CN108908931A - 一种3d打印丝材熔接设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种3D打印丝材熔接设备，包括第一固定板以及与第一固定板可拆卸连接的第二固定板，第一固定板与第二固定板拼接固定在一起后构成可供打印丝材穿过的第一通槽和第二通槽，第一通槽与第二通槽相互平行设置，第一通槽与第二通槽之间设置有用于加热打印丝材连接端部的加热机构；加热机构包括相互对称设置的第一加热块以及第二加热块，第一加热块与第二加热块的一侧均设置有加热棒以及热敏电阻，第一加热块与第二加热块拼接固定在一起后构成可对两根丝材搭接端部进行加热熔接的喇叭口状通槽，喇叭口状通槽的一侧与第一通槽相连通。本发明具有以下有益效果：这种熔接设备采用搭接式熔接方式进行自动熔接，以提高熔接精度与效果。

Description

一种3D打印丝材熔接设备
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，特别涉及一种3D打印丝材熔接设备。
背景技术
3D打印是快速成型技术的一种，熔融沉积成型(FDM)技术是目前最为广泛应用的一种3D打印技术。其原理是将丝状的热熔性丝材加热融化成液态，通过打印头挤出后固化，最后在立体空间上排列形成立体实物。
上述所使用的热塑性丝材丝主要有ABS、PLA等，这种热塑性丝材丝(ABS、PLA等)存放方式均是缠绕在线盘上，且分为直径1.75/2.85/3mm三种。一盘热塑性丝材丝(ABS、PLA等)长度有限，难免会出现模型未打印完成而丝材被用尽的情况，如若不能及时为3D打印机添加丝材，将会导致模型不能正常完成打印，降低了打印效率。同时，难以将多种颜色热熔连接，以完成彩色模型打印。
基于上述问题，公开号为CN107234807A、CN105946238A、CN106827503A、CN206644342U等中国专利公开了各类型的3D打印丝材熔接设备。这些熔接设备均通过将两段丝材的连接端面进行加热融融，挤压后即可连接在一起，冷却后两段丝材即可拼连成一个整体。但是，通过采用断面接触的方法进行熔接，其熔接效果较差、精度较低，有待改进。
发明内容
本发明的目的是提供一种3D打印丝材熔接设备，这种熔接设备采用搭接式熔接方式进行自动熔接，以提高熔接精度与效果。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种3D打印丝材熔接设备，包括第一固定板以及与第一固定板可拆卸连接的第二固定板，所述第一固定板与第二固定板拼接固定在一起后构成可供打印丝材穿过的第一通槽和第二通槽，所述第一通槽与第二通槽相互平行设置，所述第一通槽与第二通槽之间设置有用于加热打印丝材连接端部的加热机构；
所述加热机构包括相互对称设置的第一加热块以及第二加热块，所述第一加热块与第二加热块的一侧均设置有加热棒以及热敏电阻，所述第一加热块的一侧与第一固定板固定连接，所述第二加热块的一侧与第二固定板固定连接，所述第一加热块与第二加热块拼接固定在一起后构成可对两根丝材搭接端部进行加热熔接的喇叭口状通槽，所述喇叭口状通槽的一侧与第一通槽相连通。
本发明进一步设置为：所述第二通槽的一侧设置有自动送丝机构，所述自动送丝机构包括有送丝轮、U型轴承以及步进电机，所述送丝轮与U型轴承分别位于打印丝材的两侧，且送丝轮与U型轴承之间的间距小于打印丝材的直径，所述第一固定板内设置有可供U型轴承转动的第一腔室，所述第二固定板内设置有可供送丝轮进行转动的第二腔室，所述步进电机的输出轴穿过第二固定板于第二腔室内与送丝轮固定连接。
本发明进一步设置为：所述第一固定板朝向第二固定板侧面一端设置有第三卡槽，所述第三卡槽内设置有第三冷却块，所述第三冷却块朝向第二固定板的一侧设置有半圆形的第三滑槽，所述第二固定板朝向第一固定板侧面一端设置有第四卡槽，所述第四卡槽内设置有第四冷却块，所述第四冷却块朝向第一固定板的一侧设置有半圆形的第四滑槽，所述第四滑槽与第三滑槽拼成可供打印丝材穿过的第二通槽。
本发明进一步设置为：所述第二固定板的一侧设置有若干个可对两种丝材连接后所形成的搭接端部进行修剪的修正机构，每个所述修正机构包括固定块、转动块、转轴以及刀片，每个所述固定块的一侧与第二固定板固定连接，每个所述固定块的另一侧通过转轴与转动块转动连接，每个所述固定块与转动块的一侧设置有同一个第一搭扣，每个所述固定块与转动块在第一搭扣的作用下固定在一起后构成圆槽，每个所述刀片的一侧通过螺钉固定于转动块上。
本发明进一步设置为：所述修正机构的个数为3个，且三个所述圆槽的直径分别适用于1.75/2.85/3mm三种直径的丝材。
本发明进一步设置为：所述第二固定板的一侧设置有PLC控制器，所述PLC控制器上设置有显示屏、温度调节按钮以及送料给进速度调节旋钮。
本发明进一步设置为：所述第一固定板朝向第二固定板的一侧分别设置有第一定位杆以及第一定位槽，所述第二固定板朝向第一固定板的一侧分别设置有第二定位杆以及第二定位槽，所述第一定位杆与第二定位槽配合卡接，所述第二定位杆与第一定位槽配合卡接。
本发明进一步设置为：所述第一固定板以及第二固定板的一侧设置有同一个第二搭扣。
本发明进一步设置为：所述喇叭口状通槽内表面喷涂防黏涂层。
综上所述，本发明具有以下有益效果：通过将需要连接的两种打印丝材的一端分别从第一通槽和第二通槽插入，两个打印丝材端部搭接在喇叭口状通槽中。通过加热棒的作用使得第一加热块与第二加热块对打印丝材进行加热融接。由于丝材为热塑性丝材，在加热状态下两个打印丝材的搭接端部可进行相互融接粘合。此时，步进电机驱动送丝轮进行转动，送丝轮带动通过第二通槽的丝材向喇叭口状通槽进行传动。所传送至喇叭口状通槽内的丝材在加热块的作用下加热熔融并充斥喇叭口状通槽中。此时步进电机再驱动送丝轮进行转动时，送丝轮带动所通过第二通槽的丝材向喇叭口状通槽内的丝材进行挤压，并推动位于喇叭口状通槽内的丝材向第一通槽内进行挤出，以实现自动将丝材推进第一通槽内，并在第一冷却块以及第二冷却块的作用下进行冷却、定型。冷却一段时间后，将第一固定板以及第二固定板分开，取下连接好的两种打印丝材。
（1）通过在第一加热块以及第二加热块内设置有喇叭口状通槽，使得在喇叭口状通槽内可对两根丝材端部进行搭接熔融；
（2）在自动送丝机构的作用下可将丝材向喇叭口状通槽进行传动，传送至喇叭口状通槽内的丝材在加热块的作用下加热熔融并充斥喇叭口状通槽中。此时自动送丝机构继续带动丝材向喇叭口状通槽内的丝材进行挤压，并推动位于喇叭口状通槽内的丝材向第一通槽内进行挤出，以实现自动将丝材推进第一通槽内；
（3）通过在第二固定板的一侧设置有可对两种丝材连接后所形成的搭接端部进行修剪的修正机构，且修正机构的个数为3个，能分别适用于1.75/2.85/3mm三种直径的丝材，以保证修正机构将多余的丝材进行修剪，保证尺寸精度；
（4）通过在加热块上设置有加热棒以及热敏电阻，且可通过PLC控制器对加热棒功率进行调节，使得控温精准；同时，PLC控制器上具有送料给进速度调节旋钮，以控制步进电机的驱动，适用于多种丝材的熔接。
附图说明
图1为实施例的结构剖视图；
图2为图1的爆炸示意图；
图3为图2另一方向上的结构示意图；
图4为图2的爆炸示意图；
图5为图4另一方向上的结构示意图；
图6为修正机构的结构示意图；
图7为PLC控制器的结构示意图；
图8为图1的剖视图;
图9为打印丝材的最优工艺参数示意图；
图10为3D打印丝材熔接设备的工作流程图。
附图标记：1、第一固定板；2、第二固定板；3、第一通槽；4、第二通槽；5、加热机构；6、第一卡槽；7、第一冷却块；8、第一滑槽；9、第二卡槽；10、第二冷却块；11、第二滑槽；12、第三卡槽；13、第三冷却块；14、第三滑槽；15、第四卡槽；16、第四冷却块；17、第四滑槽；18、自动送丝机构；19、送丝轮；20、U型轴承；21、步进电机；22、第一腔室；23、第二腔室；24、第一缺口；25、第二缺口；26、第一加热块；27、第二加热块；28、加热棒；29、热敏电阻；30、喇叭口状通槽；31、修正机构；32、固定块；33、转动块；34、转轴；35、刀片；36、第一搭扣；37、圆槽；38、PLC控制器；39、显示屏；40、温度调节按钮；41、送料给进速度调节旋钮；42、第一定位杆；43、第一定位槽；44、第二定位杆；45、第二定位槽；46、第二搭扣。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
如图1和图2所示，一种3D打印丝材熔接设备，包括第一固定板1以及与第一固定板1可拆卸连接的第二固定板2。第一固定板1与第二固定板2拼接固定在一起后构成可供打印丝材穿过的第一通槽3和第二通槽4，第一通槽3与第二通槽4相互平行设置，第一通槽3与第二通槽4之间设置有用于加热打印丝材连接端部的加热机构5。以使得两根丝材分别穿过相互平行的第一通槽3、第二通槽4于加热机构5内对丝材搭接端部进行加热熔接。
如图2和图3所示，第一固定板1朝向第二固定板2侧面一端设置有第一卡槽6，第一卡槽6内设置有第一冷却块7，第一冷却块7朝向第二固定板2的一侧设置有半圆形的第一滑槽8。第二固定板2朝向第一固定板1侧面一端设置有第二卡槽9，第二卡槽9内设置有第二冷却块10，第二冷却块10朝向第一固定板1的一侧设置有半圆形的第二滑槽11。第一滑槽8与第二滑槽11拼成可供打印丝材穿过的第一通槽3。
第一固定板1朝向第二固定板2相同一侧面的另一端设置有第三卡槽12，第三卡槽12内设置有第三冷却块13，第三冷却块13朝向第二固定板2的一侧设置有半圆形的第三滑槽14。第二固定板2朝向第一固定板1相同一侧面的另一端设置有第四卡槽15，第四卡槽15内设置有第四冷却块16，第四冷却块16朝向第一固定板1的一侧设置有半圆形的第四滑槽17。第四滑槽17与第三滑槽14拼成可供打印丝材穿过的第二通槽4，第二通槽4与第一通槽3相互平行设置。
通过将需要连接的两种3D打印机丝材的一端分别从第一通槽3和第二通槽4插入，两个端部搭接在用于加热打印丝材连接端部的加热机构5内。此时，为实现打印丝材的自动插入，如图4和5所示，在第二通槽4的一侧设置有自动送丝机构18。自动送丝机构18包括有送丝轮19、U型轴承20以及步进电机21。送丝轮19与U型轴承20分别位于打印丝材的两侧，且送丝轮19与U型轴承20之间的间距小于打印丝材的直径。具体的，第一固定板1内设置有可供U型轴承20转动的第一腔室22，第二固定板2内设置有可供送丝轮19进行转动的第二腔室23。步进电机21的输出轴穿过第二固定板2于第二腔室23内与送丝轮19固定连接，使得步进电机21可带动送丝轮19进行传动。由于送丝轮19齿尖与U型轴承20之间的距离小于打印丝材直径，使得打印丝材的两侧分别与送丝轮19、U型轴承20产生过盈配合。送丝轮19转动时，齿尖嵌入打印丝材并拖动打印丝材向前运动，以达到自动送料效果。其中，构成第二通槽4的第三冷却块13以及第四冷却块16可提高进入第二通槽4内丝材的硬度，以提高自动送丝机构18对通过第二通槽4内的丝材传动效率。
如图1所示，第一固定板1的一侧设置有贯穿第一固定板1的第一缺口24，第二固定板2的一侧设置有贯穿第二固定板2的第二缺口25。加热机构5位于第一缺口24与第二缺口25所围成的空间内。如图2、图3和图8所示，加热机构5包括相互对称设置的第一加热块26以及第二加热块27。第一加热块26与第二加热块27的一侧均设置有加热棒28以及热敏电阻29。通过加热棒28结合加热块对打印丝材进行熔融，使得丝材受热更加均匀，热敏电阻29用于检测加热块的温度值。特别的，第一加热块26的一侧与第一固定板1固定连接，第二加热块27的一侧与第二固定板2固定连接。第一加热块26与第二加热块27拼接固定在一起后构成可对两根丝材搭接端部进行加热熔接的喇叭口状通槽30。喇叭口状通槽30的一侧与第一通槽3相连通。
将需要连接的两种打印丝材的一端分别从第一通槽3和第二通槽4插入，两个打印丝材端部搭接在喇叭口状通槽30中。通过加热棒28的作用使得第一加热块26与第二加热块27对打印丝材进行加热融接。由于丝材为热塑性丝材，在加热状态下两个打印丝材的搭接端部可进行相互融接粘合。此时，步进电机21驱动送丝轮19进行转动，送丝轮19带动通过第二通槽4的丝材向喇叭口状通槽30进行传动。所传送至喇叭口状通槽30内的丝材在加热块的作用下加热熔融并充斥喇叭口状通槽30中。此时步进电机21再驱动送丝轮19进行转动时，送丝轮19带动所通过第二通槽4的丝材向喇叭口状通槽30内的丝材进行挤压，并推动位于喇叭口状通槽30内的丝材向第一通槽3内进行挤出，以实现自动将丝材推进第一通槽3内，并在第一冷却块7以及第二冷却块10的作用下进行冷却、定型。冷却一段时间后，将第一固定板1以及第二固定板2分开，取下连接好的两种打印丝材。
由于取下连接好的两种打印丝材后，其搭接端部会形成与喇叭口状通槽30相配合的连接块。需对其进行修剪，以使得具有标准尺寸。如图2所示，第二固定板2的一侧设置有可对两种丝材连接后所形成的搭接端部进行修剪的修正机构31。修正机构31的个数为3个，且分别适用于1.75/2.85/3mm三种直径的丝材。如图6所示，每个修正机构31包括固定块32、转动块33、转轴34以及刀片35。每个固定块32的一侧与第二固定板2固定连接，每个固定块32的另一侧通过转轴34与转动块33转动连接。每个固定块32与转动块33的一侧设置有同一个第一搭扣36，每个第一搭扣36可实现转动块33与固定块32之间可拆卸式固定连接。每个固定块32与转动块33在第一搭扣36的作用下固定在一起后构成圆槽37，三个圆槽37的直径分别对应为1.75/2.85/3mm。每个刀片35的一侧通过螺钉固定于转动块33上。
在使用时，先将第一搭扣36解开使得转动块33绕着固定块32进行转动，此时将连接好的两种打印丝材所形成的搭接端部置于圆槽37内，接着转动块33进行转动并通过第一搭扣36的作用将转动块33与固定块32进行固定。此时人为转动连接好的两种打印丝材所形成的搭接端部，使得位于转动板上的刀片35可对搭接端部所形成的多余部分进行切除，其切除的部分通过刀片35排出至修正机构31外部。
如图7和图9所示，第二固定板2的一侧设置有PLC控制器38，PLC控制器38上设置有显示屏39、温度调节按钮40以及送料给进速度调节旋钮41。送料给进速度调节旋钮41可对步进电机21进行控制，步进电机21采用12V-42步进电机21，步距角为1.8°。显示屏39可显示当前温度、设定温度以及给进速度。通过温度调节按钮40可对加热棒28功率进行调整，加热棒28功率范围为30～80 W。其热敏电阻29型号为NTC-100 K单端玻封热敏电阻29。
进一步的，第一冷却块7、第二冷却块10、第三冷却块13以及第四冷却块16均采用聚四氟乙烯或聚醚醚酮其中的一种材料制成。其具有耐高温性能以及自润滑效果。
进一步的，喇叭口状通槽30内表面喷涂防黏涂层。使得进入喇叭口状通槽30内的丝材不会进行黏附。
进一步的，第一固定板1朝向第二固定板2的一侧分别设置有第一定位杆42以及第一定位槽43，第二固定板2朝向第一固定板1的一侧分别设置有第二定位杆44以及第二定位槽45，第一定位杆42与第二定位槽45配合卡接，第二定位杆44与第一定位槽43配合卡接。
进一步的，第一固定板1以及第二固定板2的一侧设置有同一个第二搭扣46，第二搭扣46可实现第一固定板1与第二固定板2之间可拆卸式固定连接。
进一步的，第一通槽3以及第二通槽4的直径=丝材直径+0.1～0.2mm，且第一冷却块7、第二冷却块10、第三冷却块13以及第四冷却块16的长度均大于25mm。
为便于审查员理解，熔接1.75/2.85/3.00 mm的PLA、ABS、PA等3D打印丝材的最优工艺参数如图9所示，3D打印丝材熔接设备的整个工作流程如图10所示。

Claims (9)

1.一种3D打印丝材熔接设备，包括第一固定板(1)以及与第一固定板(1)可拆卸连接的第二固定板(2)，所述第一固定板(1)与第二固定板(2)拼接固定在一起后构成可供打印丝材穿过的第一通槽(3)和第二通槽(4)，其特征是：所述第一通槽(3)与第二通槽(4)相互平行设置，所述第一通槽(3)与第二通槽(4)之间设置有用于加热打印丝材连接端部的加热机构(5)；
所述加热机构(5)包括相互对称设置的第一加热块(26)以及第二加热块(27)，所述第一加热块(26)与第二加热块(27)的一侧均设置有加热棒(28)以及热敏电阻(29)，所述第一加热块(26)的一侧与第一固定板(1)固定连接，所述第二加热块(27)的一侧与第二固定板(2)固定连接，所述第一加热块(26)与第二加热块(27)拼接固定在一起后构成可对两根丝材搭接端部进行加热熔接的喇叭口状通槽(30)，所述喇叭口状通槽(30)的一侧与第一通槽(3)相连通。
2.根据权利要求1所述的一种3D打印丝材熔接设备，其特征是：所述第二通槽(4)的一侧设置有自动送丝机构(18)，所述自动送丝机构(18)包括有送丝轮(19)、U型轴承(20)以及步进电机(21)，所述送丝轮(19)与U型轴承(20)分别位于打印丝材的两侧，且送丝轮(19)与U型轴承(20)之间的间距小于打印丝材的直径，所述第一固定板(1)内设置有可供U型轴承(20)转动的第一腔室(22)，所述第二固定板(2)内设置有可供送丝轮(19)进行转动的第二腔室(23)，所述步进电机(21)的输出轴穿过第二固定板(2)于第二腔室(23)内与送丝轮(19)固定连接。
3.根据权利要求2所述的一种3D打印丝材熔接设备，其特征是：所述第一固定板(1)朝向第二固定板(2)侧面一端设置有第三卡槽(12)，所述第三卡槽(12)内设置有第三冷却块(13)，所述第三冷却块(13)朝向第二固定板(2)的一侧设置有半圆形的第三滑槽(14)，所述第二固定板(2)朝向第一固定板(1)侧面一端设置有第四卡槽(15)，所述第四卡槽(15)内设置有第四冷却块(16)，所述第四冷却块(16)朝向第一固定板(1)的一侧设置有半圆形的第四滑槽(17)，所述第四滑槽(17)与第三滑槽(14)拼成可供打印丝材穿过的第二通槽(4)。
4.根据权利要求3所述的一种3D打印丝材熔接设备，其特征是：所述第二固定板(2)的一侧设置有若干个可对两种丝材连接后所形成的搭接端部进行修剪的修正机构(31)，每个所述修正机构(31)包括固定块(32)、转动块(33)、转轴(34)以及刀片(35)，每个所述固定块(32)的一侧与第二固定板(2)固定连接，每个所述固定块(32)的另一侧通过转轴(34)与转动块(33)转动连接，每个所述固定块(32)与转动块(33)的一侧设置有同一个第一搭扣(36)，每个所述固定块(32)与转动块(33)在第一搭扣(36)的作用下固定在一起后构成圆槽(37)，每个所述刀片(35)的一侧通过螺钉固定于转动块(33)上。
5.据权利要求4所述的一种3D打印丝材熔接设备，其特征是：所述修正机构(31)的个数为3个，且三个所述圆槽(37)的直径分别适用于1.75/2.85/3mm三种直径的丝材。
6.据权利要求4所述的一种3D打印丝材熔接设备，其特征是：所述第二固定板(2)的一侧设置有PLC控制器(38)，所述PLC控制器(38)上设置有显示屏(39)、温度调节按钮(40)以及送料给进速度调节旋钮(41)。
7.据权利要求4所述的一种3D打印丝材熔接设备，其特征是：所述第一固定板(1)朝向第二固定板(2)的一侧分别设置有第一定位杆(42)以及第一定位槽(43)，所述第二固定板(2)朝向第一固定板(1)的一侧分别设置有第二定位杆(44)以及第二定位槽(45)，所述第一定位杆(42)与第二定位槽(45)配合卡接，所述第二定位杆(44)与第一定位槽(43)配合卡接。
8.据权利要求7所述的一种3D打印丝材熔接设备，其特征是：所述第一固定板(1)以及第二固定板(2)的一侧设置有同一个第二搭扣(46)。
9.据权利要求1所述的一种3D打印丝材熔接设备，其特征是：所述喇叭口状通槽(30)内表面喷涂防黏涂层。
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