CN110744815A - 一种可精确控温的气动螺杆联动式3d打印机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可精确控温的气动螺杆联动式3D打印机,包括气动组件、挤出机构、打印机机体和控制机构;挤出机构安装在打印机机体上端,控制机构连接气动组件、挤出机构和打印机机体;挤出机构包括储料组件、挤出组件、动力组件和控温组件,气动组件的出气端连接储料组件的进气端,储料组件的出料端连接挤出组件的进料端,动力组件的动力输出端连接挤出组件,挤出组件上安装控温组件。本发明提供的3D打印机,打印机机体上至少安装有两组挤出机构,即可采用双组挤出机构3D打印,打印效率高;双组挤出机构包含了双控温组件,相对于传统的温控系统,对打印材料更能进行精确加温,同时对环境温度变化更加敏感,探测更加精确。
Description
技术领域
本发明涉及3D打印领域,尤其涉及一种可精确控温的气动螺杆联动式3D打印机。
背景技术
3D打印,即快速成形技术的一种,它是一种以数字模型文件为基础,运用特殊蜡材、粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术。其最突出的优点是无需机械加工或任何模具,就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件,从而极大地缩短产品的研制周期,提高生产率和降低生产成本。
3D打印机与传统打印机最大的区别在于它使用的“墨水”是实实在在的原材料,堆叠薄层的形式有多种多样,可用于打印的介质种类多样,从繁多的塑料到金属、陶瓷以及橡胶类物质。但目前市面上的桌面级3D打印机仅能打印塑料这种单一的材料,其主要原因是挤出机仅能适应单一的耗材,如PLA和ABS等。
目前,3D打印机的挤出系统都是由电机、丝杆以及挤出螺杆的结构构成的,其整体结构较为繁杂,内部空间较为紧密,在部分零件出现损耗后,易于产生误差而损害到打印精度,尤其是打印精度较难控制。同时现在的挤出机原理通常为单一的螺杆挤出方式或者活塞挤出式。针对高粘性材料,这种单一的结构往往因不能提供较大的挤出力,而使得机器无法正常工作。还有,目前3D打印机通常只具有一套挤出系统,对打印材料的温度不好控制。
发明内容
为了解决以上问题,本发明的目的是提供一种打印材料多一,更换损耗材料方便、能提供较大挤出力且对打印材料精确加温的3D打印机。
为了实现以上目的,本发明采用的技术方案:
一种可精确控温的气动螺杆联动式3D打印机,包括气动组件、挤出机构、打印机机体和控制机构;
所述挤出机构安装在所述打印机机体上端,所述控制机构连接所述气动组件、挤出机构和打印机机体;
所述挤出机构包括储料组件、挤出组件、动力组件和控温组件,所述气动组件的出气端连接所述储料组件的进气端,所述储料组件的出料端连接所述挤出组件的进料端,所述动力组件的动力输出端连接所述挤出组件,所述挤出组件上安装所述控温组件。
进一步的是,所述打印机机体上至少安装有两组挤出机构。
进一步的是,所述气动组件包括气泵、气管和气阀;所述气泵的出气端连接所述气管,所述气管上安装所述气阀。
进一步的是,所述储料组件包括储料筒、桶盖和转接阀;
所述储料筒的出料端连接所述转接阀,所述桶盖盖合在所述储料筒上,桶盖上设置有连通所述储料筒内部并与所述气管连接的进气口。
进一步的是,所述挤出组件包括挤出筒、挤出螺杆、针头座和挤出针头;
所述转接阀连通至所述挤出筒侧壁,所述挤出筒内安装所述挤出螺杆,挤出筒底端螺纹连接所述针头座,所述针头座底端螺纹连接所述挤出针头。
进一步的是,所述挤出筒包括侧壁的进料孔和控温安装块,上端的螺杆伸出口,以及下端的针头座安装口;所述控温安装块上设置有加热棒安装孔和探头安装孔。
进一步的是,所述挤出组件还包括轴承和密封圈;所述轴承和密封圈从下至上依次安装在所述螺杆伸出口上,所述挤出螺杆上端穿过所述轴承和密封圈。
进一步的是,所述动力组件包括步进电机、联轴器、隔离柱和电机固定螺栓;
所述步进电机底端的动力输出轴通过联轴器连接所述挤出螺杆,步进电机底端上设置有多根隔离柱,多根电机固定螺栓穿过所述挤出筒后螺纹连接所述隔离柱。
进一步的是,所述控温组件包括加热棒和温度探头,所述加热棒安装在所述加热棒安装孔处,所述温度探头安装在所述探头安装孔处。
进一步的是,所述挤出针头包括多种不同大小出口的挤出针头。
本发明的有益效果:
本发明提供的3D打印机,打印机机体上至少安装有两组挤出机构,即可采用双组挤出机构3D打印,打印效率高;双组挤出机构包含了双控温组件,相对于传统的温控系统(单加热棒和感温探头组合),对打印材料更能进行精确加温,同时对环境温度变化更加敏感,探测更加精确。
本发明提供的3D打印机,挤出机构采用气动和螺杆联动,使打印材料从挤出针头挤出,相对于单一的螺杆挤出方式或者活塞挤出方式,本发明能提供较大的挤出力,防止了高粘性材料造成挤出针头堵塞,使本发明的3D打印机能正常打印高粘性材料。
本发明提供的3D打印机,针对常温状态下流动性较差的材料,控温组件对其加热控温,可使该材料流动性得到一定程度的改善,从而使得常温下不能顺利挤出的材料也能顺利被挤出,使本发明的3D打印机能打印多种材料。
本发明提供的3D打印机,挤出针头包括多种规格,且挤出针头通过螺纹连接在针头座底端,相对于目前市面上挤出针头规格大小固定,不能替换,或者替换起来过程非常麻烦,需要对挤出机整体进行拆卸,本发明的挤出针头安装和拆卸方便,可以满足不同材料打印时的需要。
附图说明
图1为本发明的结构示意图;
图2为本发明的气动组件和挤出机构的连接示意图;
图3为本发明挤出机构去除储料组件后的结构示意图;
图4为本发明挤出筒的结构示意图;
图5为本发明挤出螺杆的结构示意图;
图6为本发明针头座的结构示意图;
图7为本发明实施例2的结构示意图;
图中:1、气动组件;11、气泵;12、气管;13、气阀;2、储料组件;21、储料筒;22、桶盖;23、转接阀;24、进气口;3、挤出组件;31、挤出筒;311、进料孔;312、控温安装块;3121、加热棒安装孔;3122、探头安装孔;313、螺杆伸出口;314、针头座安装口;32、挤出螺杆;33、针头座;34、挤出针头;35、密封圈;4、动力组件;41、步进电机;42、联轴器;43、隔离柱;44、电机固定螺栓;5、控温组件;51、加热棒;52、温度探头;6、打印机机体;7、控制机构。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面结合附图对本发明作进一步阐述。在本发明的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”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限制。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等,应做广义理解,例如“连接”,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;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。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
一种可精确控温的气动螺杆联动式3D打印机,如图1和2所示,包括气动组件1、挤出机构、打印机机体6和控制机构7;
挤出机构安装在打印机机体6上端,控制机构7连接气动组件1、挤出机构和打印机机体6;
挤出机构包括储料组件2、挤出组件3、动力组件4和控温组件5,气动组件1的出气端连接储料组件2的进气端,储料组件2的出料端连接挤出组件3的进料端,动力组件4的动力输出端连接挤出组件3,挤出组件3上安装控温组件5。
本实施例中,气动组件1用于提供气动推力。挤出机构用于储存并挤出打印材料,其中,储料组件2用于储存打印所需的材料;挤出组件3用于挤出打印材料,3D打印产品;动力组件4用于提供动力,使挤出组件3顺利挤出打印材料;控温组件5用于控制挤出组件3内材料的温度。打印机机体6内部包括三轴联动装置、加热底板、光电限位开关、丝杆和光轴等,本实施例的创造点在于挤出机构,打印机机体6为现有技术中的常规机体,如选用成都普利安科技有限公司生产的PR型号的打印机机体。
控制机构7为3D打印机的控制中心,控制3D打印机的工作,控制机构7优选为台式电脑,台式电脑和气动组件1、挤出机构和打印机机体6连接,控制气动组件1提供气源,控制挤出机构挤出打印材料,控制打印机机体6内部的三轴联动装置运行等等。本实施例选用联想(北京)有限公司生产的天逸510S-07ICB型号的台式电脑。
作为本实施例的优化方案,如图2所示,气动组件1包括气泵11、气管12和气阀13;气泵11的出气端连接气管12,气管12上安装气阀13。气泵11提供气源,经气管12输送至储料组件2内,气阀13用于调节供气的大小。本实施例中,气泵11选用台州市奥突斯工贸有限公司生产的型号为550W-8L气泵。
作为本实施例的优化方案,如图2所示,储料组件2包括储料筒21、桶盖22和转接阀23;储料筒21的出料端连接转接阀23,桶盖22盖合在储料筒21上,桶盖22上设置有连通储料筒21内部并与气管12连接的进气口24。储料筒21储存打印材料,与此同时其顶端的桶盖22上连接有气管12,气管12供气使打印材料顺利从储料筒21经转接阀23进入挤出组件3内。
作为本实施例的优化方案,如图3-5所示,挤出组件3包括挤出筒31、挤出螺杆32、针头座33和挤出针头34;转接阀23连通至挤出筒31侧壁,挤出筒31内安装挤出螺杆32,挤出筒31底端螺纹连接针头座33,针头座33底端螺纹连接挤出针头34。
打印材料经转接阀23进入挤出筒31内,经挤出螺杆32的旋转带动,使材料进入针头座33和挤出针头34内,并从挤出针头34流出,打印产品。采用挤出螺杆32旋转带动材料打印,简单方便,其与气泵11联动,提供了更大的挤出力;针头座33和挤出针头34均采用螺纹的连接方式,安装和拆卸方便。
挤出筒31包括侧壁的进料孔311和控温安装块312,上端的螺杆伸出口313,以及下端的针头座安装口314;控温安装块312上设置有加热棒安装孔3121和探头安装孔3122。进料孔311用于与转接阀23连接,使材料顺利从储料筒21经转接阀23和进料孔311后,进入挤出筒31内,转接阀23优选为弯头,以便于连接储料筒21和挤出筒31;控温安装块312用于安装控温组件5;螺杆伸出口313用于挤出螺杆32与动力组件4连接;针头座安装口314用于安装针头座33。
挤出组件3还包括轴承和密封圈35;轴承和密封圈35从下至上依次安装在螺杆伸出口313上,挤出螺杆32上端穿过轴承和密封圈35。通过安装有轴承,以便于挤出螺杆32顺利转动,密封圈35防止了材料从挤出筒31上端溢出。
作为本实施例的优化方案,如图3所示,动力组件4包括步进电机41、联轴器42、隔离柱43和电机固定螺栓44;步进电机41底端的动力输出轴通过联轴器42连接挤出螺杆32,步进电机41底端上设置有四根隔离柱43,四根电机固定螺栓44穿过挤出筒31后螺纹连接隔离柱43。步进电机41用于为挤出螺杆32的转动提供动力,经联轴器42传输至挤出螺杆32;隔离柱43和电机固定螺栓44用于将步进电机41固定安装在挤出筒31上。本实施例中,步进电机41选用东莞步升电机有限公司生产的型号为17HD60001-22B的电机。
作为本实施例的优化方案,如图3所示,控温组件5包括加热棒51和温度探头52,加热棒51安装在加热棒安装孔3121处,温度探头52安装在探头安装孔3122处。温度探头52检测挤出筒31内材料的温度,并上传至电脑,电脑控制加热棒51加热挤出筒31内的材料,如对于油泥、巧克力等材料,将其加热到35-80℃,使该材料流动性得到一定程度的改善。本实施例中,加热棒51选用深圳市启庞科技有限公司生产的型号为12V/24V-50W的加热棒,温度探头52选用深圳市启庞科技有限公司生产的型号为NTC100K的温度探头。
作为本实施例的优化方案,挤出针头34包括多种不同大小出口的挤出针头,规格大小从0.2-2.0mm不等,通过螺纹拆卸,可以满足不同材料打印时的需求。
为了更好的理解本发明,下面对本发明的工作原理作一次完整的描述:
在打印前,将打印材料放入储料筒21内,旋紧桶盖22,完成填料工作,并在桶盖22上的进气口24处接气管12。
工作时,人工打开气阀13。工作人员通过电脑控制气泵11工作,气泵11产生的气体经气管12进入到储料筒21内,储料筒21内的材料在气压的推力下,经转接阀23和进料孔311后,进入挤出筒31内。电脑控制步进电机41工作,步进电机41转动,将转动经联轴器42传递至挤出螺杆32,带动挤出螺杆32转动。进入挤出筒31内的材料,在气动推力和挤出螺杆32的双重带动下,使材料进入针头座33和挤出针头34内,并从挤出针头34顺利流出,打印产品。采用气动和螺杆联动,使本发明能提供较大的挤出力,防止了如如油泥、陶泥、糯米粉、巧克力等高粘性打印材料造成挤出针头堵塞。
对于常温状态下流动性较差的打印材料,例如油泥、巧克力等,此时电脑控制加热棒51工作,加热挤出筒31内的打印材料,并通过温度探头52检测挤出筒31内材料的温度,将检测的信息传输给电脑控制,从而使得常温下不能顺利挤出的材料也能顺利被挤出。
挤出针头34包括多种不同大小出口的挤出针头,可根据实际需求,自由选择需要规格的挤出针头34,通过螺纹拆卸更换,满足不同材料打印时的需求。
实施例2
本实施例在实施例1的基础上作进一步的改进,如图7所示,打印机机体6上安装有两组挤出机构。即采用双组挤出机构3D打印,可实现两种及以上材料的混合打印,打印效率高;双组挤出机构包含了双控温组件,相对于传统的温控系统(单加热棒和感温探头组合),可从两组挤出组件上的两个部位对打印喷头温度进行监测,然后进行温度校正,对打印材料更能进行精确加温,同时对环境温度变化更加敏感,探测更加精确。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种可精确控温的气动螺杆联动式3D打印机,其特征在于:包括气动组件(1)、挤出机构、打印机机体(6)和控制机构(7);
所述挤出机构安装在所述打印机机体(6)上端,所述控制机构(7)连接所述气动组件(1)、挤出机构和打印机机体(6);
所述挤出机构包括储料组件(2)、挤出组件(3)、动力组件(4)和控温组件(5),所述气动组件(1)的出气端连接所述储料组件(2)的进气端,所述储料组件(2)的出料端连接所述挤出组件(3)的进料端,所述动力组件(4)的动力输出端连接所述挤出组件(3),所述挤出组件(3)上安装所述控温组件(5)。
2.根据权利要求1所述的一种可精确控温的气动螺杆联动式3D打印机,其特征在于:所述打印机机体(6)上至少安装有两组挤出机构。
3.根据权利要求1所述的一种可精确控温的气动螺杆联动式3D打印机,其特征在于:所述气动组件(1)包括气泵(11)、气管(12)和气阀(13);所述气泵(11)的出气端连接所述气管(12),所述气管(12)上安装所述气阀(13)。
4.根据权利要求3所述的一种可精确控温的气动螺杆联动式3D打印机,其特征在于:所述储料组件(2)包括储料筒(21)、桶盖(22)和转接阀(23);
所述储料筒(21)的出料端连接所述转接阀(23),所述桶盖(22)盖合在所述储料筒(21)上,桶盖(22)上设置有连通所述储料筒(21)内部并与所述气管(12)连接的进气口(24)。
5.根据权利要求4所述的一种可精确控温的气动螺杆联动式3D打印机,其特征在于:所述挤出组件(3)包括挤出筒(31)、挤出螺杆(32)、针头座(33)和挤出针头(34);
所述转接阀(23)连通至所述挤出筒(31)侧壁,所述挤出筒(31)内安装所述挤出螺杆(32),挤出筒(31)底端螺纹连接所述针头座(33),所述针头座(33)底端螺纹连接所述挤出针头(34)。
6.根据权利要求5所述的一种可精确控温的气动螺杆联动式3D打印机,其特征在于:所述挤出筒(31)包括侧壁的进料孔(311)和控温安装块(312),上端的螺杆伸出口(313),以及下端的针头座安装口(314);所述控温安装块(312)上设置有加热棒安装孔(3121)和探头安装孔(3122)。
7.根据权利要求6所述的一种可精确控温的气动螺杆联动式3D打印机,其特征在于:所述挤出组件(3)还包括轴承和密封圈(35);所述轴承和密封圈(35)从下至上依次安装在所述螺杆伸出口(313)上,所述挤出螺杆(32)上端穿过所述轴承和密封圈(35)。
8.根据权利要求5所述的一种可精确控温的气动螺杆联动式3D打印机,其特征在于:所述动力组件(4)包括步进电机(41)、联轴器(42)、隔离柱(43)和电机固定螺栓(44);
所述步进电机(41)底端的动力输出轴通过联轴器(42)连接所述挤出螺杆(32),步进电机(41)底端上设置有多根隔离柱(43),多根电机固定螺栓(44)穿过所述挤出筒(31)后螺纹连接所述隔离柱(43)。
9.根据权利要求6所述的一种可精确控温的气动螺杆联动式3D打印机,其特征在于:所述控温组件(5)包括加热棒(51)和温度探头(52),所述加热棒(51)安装在所述加热棒安装孔(3121)处,所述温度探头(52)安装在所述探头安装孔(3122)处。
10.根据权利要求5所述的一种可精确控温的气动螺杆联动式3D打印机,其特征在于:所述挤出针头(34)包括多种不同大小出口的挤出针头。
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