CN110253884A - 复合挤出3d打印喷头及3d打印机 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种复合挤出3D打印喷头，包括：固定板；柱塞结构，其安装于所述固定板；螺杆挤出结构，其安装于所述固定板；和喷料组件，其与所述螺杆挤出结构相连；其中，所述柱塞结构与所述螺杆挤出结构连通，用于材料自所述柱塞结构进入所述螺杆挤出结构，以使得所述材料在所述喷料组件喷出。本申请的复合挤出3D打印喷头包括固定板、柱塞结构、螺杆挤出结构和喷料组件，通过柱塞结构和螺杆挤出结构对半流体、粘稠状及固体颗粒材料挤出，挤出顺畅，打印回抽效果好，易进料，进料稳定，可适应多种材料。

Description

复合挤出3D打印喷头及3D打印机

技术领域

本申请涉及打印技术领域，特别是涉及复合挤出3D打印喷头及3D打印机。

背景技术

现有的3D打印喷头主要包括柱塞式打印喷头和螺杆挤出喷头两种。

柱塞式打印喷头在针对半流体、粘稠状及固体颗粒材料打印方面存在挤出不够顺畅和打印回抽不理想的问题，固体颗粒状材料在熔融打印过程中，由于材料密实度不够，颗粒与颗粒间存在间隙，则柱塞中存在大小不等的空腔，在熔融打印过程中，这些空腔会对挤出情况产生不利的影响，会产生断料不能连续打印等情况，同时回抽的效果也不能保证。在半流体及粘稠状材料的熔融打印过程中，空腔存在的情况很少，但由于材料的粘度大、固液相混合加大回抽难度，使回抽的作用不能直达喷嘴，回抽效果不理想。

螺杆挤出喷头结构在针对半流体、粘稠状及固体颗粒发明等相似材料时，均存在进料困难，进料不稳定的情况，由于材料形状及特性决定材料依靠自身很难进入螺杆槽内，造成螺杆挤出不连贯顺畅，易断料的情况发生。

因此，需要一种可适应多种材料的复合挤出3D打印喷头。

发明内容

本申请的目的在于克服上述问题或者至少部分地解决或缓减解决上述问题。

根据本申请的一个方面，提供了一种复合挤出3D打印喷头，包括：固定板；柱塞结构，其安装于所述固定板；螺杆挤出结构，其安装于所述固定板；和喷料组件，其与所述螺杆挤出结构相连；其中，所述柱塞结构与所述螺杆挤出结构连通，用于材料自所述柱塞结构进入所述螺杆挤出结构，以使得所述材料在所述喷料组件喷出。

本申请的复合挤出3D打印喷头包括固定板、柱塞结构、螺杆挤出结构和喷料组件，通过柱塞结构和螺杆挤出结构对半流体、粘稠状及固体颗粒材料挤出，挤出顺畅，打印回抽效果好，易进料，进料稳定，可适应多种材料。

另外，本申请提供的上述实施例中的复合挤出3D打印喷头还可以具有如下附加技术特征：

在该技术方案中，可选地，所述螺杆挤出结构包括：电机固定座，其固定于所述固定板；第一步进电机，其安装于所述电机固定座；螺杆炮筒，其位于所述电机固定座的下方，并与所述固定板固定，在所述螺杆炮筒的上端和所述电机固定座下端之间设有间隙；螺杆，其位于所述螺杆炮筒的内部；和连轴器，其位于所述间隙；其中，所述连轴器分别与所述螺杆和所述第一步进电机的动力输出轴连接，以使得所述螺杆转动。

在该技术方案中，可选地，在所述螺杆炮筒的侧部开有斜向的通孔。

在该技术方案中，可选地，所述柱塞结构包括：夹持固定座，其固定于所述固定板；推杆筒，其固定于所述夹持固定座；电推推杆，其位于所述推杆筒的内部；柱塞，其安装于所述电推推杆的下端；料筒固定座，其安装于所述电机固定座；料筒，其位于所述推杆筒的下方、并与所述料筒固定座固定连接；料筒椎体，其与所述料筒的下端连通，并与所述螺杆炮筒固定连接；和第二步进电机，其位于所述推杆筒的上部一侧；其中，所述第二步进电机的动力输出轴与所述电推推杆连接，以使得所述电推推杆带动所述柱塞往复进入所述料筒，进而所述料筒椎体的内部所述材料进入所述螺杆炮筒。

在该技术方案中，可选地，在所述料筒椎体的内部开有倾斜的通道，所述通道与所述通孔连通，所述通道的倾斜角度与所述通孔的倾斜角度一致。

在该技术方案中，可选地，所述通道的上部为渐缩口。

在该技术方案中，可选地，所述喷料组件包括：喷头，其安装于所述螺杆炮筒的下端，并与所述螺杆炮筒连通，在所述喷头的内部设有空腔；喷嘴，其安装于所述喷头的下端，并与所述空腔连通，用于喷所述材料。

在该技术方案中，可选地，还包括：第一加热棒，其安装插于所述料筒椎体的第一孔内的内部；第二加热棒，其安装插于所述螺杆炮筒的第一孔内的内部。

在该技术方案中，可选地，还包括：温度传感器，其安装于所述螺杆炮筒的第二孔的内部，并与所述第一加热棒和所述第二加热棒相接。

根据本申请的一个方面，提供了一种3D打印机，通过采用复合挤出3D打印喷头，使得该3D打印机可以确保对半流体、粘稠状及固体颗粒材料挤出，挤出顺畅，打印回抽效果好，易进料，进料稳定，进而提升了3D打印机的打印效果、产品竞争力及用户体验。

根据下文结合附图对本申请的具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本申请的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本申请的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本申请一个实施例的复合挤出3D打印喷头的示意性剖视图；

图2是图1所示复合挤出3D打印喷头装置的示意性侧视图。

图中标记：

1-固定板；2-夹持固定座；3-第一步进电机；4-电机固定座；5-连轴器；6-螺杆炮筒；7-温度传感器；8-喷头；9-喷嘴；10-第一加热棒；11-料筒椎体；12-料筒；13-料筒固定座；14-柱塞；15-推杆筒；16-螺杆；17-电推推杆；18-间隙；19-通孔；20-第二步进电机；21-通道；22-渐缩口；23-第二加热；

100-柱塞结构；

200-螺杆挤出结构；

300-喷料组件。

具体实施方式

图1是根据本申请一个实施例的复合挤出3D打印喷头的示意性剖视图，

图2是图1所示复合挤出3D打印喷头装置的示意性侧视图。复合挤出3D打印喷头一般性地可包括固定板1、柱塞结构100、螺杆挤出结构200和喷料组件300，其中，柱塞结构100安装于固定板1，螺杆挤出结构200，其安装于固定板1，喷料组件300与螺杆挤出结构200相连。具体地柱塞结构100与螺杆挤出结构200连通，用于材料自柱塞结构100进入螺杆挤出结构200，以使得材料在喷料组件300喷出。本申请的复合挤出3D打印喷头包括固定板、柱塞结构、螺杆挤出结构和喷料组件，通过柱塞结构和螺杆挤出结构对半流体、粘稠状及固体颗粒材料挤出，挤出顺畅，打印回抽效果好，易进料，进料稳定，可适应多种材料。

本申请采用了柱塞结构100与螺杆挤出结构200相结合的复合挤出3D打印喷头结构，此结构的优点在于结合了两种挤出机构，避免了单一挤出结构的缺陷，针对半流体、粘稠状材料及固体颗粒料的熔融打印有很好的成型效果，复合挤出3D打印喷头结构结合了柱塞结构100在送料推进方面的通用型，适用范围广，不论是颗粒材料还是高粘度材料均有很好表现的优点，及螺杆挤出结构200在材料密实、计量挤出和良好回抽能力的优点，相互补充达到使打印材料更多元化的要求，满足更多的市场应用及材料试验要求。

参见图2所示，在该实施例中，可选地，固定板1为金属矩形板，并设有圆倒角，避免划伤安装人员。

参见图1和2所示，根据本申请的一个实施例，螺杆挤出结构200一般性可包括电机固定座4、第一步进电机3、螺杆炮筒6、螺杆16和连轴器5。其中，电机固定座4可以通过多种方式固定于固定板1，例如：方式1、通过螺栓固定，便于拆装；方式2、通过焊接固定，牢固性较好。可选地，该电机固定座4为金属矩形块结构，与现有的电机固定座相同。第一步进电机3通过螺栓安装于电机固定座4，避免松动，且便于拆装，维修。该第一步进电机3为现有的步进电机3。螺杆炮筒6位于电机固定座4的下方，并通过螺杆固定于固定板1，便于拆装。在螺杆炮筒6的上端和电机固定座4下端之间设有间隙18，用于安装连轴器5。可选地，螺杆炮筒6为金属的矩形筒体或圆柱体。螺杆16位于螺杆炮筒6的内部，该螺杆16为现有的螺杆。连轴器5位于间隙18，该连轴器5为现有的连轴器。具体地，通过该连轴器5分别与螺杆16和第一步进电机3的动力输出轴连接，使螺杆16转动，将材料打碎经过喷料组件300喷出，可将半流体、粘稠状及固体颗粒材料挤出，挤出顺畅，打印回抽效果好，易进料，进料稳定，并且结构简单，易加工，方便后续拆装与维护。

参见图1所示，在以上的实施例中，在螺杆炮筒6的侧部开有斜向的通孔19。材料通过通孔19进入螺杆炮筒6的内部，并经过螺杆16挤压，避免堵塞，促使喷材料顺畅。

参见图1和2所示，根据本申请的一个实施例，柱塞结构100一般性可包括夹持固定座2、推杆筒15、电推推杆17、柱塞14、料筒固定座13、料筒12、料筒椎体11和第二步进电机20。其中，夹持固定座2可以通过多种方式固定于固定板1，例如：方式1、通过螺栓固定，便于拆装，维修；方式2、通过焊接固定，牢固性较好。可选地，夹持固定座2为矩形体，金属材质，其与现有的夹持固定座基本相同。推杆筒15通过焊接或螺接固定于夹持固定座2，该推杆筒15为现有的推杆筒。电推推杆17设置于推杆筒15的内部，用于在推杆筒15的内部运动，该电推推杆17为现有的电推推杆。柱塞14通过螺纹安装于电推推杆17的下端，用于随着电推推杆17运动，该柱塞14为现有的柱塞。料筒固定座13通过安装于电机固定座4，便于拆装维修，该料筒固定座13为金属片，并加工有弧度，该弧度与料筒12的弧度匹配，实现无缝结合。料筒12位于推杆筒15的下方、并与料筒固定座13通过螺栓固定连接，便于拆装维修等，该料筒12为金属的圆筒体。料筒椎体11与料筒12的下端连通，并与螺杆炮筒6固定连接，该料筒椎体11为金属材质，形状可以是矩形体。第二步进电机20位于推杆筒15的上部一侧，并通过螺栓固定，该第二步进电机20为现有的步进电机20。具体地，第二步进电机20的动力输出轴与电推推杆17连接，以使得电推推杆17带动柱塞14往复进入料筒12，进而料筒椎体11的内部材料进入螺杆炮筒6。

参见图1所示，在以上实施例中，可选地，在料筒椎体11的内部开有倾斜的通道21，通道21与通孔19连通，实现材料进入螺杆炮筒6。通道21的倾斜角度与通孔21的倾斜角度一致，便于材料流动，可实现自流动。可选地，通道21的上部为渐缩口22，便于材料进入通道21。

参见图1和2所示，根据本申请的一个实施例，喷料组件300一般性可包括喷头8和喷嘴9。其中，喷头8通过螺纹安装于螺杆炮筒6的下端，并与螺杆炮筒6连通，在喷头8的内部设有空腔(图中未标注)，用于材料进入，该喷头8为金属的矩形体或圆柱体。喷嘴9通过螺纹安装于喷头8的下端，并与空腔连通，用于喷材料，该喷嘴9为现有的喷嘴。

参见图2所示，根据本申请的一个实施例，为实现温控，在料筒椎体11的第一孔内(图中未示出)的内部安装第一加热棒10，在螺杆炮筒6的第一孔内(图中未示出)的内部安装第二加热棒23。可选地，第一加热棒10和第二加热棒23规格型号相同，均为现有的加热棒。温度传感器7安装于螺杆炮筒6的第二孔(图中未示出)的内部，并与第一加热棒10和第二加热棒23相接。可选地，温度传感器7为现有的温度传感器。具体地，温度传感器7获取温度数据，并传给打印机的控制器(图中未示出)或单独设置PLC控制器，当温度在设定范围内，控制器控制第一加热棒10和第二加热棒23不工作，当温度不在设定范围内，控制器控制第一加热棒10和第二加热棒23开始工作，通过加热、温控可将半流体、粘稠状及固体颗粒材料加热，使材料降低粘稠度，提高喷料效果。

具体地：推杆筒15通过电推夹持固定座2固定连接于固定板1，柱塞14通过螺纹与电推推杆17螺纹连接，并随着电推推杆17在电推15中根据指令做上下推进运动，第一步进电机3通过电机固定座4固定连接于固定板1，起到驱动螺杆16的作用，螺杆炮筒6通过螺栓(图中未示出)与固定板1固定连接，螺杆16安装于螺杆炮筒6的内部，并通过联轴器5与第一步进电机3出轴相连，喷嘴9通过螺纹与喷头8螺纹连接，喷头8通过螺纹与螺杆炮筒6螺纹连接，料筒椎体11通过螺栓(图中未示出)固定于螺杆炮筒6使其内部流道与螺杆炮筒6流道平顺对接，料筒固定座13通过螺栓(图中未示出)与电机固定座4固定连接，料筒12下端与料筒椎体11过渡配合连接，料筒12上端与料筒固定座13通过其上卡槽定位，以达到快速更换料筒12的目的，通过快速更换料筒12以保证复合挤出3D打印喷头的连续工作，不再受料筒12因容量对打印情况制约的问题。第一加热棒10和第二加热棒23分别固定在螺杆炮筒6与料筒椎体11内，起到对螺杆炮筒6和料筒椎体11加热和控温的作用，喷头8和喷嘴9通过螺杆炮筒6的热传递受热。

半流体、粘稠状材料及固体颗粒料等相似形态材料可以预先放入料筒12内，安装好料筒12，电推15和步进电机3在指令的控制下开始分别驱动电推推杆17推进和螺杆16转动，打印材料在电推推杆17的推进作用下通过料筒椎体11和螺杆炮筒6的加热输送入螺杆16的螺杆槽，在螺杆16的挤出、密实和匀化作用下，最终通过喷嘴9挤出，形成打印模型。

复合挤出3D打印喷头结构，结合了柱塞结构100可满足各类不同形态材料，螺杆挤出结构200在材料密实、计量挤出和良好回抽能力的优点，使得复合挤出3D打印喷头结构的材料适应面更广和得到更好的打印质量，因在3D打印过程中回抽的好坏对打印质量的影响很大，拐点和换层的时候如果不能控制好回抽的效果，会产生飞边和毛边的情况。由于料筒12的快速更换可以大大的提高换料速度提升打印效率和满足连续打印的要求。

本申请还提供一种3D打印机，其包括上述的复合挤出3D打印喷头，并具有相应的技术效果，在此就不一一叙述。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域技术人员所理解的通常意义。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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申请和简化描述，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申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种复合挤出3D打印喷头，包括：

固定板(1)；

柱塞结构(100)，其安装于所述固定板(1)；

螺杆挤出结构(200)，其安装于所述固定板(1)；和

喷料组件(300)，其与所述螺杆挤出结构(200)相连；

其中，所述柱塞结构(100)与所述螺杆挤出结构(200)连通，用于材料自所述柱塞结构(100)进入所述螺杆挤出结构(200)，以使得所述材料在所述喷料组件(300)喷出。

2.根据权利要求1所述的复合挤出3D打印喷头，其特征在于，所述螺杆挤出结构(200)包括：

电机固定座(4)，其固定于所述固定板(1)；

第一步进电机(3)，其安装于所述电机固定座(4)；

螺杆炮筒(6)，其位于所述电机固定座(4)的下方，并与所述固定板固定(1)，在所述螺杆炮筒(6)的上端和所述电机固定座(4)下端之间设有间隙(18)；

螺杆(16)，其位于所述螺杆炮筒(6)的内部；和

连轴器(5)，其位于所述间隙(18)；

其中，所述连轴器(5)分别与所述螺杆(16)和所述第一步进电机(3)的动力输出轴连接，以使得所述螺杆(16)转动。

3.根据权利要求2所述的复合挤出3D打印喷头，其特征在于：

在所述螺杆炮筒(6)的侧部开有斜向的通孔(19)。

4.根据权利要求3所述的复合挤出3D打印喷头，其特征在于，所述柱塞结构(100)包括：

夹持固定座(2)，其固定于所述固定板(1)；

推杆筒(15)，其固定于所述夹持固定座(2)；

电推推杆(17)，其位于所述推杆筒(15)的内部；

柱塞(14)，其安装于所述电推推杆(17)的下端；

料筒固定座(13)，其安装于所述电机固定座(4)；

料筒(12)，其位于所述推杆筒(15)的下方、并与所述料筒固定座(13)固定连接；

料筒椎体(11)，其与所述料筒(12)的下端连通，并与所述螺杆炮筒(6)固定连接；和

第二步进电机(20)，其位于所述推杆筒(15)的上部一侧；

其中，所述第二步进电机(20)的动力输出轴与所述电推推杆(17)连接，以使得所述电推推杆(17)带动所述柱塞(14)往复进入所述料筒(12)，进而所述料筒椎体(11)的内部所述材料进入所述螺杆炮筒(6)。

5.根据权利要求4所述的复合挤出3D打印喷头，其特征在于：

在所述料筒椎体(11)的内部开有倾斜的通道(21)，所述通道(21)与所述通孔(19)连通，所述通道(21)的倾斜角度与所述通孔(21)的倾斜角度一致。

6.根据权利要求5所述的复合挤出3D打印喷头，其特征在于：

所述通道(21)的上部为渐缩口(22)。

7.根据权利要求2所述的复合挤出3D打印喷头，其特征在于，所述喷料组件(300)包括：

喷头(8)，其安装于所述螺杆炮筒(6)的下端，并与所述螺杆炮筒(6)连通，在所述喷头(8)的内部设有空腔；

喷嘴(9)，其安装于所述喷头(8)的下端，并与所述空腔连通，用于喷所述材料。

8.根据权利要求4所述的复合挤出3D打印喷头，其特征在于，还包括：

第一加热棒(10)，其安装插于所述料筒椎体(11)的第一孔内的内部；

第二加热棒(23)，其安装插于所述螺杆炮筒(6)的第一孔内的内部。

9.根据权利要8所述的复合挤出3D打印喷头，其特征在于，还包括：

温度传感器(7)，其安装于所述螺杆炮筒(6)的第二孔的内部，并与所述第一加热棒(10)和所述第二加热棒(23)相接。

10.一种3D打印机，其特征在于，其包括如权利要求1-9中任一项所述复合挤出3D打印喷头。