CN108819227A - 一种多料口气动式粒料3d打印喷头装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多料口气动式粒料3D打印喷头装置，该装置包括驱动部、由多个进料通道、出料通道、粒料储存腔、加热腔、喷嘴组成的喷头本体、固定在加热腔外壁上的加热部、螺杆及位于粒料储存腔内的粒料漏网；粒料储存腔与加热腔一体成型；粒料经气动送料装置、进料通道进入粒料储存腔中，驱动部驱动螺杆转动使粒料漏网同步转动筛选粒料，并在螺杆的推动下进入加热腔内溶解、均化加压，最后经喷嘴均匀挤出。本发明提供的装置不仅实现了塑料颗粒直接打印成型的功能，减少融料成丝的工序，避免了丝状材料所带来的缺陷，而且采用多料口气动送料形式实现了控制不同颜色粒料进料的功能，使单喷头就能够完成多色产品的打印成型。
Description
技术领域
本发明涉及3D打印喷头技术领域，特别涉及一种多料口气动式粒料3D打印喷头装置。
背景技术
FDM(Fused Deposition Modeling)工艺熔融沉积制造工艺由美国学者ScottCrump于1988年研制成功。FDM的材料一般是热塑性材料，如蜡、ABS、尼龙等，并以丝状供料。材料在喷头内被加热熔化。喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动，同时将熔化的材料挤出，挤出的材料迅速凝固，并与周围的材料凝结。
将FDM技术应用到基于热塑性材料的3D打印机喷头中，该3D打印机所用的线材为丝线状材料，该丝线状材料是通过先塑料颗粒融化，然后用挤出机冷却成型后卷丝得到的。打印的时候需先将丝线状材料在3D打印机喷头中预热融化后再进行打印，但在此打印过程中，卷丝的料盘易出现卡料断料断丝现象，3D打印机的喷头也易出现，且只有对3D打印机的喷头、料盘进行拆卸，才能处理卡料、堵料等问题，过程比较复杂，且效率低。
另外，若要实现多色打印需要设计多喷头，且多喷头在工作时也存在卡料、堵料、刮料等问题，影响产品质量。
发明内容
本发明的目的是提供了一种多料口气动式粒料3D打印喷头装置，该装置进行了结构优化，实现了塑料颗粒直接打印成型的功能，减少了融料成丝工序，省去了制丝成本，从而也避免了由于丝状材料在料盘、喷头所引起的卡料断料断丝等问题。另外，采用多料口气动送料形式实现了控制不同颜色粒料进料的功能，使单喷头就能够完成多色产品的打印成型。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种多料口气动式粒料3D打印喷头装置，所述多料口气动式粒料3D打印喷头装置包括驱动部、喷头本体、加热部、螺杆以及粒料漏网；
所述喷头本体包括多个进料通道、出料通道、粒料储存腔、加热腔以及喷嘴；所述粒料储存腔与所述加热腔一体成型，所述喷嘴安装在所述加热腔的出口端；所述进料通道、所述出料通道均匀的设置在所述粒料储存腔上且均与所述粒料储存腔连通；
所述螺杆的一端与所述驱动部连接，所述螺杆的另一端伸入到所述粒料储存腔内；所述粒料漏网位于所述粒料储存腔内，且所述粒料漏网通过过盈配合固定在所述螺杆的螺纹部；
所述加热部固定在所述加热腔的外壁上；
粒料经气动送料装置、所述进料通道进入所述粒料储存腔中，所述驱动部驱动所述螺杆转动使所述粒料漏网同步转动筛落粒料，筛落下的粒料在所述螺杆的推动下进入所述加热腔，并在所述加热腔内溶解、均化加压后经所述喷嘴均匀挤出。
可选的，所述多料口气动式粒料3D打印喷头装置还包括轴承和轴承座；所述轴承座固定在所述粒料储存腔的顶部；所述轴承通过内六角螺钉固定在所述轴承座内；所述螺杆的另一端穿过所述轴承伸入到所述粒料储存腔内。
可选的，所述驱动部包括步进电机和联轴器；所述驱动部用于传递电机动力；所述步进电机的输出轴与所述联轴器的输入轴连接，所述联轴器的输出轴与所述螺杆的一端连接。
可选的，所述多料口气动式粒料3D打印喷头装置还包括电机支架；所述电机支架上设置有上同心孔和下同心孔，所述步进电机通过内六角螺钉固定在所述上同心孔所在的位置上；所述粒料储存腔通过内六角螺钉固定在所述下同心孔所在的位置上；
所述步进电机、所述螺杆、所述轴承、所述粒料储存腔、所述加热腔、所述喷嘴的轴线均与所述电机支架的轴线平行。
可选的，所述粒料漏网的截面为小曲率弧形面；在靠近所述粒料漏网的中心轴线位置上设置有多个离散的粒料孔以及在所述粒料漏网的中心轴线位置上设置有中心孔；所述螺杆穿过所述中心孔使所述粒料漏网固定在所述螺杆的螺纹部，且在所述螺杆转动时，所述粒料漏网的转速与所述螺杆的转速同步，起到控制融料流量的作用。
可选的，所述加热部包括上加热块和下加热块；所述上加热块和所述下加热块均通过圆柱内六角螺钉固定在所述加热腔的外壁上。
可选的，在所述上加热块和所述下加热块之间还设置有气阀；所述气阀用于排除融料中的气体。
可选的，所述进料通道的个数为3个。
可选的，每个所述进料通道均通过软塑料气管与所述气动送料装置连通，便于粒料进入所述粒料储存腔内。
可选的，所述进料通道、所述出料通道均与所述粒料储存腔连通以保证所述粒料储存腔内压力的稳定性。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供了一种多料口气动式粒料3D打印喷头装置，该装置包括驱动部、喷头本体、加热部、螺杆及粒料漏网；喷头本体包括多个进料通道、出料通道、粒料储存腔、加热腔及喷嘴；粒料储存腔与加热腔一体成型，喷嘴安装在加热腔的出口端；进料通道、出料通道均匀的设置在粒料储存腔上且均与粒料储存腔连通；螺杆的一端与驱动部连接，螺杆的另一端伸入到粒料储存腔内；粒料漏网位于粒料储存腔内，且粒料漏网通过过盈配合固定在螺杆的螺纹部；加热部固定在加热腔的外壁上；粒料经气动送料装置、进料通道进入粒料储存腔中，驱动部驱动螺杆转动使粒料漏网同步转动筛选粒料，筛落下的粒料在螺杆的推动下进入加热腔，并在加热腔内溶解、均化加压后经喷嘴均匀挤出。与基于热塑性材料的3D打印机喷头相比，本发明提供的多料口气动式粒料3D打印喷头装置进行了结构优化，实现了塑料颗粒直接打印成型的功能，减少了融料成丝工序，省去了制丝成本，从而也避免了由于丝状材料在料盘、喷头所引起的卡料断料断丝等问题。另外，采用多料口气动送料形式实现了控制不同颜色粒料进料的功能，使单喷头就能够完成多色产品的打印成型。
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为本发明实施例多料口气动式粒料3D打印喷头装置的主视图；
图2为本发明实施例多料口气动式粒料3D打印喷头装置的剖视图；
图3为本发明实施例多料口气动式粒料3D打印喷头装置的俯视图；
图4为本发明实施例螺杆工作区的示意图。
其中，1-步进电机、2-联轴器、3-第一进料通道、4-粒料储存腔、5-上加热块、6-气阀、7-下加热块、8-喷嘴、9-螺杆、10-出料通道、11-轴承、12-电机支架、13-粒料漏网、14-第二进料通道、15-第三进料通道。
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在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供了一种多料口气动式粒料3D打印喷头装置，该装置进行了结构优化，实现了塑料颗粒直接打印成型的功能，减少了融料成丝工序，省去了制丝成本，从而也避免了由于丝状材料在料盘、喷头所引起的卡料断料断丝等问题。另外，采用多料口气动送料形式实现了控制不同颜色粒料进料的功能，使单喷头就能够完成多色产品的打印成型。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例多料口气动式粒料3D打印喷头装置的主视图；图2为本发明实施例多料口气动式粒料3D打印喷头装置的剖视图；图3为本发明实施例多料口气动式粒料3D打印喷头装置的俯视图。
参见图1-图3，本发明实施例提供的多料口气动式粒料3D打印喷头装置包括驱动部、喷头本体、加热部、螺杆9以及粒料漏网13。所述螺杆9依靠上部阶梯轴设计，保证所述螺杆9工作的稳定性及垂直度要求。
所述喷头本体包括多个进料通道、出料通道10、粒料储存腔4、加热腔以及喷嘴8；所述粒料储存腔4与所述加热腔一体成型，所述喷嘴8安装在所述加热腔的出口端；所述进料通道、所述出料通道10均匀的设置在所述粒料储存腔4上且均与所述粒料储存腔4连通。每个所述进料通道均是通过软塑料气管与气动送料装置连通，以便粒料进入所述粒料储存腔内。
在本实施例中所述进料通道的个数为3个，分别为第一进料通道3、第二进料通道14以及第三进料通道15。
所述进料通道、所述出料通道10均与所述粒料储存腔4连通的目的是保证所述粒料储存腔4内压力的稳定性。
所述螺杆9的一端与所述驱动部连接，所述螺杆9的另一端伸入到所述粒料储存腔4内；所述粒料漏网13位于所述粒料储存腔4内，且所述粒料漏网13通过过盈配合固定在所述螺杆9的螺纹部的上半部分；所述加热部固定在所述加热腔的外壁上。
所述粒料漏网13的截面为小曲率弧形面；在靠近所述粒料漏网13的中心轴线位置上设置有多个离散的粒料孔以及在所述粒料漏网13的中心轴线位置上设置有中心孔；所述螺杆9穿过所述中心孔使所述粒料漏网13固定在所述螺杆9的螺纹部，且在所述螺杆9转动时所述粒料漏网13的转速与所述螺杆9的转速同步，起到控制融料流量的作用。
粒料经气动送料装置、所述进料通道进入所述粒料储存腔4中，所述驱动部驱动所述螺杆9转动使所述粒料漏网13同步转动筛选粒料，筛落下的粒料在所述螺杆9的推动下进入所述加热腔，并在所述加热腔内溶解、均化加压后经所述喷嘴8均匀挤出。
优选的，所述多料口气动式粒料3D打印喷头装置还包括轴承11和轴承座；所述轴承座固定在所述粒料储存腔4的顶部；所述轴承11通过内六角螺钉、所述轴承座内壁设置的螺纹孔固定在所述轴承座内；所述螺杆9经轴承11固定，并且所述螺杆9的另一端穿过所述轴承11伸入到所述粒料储存腔4内。
优选的，所述驱动部包括步进电机1和联轴器2；所述驱动部用于传递电机动力；所述步进电机1的输出轴与所述联轴器2的输入轴连接，所述联轴器2的输出轴与所述螺杆9的一端连接，从而使步进电机1带动联轴器2，联轴器2同步带动螺杆9转动。
优选的，所述多料口气动式粒料3D打印喷头装置还包括电机支架12；所述电机支架12上设置有上同心孔和下同心孔，所述步进电机1通过内六角螺钉固定在所述上同心孔所在的位置上；所述粒料储存腔4通过内六角螺钉固定固定在所述下同心孔所在的位置上。
所述步进电机1、所述螺杆9、所述轴承11、所述粒料储存腔4、所述加热腔、所述喷嘴8的轴线均与所述电机支架12的轴线平行。
优选的，所述加热部包括上加热块5和下加热块7；所述上加热块5和所述下加热块7均通过圆柱内六角螺钉固定在所述加热腔的外壁上。
在所述上加热块和所述下加热块之间还设置有气阀6；所述气阀6用于排除融料中的气体。
图4为本发明实施例螺杆工作区的示意图。
参见图4所示，本发明提供的多料口气动式粒料3D打印喷头装置对粒料直接成形过程为：
步骤一、粒料经气动送料装置、任意进料通道送入所述粒料储存腔4中，步进电机1带动联轴器2，所述联轴器2同步带动所述螺杆9转动，所述粒料漏网13通过与所述螺杆9同步转动，筛落下一定粒料，实现融料流量的准确控制。
步骤二、筛落的粒料从所述粒料储存腔4中随所述螺杆9推力往下运动，粒料在所述螺杆9的作用下会更均匀化，同时存在所述粒料储存腔4的气体会经出气通道10放出，维持所述粒料储存腔内4压力的稳定性。
步骤三、所述粒料漏网13下方的粒料随所述螺杆9运动到上加热块5部位，粒料开始溶解，形成熔料，并在所述螺杆9动力的作用下，熔料在上加热块5位置区域均化加压，当所述螺杆9在上加热块5和下加热块7之间位置，所述螺杆9与内壁的间隙突然增大，压力减小，使得熔料进入该区域后气体膨胀，气泡破裂后的气体经所述气阀6排出，几乎无气体残留的的熔料随螺杆9继续下行，熔料在下加热块7位置区域再次均化加压，最后经喷嘴8均匀挤出，实现多料口气动式的粒料材料的3D打印过程。
与现有技术相比，本发明提供的装置具有以下优点：
第一，本发明提供的装置进行了结构优化，实现了塑料颗粒直接打印成型的功能，减少了融料成丝的工序，从而也避免了由于丝状材料在料盘、喷头所引起的卡料断料断丝等问题；另外由于减少融料成丝工序，相应的也省去了制丝成本，进而降低了打印成本。
第二，采用多料口气动送料的形式实现了控制不同颜色粒料进料的功能，使得单喷头就能完成多色产品的打印成型。
第三，由于本发明公开的装置具有塑料颗粒直接打印成型的功能，充分利用了塑料颗粒低成本的特点，将打印模型过程中的打印废料废件经过剪碎过程，重新制成塑料粒料后就可直接使用，实现了废料重复利用，提高了材料的使用率，相比原有丝线材，降低了打印材料制作成本。
第四，本发明公开的3D打印机喷头装置，相比于传统3D打印机丝线喷头装置，增大融料面积及挤出速率；本发明公开的3D打印机喷头装置中的螺杆直径和可融料面积比3D打印机丝线喷头装置(螺杆直径一般为1.75，喷嘴直径为0.4)中的螺杆直径和可融料面积大很多。传统3D打印机丝线喷头装置的挤出部分为齿轮式送丝机构，一边进丝一边融料最后融料挤出，而本发明公开的3D打印机喷头装置是通过螺杆挤出末端熔体，在相同转速的情况下，螺杆挤出速率要大。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种多料口气动式粒料3D打印喷头装置，其特征在于，所述多料口气动式粒料3D打印喷头装置包括驱动部、喷头本体、加热部、螺杆以及粒料漏网；
所述喷头本体包括多个进料通道、出料通道、粒料储存腔、加热腔以及喷嘴；所述粒料储存腔与所述加热腔一体成型，所述喷嘴安装在所述加热腔的出口端；所述进料通道、所述出料通道均匀的设置在所述粒料储存腔上且均与所述粒料储存腔连通；
所述螺杆的一端与所述驱动部连接，所述螺杆的另一端伸入到所述粒料储存腔内；所述粒料漏网位于所述粒料储存腔内，且所述粒料漏网通过过盈配合固定在所述螺杆的螺纹部；
所述加热部固定在所述加热腔的外壁上；
粒料经气动送料装置、所述进料通道进入所述粒料储存腔中，所述驱动部驱动所述螺杆转动使所述粒料漏网同步转动筛落粒料，筛落下的粒料在所述螺杆的推动下进入所述加热腔，并在所述加热腔内溶解、均化加压后经所述喷嘴均匀挤出。
2.根据权利要求1所述的多料口气动式粒料3D打印喷头装置，其特征在于，所述多料口气动式粒料3D打印喷头装置还包括轴承和轴承座；所述轴承座固定在所述粒料储存腔的顶部；所述轴承通过内六角螺钉固定在所述轴承座内；所述螺杆的另一端穿过所述轴承伸入到所述粒料储存腔内。
3.根据权利要求2所述的多料口气动式粒料3D打印喷头装置，其特征在于，所述驱动部包括步进电机和联轴器；所述驱动部用于传递电机动力；所述步进电机的输出轴与所述联轴器的输入轴连接，所述联轴器的输出轴与所述螺杆的一端连接。
4.根据权利要求3所述的多料口气动式粒料3D打印喷头装置，其特征在于，所述多料口气动式粒料3D打印喷头装置还包括电机支架；所述电机支架上设置有上同心孔和下同心孔，所述步进电机通过内六角螺钉固定在所述上同心孔所在的位置上；所述粒料储存腔通过内六角螺钉固定在所述下同心孔所在的位置上；
所述步进电机、所述螺杆、所述轴承、所述粒料储存腔、所述加热腔、所述喷嘴的轴线均与所述电机支架的轴线平行。
5.根据权利要求1所述的多料口气动式粒料3D打印喷头装置，其特征在于，所述粒料漏网的截面为小曲率弧形面；在靠近所述粒料漏网的中心轴线位置上设置有多个离散的粒料孔以及在所述粒料漏网的中心轴线位置上设置有中心孔；所述螺杆穿过所述中心孔使所述粒料漏网固定在所述螺杆的螺纹部，且在所述螺杆转动时，所述粒料漏网的转速与所述螺杆的转速同步，起到控制融料流量的作用。
6.根据权利要求1所述的多料口气动式粒料3D打印喷头装置，其特征在于，所述加热部包括上加热块和下加热块；所述上加热块和所述下加热块均通过圆柱内六角螺钉固定在所述加热腔的外壁上。
7.根据权利要求1所述的多料口气动式粒料3D打印喷头装置，其特征在于，在所述上加热块和所述下加热块之间还设置有气阀；所述气阀用于排除融料中的气体。
8.根据权利要求1所述的多料口气动式粒料3D打印喷头装置，其特征在于，所述进料通道的个数为3个。
9.根据权利要求1所述的多料口气动式粒料3D打印喷头装置，其特征在于，每个所述进料通道均通过软塑料气管与所述气动送料装置连通，便于粒料进入所述粒料储存腔内。
10.根据权利要求1所述的多料口气动式粒料3D打印喷头装置，其特征在于，所述进料通道、所述出料通道均与所述粒料储存腔连通以保证所述粒料储存腔内压力的稳定性。
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