CN110435145A - 基于fdm技术的混色3d打印喷头装置及其出料方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于FDM技术的混色3D打印喷头装置及其出料方法。混色打印可以实现制品色彩化,比起单色打印更有优势。本发明基于FDM技术的混色3D打印喷头装置,包括送料机构和混合加热机构。所述的送料机构包括进料壳、进料引导块和进料驱动组件。进料驱动组件包括送料电机、主动输送轮、挤压输送轮、挤压滑块和挤压弹簧。混合加热机构包括加热混合块、加热引导管、混色搅拌器、喷嘴、散热片和加热丝。混色搅拌器包括连接轴、搅拌扇和搅动电机。本发明中的两进一出式混色喷头装置可以通过控制不同颜色线丝的混合比例或设定混合比例的变化趋势,将两种不同颜色的热塑性线丝送至加热混合块的混色腔中进行混色。
Description
技术领域
本发明属于3D打印设备技术领域,具体涉及一种基于FDM技术的混色3D打印喷头装置。
背景技术
进入21世纪以来,如何提高生产力和制造水平已成为全球产业界主要关注的焦点之一。3D打印作为一种创新的增材制造(Additive Manufacturing,AM)技术,直接通过预先设计好的数字CAD模型生产部件,无需额外的刀具切削加工或夹具定位组装技术,对于高质量且形状复杂的产品,可以在短时间内逐层累加成型,成本低且材料利用率高。因此,3D打印制造技术的发展有助于增强国家创新创造能力以及智能制造水平。
3D打印技术类型多种多样,按打印材料形态划分可分为三大类:①液体材料:如3DSystems公司的立体光固化(Stereolithography Apparatus,SLA)液态树脂技术;②固态材料:如Stratasys公司的FDM技术;③粉末材料:如3D Systems公司的选区激光烧结(Selective Laser Sintering,SLS)粉末成型技术。其中基于FDM技术的3D打印设备是通过加热塑性线材至熔融状态,再根据上位机软件制定的路径将其挤压固化,逐层打印成型。由于FDM技术具有制造成本低、设备结构简单且可自主组装拆卸、桌面级办公等优势而引起了公众的兴趣,人们也更加注重打印制品的创意和美观性的性能,但目前市场上大部分FDM型3D打印设备仅支持单色打印。
混色打印可以实现制品色彩化,比起单色打印更有优势,但混色打印的发展因成本高、喷头结构设计不合理而导致混色质量差、控制系统不支持等因素受到了限制。目前实现混色打印的现有技术有:①进行后处理,全彩墨水染色;②单喷头中途暂停打印,换上不同颜色的丝材续打;③双喷头或多喷头打印不同颜色的线丝。因此,现有技术存在实现混色打印需更换喷头或耗材及对模型进行后处理上色的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于FDM技术的混色3D打印喷头装置及其出料方法。
本发明基于FDM技术的混色3D打印喷头装置,包括送料机构和混合加热机构。所述的送料机构包括进料壳、进料引导块和进料驱动组件。进料引导块固定在进料壳内腔的顶部。进料引导块上开设有n条进料通道,2≤n≤5。
所述的进料驱动组件包括送料电机、主动输送轮、挤压输送轮、挤压滑块和挤压弹簧。主动输送轮支承在进料壳内,并由送料电机驱动。挤压滑块与进料壳的内腔构成滑动副。挤压输送轮支承在挤压滑块上。挤压弹簧的两端与挤压滑块、进料壳的内腔分别固定。主动输送轮与挤压输送轮正对设置。进料驱动组件共有n个。n个进料驱动组件内主动输送轮、挤压输送轮之间的缝隙与进料引导块内n条进料通道的内端出口分别对齐。
所述的混合加热机构包括加热混合块、加热引导管、混色搅拌器、喷嘴、散热片和加热丝。n根加热引导管的顶端均与进料壳的底端固定,且与进料引导块内n条进料通道的内端分别对齐。加热混合块的顶部与n根加热引导管的底端可拆卸固定。
所述的加热混合块上开设有混色腔和n条熔融流道。n条熔融流道的顶端入口与n根引导管的底端分别对接。n条熔融流道的底端均与混色腔连通。加热混合块上开设有加热孔。加热孔内设置有加热丝。
所述的混色搅拌器包括连接轴、搅拌扇和搅动电机。加热混合块内开设有让位孔。让位孔的内端与混色腔连通。连接轴穿过让位孔,并与让位孔构成转动副。连接轴由搅动电机驱动。连接轴的内端固定有搅拌扇。喷嘴固定在加热混合块的底部固定,且输入口与加热混合块内的混色腔连通。
作为优选,本发明基于FDM技术的混色3D打印喷头装置还包括n个独立加热块。n个独立加热块的顶部均开设与n根加热引导管上螺栓对应的螺纹孔。独立加热块内开设有竖直设置的加热流道。独立加热块内开设有加热孔和温度检测孔。加热孔设置有加热丝。温度检测孔内设置有温度传感器。n个独立加热块内加热流道的底部均设置有喷嘴。
作为优选,所述的送料机构还包括进料导管。n根进料导管的内端分别伸入进料引导块上两条进料通道内,并分别通过导管紧定螺钉固定。
作为优选,所述连接轴的中部开设有密封环形槽。连接轴的密封环形槽内设置有O型密封圈。O型密封圈的材质为硅胶。O型密封圈与让位孔的内侧面接触。
作为优选,所述混色腔的直径大于熔融流道的直径。熔融流道由顶部竖直段和倾斜引导段组成。顶部竖直段的轴线与对应加热引导管的轴线重合。
作为优选,所述的主动输送轮及挤压输送轮的外圆周面均设置有U型凹槽。
作为优选,所述的加热丝与对应的加热孔通过加热孔侧部的电阻紧定螺钉固定。所述的加热混合块上还开设有温度检测孔。温度检测孔内均设置有温度传感器。
作为优选,所述的搅拌扇由沿连接轴周向均布的三个扇叶组成。三个搅拌扇均位于混色腔内。
作为优选,所述的进料壳上设置有多个通风口。
该基于FDM技术的混色3D打印喷头装置的出料方法具体如下:
步骤一、将n根不同颜色的3D打印线材分别插入进料引导块的n条进料通道,并使得n根3D打印线材分别抵住n个进料驱动组件中主动输送轮、挤压输送轮的间隙处。
步骤二、n个进料驱动组件中的送料电机转动,n个主动输送轮分别带动n根3D打印线材向下输送,使得n根3D打印线材分别穿过n根加热引导管,并进入加热混合块上的n条熔融流道。
步骤三、加热丝通电,使得加热混合块的温度升高,熔融伸入熔融流道内的3D打印线材。
步骤四、搅动电机驱动搅拌扇转动,带动混色腔内熔融状态的3D打印线材混合。
步骤五、n个进料驱动组件中的送料电机等速或差速转动,将熔融状态的3D打印线材从喷嘴挤出。n个送料电机的转速比即为n种3D打印线材的用量比;调节n个送料电机的转速比,即可调节喷嘴挤出的3D打印原材料的颜色。
本发明具有的有益效果是:
1、本发明中的两进一出式混色喷头装置可以通过控制不同颜色线丝的混合比例或设定混合比例的变化趋势,将两种不同颜色的热塑性线丝送至加热混合块的混色腔中进行混色,通过混色搅拌器的旋转运动使得混色均匀,从而实现对打印制品调色、混色以及产生渐变色的效果,整体结构对称美观、造价低、可靠性强、方便安装拆卸以及材料利用率高。
2、本发明进料装置采用进料导管与进料口间隙配合,通过紧定螺钉固定进料导管,方便退丝后更换耗材以及防止进料导管的逆向移动。
3、本发明送料机构采用弹簧来调整送料电机与啮合轮的位置间隙并压紧线丝,使线丝能够以一定的摩擦力稳定送料。
4、本发明挤出机构中加热混合块内的流道整体呈Y型,方便熔融材料利用自身重力顺利进入混色腔,防止堵料情况的发生,同时混色腔直径大于熔融流道直径,便于材料均匀混色。另外,加热引导管的设计使得本发明能够快速拆卸加热混合块,并安装独立加热块,使得本发明变成双喷头打印装置。两个喷头分别打印主体材料、支撑材料,能够有效提高打印效率。
5、本发明引入混色搅拌器,混色搅拌器在混色腔中设有三层搅拌叶片,每一层由3个搅拌叶片组成,3个搅拌叶片成120°圆形阵列分布,能够提高混色质量的同时避免堵料情况的发生。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图;
图2是本发明中两个进料驱动组件输送3D打印线材的示意图;
图3是实施例1中混合加热机构的结构示意图;
图4是实施例1中混合加热机构的剖视图;
图5是实施例2中两个独立加热块的组合剖视图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1所示,基于FDM技术的混色3D打印喷头装置,包括送料机构和混合加热机构。送料机构包括进料壳4、进料引导块2、进料导管1和进料驱动组件。进料壳4上设置有多个通风口。进料引导块2固定在进料壳4内腔的顶部。进料引导块2上开设有两条进料通道。两根进料导管1的内端分别伸入进料引导块2上两条进料通道内,分别通过导管紧定螺钉3固定。
如图1和2所示,进料驱动组件包括送料电机5、主动输送轮11、挤压输送轮12、挤压滑块和挤压弹簧10。主动输送轮11支承在进料壳4内。送料电机5固定在进料壳4内,且输出轴与主动输送轮11固定。挤压滑块与进料壳4的内腔构成滑动副。挤压输送轮12支承在挤压滑块上。挤压弹簧10的两端与挤压滑块、进料壳4的内腔分别固定。主动输送轮11与挤压输送轮12正对设置。主动输送轮11的轴线与挤压输送轮12轴线滑动轨迹的延长线上。挤压输送轮12在挤压弹簧10的作用下抵住主动输送轮11。主动输送轮11及挤压输送轮12的外圆周面均设置有U型凹槽。进料驱动组件共有两个。两个进料驱动组件内主动输送轮11、挤压输送轮12之间的缝隙与进料引导块2内两条进料通道的内端出口分别对齐。
如图1、3和4所示,混合加热机构包括加热混合块7、加热引导管13、混色搅拌器、喷嘴8、散热片6、加热丝16和温度传感器。两根加热引导管13的顶端均与进料壳4的底端固定,且与进料引导块2内两条进料通道的内端分别对齐。加热混合块7的顶部与两根加热引导管13的底端通过螺栓15固定。
加热混合块7上开设有混色腔7-1和两条熔融流道7-2。两条熔融流道7-2的顶端入口与两根引导管的底端分别对接。两条熔融流道7-2的底端均与混色腔7-1连通。混色腔7-1的直径大于熔融流道7-2的直径。
熔融流道7-2由顶部竖直段和倾斜引导段组成。顶部竖直段的轴线与对应加热引导管13的轴线重合。两条熔融流道7-2的倾斜引导段组成一个V形。加热混合块7上开设有两个加热孔7-3和两个温度检测孔7-4。两个加热孔7-3分别靠近两条熔融流道7-2。两个温度检测孔7-4分别设置在混色腔7-1的两侧。两个加热孔7-3内均设置有加热丝16。两个温度检测孔7-4内均设置有温度传感器。加热丝16与对应的加热孔7-3通过加热孔7-3侧部的电阻紧定螺钉17固定。
混色搅拌器包括连接轴18、搅拌扇19和搅动电机14。加热混合块7内开设有让位孔。让位孔的内端与混色腔7-1连通。让位孔位于两条熔融流道7-2之间。连接轴18穿过让位孔,并与让位孔构成转动副。搅动电机14固定在加热混合块7上,且输出轴与连接轴18的外端固定。连接轴18的内端固定有依次间隔排列的三个搅拌扇19。搅拌扇19由沿连接轴18周向均布的三个扇叶组成。三个搅拌扇19均位于混色腔7-1内。连接轴18的中部开设有密封环形槽。连接轴18的密封环形槽上设置有O型密封圈。O型密封圈的材质为硅胶。O型密封圈压紧让位孔的内侧面,进而避免混色腔7-1内的熔融打印材料从让位孔输出。
喷嘴8固定在加热混合块的底部固定,且输入口与加热混合块内的混色腔7-1连通。喷嘴8的底端挤出口朝向正下方。
该基于FDM技术的混色3D打印喷头装置的出料方法具体如下:
步骤一、将两根不同颜色的3D打印线材9分别插入两根进料导管1,并使得两根3D打印线材9分别抵住两个进料驱动组件中主动输送轮11、挤压输送轮12的间隙处。
步骤二、两个进料驱动组件中的送料电机5转动,两个主动输送轮11分别带动两根3D打印线材9向下输送,使得两根3D打印线材9分别穿过两根加热引导管13,并伸入加热混合块7上的两条熔融流道7-2。
步骤三、两根加热丝16通电,使得加热混合块的温度升高,熔融伸入熔融流道7-2内的3D打印线材9。
步骤四、搅动电机14开始转动,三个搅拌扇19转动,带动混色腔7-1内的熔融状态的3D打印线材9均匀流动。
步骤五、两个进料驱动组件中的送料电机5继续转动,将熔融状态的3D打印线材9从喷嘴8挤出。控制两个进料驱动组件中的送料电机5的转速,两个送料电机5的转速比即为两种3D打印线材9的用量比,从而调节喷嘴8挤出的3D打印原材料的颜色,实现3D打印制品调色、混色以及产生渐变色的效果。
实施例2
在实施例1的基础上,基于FDM技术的混色3D打印喷头装置还包括两个独立加热块20。两个独立加热块20的顶部均开设与两根加热引导管13上螺栓15对应的螺纹孔。独立加热块20内开设有竖直设置的加热流道。独立加热块20上开设有加热孔7-3和温度检测孔7-4。加热孔7-3设置有加热丝。温度检测孔7-4内设置有温度传感器。两个独立加热块20内加热流道的底部均设置有喷嘴。
通过拆下加热混合块7,并在两根加热引导管13的底部分别装上独立加热块20,即可实现两种颜色3D打印线材的独立打印。
Claims (10)
1.基于FDM技术的混色3D打印喷头装置,包括送料机构和混合加热机构;其特征在于:所述的送料机构包括进料壳、进料引导块和进料驱动组件;进料引导块固定在进料壳内腔的顶部;进料引导块上开设有n条进料通道,2≤n≤5;
所述的进料驱动组件包括送料电机、主动输送轮、挤压输送轮、挤压滑块和挤压弹簧;主动输送轮支承在进料壳内,并由送料电机驱动;挤压滑块与进料壳的内腔构成滑动副;挤压输送轮支承在挤压滑块上;挤压弹簧的两端与挤压滑块、进料壳的内腔分别固定;主动输送轮与挤压输送轮正对设置;进料驱动组件共有n个;n个进料驱动组件内主动输送轮、挤压输送轮之间的缝隙与进料引导块内n条进料通道的内端出口分别对齐;
所述的混合加热机构包括加热混合块、加热引导管、混色搅拌器、喷嘴、散热片和加热丝;n根加热引导管的顶端均与进料壳的底端固定,且与进料引导块内n条进料通道的内端分别对齐;加热混合块的顶部与n根加热引导管的底端可拆卸固定;
所述的加热混合块上开设有混色腔和n条熔融流道;n条熔融流道的顶端入口与n根引导管的底端分别对接;n条熔融流道的底端均与混色腔连通;加热混合块上开设有加热孔;加热孔内设置有加热丝;
所述的混色搅拌器包括连接轴、搅拌扇和搅动电机;加热混合块内开设有让位孔;让位孔的内端与混色腔连通;连接轴穿过让位孔,并与让位孔构成转动副;连接轴由搅动电机驱动;连接轴的内端固定有搅拌扇;喷嘴固定在加热混合块的底部固定,且输入口与加热混合块内的混色腔连通。
2.根据权利要求1所述的基于FDM技术的混色3D打印喷头装置,其特征在于:还包括n个独立加热块;n个独立加热块的顶部均开设与n根加热引导管上螺栓对应的螺纹孔;独立加热块内开设有竖直设置的加热流道;独立加热块内开设有加热孔和温度检测孔;加热孔设置有加热丝;温度检测孔内设置有温度传感器;n个独立加热块内加热流道的底部均设置有喷嘴。
3.根据权利要求1所述的基于FDM技术的混色3D打印喷头装置,其特征在于:所述的送料机构还包括进料导管;n根进料导管的内端分别伸入进料引导块上两条进料通道内,并分别通过导管紧定螺钉固定。
4.根据权利要求1所述的基于FDM技术的混色3D打印喷头装置,其特征在于:所述连接轴的中部开设有密封环形槽;连接轴的密封环形槽内设置有O型密封圈;O型密封圈的材质为硅胶;O型密封圈与让位孔的内侧面接触。
5.根据权利要求1所述的基于FDM技术的混色3D打印喷头装置,其特征在于:所述混色腔的直径大于熔融流道的直径;熔融流道由顶部竖直段和倾斜引导段组成;顶部竖直段的轴线与对应加热引导管的轴线重合。
6.根据权利要求1所述的基于FDM技术的混色3D打印喷头装置,其特征在于:所述的主动输送轮及挤压输送轮的外圆周面均设置有U型凹槽。
7.根据权利要求1所述的基于FDM技术的混色3D打印喷头装置,其特征在于:所述的加热丝与对应的加热孔通过加热孔侧部的电阻紧定螺钉固定;所述的加热混合块上还开设有温度检测孔;温度检测孔内均设置有温度传感器。
8.根据权利要求1所述的基于FDM技术的混色3D打印喷头装置,其特征在于:所述的搅拌扇由沿连接轴周向均布的三个扇叶组成;三个搅拌扇均位于混色腔内。
9.根据权利要求1所述的基于FDM技术的混色3D打印喷头装置,其特征在于:所述的进料壳上设置有多个通风口。
10.如权利要求1所述的基于FDM技术的混色3D打印喷头装置的出料方法,其特征在于:步骤一、将n根不同颜色的3D打印线材分别插入进料引导块的n条进料通道,并使得n根3D打印线材分别抵住n个进料驱动组件中主动输送轮、挤压输送轮的间隙处;
步骤二、n个进料驱动组件中的送料电机转动,n个主动输送轮分别带动n根3D打印线材向下输送,使得n根3D打印线材分别穿过n根加热引导管,并进入加热混合块上的n条熔融流道;
步骤三、加热丝通电,使得加热混合块的温度升高,熔融伸入熔融流道内的3D打印线材;
步骤四、搅动电机驱动搅拌扇转动,带动混色腔内熔融状态的3D打印线材混合;
步骤五、n个进料驱动组件中的送料电机等速或差速转动,将熔融状态的3D打印线材从喷嘴挤出;n个送料电机的转速比即为n种3D打印线材的用量比;调节n个送料电机的转速比,即可调节喷嘴挤出的3D打印原材料的颜色。
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