，电能在金属内部转变为热能，达到加热金属的目的。因此电磁加热器21不会对热熔部进行直接加热。

搅拌叶30为螺旋状，搅拌叶30的材质为金属的，且搅拌叶30位于热熔部(或者说热熔腔20)内，在电磁加热器21的作用下，搅拌叶30会发热产生高温。驱动电机40会带动搅拌叶30转动，需要加热的原料从进料口进入到热熔腔20内，搅拌叶30在转动的过程中，会与原料充分的接触，原料被加热至熔融状态。在本方案中采用的是转动的搅拌叶30对原料进行加热的，一方面由于搅拌叶30会与原料相对移动，可以使得搅拌叶30对原料的加热更加均匀，另一方面，在原料熔融过程中加入搅拌的动作，可以将原料熔融时产生的气泡排出，避免气泡影响最终产品的品质。

当原料全部加热至熔融状态，可以启动打印工作后，进料口的原料继续添加，电磁加热器21继续工作，驱动电机40也继续工作。此时关闭电磁铁12，驱动轴31与电磁铁12分离，驱动轴31、搅拌轴11以及搅拌叶30在重力的作用下向下移动，此时搅拌叶30与热熔腔20的内侧面接触，此时搅拌叶30的转动对熔融的原料起到移动推动的作用。让搅拌叶30为原料提供向外喷出的压力。

喷嘴13在打印机的驱动下安装预定估计运动，完成3D打印过程中。

实施例2

与实施例1相比，不同之处仅在于，还包括风冷器61(如图2所示)，风冷器61与外壳之间设有支架60，风冷器61位于喷嘴13的下方，风冷器61的上表面设置压敏传感器62，压敏传感器62与控制器信号连接。

具体使用时：原料从喷嘴13出来的第一时间就被冷却，在打印一些底部是空腔，上部是悬空结构的时候(如房屋模型的屋顶)，这样的设计能够加快冷却，防止塌陷的情况。在出现塌陷的情况时，原料会落到风冷器61的表面上，压敏传感器62能够检测到这一信号，并向控制器反馈。现有的3D打印机在打印失败后，打印头依然会沿着预设轨迹移动，导致出现浪费原料的情况。本方案能够第一时间检测到这一情况，向用户反馈。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (6)

1.反馈式3D打印机，包括打印头和用于驱动打印头在三维空间移动的打印机本体；其特征在于，打印头包括：

壳体，壳体内设有塑料材质的热熔部，热熔部内设有上大下小的圆台形的热熔腔，热熔部外包覆有电磁加热器，热熔腔的上方设有密封盖，密封盖上设置有泄压阀，热熔部的底部设有喷料口；

搅拌轴，搅拌轴上设有螺旋状的搅拌叶，搅拌轴和搅拌叶的材质均为金属，搅拌轴上的搅拌叶的直径从上至下依次减小，搅拌叶可同时与热熔腔的内侧面接触，搅拌轴的顶部固设有驱动轴，密封盖上设有供驱动轴穿过的通孔，驱动轴上设有驱动齿，驱动齿与驱动轴滑动连接，驱动齿位于密封盖的上方，密封盖上设有驱动电机，驱动电机的转轴上设有与驱动齿啮合的转齿，密封盖上设置有进料口，进料口处设置有电磁阀；

电磁铁，电磁铁位于驱动轴的上方，电磁铁将驱动轴向上吸附；

喷嘴，喷嘴设置在喷料口处，喷嘴与热熔腔连通；

温度传感器，温度传感器设置在热熔腔上部；

控制器，控制器分别与温度传感器和电磁阀信号连接，控制器用于在温度传感器检测到有熔融物料靠近温度传感器导致温度升高后控制电磁阀关闭，控制器还用于在温度传感器检测到熔融物料与温度传感器分离后导致温度降低后控制电磁阀打开。

2.如权利要求1所述的反馈式3D打印机，其特征在于：电磁铁与驱动轴之间设置有弹簧。

3.如权利要求2所述的反馈式3D打印机，其特征在于：还包括风冷器，风冷器与外壳之间设有支架，风冷器位于喷嘴的下方。

4.如权利要求3所述的反馈式3D打印机，其特征在于：风冷器的上表面设置压敏传感器，压敏传感器与控制器信号连接。

5.如权利要求4所述的反馈式3D打印机，其特征在于：电磁加热器为螺旋状，电磁加热器包覆在热熔部的下部，温度传感器位于热熔腔的上部。

6.如权利要求5所述的反馈式3D打印机，其特征在于：控制器与电磁加热器控制连接，控制器还用于在温度传感器检测到温度降低后控制电磁加热器增大加热功率。