CN108544757A - 电机直驱的单螺杆泵式3d打印头 - Google Patents
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Abstract
一种电机直驱的单螺杆泵式3D打印头，包括单螺杆泵、交流伺服电机和旋转变压器三部分，由圆柱形带有螺旋槽的泵转子和圆管状泵壳组成了新型单螺杆泵，单螺杆泵与交流伺服电机集成为一体，电机转子通过传动盖带动泵转子旋转，从而控制物料供给的速度与方向，并且旋转速度和方向都是可调的，同时可以使物料倒吸，以防止在供料结束时出现物料滴漏；本装置采用电机直驱技术，缩小了体积，减少了功率损失，物料在输送进程中被单螺杆泵搅动，能实现不同状态物体相混输，通过对交流伺服电机的控制实现喷出压力和流量的精确控制，具有脉动小和输送平稳，便于调整与维护等优点。
Description
技术领域
本发明属于3D打印技术领域，涉及一种电机直驱的单螺杆泵式3D打印头，用来实现喷涂式3D打印中对粘稠状物料的均匀连续供给及控制。
背景技术
在增材制造技术中，3D打印技术已是满足人类与社会需求的一项关键技术，3D打印技术的种类繁多，其中喷涂式3D打印应用广泛，但是存在的问题也极其明显，如材料的限定，打印喷头容易堵塞，加工精度的问题等，这也就说明3D打印喷头的关键性，3D打印喷头的设计直接影响着打印出的物件的精度问题，现在的螺杆3D打印喷头虽能提高打印速度，但是对打印的精度，结构大小以及材料的限制等一直是当前的一个重要的问题，直接影响着送料过程的均匀性和连续性。
为了解决现有技术的不足，特提出一种电机直驱的单螺杆泵式3D打印头，用来实现喷涂式3D打印技术在供料时能适应对多种不同状态的物料同时输送，且可以实现反向倒吸，并且具有结构紧凑，打印精度高等特点。
发明内容
本发明提供一种电机直驱的单螺杆泵式3D打印头，用来实现喷涂式3D打印的粘稠状物料的精准供给及控制。
本发明采取的技术方案如下：
一种电机直驱的单螺杆泵式3D打印头，包括单螺杆泵、交流伺服电机和旋转变压器三部分；单螺杆泵外套一对轴承安装在交流伺服电机的电机转子内部；旋转变压器布置在交流伺服电机一侧；
所述的单螺杆泵包括泵转子3、泵壳4、物料入口12、物料出口1以及喷头2；单螺杆泵的泵转子3是中间具有等距螺旋槽的圆柱体形状，而两端各有一个相互贯通的轴向中心孔和径向孔；泵转子3一端的轴向中心孔与径向孔与物料入口12相通，另一端的轴向中心孔和径向孔与物料出口1相通，物料出口1连接有喷头2；单螺杆泵的泵转子3的螺旋槽与泵壳4的内圆柱孔面之间形成了多个密封腔；泵壳4为圆管状，泵壳4的内圆柱孔与泵转子3的外圆柱面之间具有狭小的缝隙；泵壳4与左端盖19固定连接，泵壳4的两端通过轴承支承在电机转子5的中心内孔中；泵壳4一侧与传动盖15固定连接，并装有密封圈14；电机转子5一端与传动盖15固定连接，传动盖15与泵转子3通过花键连接，并设置有密封圈14；电机侧盖8和左端盖19的外缘部分固定连接着电机壳7，二者的中心孔处通过轴承连接在泵转子3的两端，二者的外侧装有外轴承盖9。
所述的交流伺服电机包括电机转子5、电机定子6、电机壳7、电机侧盖8、永磁体17、线圈18；电机转子5与电机定子同轴装配；电机定子包括定子铁芯6、永磁体17和线圈18，交流伺服电机的定子铁芯6圆周等间距布置有轴向通槽，永磁体17和线圈18间隔分布在定子铁芯6的槽中；电机壳7外侧布有散热翅，电机壳7的内部为圆柱孔结构，电机定子固定在电机壳7的内孔中。
所述的旋转变压器安装在一个外轴承盖9的外侧，旋转变压器分为旋变定子10和旋变转子11两部分；旋变转子11与泵转子3固定连接，旋变定子10固定安装在外轴承盖9的外侧凹槽中，旋变定子10与旋变转子11同轴，并端面平齐安装在端盖13中。
本发明采用交流伺服电机作为动力源，采用圆柱形具有螺旋槽的泵转子和内圆孔的泵定子组成一种新的单螺杆泵；泵转子与泵定子均为金属材质，二者之间通过配合间隙实现密封。将单螺杆泵布置在交流伺服电机心部，电机转子5通过传动盖15带动泵转子3旋转，通过控制电机转子5的转速来调整单螺杆泵供给物料的速度，实现物料的稳定输送和连续供给。本装置实现了交流伺服电机与单螺杆泵的一体化设计，去除了传动件和连接件数量和体积，简化了结构，提高了传动效率。具有结构简单紧凑、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 一种电机直驱的单螺杆泵式3D打印头的外形图。
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、图3，一种电机直驱的单螺杆泵式3D打印头，包括单螺杆泵、交流伺服电机和旋转变压器三部分；单螺杆泵外套一对轴承安装在交流伺服电机的电机转子内部；旋转变压器布置在交流伺服电机一侧；包括物料出口1、喷头2、泵转子3、泵壳4、电机转子5、电机定子、电机壳7、电机侧盖8、外轴承盖9、旋变定子10、旋变转子11、物料入口12、旋变端盖13、密封圈14、传动盖15、内轴承盖16、永磁体17、线圈18、左端盖19。
单螺杆泵是由泵转子3和泵壳4组成，其中泵转子3采用阶梯圆柱形结构，在中间最粗的圆柱体开有等导程的螺旋槽；泵壳4为圆管状，泵壳4的内圆柱孔与泵转子3的外圆柱面之间具有狭小的缝隙；泵壳4相对固定，转动的泵转子3的螺旋槽与泵壳4的内圆孔之间形成螺旋推进的单螺杆泵泵体部分。
单螺杆泵整体内嵌在交流伺服电机的电机转子5的心部，泵转子3与电机转子之间通过传动盖15固定连接；泵壳4与交流伺服电机的左端盖19之间固定连接，电机定子固定在电机壳7中间圆孔中，并与左端盖19和电机侧盖8固定连接。
一种电机直驱的单螺杆泵式3D打印头的工作过程：
当电机正转时，电机转子5通过传动盖15带动泵转子3转动，泵转子3与泵壳4之间产生螺旋相对运动，而在单螺杆泵内部形成负压，此时物料从物料入口12被吸入，并随着旋转的泵转子5上的螺旋槽一起向物料出口1送出，经喷头2喷出；电机转子转速越高，经喷头2喷出的物料速度越快。
当电机停止转动时，单螺杆泵停止工作，喷头2处除了出现滴漏之外，并无物料喷出。
当电机反转时，电机转子5通过传动盖15带动泵转子3反向转动，泵转子3与泵壳4之间产生反向螺旋运动，此时物料从物料出口1被吸入，并随着旋转的泵转子5上的螺旋槽一起向物料入口12送出，喷头2的物料被反向吸进，即无物料的滴漏现象出现，同时喷头2处的物料被反向吸进单螺杆泵中，不容易出现喷头的堵塞。
一种电机直驱的单螺杆泵式3D打印头的工作原理：
电机与单螺杆泵一体化，电机转子5的一端与传动盖15连接，传动盖15与泵壳4的一端用花键连接，电机通电时，电机转子5通过传动盖15带动泵转子3旋转，当物料从物料入口12进入单螺杆泵中，物料通过泵壳4与泵转子3之间的密封腔中，使得物料在密封腔中压力增大，最终使物料均匀的送至单螺杆泵物料出口1并从喷头2喷出，在送料过程中，通过对电机的转速的控制，实现单螺杆泵的泵转子3的转速的调节，从而调整物料供给速度；在停止供料时，通过对电机转向的控制，实现物料的挤出供给或倒吸，单螺杆泵的反向旋转，不会使物料被多余喷出，同时洁净喷头的喷嘴。
Claims (3)
1.一种电机直驱的单螺杆泵式3D打印头，包括单螺杆泵、交流伺服电机和旋转变压器三部分；单螺杆泵外套一对轴承安装在交流伺服电机的电机转子内部；旋转变压器布置在交流伺服电机一侧；
所述的单螺杆泵包括泵转子（3）、泵壳（4）、物料入口（12）、物料出口（1）以及喷头（2）；单螺杆泵的泵转子（3）是中间具有等距螺旋槽的圆柱体形状，而两端各有一个相互贯通的轴向中心孔和径向孔；泵转子（3）一端的轴向中心孔与径向孔与物料入口（12）相通，另一端的轴向中心孔和径向孔与物料出口（1）相通，物料出口（1）连接有喷头（2）；单螺杆泵的泵转子（3）的螺旋槽与泵壳（4）的内圆柱孔面之间形成了多个密封腔；泵壳（4）为圆管状，泵壳（4）的内圆柱孔与泵转子（3）的外圆柱面之间具有狭小的缝隙；泵壳（4）与左端盖（19）固定连接，泵壳（4）的两端通过轴承支承在电机转子（5）的中心内孔中；泵壳（4）一侧与传动盖（15）固定连接，并装有密封圈（14）；电机转子（5）一端与传动盖（15）固定连接，传动盖（15）与泵转子（3）通过花键连接，并设置有密封圈；电机侧盖（8）和左端盖（19）的外缘部分固定连接着电机壳（7），二者的中心孔处通过轴承连接在泵转子（3）的两端，二者的外侧装有外轴承盖（9）。
2.根据权利要求1所述的电机直驱的单螺杆泵式3D打印头，其特征在于：所述的交流伺服电机包括电机转子（5）、电机定子、电机壳（7）、电机侧盖（8）、永磁体（17）、线圈（18）；电机转子（5）与电机定子同轴装配；电机定子包括定子铁芯（6）、永磁体（17）和线圈（18），交流伺服电机的定子铁芯（6）圆周等间距布置有轴向通槽，永磁体（17）和线圈（18）间隔分布在定子铁芯（6）的槽中；电机壳（7）外侧布有散热翅，电机壳（7）的内部为圆柱孔结构，电机定子固定在电机壳（7）的内孔中。
3.根据权利要求1所述的电机直驱的单螺杆泵式3D打印头，其特征在于：所述的旋转变压器安装在一个外轴承盖（9）的外侧，旋转变压器分为旋变定子（10）和旋变转子（11）两部分；旋变转子（11）与泵转子（3）固定连接，旋变定子（10）固定安装在外轴承盖（9）的外侧凹槽中，旋变定子（10）与旋变转子（11）同轴，并端面平齐安装在端盖（13）中。
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