CN109366994A - 一种摇臂切换主动轮的双料挤出系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种摇臂切换主动轮的双料挤出系统，包括基板、切换机构组件、送料从动轮组件、打印头组件、送料电机和切换杆组件，切换机构组件一端与送料电机连接，另一端与切换杆组件连接，中部通过切换固定轴与基板转动连接，送料电机的转轴上设有送料主动轮，送料从动轮组件的送料从动轮分别设在主动送料轮的两侧，打印头组件的打印头分别设在送料从动轮的下方，切换杆组件用于驱动切换机构组件绕切换固定轴转动，以带动送料主动轮分别将丝料压在送料从动轮上，进行丝料的切换打印。本发明创新设计了只切换送料主动轮的纯机械切换方案，只用一个送料电机，不需要挤出系统之外的动力即可实现打印送料和切换。

Description

一种摇臂切换主动轮的双料挤出系统
技术领域
本发明涉及基于熔融堆积快速成型工艺的三维打印机，具体涉及一种摇臂切换主动轮的双料挤出系统。
背景技术
基于熔融堆积快速成型工艺的三维打印机是使用直径为1～2mm左右的塑料丝料，通过计算机控制的打印挤出头将塑料丝料熔融挤压成0.2～0.4mm左右的细丝并逐层扫描打印堆积成三维物体。现有的三维打印机的挤出系统大多采用单打印头，该挤出系统结构简单，打印单一材料、不需要支撑的模型具有较大优势。但在实际应用中，熔融堆积快速成型工艺在制造有悬臂结构的物件时需要添加支撑。若三维打印机只有单打印头，打印的物体和支撑只能用同一种材料来构建。尽管在打印过程中，可以通过控制挤出头的运行方式使得支撑部分变得较为疏松以达到便于剥离的目的，但由于是使用同一种材料，打印完成后在物体和支撑的边界难以辨认造成剥离困难，支撑剥离时也容易造成物体精细结构损伤。另外，单打印头的挤出头无法使用不同颜色或不同性能的材料进行复合打印。为解决该问题，目前，基于熔融堆积快速成型工艺的三维打印机挤出系统多采用双打印头结构，其中一个打印头用于熔融挤出ABS塑料等模型成型材料，另一个用于熔融挤出可容易物理剥离或化学剥离的支撑材料，剥离时不会损伤已成型的模型。当打印过程中需要挤出哪种材料时，系统控制切换机构将对应打印头切换至工作状态，实现两个打印头的交替打印。
已公开的三维打印机双打印头挤出系统的切换方式可以分为两类。第一类是电力驱动切换系统：在打印时由电机带动切换机构切换两打印头的高度差或者切换送料从动轮、送料主动轮等来实现打印头的交替打印；第二类是纯机械结构切换系统：在打印时不需驱动电机，仅由机械运动带动切换装置对两个打印头或者送料从动轮、送料主动轮来实现打印头的交替打印。
一、电力驱动切换系统：使用驱动电机等装置对打印头、送料从动轮或者送料主动轮进行切换控制。目前公开的设计在进行切换时，喷嘴、从动轮、主动轮的机械位置需要移动和复位，移动过程极易产生机械定位误差，从而影响打印物体的尺寸精度，甚至出现废品。且使用驱动电机增加挤出系统的重量、降低打印速度和运动精度。
二、纯机械结构切换系统：切换系统通过机械运动结构实现对打印头、送料从动轮等机构的切换。目前公开的机械结构切换系统多由一套复杂、繁琐的机械结构通过机械运动来实现打印切换，虽然通过传统工艺加工各结构件可保证切换、复位及定位的精度，但整个机械结构复杂、繁琐，不仅增加了挤出系统的成本及装配难度，而且增加了挤出系统的重量，降低了打印机的打印速度和打印质量。
由于上述公开的双打印头的挤出系统存在不足或不可避免的缺陷，需要解决的问题有：如何使整个切换系统的机械结构尽可能的简单，以减轻整个挤出机构的重量及降低成本和装配难度，进而提高打印速度；如何以一种简便的方法有效的实现两个打印机打印过程的准确切换，使打印机实现切换打印并保证打印速度和打印精度。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题和不足，本发明提供一种摇臂切换主动轮的双料挤出系统，仅用一个驱动电机并且不借助挤出机构之外的任何外力，即可实现两种丝料的交替打印，切换系统采用简单、稳定的纯机械机构，重量较之已公开的方案有大幅减轻，成本及装配难度亦有大幅下降。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种摇臂切换主动轮的双料挤出系统，包括基板和安装在基板上的切换机构组件、送料从动轮组件、打印头组件、送料电机和切换杆组件，切换机构组件一端与送料电机连接，另一端与切换杆组件连接，中部通过切换固定轴与基板转动连接，送料电机的转轴上设有送料主动轮，送料从动轮组件的送料从动轮分别设在主动送料轮的两侧，打印头组件的打印头分别设在送料从动轮的下方，其一端分别连接丝料，另一端分别连接喷嘴，丝料分别被压于送料从动轮和送料主动轮之间，切换杆组件用于驱动切换机构组件绕切换固定轴转动，以带动送料主动轮分别将丝料压在送料从动轮上，进行丝料的切换打印；在切换打印的过程中，送料从动轮、打印头和喷嘴分别保持位置固定。
在进行打印切换时，两个打印头始终固定不动，确保了打印头位置的精度，切换机构自动向左或者向右旋转切换，带动安装在切换机构上的的送料主动轮组件实现一定的位置差，从而实现打印机工作中打印头的打印切换，并对切换的送料主动轮组件进行简单、准确、有效的定位。
作为本发明的一种改进，所述的切换机构组件包括电机固定座、锁紧件和切换座，所述的基板上开设有向送料从动轮延伸的转换槽和锁紧件定位槽，电机固定座包括带孔的底板和垂直底板的圆柱管，锁紧件为套管结构，切换座包括相互连接的水平板和竖直板，连接处通过切换固定轴与基板转动连接，竖直板下端设有用于连接圆柱管的安装孔，水平板右端与切换杆组件连接，电机固定座的底板正面贴在基板背面，圆柱管穿过转换槽后依次与锁紧件和切换座固定连接，且锁紧件滑动装配在锁紧件定位槽中，所述的送料电机固定在电机固定座的底板背面，其转轴从电机固定座穿出切换座正面后与送料主动轮固定连接。
作为本发明的一种改进，所述的切换杆组件包括转换杆、转换杆转轴和切换杆，切换杆安装在基板背面且可在第一点和第二点之间左右滑动，其上设有阶梯轨道，转换杆上端通过基板的转换杆上安装位与切换座的水平板右端连接，下端与转换杆转轴前端连接，转换杆转轴后端套设在阶梯轨道中，且随着切换杆的切换交替位于阶梯轨道的顶面或底面，以驱动切换机构组件绕切换固定轴转动。
作为本发明的一种改进，所述的切换杆组件还包括切换滑轨和定位弹心件，切换滑轨固定在基板背面，切换杆滑动装配在切换滑轨上，定位弹心件固定在切换滑轨的弹心固定孔中，其上设有一个朝向切换杆的弹性活动端，切换杆上间隔设置有与弹性活动端相匹配的定位孔一和定位孔二，当切换杆移动至第一点时，弹性活动端卡入定位孔一，当切换杆移动至第二点时，弹性活动端卡入定位孔二。
作为本发明的一种改进，所述的切换杆组件还包括转换轴承和轴承卡簧，转换轴承通过轴承卡簧固定在转换杆转轴后端，切换杆的阶梯轨道中设有切换轴承槽，转换轴承滚动装配在切换轴承槽中。切换时，转换轴承沿着切换轴承槽滚动，减小切换过程中切换杆、转换杆转轴受到的扭力，提高了切换定位精度和可靠性。
作为本发明的一种改进，所述的送料主动轮上设有用于约束、导向丝料的V型齿凹槽。V型齿凹槽的设计，除了为送料提供足够的摩擦力外，在切换时，还对丝料起到导准的作用，使丝料运动轨迹准确。
作为本发明的一种改进，所述的基板上还设有进丝管，其分别位于送料从动轮的正上方，送料从动轮上设有料槽，进丝管出丝口中心、送料从动轮料槽中心和打印头进丝口中心同心。三者同心，可保证丝料顺利地从进丝管再经过送料从动轮料直接进入打印头，经过其加热熔融后通过喷嘴挤出并打印成型，有利于保证送料顺畅，提高打印的精度。
本发明创新设计了只切换送料主动轮的纯机械切换方案，只用一个送料电机，不需要挤出系统之外的动力即可实现打印送料和切换。与现有技术相比，具有如下优点：
一、本发明设计了结构简单、运行可靠的纯机械切换机构，仅通过一个切换杆和一个摇臂(切换座)组合就可实现打印切换，大幅降低了切换系统的成本和装配难度；
二、本发明仅用一个驱动电机并且不借助挤出系统之外的任何外力即可实现两种丝料自动交替打印，大大降低了挤出头的重量，提高了打印速度和打印精度；
三、本发明通过切换送料主动轮，即可实现两个打印头工作中的交替切换，打印头两者位置不变，互相独立，保证了打印的精度和稳定性；
四、本发明切换精度由切换杆的切换轨道、定位孔等精度来保证，其精度由传统机械加工工艺即可实现，可保证切换运动的稳定性、可靠性及切换的定位精度，提高打印精度。
附图说明
图1为挤出系统正向的整体结构轴测图；
图2为挤出系统背向的整体结构轴测图；
图3为挤出系统的分解结构示意图；
图4为右打印机处于工作状态的背面正视图，图中，隐藏了切换滑轨；
图5为右打印机处于工作状态的正面正视图；
图6为图4中切换杆组件工作状态一53的详细放大图；
图7为切换杆的背面正视图；
图8为图7中A-A截面图；
图9为左打印机处于工作状态的背面正视图，图中，隐藏了切换滑轨；
图10为左打印机处于工作状态的正面正视图；
图11为图9中切换杆组件工作状态二54的详细放大图。
具体实施方式
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。
请参看图1至图3，一种摇臂切换主动轮的双料挤出系统，包括基板1、切换机构组件2、送料从动轮组件3、打印头组件4、送料电机5和切换杆组件6。基板1作为各零部件的安装平台，其上设有送料从动轮安装位(28、29)、转换槽30、锁紧件定位槽31、进丝管安装位(32、33)、切换固定轴安装孔34和转换杆上安装位35。转换槽30和锁紧件定位槽31位于送料从动轮安装位(28、29)之间，转换槽30靠近基板1背面，锁紧件定位槽31靠近基板1正面，二者中心线重合，呈圆弧形，两端分别朝向送料从动轮安装位(28、29)，且锁紧件定位槽31的尺寸大于转换槽30的尺寸。
切换机构组件2主要包括切换固定轴7、电机固定座8、锁紧件11和切换座14。切换固定轴7呈T形结构，包括固定在基板1背面的连接板和从切换固定轴安装孔34伸向基板1正面的连接轴。电机固定座8包括带孔的底板和垂直底板的圆柱管，其底板正面贴在基板1的背面，圆柱管从转换槽30伸向基板1正面，圆柱管的尺寸与转换槽30尺寸相匹配，可沿转换槽30左右滑动，在圆柱管上设有前后两排沿径向均布的螺纹孔。锁紧件11为套管结构，其圆柱面设有与圆柱管后排螺纹孔相匹配的锁紧孔13，并通过锁紧螺丝12固定在圆柱管后排的螺纹孔上，同时，锁紧件11刚好位于锁紧件定位槽31中，并可沿锁紧件定位槽31左右滑动，从而将电机固定座8左右滑动的安装在基板1上。切换座14包括相互连接的水平板和竖直板，连接处与切换固定轴7的连接轴转动连接，竖直板下端设有安装孔17，在安装孔17的壁上设有与圆柱管前排螺纹孔相匹配的固定孔16，并通过固定件15与圆柱管前排的螺纹孔连接，实现电机固定座8与切换座14的固定连接。送料电机5固定在电机固定座8的底板背面，其转轴从电机固定座8中伸出至切换座14正面，并与送料主动轮20相固定，通过驱动电机5转轴带动送料主动轮20按设定转动，送料主动轮20上设有用于约束、导向丝料(22、23)的V型齿凹槽21。切换座14的水平板右端则通过转换杆上安装位35与安装在基板1背面切换杆组件6连接，通过切换杆组件6带动切换座14绕切换固定轴7做一定角度的摆动，从而带动送料电机5、电机固定座8和送料主动轮20一起沿转换槽30左右滑动。
送料从动轮组件3包括送料从动轮(18、19)及相应的安装配件，送料从动轮(18、19)通过基板1上的送料从动轮安装位(28、29)转动安装在送料主动轮20的左右两侧。进丝管(9、10)通过进丝管安装位(32、33)固定在送料从动轮(18、19)正上方。打印头组件4固定安装在基板1下部，位置始终不变，主要包括打印头(24、25)、喷嘴(26、27)及相应的安装配件，打印头(24、25)分别位于送料从动轮(18、19)的下方，其上端分别连接丝料(22、23)，下端分别连接喷嘴(26、27)。打印时，送料主动轮20压紧工作的打印头对应的送料从动轮(18、19)，使丝料(22、23)被压紧在送料主动轮20上的V型齿凹槽21和送料从动轮(18、19)上的料槽内，进丝管(9、10)下端出丝口中心、送料从动轮(18、19)上的料槽中心、以及打印头(24、25)的进丝口的中心同心，保证丝料(22、23)顺利地从进丝管(9、10)再经过送料从动轮(18、19)直接进入打印头(24、25)，经过其加热熔融后通过喷嘴(26、27)挤出并打印成型，有利于保证送料顺畅，提高打印的精度。
请参看图2、图7和图8，切换杆组件6安装在基板1的背面，包括转换杆36、转换杆转轴37、转换轴承38、轴承卡簧39、切换杆40、切换滑轨41和定位弹心件42。切换滑轨41固定在基板1背面，切换杆40滑动装配在切换滑轨41上并与基板1贴合，使得切换杆40只能做左右方向的水平运动。定位弹心件42通过弹心固定孔55固定在切换滑轨41上，其上设有一个朝向切换杆40的弹性活动端，切换杆40上间隔设置有与弹性活动端相匹配的定位孔一49和定位孔二50，定位弹心件42的弹性活动端按工作设定要求与切换杆40上的定位孔一49和定位孔二50进行切换后定位。定位弹心件42的结构可采用常用的弹簧柱塞，包括柱套、钢珠和弹簧等，柱套固定在弹心固定孔55中，端部设有供钢珠部分伸出的小孔，钢珠通过弹簧安装在柱套中，受力时可在柱套和弹簧约束下内外运动。切换杆40上设有阶梯轨道52，并在阶梯轨道前部开设有供转换杆36活动的转换杆下安装位47，阶梯轨道52中设有与转换轴承38相配合的切换轴承槽48。转换杆转轴37后端与转换轴承38紧配并通过轴承卡簧39定位，转换轴承38安装在阶梯轨道52上的切换轴承槽48内，保证转换轴承38在切换时运动的稳定性，转换杆转轴37前端与转换杆36下端配合，并通过转换杆下安装位47与转换杆36连接。转换杆36上端则通过转换杆上安装位35与基板1正面的切换座14水平板右端紧配。打印机工作过程中切换打印头时，触碰切换杆40使其按V(图4)或者V’(图9)方向移动，随着转换轴承38在切换轴承槽48中的滚动，通过转换杆转轴37带动转换杆36向左或者向右倾斜一定角度C1或者C2，从而带动切换座14顺时针或者逆时针旋转一定角度D1(图5)或者D2(图10)，使送料主动轮20压紧打印机工作的打印头(24、25)对应的送料从动轮(18、19)，实现打印机打印的切换。
请参看图4至图6，打印头25处于工作状态，切换杆40上的定位孔二50通过定位弹心件42进行定位。此时，转换杆转轴37和转换轴承38位于切换工位一F1位置。转换杆36向左倾斜一定角度C1，并带动安装在基板1正面的切换座14逆时针旋转一定角度D1，使送料主动轮20与右侧的送料从动轮19相互压紧，把右侧的丝料23咬紧在送料主动轮20的V型齿凹槽21内，使切换机构组件2处于左侧从动轮组件非工作状态43、右侧从动轮组件工作状态44。至此送料电机5在打印机内的程序控制下带动送料主动轮20顺时针转动，从而带动咬紧右侧的丝料23，往打印头25里送料，丝料23在打印头25加热到熔融状态后通过喷嘴27挤出并打印成型。
切换打印时，打印机从图4至图6的打印状态切换为图9至图11的打印状态：触碰切换杆40使其沿V′方向移动一定的位移，使切换杆40上的定位孔二50离开定位弹心件42，并使定位孔一49与弹心定位件42配合到位。同时，转换轴承38在阶梯轨道52内的切换轴承槽48内根据切换轨迹51稳定地从切换工位一F1向下移动转换杆切换高度E到切换工位二F2位置，使转换轴承38从切换杆组件工作状态一53的位置运动到切换杆组件工作状态二54的位置，使转换杆36在切换杆40和弹心定位件42的定位作用下保持向右倾斜一定角度C2。此时，转换杆36驱动切换座14顺时针转动一定角度D2，带动送料主动轮20离开右侧的送料从动轮19不再压紧丝料23并保持右侧从动轮组件非工作状态46。而同时送料主动轮20将左侧的丝料22压紧在左侧的送料从动轮18与送料主动轮20的V型齿凹槽21内，并保持左侧从动轮组件工作状态45，完成切换工作。至此送料电机5在打印机内的程序控制下带动送料主动轮20逆时针转动，从而带动咬紧左侧的丝料22，往打印头24里送料，丝料22在打印头24加热到熔融状态后通过喷嘴26挤出并打印成型。
通过对切换杆40上的定位孔一49和定位孔二50之间的距离和阶梯轨道52的切换杆切换高度E的精确设计，可准确保证切换机构组件2在切换时各组件移动的定位精度及稳定性。同时，两个打印头(24、25)等高而且各自独立，互不影响，而且切换杆40上的定位孔一49、定位孔二50、阶梯轨道52、切换轴承槽48及切换滑轨41、基板1上的安装孔位等都是通过传统精加工工艺加工，保证了机构零件的各个尺寸的精度，确保了打印机在打印过程中切换机构的定位精度，提高了打印机打印产品的精度及表面质量。
本发明不需切换打印头(24、25)的高度差，不用切换送料从动轮组件3，只切换送料主动轮20的纯机械切换的方案来实现打印机打印的切换工作。只用一个送料电机5，不需要挤出系统之外的动力就可实现打印送料和切换，不仅简化了切换装置的机械结构、减轻了挤出系统的重量，提高打印机的打印速度和打印质量；而且设计简单、稳定的纯机械切换机构，使打印机切换更稳定、定位更精确从而提升打印的质量和稳定性。
需要理解的是，本实施例中的术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明的实施方式和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的实施方式的限制。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种摇臂切换主动轮的双料挤出系统，其特征在于：包括基板(1)和安装在基板(1)上的切换机构组件(2)、送料从动轮组件(3)、打印头组件(4)、送料电机(5)和切换杆组件(6)，切换机构组件(2)一端与送料电机(5)连接，另一端与切换杆组件(6)连接，中部通过切换固定轴(7)与基板(1)转动连接，送料电机(5)的转轴上设有送料主动轮(20)，送料从动轮组件(3)的送料从动轮(18、19)分别设在主动送料轮(20)的两侧，打印头组件(4)的打印头(24、25)分别设在送料从动轮(18、19)的下方，其一端分别连接丝料(22、23)，另一端分别连接喷嘴(26、27)，丝料(22、23)分别被压于送料从动轮(18、19)和送料主动轮(20)之间，切换杆组件(6)用于驱动切换机构组件(2)绕切换固定轴(7)转动，以带动送料主动轮(20)分别将丝料(22、23)压在送料从动轮(18、19)上，进行丝料的切换打印，在切换打印的过程中，送料从动轮(18、19)、打印头(24、25)和喷嘴(26、27)分别保持位置固定。
2.根据权利要求1所述的一种摇臂切换主动轮的双料挤出系统，其特征在于：所述的切换机构组件(2)包括电机固定座(8)、锁紧件(11)和切换座(14)，所述的基板(1)上开设有向送料从动轮(18、19)延伸的转换槽(30)和锁紧件定位槽(31)，电机固定座(8)包括带孔的底板和垂直底板的圆柱管，锁紧件(11)为套管结构，切换座(14)包括相互连接的水平板和竖直板，连接处通过切换固定轴(7)与基板(1)转动连接，竖直板下端设有用于连接圆柱管的安装孔(17)，水平板右端与切换杆组件(6)连接，电机固定座(8)的底板正面贴在基板(1)背面，圆柱管穿过转换槽(30)后依次与锁紧件(11)和切换座(14)固定连接，且锁紧件(11)滑动装配在锁紧件定位槽(31)中，所述的送料电机(5)固定在电机固定座(8)的底板背面，其转轴从电机固定座(8)穿出切换座(14)正面后与送料主动轮(20)固定连接。
3.根据权利要求2所述的一种摇臂切换主动轮的双料挤出系统，其特征在于：所述的切换杆组件(6)包括转换杆(36)、转换杆转轴(37)和切换杆(40)，切换杆(40)安装在基板(1)背面且可在第一点和第二点之间左右滑动，其上设有阶梯轨道(52)，转换杆(36)上端通过基板(1)的转换杆上安装位(35)与切换座(14)的水平板右端连接，下端与转换杆转轴(37)前端连接，转换杆转轴(37)后端套设在阶梯轨道(52)中，且随着切换杆(7)的切换交替位于阶梯轨道(52)的顶面或底面，以驱动切换机构组件(2)绕切换固定轴(7)转动。
4.根据权利要求3所述的一种摇臂切换主动轮的双料挤出系统，其特征在于：所述的切换杆组件(6)还包括切换滑轨(41)和定位弹心件(42)，切换滑轨(41)固定在基板(1)背面，切换杆(40)滑动装配在切换滑轨(41)上，定位弹心件(42)固定在切换滑轨(41)的弹心固定孔(55)中，其上设有一个朝向切换杆(40)的弹性活动端，切换杆(40)上间隔设置有与弹性活动端相匹配的定位孔一(49)和定位孔二(50)，当切换杆(40)移动至第一点时，弹性活动端卡入定位孔一(49)，当切换杆(40)移动至第二点时，弹性活动端卡入定位孔二(50)。
5.根据权利要求3所述的一种摇臂切换主动轮的双料挤出系统，其特征在于：所述的所述的切换杆组件(6)还包括转换轴承(38)和轴承卡簧(39)，转换轴承(38)通过轴承卡簧(39)固定在转换杆转轴(37)后端，切换杆(40)的阶梯轨道(52)中设有切换轴承槽(48)，转换轴承(38)滚动装配在切换轴承槽(48)中。
6.根据权利要求1所述的一种摇臂切换主动轮的双料挤出系统，其特征在于：所述的送料主动轮(20)上设有用于约束、导向丝料(22、23)的V型齿凹槽(21)。
7.根据权利要求1所述的一种摇臂切换主动轮的双料挤出系统，其特征在于：所述的基板(1)上还设有进丝管(9、10)，其分别位于送料从动轮(18、19)的正上方，送料从动轮(18、19)上设有料槽，进丝管(9、10)出丝口中心、送料从动轮(18、19)料槽中心和打印头(24、25)进丝口中心同心。
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