CN109895381B - 一种双流道打印头的切换送料机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双流道打印头的切换送料机构，包括基座、电机、主动送料轮、换向轮系和送料从动轮组件；电机安装在基座中部，主动送料轮和换向轮系依次安装在电机转轴上，送料从动轮组件转动安装在基座上；当电机转轴旋转在第一方向时，驱动主动送料轮转动的同时，通过换向轮系驱动送料从动轮组件摆动，将主动送料轮一侧的丝材压在主动送料轮上；当电机转轴旋转在第二方向时，驱动主动送料轮转动的同时，通过换向轮系驱动送料从动轮组件反方向摆动，将主动送料轮另一侧的丝材压在主动送料轮上，实现丝材的切换打印。本发明仅由一个电机即可同步为送料机构的切换和丝材的送进提供驱动力，大大降低了整个打印系统的重量以及控制复杂性。

Description

一种双流道打印头的切换送料机构

技术领域

本发明涉及基于熔融堆积快速成型工艺的3D打印机，具体涉及一种双流道打印头的切换送料机构。

背景技术

基于熔融堆积快速成型工艺的3D打印机是通过计算机控制打印头将塑料丝熔融挤出成0.1～0.4mm左右的细丝并逐层打印堆积成三维实体。通常，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3D打印机打印头只有单熔融流道设计结构，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，可以通过控制打印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。为了解决该问题，目前，基于熔融堆积快速成型工艺的3D打印机打印头多采用双流道结构，其中一个流道用于熔融挤出ABS塑料等模型成型材料，另一个流道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熔融流道对应送料机构切换至工作状态，实现两个熔融流道的交替挤出。已公开的3D打印机双流道打印头切换方式可以分为两类：

一类是两个熔融流道分别由两个电机单独驱动送料，当需要切换流道时，系统控制对应送料电机旋转，实现对相应材料的送料挤出。此类双流道打印头的送料切换需要用到两套电机及驱动元件，增加了控制系统的复杂程度。

另一类是依靠一个送料电机并配与一套复杂的机械机构并借助外力来实现送料切换。通过外力驱动复杂机械结构实现两个熔融流道对应送料机构工作状态的切换，配与送料电机旋转方向的变化实现相应材料的送进挤出。这种切换方式结构复杂，增加了打印头的体积和重量，极大制约了打印速度的提高。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种双流道打印头的切换送料机构，仅由一个电机即可同步为送料机构的切换和丝材的送进提供驱动力，大大降低了整个打印系统的重量以及控制复杂性。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种双流道打印头的切换送料机构，包括基座、电机、主动送料轮、换向轮系和送料从动轮组件；电机安装在基座中部，主动送料轮和换向轮系依次安装在电机转轴上，送料从动轮组件转动安装在基座上，且与换向轮系活动连接；当电机转轴旋转在第一方向时，驱动主动送料轮转动的同时，通过换向轮系驱动送料从动轮组件摆动，将主动送料轮一侧的丝材压在主动送料轮上；当电机转轴旋转在第二方向时，驱动主动送料轮转动的同时，通过换向轮系驱动送料从动轮组件反方向摆动，将主动送料轮另一侧的丝材压在主动送料轮上，实现丝材的切换打印。

作为本发明的一种改进，所述的换向轮系包括太阳齿轮、绕太阳齿轮均布的多个行星齿轮、行星架和齿轮圈，太阳齿轮固定安装在电机转轴上，各行星齿轮转动安装在行星架上并与太阳齿轮外啮合连接，齿轮圈安装在行星齿轮的外圈且与行星齿轮内啮合连接，齿轮圈外壁设有轴向的齿槽。

作为本发明的一种改进，所述的送料从动轮组件包括拨叉、左从动送料轮和右从动送料轮，拨叉呈倒V字形，中部转动安装在主动送料轮正上方，左从动送料轮和右从动送料轮分别转动安装在拨叉两端，拨叉中部下方设有与齿槽啮合的齿台。

作为本发明的一种改进，所述的左从动送料轮和右从动送料轮上均设有用于约束、导向丝材的V型凹槽。

作为本发明的一种改进，还包括对称安装在基座上的左熔融挤出流道和右熔融挤出流道，左熔融挤出流道与主动送料轮左侧的丝材送进方向在同一竖直线上，右熔融挤出流道与主动送料轮右侧的丝材送进方向在同一竖直线上。

作为本发明的一种改进，还包括左导料套和右导料套，左导料套的下端与左熔融挤出流道连接，上端指向主动送料轮左侧的丝材送进方向，右导料套的下端与右熔融挤出流道连接，上端指向主动送料轮右侧的丝材送进方向。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

一、整个双流道打印头仅由一个电机即可同步为送料机构的切换和丝材的送进提供驱动力，保证了主动切换丝材的准确性和可靠性，同时也降低了整个打印系统的重量以及控制复杂性，利于打印速度的提高。

二、设计了简单可靠的自主切换送料结构。通过电机旋转方向的转换，驱动换向轮系做相应方向的旋转，进而完成对相应丝材送料机构工作状态的同步切换。整体结构简单紧凑，且切换过程无需借助任何外力即可自主完成。同时由于换向轮系采用小齿轮驱动大齿轮的结构，仅需选取较小规格型号的电机即能满足驱动力要求。

三、切换送料机构的所有齿轮始终相互啮合，切换过程无需滑移齿轮，因此摩擦磨损和冲击振动都很小，保证较长的使用寿命。同时齿轮部件均采用标准件，无需设计加工，易于维护与更换；

附图说明

图1为切换送料机构的整体结构轴测图；

图2为切换送料机构的分解结构示意图；

图3为切换送料机构的侧向剖视图；

图4为换向轮系的旋转方向关系图；

图5为换向轮系与送料从动轮组件的旋转方向关系图

图6为右熔融挤出流道处于工作状态时的正视图；

图7为左熔融挤出流道处于工作状态时的正视图；

附图标记说明：1-基座；2-电机；3-主动送料轮；4-换向轮系；5-送料从动轮组件；6-摆轴；7-卡簧；8L-左熔融挤出流道；8R-右熔融挤出流道；9L-左导料套；9R-右导料套；10L-左丝材；10R-右丝材；401-太阳齿轮，402-行星齿轮，403-滚动轴承，404-行星架，405-齿轮圈；4051-齿槽；501-拨叉；502L-左从动轮转轴；502R-右从动轮转轴；503L-左从动送料轮；503R-右从动送料轮；5011-齿台。

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。

如图1和图2所示，本实施例的双流道打印头的切换送料机构，包括基座1、电机2、主动送料轮3、换向轮系4、送料从动轮组件5、摆轴6、左熔融挤出流道8L、右熔融挤出流道8R、左导料套9L和右导料套9R。

电机2安装在基座1的背面，其转轴伸向基座1的正面；换向轮系4和主动送料轮3依次固定安装在电机2转轴上；摆轴6安装固定在基座1上，且位于电机2转轴正上方，二者轴心对齐；送料从动轮组件5转动安装进摆轴6后由卡簧7轴端限位，且中部与换向轮系4活动连接；左熔融挤出流道8L和右熔融挤出流道8R对称安装固定在基座1上；左导料套9L下端与左熔融挤出流道8L螺接固定，上端指向主动送料轮3左侧的丝材送进方向处，三者中心在同一竖直线上；右导料套9R下端与右熔融挤出流道8R螺接固定，上端指向主动送料轮3右侧的丝材送进方向处，三者中心在同一竖直线上。当打印头需要切换送料时，电机2反方向旋转，驱动换向轮系4进行转动方向的转换，进而带动送料从动轮组件5也实现反方向摆动，实现送料机构的自主切换。整个打印头结构简单紧凑，便于实现。

如图2至图5所示，换向轮系4主要由太阳齿轮401、行星齿轮402、滚动轴承403、行星架404和齿轮圈405组成。太阳齿轮401固定安装在电机2转轴上，中心嵌入滚动轴承403的行星齿轮402均布安装在行星架404上并与太阳齿轮401外啮合连接，齿轮圈405安装在均布的行星齿轮402的外圈且与行星齿轮402内啮合连接，齿轮圈405外壁还设置有轴向的齿槽4051。

送料从动轮组件5主要由拨叉501、左从动轮转轴502L、右从动轮转轴502R、左从动送料轮503L和右从动送料轮503R组成。拨叉501呈倒V字形，中部转动安装进摆轴6后由卡簧7轴端限位，左从动轮转轴502L和右从动轮转轴502R对称安装固定在拨叉501的左右两端，左从动送料轮503L转动安装在左从动轮转轴502L上，右从动送料轮503R转动安装在右从动轮转轴502R上，拨叉501中部下方设有与齿槽4051啮合的齿台5011，从而可以随齿轮圈405的转动而摆动。

当电机2带动太阳齿轮401以一个方向旋转时，太阳齿轮401驱动行星齿轮402做相反方向的旋转运动，行星齿轮402又驱动齿轮圈405做与之相同方向的旋转运动，而齿轮圈405的旋转又驱动送料从动轮组件5绕着摆轴6做相反方向摆动。

综上可知，电机2带动主动送料轮3和太阳齿轮401以一个方向旋转时，齿轮圈405也将驱动送料从动轮组件5以相同方向旋转。

如图6所示，当需要将右熔融挤出流道8R切换至工作状态时，电机2顺时针旋转，带动主动送料轮3和太阳齿轮401一起顺时针旋转，而太阳齿轮401驱动行星齿轮402做逆时针方向旋转运动，行星齿轮402又驱动齿轮圈405做相同方向的逆时针旋转运动，而齿轮圈405的旋转又驱动送料从动轮组件5绕着摆轴6做顺时针方向摆动。当送料从动轮组件5顺时针摆动到右从动送料轮503R压紧丝材10R后，送料动轮组件5停止摆动，右从动送料轮503R与主动送料轮3共同将丝材10R输送到下方的右导料套9R后进入右熔融挤出流道8R熔融挤出。而由于送料从动轮组件5停止摆动，与之活动连接的齿轮圈405也停止转动，此时行星齿轮402做沿自身轴心的逆时针自转运动和沿太阳齿轮401轴心的顺时针公转，转动过程中行星齿轮402对齿轮圈405产生持续的锁止力，确保挤出过程中右从动送料轮503R对丝材10R的持续压紧。只要电机2顺时针转动方向不变，右熔融挤出流道8R将一直处于工作状态。

如图7所示，当需要将左熔融挤出流道8L切换至工作状态时，电机2逆时针旋转，带动主动送料轮3和太阳齿轮401一起逆时针旋转，而太阳齿轮401驱动行星齿轮402做顺时针方向旋转运动，行星齿轮402又驱动齿轮圈405做相同方向的顺时针旋转运动，而齿轮圈405的旋转又驱动送料从动轮组件5绕着摆轴6做逆时针方向摆动。当送料从动轮组件5逆时针摆动到左从动送料轮503L压紧丝材10L后，送料从动轮组件5停止摆动，左从动送料轮503L与主动送料轮3共同将丝材10L输送到下方的左导料套9L后进入左熔融挤出流道8L熔融挤出。而由于送料从动轮组件5停止摆动，与之活动连接的齿轮圈405也停止转动，此时行星齿轮402做沿自身轴心的顺时针自转运动和沿太阳齿轮401轴心的逆时针公转，转动过程中行星齿轮402对齿轮圈405产生持续的锁止力，确保挤出过程中左从动送料轮503L对丝材10L的持续压紧。只要电机2逆时针转动方向不变，左熔融挤出流道8L将一直处于工作状态。

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 (4)

1.一种双流道打印头的切换送料机构，其特征在于：包括基座(1)、电机(2)、主动送料轮(3)、换向轮系(4)和送料从动轮组件(5)；电机(2)安装在基座(1)中部，主动送料轮(3)和换向轮系(4)依次安装在电机(2)转轴上，送料从动轮组件(5)转动安装在基座(1)上，且与换向轮系(4)活动连接；当电机(2)转轴旋转在第一方向时，驱动主动送料轮(3)转动的同时，通过换向轮系(4)驱动送料从动轮组件(5)摆动，将主动送料轮(3)一侧的丝材压在主动送料轮(3)上；当电机(2)转轴旋转在第二方向时，驱动主动送料轮(3)转动的同时，通过换向轮系(4)驱动送料从动轮组件(5)反方向摆动，将主动送料轮(3)另一侧的丝材压在主动送料轮(3)上，实现丝材的切换打印；

所述的换向轮系(4)包括太阳齿轮(401)、绕太阳齿轮(401)均布的多个行星齿轮(402)、行星架(404)和齿轮圈(405)，太阳齿轮(401)固定安装在电机(2)转轴上，各行星齿轮(402)转动安装在行星架(404)上并与太阳齿轮(401)外啮合连接，齿轮圈(405)安装在行星齿轮(402)的外圈且与行星齿轮(402)内啮合连接，齿轮圈(405)外壁设有轴向的齿槽(4051)；

所述的送料从动轮组件(5)包括拨叉(501)、左从动送料轮(503L)和右从动送料轮(503R)，拨叉(501)呈倒V字形，中部转动安装在主动送料轮(3)正上方，左从动送料轮(503L)和右从动送料轮(503R)分别转动安装在拨叉(501)两端，拨叉(501)中部下方设有与齿槽(4051)啮合的齿台(5011)。

2.根据权利要求1所述的一种双流道打印头的切换送料机构，其特征在于：所述的左从动送料轮(503L)和右从动送料轮(503R)上均设有用于约束、导向丝材的V型凹槽。

3.根据权利要求1或2所述的一种双流道打印头的切换送料机构，其特征在于：还包括对称安装在基座(1)上的左熔融挤出流道(8L)和右熔融挤出流道(8R)，左熔融挤出流道(8L)与主动送料轮(3)左侧的丝材送进方向在同一竖直线上，右熔融挤出流道(8R)与主动送料轮(3)右侧的丝材送进方向在同一竖直线上。

4.根据权利要求3所述的一种双流道打印头的切换送料机构，其特征在于：还包括左导料套(9L)和右导料套(9R)，左导料套(9L)的下端与左熔融挤出流道(8L)连接，上端指向主动送料轮(3)左侧的丝材送进方向，右导料套(9R)的下端与右熔融挤出流道(8R)连接，上端指向主动送料轮(3)右侧的丝材送进方向。