CN108437465A - 交流伺服电机直驱的螺旋泵式3d打印喷头 - Google Patents

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赵永强
李瑞超
侯红玲
崔鑫
王长乾
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    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
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Abstract

一种交流伺服电机直驱的螺旋泵式3D打印喷头，包括螺旋泵、交流伺服电机和旋转变压器三部分；螺旋泵内嵌在交流伺服电机的转子内部；螺旋泵采用螺母式的泵转子与阶梯光轴式泵定子组合的特殊结构，螺旋泵的泵转子安装于电机转子中心，并与电机转子固定成为一体；通过交流伺服电机带动螺旋泵的泵转子正、反转和调速功能，实现喷涂式3D打印喷头中物料的均匀连续供给、及时停止和防滴漏功能，本装置具有结构紧凑，控制容易等优点，可以大幅提高喷涂式3D打印的精度和效率，且便于后期维护。

Description

交流伺服电机直驱的螺旋泵式3D打印喷头
技术领域
本发明属于3D打印技术领域，涉及一种交流伺服电机直驱的螺旋泵式3D打印喷头，实现在3D打印供料过程中物料能够平稳均匀的供给。
背景技术
在增材制造技术领域中，喷涂式3D打印技术的应用越来越广泛。在喷涂式3D技术中，打印喷头一直以来是3D打印设备的关键组成部件，关系到3D打印供料装置在工作过程能否实现均匀不间断的原料供给。现有3D打印喷头采用电机+双螺杆泵式和交流伺服电机+单螺杆挤压的结构形式，是将电机的输出动力通过联轴器输出至双螺杆泵或者单螺杆泵，存在结构尺寸大，传动件和连接件数量多，安装调整繁琐，噪声和振动较大等缺点，打印头的实际输出控制困难，很难适应现代3D打印精确送料，精准打印的实际需求。
因此，设计一种交流伺服电机直驱的螺旋泵式3D打印喷头，采用交流伺服直驱的方式，驱动特殊结构的单螺旋泵体结构，实现喷涂式3D打印中的物料精确供给及精准打印，且具有喷头的自动清洗功能和防滴漏的效果。
发明内容
本发明采取的技术方案如下：
一种交流伺服电机直驱的螺旋泵式3D打印喷头，包括螺旋泵、交流伺服电机和旋转变压器三部分；螺旋泵内嵌在交流伺服电机的转子内部；旋转变压器布置在交流伺服电机的一侧端盖内侧；
所述的螺旋泵包括泵定子3、泵转子6、泵轴承盖1、物料出口2、物料入口12、轴承11；螺旋泵的泵定子3是两端有中心孔和径向孔的阶梯型光轴形式，一端的中心孔和径向孔组成了螺旋泵的物料入口12，另一端的中心孔和径向孔组成了螺旋泵的物料出口2；物料出口2连接有喷头17；泵转子6是中心有螺纹通孔，外侧是带有键槽的圆柱形螺母结构；电机转子7通过键固定连接在泵转子6的外侧；泵转子6的两端采用螺栓固定连接有两个泵端盖10，两个泵端盖10通过轴承11和泵轴承盖1分别支承在泵定子3的两端；两个泵端盖10与泵定子3之间布置有两个密封圈19。
交流伺服电机包括电机转子7、电机外壳5、电机定子8、电机端盖13、线圈14、永磁体15、键18；电机转子7与电机定子8同轴装配；电机定子包括定子铁芯8、线圈14和永磁体15，定子铁芯8具有多个等间距分布的轴向斜槽，线圈14和永磁体15间隔均布在定子铁芯8的轴向斜槽中；电机定子同心安装在电机外壳5中；电机外壳5的外侧有散热翅，内部为圆柱孔结构；电机外壳5与两端的两个电机端盖13共同组成了交流伺服电机直驱的螺旋泵式3D打印喷头的外壳；电机端盖13为透盖形式，泵定子3的两端分别从两个电机端盖13的中心通孔中穿出，电机端盖13固定连接在泵定子3的两端。
旋转变压器包括旋变转子4和旋变定子16；旋变转子4固定连接在泵端盖10的端部；旋变定子16固定连接在电机端盖13的内侧；旋变转子和旋变定子同心平齐安装。
本发明采用交流伺服电机作为动力源，提出了一种螺母式泵转子与阶梯光轴式泵定子组成的特殊螺旋式泵结构，采用交流伺服电机的转子与泵转子一体化结构实现喷涂式3D打印头的精确送料。本装置无需传动件和极少的连接件，实现了“零传动”的交流伺服电机直驱结构，具有结构简单、维修方便和供料精准且连续等优点，具有较高的工程实用价值。
附图说明
图1 本发明的外形图。
图2 图1中的A-A剖视图。
图3 图1中的B-B剖视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施过程进行描述。
如图1、图2和图3，一种交流伺服电机直驱的螺旋泵式3D打印喷头，包括泵轴承盖1、物料出口2、螺旋泵定子3、旋变转子4、电机外壳5、螺旋泵转子6、电机转子7、电机定子8、安装螺母9、泵端盖10、轴承11、物料入口12、电机端盖13、线圈14、永磁体15、旋变定子16、喷头17、键18、密封圈19组成；其中螺旋泵定子3装于螺旋泵转子6中，螺旋泵定子3的两侧分别由轴承11与泵轴承盖1以及泵端盖10对中安装在交流伺服电机中，并通过键18连接在电机端盖13上，旋变转子4安装于螺旋泵的泵定子3及泵端盖10靠出料口2的一侧，螺旋泵转子6与电机转子7通过键装配，电机转子7与电机定子8装配，电机定子8安装在电机外壳5中，线圈14与永磁体15均匀分布电机定子8的圆周上，电机端盖13与电机外壳5通过螺栓及安装螺母9安装，使交流伺服电机与螺旋泵成为一个整体。
由于螺旋泵的泵定子3与泵转子6安装于交流伺服电机中，螺旋泵的泵转子6与电机转子7通过键连接，实现了交流伺服电机与螺旋泵的一体化设计，并且螺旋泵的泵转子6一侧装有旋变转子4和旋变定子16，可对其位置进行检测，可以保证在电机转子7带动螺旋泵的泵转子6转动时，物料通过进料口12进入螺旋泵的泵转子6与泵定子3间的密封腔在输送至出料口2，直至物料从喷头17喷出，保证在整个供料过程中的精确性和连续性，并且大大减少了供料装置的体积，在供料时，螺旋泵的泵定子3与泵转子6之间形成了多个理论上完全密封的密封腔，以及单螺旋泵的溢流特性，使得物料进入每个密封腔的压力变化是均匀的，以保证物料在出料口喷出是均匀连续的。
一种交流伺服电机直驱的螺旋泵式3D打印喷头的工作过程：
螺旋泵的泵定子3安装于交流伺服电机中，螺旋泵的泵定子3与泵转子6之间形成了螺旋密封腔。当交流伺服电机转动时，电机转子7带动螺旋泵的泵转子6旋转，具有内螺旋孔的泵转子6转动，在进料口12处形成负压，将物料吸入螺旋泵的泵转子6的螺旋腔体中，随着电机转子7带动的泵转子6的转动，物料被泵转子6沿着轴线方向推进到出料口2，再从出料口2将物料送到喷头17喷出，实现物料的均匀连续供给。物料的送进速度通过交流伺服电机的调速功能实现，而交流伺服电机的急停功能可以实现喷头17的停喷功能。
当交流伺服电机反向转动时，电机转子7带动泵转子6反向转动，此时螺旋泵的出料口2和进料口12的位置功能发生变化，在喷头17处形成负压，而将喷头17处的物料反向吸入，实现了喷头的防滴漏功能。
工作原理：采用交流伺服电机作为动力源，实现3D打印喷头的喷出速度和压力的伺服控制，利用交流伺服电机的反向转动功能和急停功能，实现3D打印喷头的停止和防滴漏功能。提出了一种螺母式泵转子与阶梯光轴式泵定子组成的特殊螺旋式泵结构，螺旋式泵的泵定子3与机架相对固定，泵定子3的外径与泵转子6的内螺纹孔的最小径之间实现密封效果。将交流伺服电机的电机转子7和泵转子6结合成一体，充分利用电机转子7的内部空间，实现交流伺服电机与螺旋式泵的直驱和高度集成。

Claims (3)

1.一种交流伺服电机直驱的螺旋泵式3D打印喷头，包括螺旋泵、交流伺服电机和旋转变压器三部分；螺旋泵内嵌在交流伺服电机的转子内部；旋转变压器布置在交流伺服电机的一侧端盖内侧；
所述的螺旋泵包括泵定子（3）、泵转子（6）、泵轴承盖（1）、物料出口（2）、物料入口（12）、轴承（11）；螺旋泵的泵定子（3）是两端有中心孔和径向孔的阶梯型光轴结构，一端的中心孔和径向孔组成了螺旋泵的物料入口（12），另一端的中心孔和径向孔组成了螺旋泵的物料出口（2）；物料出口（2）连接有喷头（17）；泵转子（6）是中心有螺纹通孔，外侧是带有键槽的圆柱形螺母结构；电机转子（7）通过键固定连接在泵转子（6）的外侧；泵转子（6）的两端采用螺栓固定连接有两个泵端盖（10），两个泵端盖（10）通过轴承（11）和泵轴承盖（1）分别支承在泵定子（3）的两端；两个泵端盖（10）与泵定子（3）之间布置有两个密封圈（19）。
2.根据权利要求1所述的一种交流伺服电机直驱的螺旋泵式3D打印喷头，其特征在于：交流伺服电机包括电机转子（7）、电机外壳（5）、电机定子、电机端盖（13）、线圈（14）、永磁体（15）、键（18）；电机转子（7）与电机定子（8）同轴装配；电机定子包括定子铁芯（8）、线圈（14）和永磁体（15），定子铁芯（8）具有多个等间距分布的轴向斜槽，线圈（14）和永磁体（15）间隔均布在定子铁芯（8）的轴向斜槽中；电机定子同心安装在电机外壳（5）中；电机外壳（5）的外侧有散热翅，内部为圆柱孔结构；电机外壳（5）与两端的两个电机端盖（13）共同组成了交流伺服电机直驱的螺旋泵式3D打印喷头的外壳；电机端盖（13）为透盖式结构，泵定子（3）的两端分别从两个电机端盖（13）的中心通孔中穿出，电机端盖（13）固定连接在泵定子（3）的两端。
3.根据权利要求1所述的一种交流伺服电机直驱的螺旋泵式3D打印喷头，其特征在于：旋转变压器包括旋变转子（4）和旋变定子（16）；旋变转子（4）固定连接在泵端盖（10）的端部；旋变定子（16）固定连接在电机端盖（13）的内侧；旋变转子（4）和旋变定子（16）同心平齐安装。
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