CN110962336A - 三维彩色打印机专用的推拉混料式挤出机 - Google Patents

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Abstract

三维彩色打印机专用的推拉混料式挤出机，属于机械技术领域。该推拉混料式挤出机的组成包括三大基本机构：多色送料机构、混料机构、缓存机构；特征在于多路色料被送料电机驱动下，经由送料管输送至入由加热元件加热的各路独立的融料腔内并被融化；在混料腔内部插有搅拌棒，搅拌棒尖部恰好能抵在喷嘴的出料口的通道上，搅拌电机的轴与搅拌棒之间是通过位移推拉方式连接的；混料机构包括：融料腔、混料腔及搅拌棒；每个融料腔都与混料腔之间连通有输料通道，当混料腔内的色料还没有混合均匀或达不到目标颜色时，被推下移的搅拌棒尖部恰好抵在喷嘴的出口孔洞而阻断喷涂，可以方便的打印彩色三维物体。

Description

三维彩色打印机专用的推拉混料式挤出机
[技术领域]
本发明属于机械技术领域，确切的讲是一种彩色FDM-3D打印机及成型物件的涂色方法。
[背景技术]
目前彩色FDM-3D打印机的彩色生成方式有混色式及涂色式两类：
混色式有以下3种方式：
混色式方式之一是：多色颜料融注混合挤出FDM-3D打印机:2013年4月，美国威斯康星-麦迪逊大学耗材融化之际往里面添加颜色，从而实现FDM 3D打印机的彩色打印。
开发团队将这个新的装置描述为一支“虚拟画笔”，通过对单个聚合物材料施加一种染色工艺来实现全彩色的3D打印。所以。这种彩色3D打印并不需要多个喷嘴和多种不同颜色的线材。Spectrom工作原理是通过精确计算什么样的时候需要什么样的颜色，然后用不同颜色的墨水去染同一个线材。所以只需要一个喷嘴即可实现彩色3D打印。
不足之处是颜色改变速度缓慢的缺陷：不同颜色的过渡容易出现混乱。(比如，当从黄色变为蓝色时，中间地带可能会出现绿色的小块),但是原理上具有改善物料混合颜色改变的速度,比如减少混料腔的容积。
另一不足之处是颜料携带载体缺陷，化学溶剂挥发将生成有害气体。
混色式方式之二是：多色物料多孔独立挤出FDM-3D打印机:多色的桌面型 3D打印机(比如ProDesk3D)需要多个挤出机总成才能制造彩色效果。双色 3D打印机标配了两个挤出机总成，属于双材料挤出的机型。它的机身背部挂载两个料盘，支持ABS和PLA两种耗材。并且在市面上，我们可以找到多种颜色的通用耗材。这样一来就可以自由搭配，按照需要选择合适的颜色和材料类型。
不足之处是：无法表达渐变色彩，突变色彩分界及颜色的数量有限的缺陷。
混色式方式之三是：多色物料共孔混合挤出FDM-3D打印机：2015年，以色列的something3D打印公司宣布：他们正在推出一款全彩的桌面型3D打印机Chameleon(意为变色龙)，将为用户提供全新的基于FFF技术的彩色3D打印体验。Something3D公司的这款Chameleon 3D打印机主要使用多个3D打印线材，共5种颜色耗材，分别是：青色、品红色、黄色、黑色和白色(CMYBWTM) 的线材，整个系统只需使用一个挤出机总成，根据需要通过改变以上5种颜色的混合比例组合，形成任意的色彩，该机器能够在0.5毫米的层方向的打印分辨率条件下实现颜色转换，但无法实现水平方向的快速颜色的转换。
不足之处仍是颜色改变速度缺陷：不同颜色的过渡容易出现混乱。(比如，当从黄色变为蓝色时，中间地带可能会出现绿色的小块)，无法满足颜色的大色彩的突变改变。物料供给方式也有缺陷，也无法满足精确而稳定的颜色的配比。
涂色式FDM彩色方案仅有美国苹果公司的尝试方案：苹果公司正在研发彩色的FDM--3D打印机。Global Equities Research公司分析师Trip Chowdhry 就发布了很多关于苹果准备进入3D打印机市场的良好预测。该专利是苹果公司游戏和图形软件工程总监Geoffrey S在2014年5月30日提交的。专利内容包括：当耗材打印头沉积完一层之后，涂色打印头跟着附上颜色，或者是整个3D 打印对象打印完成以后，再用涂色打印头围着对象进行喷漆上色，涂色打印头具有5轴运动功能，3个自由度完成空间位置的确立，2个转动自由度完成喷墨口的喷射方向的变化。
该技术的缺陷不在于其技术原理，而在于实施工艺及打印效果，要求色彩喷头的体积微小且彩色染料的喷嘴具有5轴运动功能，只有体积极小，才能适应复杂表面的近近距离工作；更加困难的是如何避免互相污染，持续的逐行喷色过程中如何不污染已经喷过色的表面？在苹果的方案中未见如何解决上述障碍。
综合上述情况，对于分辨率要求不高的情况还勉强适应，因为大面积着色降低了对喷墨头精细性的要求，交叉染色的影响不明显。
关于FDM-3D打印机的其它通用技术简述如下：
熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling,FDM)快速成型工艺是将各种丝材(如工程塑料ABS、聚碳酸酯PC等)加热熔化进而堆积成型方法，简称 FDM。大部分FDM快速成型技术可采用的成型材料很多，如改性后的石蜡、(丙烯腈/丁二烯/苯乙烯)共聚物(ABS)、尼龙、橡胶等热塑性材料，以及多相混合材料，如金属粉末、陶瓷粉末、短纤维等与热塑性材料的混合物。其中PLA(聚乳酸)具有较低的收缩率，打印模型更容易塑形，以及可生物降解等优点。
基本工作原理如下：挤出机总成上的加热喷头在计算机的控制下，根据产品零件的截面轮廓信息，作X-Y平面运动，热塑性丝状材料由供丝机构送至热熔喷头，并在喷头中加热和熔化成半液态，然后被挤压出来，有选择性的涂覆在工作台上，快速冷却后形成一层大约0.127—0.6mm厚的薄片轮廓。一层截面成型完成后工作台下降一定高度，再进行下一层的熔覆，好像一层层"画出"截面轮廓，如此循环，最终形成三维产品零件。
打印过程中，打印头在平面上的位移以及打印平台上下位移会形成一个三维空间，打印头和打印平台根据生成的路径进行打印。在打印过程中，打印头完成一个平面上的打印任务后，打印平台自动下降一层，打印头继续打印。循环往复直至成品的完成。
在打印过程中，插入打印头的线材会迅速融化，通过打印头挤出瞬间凝结。打印头温度较高，根据材料的不同以及模型设计温度的不同，打印头的温度相对也不同。为了防止打印物体翘边等问题的出现打印平台一般为加热，打印平台上一般覆盖粘贴纸以便于打印成品的剥离。
其结构细节阐述为：
挤出机总成是FDM快速成型技术的核心的部件，大多数采用加热棒对铝块进行间接加热法,将塑料丝通过挤出机总成的入口端挤入，再通过喉管导向，到达铝块加热部位，经过熔化，进入喷嘴区域，最后由挤出孔挤出,融化后的塑料丝在后续进丝的(活塞)压力的作用下从喷嘴挤出。
挤出机总成中的喉管由不锈钢制造，是为了降低其导热性能，不锈钢喉管有些内部还衬有铁氟龙，由于挤出机总成长期加热打印致使吼管内部温度升高，导致管内料也处在熔融状态，当停止打印冷却后，材料就黏结在管内，下次重新开机打印时，管内黏着料不能马上融化，使喉管出现堵料现象，喉管内部衬铁氟龙，使喉管内料都不会熔融黏着，能大大改善堵头问题。同时作者在挤出机总成外加散热片和风扇，主要也是为了降低喉管上部的温度，防止堵头问题，也可以为挤出机总成散热。加热熔化后的塑料丝由喷嘴挤到打印台上，如果为了减少塑料因温度骤减而发生翘边和收缩等不良现象，作者可以将打印台做成加热床，床内有热敏电阻与电路板相连，来控制加热床的温度，为了节约制作成本，作者就不使用加热床了；挤出机总成的所有构件：喉管、加热铝体、加热棒及温度传感器等部件，。
单挤头相比较，双挤头采用两个挤出机总成并列排列，并将相对位置固定，由于有两个喷头，双挤头的打印速度更快，打印效率也更高，双挤头安装在滑块上，由滑块与导轨连接，由于其质量更大，运行时产生的惯性更大，对导轨的刚度要求也更高，这样会降低打印的精度。位于挤出机总成最下端喷头的喷嘴直径有四种类型：0.2mm，0.3mm，0.4mm，0.5mm，市场上应用最广的是0.4mm 的喷嘴，当然根据实际需要可以购买不同直径的喷嘴，这里值得提出注意的是，选定好喷嘴直径后，也要在打印时软件中设置好相应的参数，如切片软件中的打印层高、打印速度等，使打印的质量和精度更高。
加热喷头携带挤出孔在计算机的控制下，根据产品零件的截面轮廓信息，作 X-Y平面运动，快速冷却后形成一层大约0.127-0.50mm厚的薄片轮廓。一层截面成型完成后工作台下降一定高度，再进行下一层的熔覆，好像一层层"画出"截面轮廓，如此循环，最终形成三维产品零件。
近端送丝就是将挤出机总成安装在打印头上，材料由挤出机总成直接挤入喉管，在铝块中融化由喷嘴喷出打印。这种安装方式由于挤出机总成与打印头一起运动，打印头质量大，打印时惯性也大，容易使打印不精确，采用近端送丝对导轨的刚度要求也比较高。而远端送丝是将挤出机总成安装在离挤出机总成较远位置，驱动电机一般安装在打印机框架上，而不是安装在挤出机总成上，与近端送丝相比较，远端送丝需要较大扭矩，才能将材料挤入打印头中。
电路部分包括：3D打印机电路部分在打印机中起的作用是控制整个打印过程协调、有序、完整的运行。FDM型3D打印机一种典型电路部分主要包括 Arduino mega 2560主控板，Ramps 1.4拓展板以及步进电机驱动板。下面对它们的基本参数和作用，作如下介绍。Arduino Mega 2560主控板Arduino Mega 2560主控板的微控制器为atmega2560，工作电压为5V，数字I/O引脚为54 个，模拟输入引脚为16个，每个I/O引脚的直流电流为50毫安，主控板是3D 打印机的大脑，负责控制整个打印机来完成特定的动作，如打印特定的文件等。这里需要说明，拓展版给主控板供电的二级管不焊接，也就是需要单独给mega 2560主控板供电，直接使用USB 5V或通过电源接头供电。Arduino是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台，包含硬件(各种型号的Arduino板)和软件(Arduino IDE)，它开放源代码的电路图设计，程序开发接口免费下载，也可依个人需要修改，它满足了不同人群创新创意的需要。3D打印机运行前，需要在Arduino IDE中下载Marlin固件，根据需要修改固件中部分参数来满足打印的要求。拓展板Ramps 1.4插在主控板上，通过插针与主控板相连，有了它是为了更好的与其它硬件进行连接和控制，起到过渡桥梁的作用。拓展板需要接两个12V电源，其中一个为11A，为加热床供电，另一个为5A，为挤出机、各轴电机及风扇等元件供电，由于作者未使用加热床，只使用一个12V、5A电源即可。Ramps 1.4拓展板上还有风扇输出与加热棒输出指示的LED，挤出机总成与各轴电机均通过步进电机驱动板A4988由主控板控制，由于作者采用单机头打印机，挤出机总成2电机接口不用安装A4988，位于拓展板右上角，有X、 Y、Z方向的限位开关，可以控制打印机每次工作时的原点。A4988步进电机驱动板是用来连接步进电机的，从而实现主控板对步进电机的控制，实现XYZ轴电机及挤出机总成的动作。A4988步进电机驱动板的特点是，它只有简单的步进和方向控制接口，有5个不同的步进模式：全、半、1/4、1/8和1/16，可调电位器可以调节最大电流输出，从而获得更高的步进率，有过热关闭电路、欠压锁定、交叉电流保护的功能，以及接地短路保护和加载短路保护的作用。驱动板通过引脚接插到拓展板中对应的接口上。
软件部分举例：前面作者已经知道，3D打印机软件部分包括上位机软件和下位机软件两大部分，而每部分又有细分，通过软件的运行，作者才能实现主控板对打印参数的设置及控制。一台3D打印机所有软件完整运行的过程如下：首先，作者需要在电脑上的三维建模软件中完成零件的建模，如Solidworks、 UG、3D Max等三维软件，创建完3D模型以后将文件另存为STL格式，将STL 文件在切片软件Slic3r中打开，通过一系列的打印设置，进行切片产生代码，在另一上位机软件Pronterface上将代码打开，并连接主板，主板上的下位机软件为Marlin固件，运行前已提前进行参数设置，连接成功后，主板上的LED灯会闪烁，待打印机上加热管加热，温度升至设定温度后开始打印。下面具体介绍一下打印机的软件部分。下位机软件Marlin固件为自由软件，可以直接用来做软件开发，而作者在3D打印机中使用Marlin固件时，只需要在Arduino IDE软件中下载完固件，找到Marlin固件中的Configuration.h文件，可根据自己的需要来修改相关的代码内容，作者研制的打印机需要做如下修改。
[发明内容]
本发明目的：在于克服已产品的缺陷，解决目前FDM的3D打印机的挤出机型无法充分快速混料、色度快速进入目标色彩等难题。
本发明特点及宗旨：建立简单、运行可靠的混色、关闭喷口的结构，再配合缓存构造进行废料的快速离开混合腔的专用构造，开拓新的彩色思路。
本发明的技术方案是：
推拉混料式挤出机包括三大基本构造：多色送料机构、混料机构、缓存机构；此外还包括：加热棒、喷嘴、支架结构体。
基本安装关系包括：多色送料机构与混料机构是由送料管连通，适合于输送丝状料到融料腔；混料机构与缓存机构之间连通有缓存通道，在混料机构下部安装有喷嘴；使用支架来完成各个组件之间的互连。
打印的基本工作过程：加热棒先要加热混料机构、喷嘴及缓存机构，使混料机构内的融料腔与混料腔以及缓存机构的缓存缸维持100度以上的高温，使得其内部的色料升温熔化至半液态；电子系统按照待成型物件的颜色信息，控制送料机构输送什么颜色的打印物料或按预定配比同时输送多色物料，在混料机构的混料腔内被搅拌混合均匀，由于器壁的色料残留，当混料腔内的色料混合的色度未达到标准时将被导入缓存缸内，直至色度达到要求时才被从喷嘴被挤压出来，有选择性的涂覆在工作平台上，快速冷却后将形成一层大约0.1—8mm厚的薄片切层。当完成一个切层的熔覆后，后工作平台被下降一个切层的高度，再进行下一层的熔覆，如此循环；当缓存缸内的缓存废料的数量积累较多时，电子系统会指令活塞下移，由喷口排出物料来铺设打印物件的填充部位，以便腾空缓存缸的容积，最终形成三维产品零件。
以下阐述送料机构、混料机构、缓存机构的构造及功能特点：
送料机构是由常规送料器构成，分为远程及近程送料器：多路色料被送料电机驱动下，经由送料管输送至入由加热元件加热的各路独立的融料腔内并被融化；各路独立的融料腔都经由各自的输料通道与混料腔相通；在混料腔内部插有搅拌棒，搅拌棒尖部恰好能抵在喷嘴的出料口的通道上，搅拌电机的轴与搅拌棒之间是通过位移推拉方式连接的：保持搅拌电机轴与搅拌棒之间具有轴向相对位移的特性；远程送料器是一个常规组件，包括电机、电机轴上的推料齿轮、压紧轮、压紧轮转轴及弹簧，属于公知技术不再敷述。
混料机构包括：融料腔、混料腔及搅拌棒；每个融料腔都与混料腔之间连通有输料通道，使得各个融料腔的融料在送料机构的后续料丝的推动下最终都推压入混料腔内被搅拌棒混合，并通过推拉搅拌棒的方式来开关出料口；当混料腔内的色料还没有混合均匀或达不到目标颜色时，被推下移的搅拌棒尖部恰好抵在喷嘴的出口孔洞而阻断喷涂，而当搅拌棒被拉上移时，搅拌棒尖部离开喷嘴孔洞而畅通；推拉搅拌棒可以实现2个目的，一是使得混合料继续混合以达到均匀的目的，二是建立喷涂功能及。
缓存机构的构造包括：活塞、缓存缸、缓存通道、活塞电机、导向机构；对于混料腔中的色料无法达到目标颜色的过度情形时，就需要将混料腔中的现存色料快速排到缓存缸内，这样就需要活塞电机配合丝杠/丝姆来或齿轮/齿条推动活塞的轴向移动，也就改变混料腔的容积，就可以实现了混料腔与缓存缸之间双向传输熔融物料的功能。一方面混料腔向缓存缸排出无法达到目标颜色的混合料；另一方面实现了快速的颜色渐变：也就是混料腔中的熔融物料在由出料喷嘴喷出的同时，活塞上移，使得一部分也进入缓存缸之中，分配给缓存缸的物料比例越大，出料喷嘴喷出物料的颜色改变则越激烈快速。在需要时将混合料抽入缓存机构而腾出混料腔的空间继续按需要有由送料机构送入各色物料，直到混合出目标色彩为止。在混料腔达到目标色彩后，搅拌电机改变转动方向，搅拌棒被提升的同时还在继续转动搅拌，达到色度目标的熔融色料被挤出铺设3D物件。
进一步：融料腔与混料腔之间的通道是直通的通道，或被安装有逆止阀的通道；逆止阀的构造是片状、锥状或球状的物作为阻塞物体被放置在该通道上，当该阻塞物体向融料腔方向移动时，由于阻塞物体的面积大于该方向的洞口面积且密闭接触，恰好能完全封堵了通道，当该阻塞物体向混料腔方向移动时，由于阻塞物体与该方向的洞口设计为非密闭接触，则保持通道畅通；因而具有单向流动的特点，确保混合物料不会由混料腔返回进入融料腔中；逆止阀的位移是由色料流体自身的动力推动，或是由弹簧的弹力提供封堵方向的推动。
进一步：取消送料机构的送料管：多路送料器被直接安装在了融料腔、的上方，就更改成了近程送料方式。
进一步：实现推拉混料搅拌的方法之一为采用搅拌电机的转动方向使得搅拌棒下降并堵塞喷嘴而停止喷料：首先在搅拌棒上加工有螺旋滑道或径向凸起，与固定在搅拌电机轴上的径向凸起或螺旋滑道进行同轴性配合(在同一轴线上)，螺旋滑道与径向凸起的构造是被加工在柱体或圆管上，当径向凸起沿着径向伸入螺旋滑道中时，当搅拌棒就相对于搅拌电机的旋转时，就会使得2者产生相对的轴向位移，改变搅拌电机的转动方向，搅拌棒的位移也将改变方向；为获得稳定的位移，需要对施加转动的阻力矩(当搅拌自身的阻力矩不足的情况下)，所施加的阻力矩是摩擦阻力或电磁阻力。推拉混料的搅拌棒或电机轴上加工有螺旋滑道或径向凸起，完全能被机械提升代替：就是搅拌棒与电机轴直接连接，一体化的搅拌棒与电机轴被一起连接到气缸活塞，被活塞直接带动进行升降；或者由电磁动力的方式来完成升降：即使用电磁铁吸合\释放一体化的搅拌棒与电机轴的统一体、或电机驱动固定有一体化的搅拌棒与电机轴的丝杠、丝母的升降传动来实现升降。
进一步：驱动活塞(1)在缓存缸(5)内(轴向)移动的装置除了使用活塞电机 (3)配合丝杠/丝姆来或齿轮/齿条推动外，或是使用压电陶瓷位移装置、气动/液力位移装置。
进一步：缓存机构的活塞构造可以被气压取代，高压气体直接接触熔融物料，无需使用活塞、活塞电机、导向机构。
本发明的有益特点是：使用可靠的输料方式，巧妙利用搅拌棒的摩擦力配合斜面原理，来进行封堵挤出喷口的洞口；送料机构、混料机构、缓存机构的构造简单合理，融料腔与混料腔的构造配合协调、完美。
[附图说明]
以下结合附图就较佳实施例对本发明作进一步说明：
图1带有推拉混料式挤出机的彩色3D打印机示意图。
图2推拉混料式挤出机的混料机构、缓存机构示意图。
图3混料机构、缓存机构的局剖面示意图1
图4混料机构、缓存机构的局剖面示意图2
图5推拉混料的搅拌方式示意图。
标号说明：
(1)活塞
(2)活塞滑块
(3)活塞电机
(4)搅拌电机轴管
(5)缓存缸
(6)搅拌棒横孔
(7)缓存通道
(8)导向机构
(9)远程送料器
(10)融料腔
(11)输料通道
(12)搅拌棒
(13)搅拌棒尖部
(14)密封圈
(15)径向凸起
(16)螺旋滑道
(17)搅拌电机
(18)混料腔
(19)摩擦环
(21)加热棒
(22)喷嘴
(23)色料1
(24)色料2
(25)送料电机
(26)出料口，
(27)打印物件平台
(28)支架
(30)打印物件
(31)Z轴导向
(32)摩擦壁
(33)喉管
(34)绝热套管
(36)壳体
(37)送料管
(38)推拉混料式挤出机的混料、缓存机构
(39)Y轴滑块
(40)丝杠
(41)丝杠螺母
(43)隔热盖片
(44)工艺孔
[实施例证]
如图1、图2、图3、图4所示：
图1表达了该彩色3D打印机的基本构造，推拉混料式挤出机就安装在Y轴滑块(39)上，其3为牵引运动与传统机型基本雷同，差异就在于推拉混料式挤出机与传统挤出机的构造上；图2是该挤出机前端构造的局部剖面图，表达了混料机构、缓存机构的构造特点；图3、图4为便于理解的混料机构、缓存机构的细节局剖面图；图5则表达推拉混料式的搅拌棒位移实现方式，右部图是细节的再次放大图。剖面部位均有剖面线表达。
带有推拉混料式挤出机的彩色3D打印机是由：推拉混料式挤出机(包括：送料机构(32)、混料机构(33)、缓存机构(34)、Y轴滑块(39)及喷嘴(35)等)、承载打印物件(30)的打印物件平台(27)(能沿着Z轴导向(31)位移)、壳体(36)、推拉混料式挤出机的安装关系：多色送料机构(32)与混料机构(33)是由送料管(37) 连通，适合于输送丝状料到融料腔(10)；混料机构(33)与缓存机构(34)之间连通有缓存通道(7)，并共同被加热棒(21)加热；在混料机构(33)下部安装有喷嘴(35)，作为成型熔融物料喷口；使用支架(28)来完成各个组件器件之间的固定及相互连接。标号(38)虚线所围成的部分是推拉混料式挤出机的混料、缓存机构。
基本工作过程包括：打印开始时，加热棒(21)要加热混料机构(33)及缓存机构(34)，使混料机构(33)内的融料腔(10)与混料腔(18)，以及缓存机构(34)的缓存缸(5)内的色料被升温熔化成半液态，具有流动性；电子系统按照待成型物件的颜色信息，控制送料机构(32)输送什么颜色的打印物料或按预定配比同时输送多色物料，在混料机构(33)的混料腔(18)内被搅拌混合均匀，由于器壁的色料残留，当混料腔(18)内的色料混合的色度未达到标准时将被导入缓存缸(5)内，直至色度达到要求时才被从喷嘴(22)被挤压出来，有选择性的涂覆在工作平台上，快速冷却后将形成一层大约0.1—8mm厚的薄片切层。当完成一个切层的熔覆后，后工作平台被下降一个切层的高度，再进行下一层的熔覆，如此循环；当缓存缸 (5)内的缓存废料的数量积累较多时，电子系统会指令活塞下移，由喷口排出物料来铺设打印物件的填充部位，以便腾空缓存缸(5)的容积，最终形成三维产品零件。
有关送料机构、混料机构、缓存机构的详细构造及功能特点：
送料机构(32)是由常规远程送料器(9)、送料管(32)构成：送料电机(25)驱动各路色料1(23)、色料2(24)由送料管(32)送入由加热棒(21)加热的各路独立的融料腔(10)内并被融化；各路独立的融料腔(10)都经由各自的输料通道(11)与混料腔(18)相通；在混料腔(18)内部插有被密封圈(14)密封的搅拌棒(12)，搅拌棒尖部(13)恰好能抵在喷嘴(22)的出料口(26)的通道上，搅拌电机(17)的轴与搅拌棒(12)之间是通过推拉方式连接的；远程送料器(9)是一个常规组件，包括电机、电机轴上的推料齿轮、压紧轮、压紧轮转轴及弹簧，属于公知技术不再敷述。
混料机构(33)包括：融料腔(10)、混料腔(18)及搅拌棒(12)；每个融料腔(10) 都与混料腔(18)之间连通有输料通道(11)，使得各个融料腔(10)的融料在送料机构的后续料丝的推动下最终都推压入混料腔(18)内被混合；混合是由在混料腔 (18)内部所插的被密封圈(14)密封的搅拌棒(12)来完成的；通过推拉搅拌棒(12) 的方式来获得出料口(26)的封堵与开启：当搅拌棒(12)下移时，搅拌棒尖部(13) 恰好能抵在喷嘴(22)的出料口(26)的孔洞上时就阻断了色料的喷出，而当搅拌棒 (12)上移时，搅拌棒尖部(13)离开喷嘴(22)的而开放出料口(26)。当混料腔(18) 内的色料还没有混合均匀或达到目标颜色时，采用搅拌电机(17)的转动方向使得搅拌棒下降并堵塞喷嘴(35)而停止喷料，一方面使得混合料继续混合以达到均匀的目的，另一方面在需要时将混合料抽入缓存机构(34)而腾出混料腔(18)的空间继续按需要有由送料机构(32)送入各色物料，直到混合出目标色彩为止。在混料腔(18)达到目标色彩后，搅拌电机(17)改变转动方向，搅拌棒(12)被提升的同时还在继续转动搅拌，达到色度目标的熔融色料被挤出铺设3D物件。
缓存机构(34)的构造包括：活塞(1)、缓存缸(5)相通的缓存通道(7)、活塞电机(3)、导向机构(8)；对于混料腔(18)中的色料无法达到目标颜色的过度情形时，就需要将混料腔(18)中的现存色料快速排到缓存缸(5)内，这样就需要活塞电机 (3)配合丝杠(40)/丝姆(41)来推动活塞滑块(2)带动活塞(1)移动，也就改变混料腔 (18)的容积，就可以实现了混料腔(18)与缓存缸(5)之间双向传输熔融物料的功能。一方面混料腔(18)向缓存缸(5)排出无法达到目标颜色的混合料；另一方面实现了快速的颜色渐变：也就是混料腔(18)中的熔融物料在由喷嘴喷出的同时，活塞上移，使得一部分也进入缓存缸(5)之中，分配给缓存缸(5)的物料比例越大，喷嘴(35)喷出物料的颜色改变则越激烈快速。工艺孔(44)是加工时的需要，要进行封堵。
隔热盖片(43)是阻止加热棒的热气上升，绝热套管(34)是为了阻止热量传递给喉管(33)。
如图5所示：
推拉混料的搅拌方式的一种构造包括：搅拌棒(12)、径向凸起(15)及螺旋滑道(16)；实现推拉搅拌棒(12)的方法之一为：首先在搅拌棒(18)上加工有径向凸起(15)，与固定在搅拌电机(17)轴上的螺旋滑道(16)进行同轴性配合(在同一轴线上)，螺旋滑道(16)是被加工在与电机同轴的搅拌电机轴管(4)上，当插入搅拌棒横孔(6)内的径向凸起(15)沿着径向伸入螺旋滑道(16)中时，随着搅拌棒(18)就相对于搅拌电机(17)的旋转时，就会使得2者产生相对的轴向位移，改变搅拌电机(17)的转动方向，搅拌棒(18)的位移也将改变方向；为获得稳定的位移，摩擦环(19)与静止的摩擦壁(32)相互摩擦，产生对搅拌棒(18)的转动阻力矩。

Claims (5)

1.三维彩色打印机专用的推拉混料式挤出机,专门适用于FDM彩色3D打印方式；该推拉混料式挤出机的组成包括三大基本机构：多色送料机构、混料机构、缓存机构；此外还包括：加热棒、喷嘴、支架结构体；基本安装关系包括：多色送料机构与混料机构是由送料管连通，适合于输送丝状料到融料腔；混料机构与缓存机构之间连通有缓存通道，在混料机构下部安装有喷嘴；使用支架来完成各个组件之间的互连；其特征就在于：送料机构是由常规送料器构成，分为远程及近程送料器：多路色料被送料电机驱动下，经由送料管输送至入由加热元件加热的各路独立的融料腔内并被融化；各路独立的融料腔都经由各自的输料通道与混料腔相通；在混料腔内部插有搅拌棒，搅拌棒尖部恰好能抵在喷嘴的出料口的通道上，搅拌电机的轴与搅拌棒之间是通过位移推拉方式连接的；远程送料器是一个常规组件，包括电机、电机轴上的推料齿轮、压紧轮、压紧轮转轴及弹簧；混料机构包括：融料腔、混料腔及搅拌棒；每个融料腔都与混料腔之间连通有输料通道，使得各个融料腔的融料在送料机构的后续料丝的推动下最终都推压入混料腔内被搅拌棒混合，并通过推拉搅拌棒的方式来开关出料口；当混料腔内的色料还没有混合均匀或达不到目标颜色时，被推下移的搅拌棒尖部恰好抵在喷嘴的出口孔洞而阻断喷涂，而当搅拌棒被拉上移时，搅拌棒尖部离开喷嘴孔洞而畅通；缓存机构的构造包括：活塞、缓存缸、缓存通道，需要活塞电机配合丝杠/丝姆来或齿轮/齿条推动活塞的轴向移动而改变混料腔的容积，或者该活塞被气压取代而无须使用活塞、活塞电机、导向机构。
2.根据权利要求1三维彩色打印机专用的推拉混料式挤出机中所述的融料腔与混料腔之间的通道，其特征就在于：该通道是直通通道或被安装有逆止阀的通道；逆止阀的构造是片状、锥状或球状的物作为阻塞物体被放置在该通道上，当该阻塞物体向融料腔方向移动时，由于阻塞物体的面积大于该方向的洞口面积且密闭接触，恰好能完全封堵了通道，当该阻塞物体向混料腔方向移动时，由于阻塞物体与该方向的洞口设计为非密闭接触，则保持通道畅通；因而具有单向流动的特点，确保混合物料不会由混料腔返回进入融料腔中；逆止阀的位移是由色料流体自身的动力推动，或是由弹簧的弹力提供封堵方向的推动。
3.根据权利要求1三维彩色打印机专用的推拉混料式挤出机中所述的送料机构的送料管，其特征就在于：送料管大于5厘米长度，或者被缩短到零而取消，多路送料器被直接安装在了融料腔的上方，就更改成了近程送料方式。
4.根据权利要求1三维彩色打印机专用的推拉混料式挤出机中所述的推拉混料搅拌方法，其特征就在于：该方法为采用搅拌电机的转动方向使得搅拌棒下降并堵塞喷嘴而停止喷料：首先在搅拌棒上加工有螺旋滑道或径向凸起，与固定在搅拌电机轴上的径向凸起或螺旋滑道进行同轴性配合，螺旋滑道与径向凸起的构造是被加工在柱体或圆管上，当径向凸起沿着径向伸入螺旋滑道中时，改变搅拌电机的转动方向，搅拌棒的位移也将改变方向，需要对施加转动的阻力矩，所施加的阻力矩是摩擦阻力或电磁阻力，而推拉混料的搅拌棒或电机轴上加工有螺旋滑道或径向凸起；另一方面，推拉混料搅拌完全能被机械提升代替：就是搅拌棒与电机轴直接连接，一体化的搅拌棒与电机轴被一起连接到气缸活塞，被活塞直接带动进行升降；或者由电磁动力的方式来完成升降：即使用电磁铁吸合\释放一体化的搅拌棒与电机轴的统一体、或电机驱动固定有一体化的搅拌棒与电机轴的丝杠、丝母的升降传动来实现升降。
5.根据权利要求1三维彩色打印机专用的推拉混料式挤出机中所述的驱动活塞(1)在缓存缸(5)内(轴向)移动的活塞电机，其特征就在于：该活塞电机能被压电陶瓷位移装置、气动/液力位移装置所取代。
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