CN111531872A - 一种双出料口的3d打印挤出装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双出料口的3D打印挤出装置。包括从上到下依次布置的双进料口进给区、熔丝区和双出料口喷头装置；双进料口进给区包括进给装置外壳和转盘组；进给装置外壳顶部设有主进料口和辅进料口，进给装置外壳底部设有主输料通道管、辅输料通道管，进给装置外壳内装有转盘组，转盘组包含四个转盘，四个转盘分别四个电机连接；熔丝区包括风扇、电机和熔丝装置；双出料口喷头装置包括喷头上管、喷头内管、喷头下管和喷头。本发明通过双进料口进给装置控制主出料口、辅出料口是否出料实现双列打印，在不降低打印精度的条件下提高打印速度，极大地缩短了3D打印的打印时间。

Description

一种双出料口的3D打印挤出装置
技术领域
本发明涉及快速成型技术领域的一种打印装置，具体地说，涉及了一种双出料口的3D打印挤出装置。
背景技术
3D打印技术是快速成型技术的一种，又称增材制造，是一种以数字模型文件为基础，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印技术逐层打印的方式使得3D打印过程耗时长，并且打印零件精度要求越高，所需要的打印时间就会越长。传统3D打印设备挤出装置仅包含一个出料口，这是3D打印过程耗时长的一个重要因素。
发明内容
为了解决背景技术中存在的问题，本发明一种双出料口的3D打印挤出装置由双进料口进给区、熔丝区以及双出料口喷头装置组成，应用于使用FDM打印方式的3D打印机，适用于3D打印中的FDM(熔融沉积制造)打印方式。
本发明可以实现双列打印，可以在不降低打印精度的情况下极大地缩短打印时间。
本发明所采用的技术方案是：
本发明包括双进料口进给区、熔丝区和双出料口喷头装置；双进料口进给区、熔丝区和双出料口喷头装置从上到下依次布置；双进料口进给区包括进给装置外壳和转盘组；进给装置外壳顶部设有主进料口和辅进料口，主进料口和辅进料口的上端连接到打印耗材的料源，主进料口和辅进料口的下端伸入到进给装置外壳内；进给装置外壳底部设有主输料通道管、辅输料通道管，主输料通道管、辅输料通道管的上端伸入到进给装置外壳内，且主输料通道管、辅输料通道管的上端分别位于主进料口和辅进料口下端的正下方，主输料通道管、辅输料通道管的下端和熔丝区的熔丝装置连接；进给装置外壳内装有转盘组，转盘组包含四个转盘，四个转盘分别四个电机连接，由每个电机驱动各自的转盘旋转；主输料通道管上端和主进料口下端之间具有间隙作为主料入流通道，该间隙的两侧均设有转盘，且通过电机控制两侧的转盘的旋转方向相反；辅输料通道管上端和辅进料口下端之间具有间隙作为辅料入流通道，该间隙的两侧均设有转盘，且通过电机控制两侧的转盘的旋转方向相反；
熔丝区包括风扇、电机和熔丝装置；熔丝装置安装在进给装置外壳底面，熔丝装置的侧面安装有风扇和电机，电机的输出轴和风扇连接，电机驱动风扇旋转对熔丝装置进行散热；
双出料口喷头装置包括喷头上管、喷头内管、喷头下管和喷头；喷头内管上端通过螺纹套装于喷头上管下端内，喷头内管下端通过螺纹套装于喷头下管上端内，喷头下管下端通过螺纹安装喷头；喷头上管的上端经连接管件连接熔丝装置；喷头内管下端和喷头上端在喷头下管内部对接连通。
所述的主料入流通道两侧的转盘之间的间距和辅料入流通道两侧的转盘之间的间距均为打印耗材的直径。
所述的熔丝装置内部开设有两条竖直平行的熔丝通道，两条熔丝通道的上下端均贯穿出熔丝装置，两条熔丝通道的上端分别连通于主输料通道管、辅输料通道管的下端，两条熔丝通道的下端连接到双出料口喷头装置。
所述的喷头上管的内部开设有两条竖直的上通道，两条竖直的上通道上端贯穿出喷头上管顶面后分别经连接管件内部的两条通道后和熔丝装置的两条熔丝通道连通。
所述的喷头内管内部开设有两条挤出通道，两条挤出通道上端分别和喷头上管内部两条上通道连通，两条挤出通道下端分别和喷头内部的两个喷出口连通。
本发明主要由双进料口进给区、熔丝区以及双出料口喷头组成。主出料口工作时，主进给装置的电机带动一组转盘转动，将打印耗材通过主进料口送往主输料通道管送入主熔丝装置，主熔丝装置将打印耗材加热到熔融态后经过主通道，从主出料口挤出。辅出料口工作时，辅进给装置的电机带动一组转盘转动，将打印耗材通过辅进料口送往辅输料通道管送入辅熔丝装置，辅熔丝装置将打印耗材加热到熔融态后经过辅通道，从辅出料口挤出。通过双进料口进给装置控制主出料口、辅出料口是否出料实现双列打印。
本发明的主出料口和辅出料口的直径相同，通过主辅进给装置的工作与否，在不降低打印精度的情况下可以实现两倍于喷头直径的3D打印过程，实现双列打印。
本发明采用双出料口的3D打印挤出装置的打印过程共有五种基本类型，其中四种基本类型打印区域为双列打印区域，一种基本类型为单列打印区域。任意一个打印件截面的过程可以分解为五种基本类型的组合。从而完成打印过程。
本发明的优点：
本发明的3D打印挤出装置，当主出料口辅出料口直径与采用常规挤出装置的3D打印机的出料口直径相同时，采用本发明主辅双出料口的挤出装置及其打印方法，可以在不降低打印精度的情况下可以实现两倍于喷头直径的3D打印过程，实现双列打印，极大地缩短了3D打印的打印时间。
本发明通过双进料口进给装置控制主出料口、辅出料口是否出料实现双列打印，在不降低打印精度的条件下提高打印速度。
附图说明
附图1是双出料口的3D打印挤出装置结构示意图；
附图2是双进料口进给区正面立体图；
附图3是双进料口进给区背面立体图；
附图4是熔丝区结构示意图；
附图5是双出料口喷头装置双出料口结构示意图；
附图6是双出料口喷头装置结构立体图；
附图7是附图6的A向视图；
附图8是双出料口的3D打印挤出装置工作时的五种基本打印类型示意图；
附图9是一种打印实施例情况示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施对本发明作进一步说明。
如图1所示，具体实施的装置包括双进料口进给区、熔丝区和双出料口喷头装置；双进料口进给区、熔丝区和双出料口喷头装置从上到下依次布置。
如图2和图3所示，双进料口进给区包括进给装置外壳01和转盘组02、电机组04。进给装置外壳01顶部设有主进料口0103和辅进料口0104，主进料口0103和辅进料口0104的上端连接到打印耗材06的料源，主进料口0103和辅进料口0104的下端伸入到进给装置外壳01内；进给装置外壳01底部设有主输料通道管0101、辅输料通道管0102，主输料通道管0101、辅输料通道管0102的上端伸入到进给装置外壳01内，且主输料通道管0101、辅输料通道管0102的上端分别位于主进料口0103和辅进料口0104下端的正下方，主输料通道管0101、辅输料通道管0102的下端和熔丝区的熔丝装置09连接；进给装置外壳01内装有转盘组02，转盘组02包含转盘0201、转盘0202、转盘0203和转盘0204的四个转盘，电机组04包含电机0401、电机0402、电机0403、电机0404的四个电机，转盘0201、转盘0202、转盘0203和转盘0204的四个转盘分别电机0401、电机0402、电机0403、电机0404的四个电机连接，由每个电机驱动各自的转盘旋转，电机0401与转盘0201装配；电机0402与转盘0202装配；电机0403与转盘0203装配；电机0404与转盘0204装配。
主输料通道管0101上端和主进料口0103下端之间具有间隙作为主料入流通道，该间隙的两侧均设有转盘0201、0202，且通过电机控制两侧的转盘0201、0202的旋转方向相反，转盘0201、0202在靠近主料入流通道边缘的旋转切向沿向下输送方向；主进料口0103下端出口流出的主料经由两侧的转盘0201、0202的驱动后输送到主输料通道管0101上端进口。
辅输料通道管0102上端和辅进料口0104下端之间具有间隙作为辅料入流通道，该间隙的两侧均设有转盘0203、0204，且通过电机控制两侧的转盘0203、0204的旋转方向相反，转盘0203、0204在靠近主料入流通道边缘的旋转切向沿向下输送方向；辅进料口0104下端出口流出的主料经由两侧的转盘0203、0204的驱动后输送到辅输料通道管0102上端进口。
这样，主进料口0103与转盘0201、转盘0202、电机0401、电机0402组成主进给装置；辅进料口0104与转盘0203、转盘0204、电机0403、电机0404组成辅进给装置。
打印耗材06通过主进料口0103和辅进料口0104进入到进给装置外壳01内，转盘0201与转盘0202之间的距离为打印耗材06的直径；转盘0203与转盘0204之间的距离为打印耗材06的直径。
主进给装置工作时，进料口0103进料，转盘0201顺时针转动、转盘0202逆时针转动，将打印耗材送往主输料通道管0101，两个转盘转动角速度大小相同，方向相反；辅进给装置工作时，辅进料口0104进料，转盘0203顺时针转动、转盘0204逆时针转动，将打印耗材送往主输料通道管0102，两个转盘转动角速度大小相同，方向相反。
具体实施中，通过螺钉将转盘组02与电机组04的电机轴进行装配固定，通过螺钉将电机组04与进给装置外壳01进行装配固定，熔丝区与双进料口进给区之间通过连接螺钉连接，电机组04通过螺钉固定在进给装置外壳01上。
如图4所示，熔丝区包括风扇07、电机08和熔丝装置09；熔丝装置09安装在进给装置外壳01底面，熔丝装置09的侧面安装有风扇07和电机08，电机08的输出轴和风扇07连接，电机08驱动风扇07旋转对熔丝装置09进行散热；熔丝装置09内部开设有两条竖直平行的熔丝通道，两条熔丝通道的上下端均贯穿出熔丝装置09，两条熔丝通道的上端分别连通于主输料通道管0101、辅输料通道管0102的下端，两条熔丝通道的下端连接到双出料口喷头装置10。
连接管件901是位于熔丝装置09上将双出料口喷头与熔丝区连接的端口，熔丝装置09内部包含两个独立的熔丝通道，分别为主熔丝通道与辅熔丝通道。由主输料通道管0101进入的3D打印耗材进入主熔丝通道；由辅输料通道管0102进入的3D打印耗材进入辅熔丝通道。连接管件901是位于熔丝装置09上将双出料口喷头与熔丝区连接的端口，如附图4所示，连接端0901与喷头装置10的喷头上管1001通过螺纹连接，连接端0901内有两条熔融态耗材的通道，分别对应于熔丝装置的主熔丝通道和辅熔丝通道。
如图5所示，双出料口喷头装置10包括喷头上管1001、喷头内管1002、喷头下管1003和喷头1004；喷头内管1002上端通过螺纹套装于喷头上管1001下端内，喷头内管1002下端通过螺纹套装于喷头下管1003上端内，喷头下管1003下端通过螺纹安装喷头1004；
喷头上管1001的上端经连接管件901连接熔丝装置09，喷头上管1001的内部开设有两条竖直的上通道，两条竖直的上通道上端贯穿出喷头上管1001顶面后分别经连接管件901内部的两条通道后和熔丝装置的两条熔丝通道连通。
喷头内管1002下端和喷头1004上端在喷头下管1003内部对接连通，如图6-图7所示，喷头内管1002内部开设有两条挤出通道，两条挤出通道上端分别和喷头上管1001内部两条上通道连通，两条挤出通道下端分别和喷头1004内部的两个喷出口连通。
喷头装置10的四个组成部分依次连接，在喷头装置10内部形成了两条输送熔融态耗材的通道，通道下端经过喷头1004进行打印过程，通道上端与连接管件901内的两条熔融态耗材的通道联通，形成了两条连贯并且相互独立的通道，连接主熔丝装置的通道为主通道，连接辅熔丝装置的通道为辅通道。主通道的下端对应喷头1004的主出料口，辅通道的下端对应喷头1004的辅出料口。
主出料口工作时，电机0401顺时针转动，电机0402逆时针转动，带动转盘0201、0202运动，将打印耗材06通过主进料口0103输送到主输料通道管0101，进而进入熔丝区的主熔丝装置。主熔丝装置将打印耗材06加热到熔融态，送入主通道上端，熔融态耗材经过主通道，从主出料口挤出，执行打印过程。
与主出料口工作时原理相同，辅出料口工作时，电机0403顺时针转动，电机0404逆时针转动，带动转盘0203、0204运动，将打印耗材06通过辅进料口0104输送到辅输料通道管0102，进而进入熔丝区的辅熔丝装置。辅熔丝装置将打印耗材06加热到熔融态，送入辅通道上端，熔融态耗材经过辅通道，从辅出料口挤出，执行打印过程。主出料口和辅出料口的直径相同。
本发明可以在不降低打印精度的情况下实现两倍于喷头直径的3D打印过程，实现双列打印，具体如下：
如附图8所示，使用双出料口的3D打印挤出装置的打印过程根据主出料口、辅出料口是否出料和出料先后顺序可以划分为五种基本类型。主出料口出料时，电机转动，带动转盘运动，将打印耗材06通过主进料口0103输送到主输料通道管0101，进而进入熔丝区的主熔丝装置，主熔丝装置将打印耗材06加热到熔融态，熔融态耗材经过主通道，从主出料口挤出，执行打印过程。辅出料口工作时，电机转动，带动转盘运动，将打印耗材06通过辅进料口0104输送到主输料通道管0102，进而进入熔丝区的辅熔丝装置，辅熔丝装置将打印耗材06加热到熔融态，熔融态耗材经过辅通道，从辅出料口挤出，执行打印过程。
执行打印过程时，喷头垂直于本发明装置下方的3D打印机的载物台，喷头运动方向与附图8中表示的喷头运动方向一致。附图8中灰色矩形框表示主出料口出料，辅出料口不出料，仅主出料口出料参与打印过程；白色矩形框表示辅出料口出料，主出料口不出料，仅辅出料口出料参与打印过程；黑色矩形框表示主出料口、辅出料口同时出料，主出料口、辅出料口共同参与打印过程。采用双出料口的3D打印挤出装置的打印过程共有五种基本类型：
类型1：双列打印区域中，主出料口、辅出料口同时工作，完成黑色矩形框区域的打印。
类型2：双列打印区域中，主出料口先工作，辅出料口不工作，完成灰色矩形框区域的打印；当进入黑色矩形框区域，主出料口、辅出料口同时工作，完成黑色矩形框区域的打印。
类型3：双列打印区域中，主出料口、辅出料口同时工作完成黑色矩形框区域的打印；然后主出料口停止工作，辅出料口单独工作完成白色矩形框区域的打印。
类型4：双列打印区域中，主出料口先工作，辅出料口不工作，完成灰色矩形框区域的打印；当进入黑色矩形框区域，主出料口、辅出料口同时工作，完成黑色矩形框区域的打印；然后主出料口停止工作，辅出料口单独工作完成白色矩形框区域的打印。
类型5：单列打印区域中，仅主出料口工作，完成灰色矩形框区域的打印。不启用辅出料口，打印时仅仅使用主出料口一个出料口。
更进一步地，将打印任意一个打印件截面的过程分解为五种基本类型的组合。以一个完整的3D打印件的打印截面为例，详细说明使用双出料口的3D打印挤出装置执行3D打印过程时的3D打印流程。打印截面包含了附图8中的五种基本类型。附图9所示，将一个打印件的截面表示为双出料口的3D打印挤出装置喷头的运动图，附图9图例与附图8图例相同。3D打印机从左到右对区域1-区域7进行打印。
首先打印区域1：主出料口工作，完成双列打印区域1灰色矩形框区域；主出料口的打印；然后主出料口、辅出料口同时工作，完成双列打印区域1黑色矩形框区域的打印；双列区域1打印结束后，喷头移动到双列打印区域2起始位置。
打印区域2：主出料口、辅出料口同时工作，完成双列打印区域2黑色矩形框区域的打印；然后主出料口停止工作，仅辅出料口工作，完成双列打印区域2白色矩形框区域的打印；双列区域2打印结束后，喷头移动到双列打印区域3起始位置。
打印区域3：主出料口、辅出料口同时工作，完成双列打印区域3黑色矩形框区域的打印；双列区域3打印结束后，喷头移动到双列打印区域4起始位置。
打印区域4：仅主出料口工作，完成双列打印区域4灰色矩形框区域的打印；然后主出料口、辅出料口同时工作，完成双列打印区域4黑色矩形框区域的打印；然后主出料口停止工作，仅辅出料口工作，完成双列打印区域4白色矩形框区域的打印；双列区域4打印结束后，喷头移动到双列打印区域5起始位置。
打印区域5：主出料口、辅出料口同时工作，完成双列打印区域5黑色矩形框区域的打印；然后主出料口停止工作，仅辅出料口工作，完成双列打印区域5白色矩形框区域的打印；双列区域5打印结束后，喷头移动到双列打印区域6起始位置。
打印区域6：仅主出料口工作，完成双列打印区域6灰色矩形框区域的打印；然后主出料口、辅出料口同时工作，完成双列打印区域6黑色矩形框区域的打印；然后主出料口停止工作，仅辅出料口工作，完成双列打印区域6白色矩形框区域的打印；双列区域6打印结束后，喷头移动到单列打印区域7起始位置。
打印区域7：仅主出料口工作，完成双列打印区域7灰色矩形框区域的打印，截面打印结束。
本发明一种双出料口的3D打印挤出装置及使用该装置的打印方法，当主出料口辅出料口直径与采用常规挤出装置的3D打印机的出料口直径相同时，采用本发明主辅双出料口的挤出装置，可以在不降低打印精度的情况下可以实现两倍于喷头直径的3D打印过程，可以实现双列打印和单列打印，极大地缩短了3D打印的打印时间。

Claims (5)

1.一种双出料口的3D打印挤出装置，其特征在于：包括双进料口进给区、熔丝区和双出料口喷头装置；双进料口进给区、熔丝区和双出料口喷头装置从上到下依次布置；双进料口进给区包括进给装置外壳(01)和转盘组(02)；进给装置外壳(01)顶部设有主进料口(0103)和辅进料口(0104)，主进料口(0103)和辅进料口(0104)的上端连接到打印耗材(06)的料源，主进料口(0103)和辅进料口(0104)的下端伸入到进给装置外壳(01)内；进给装置外壳(01)底部设有主输料通道管(0101)、辅输料通道管(0102)，主输料通道管(0101)、辅输料通道管(0102)的上端伸入到进给装置外壳(01)内，且主输料通道管(0101)、辅输料通道管(0102)的上端分别位于主进料口(0103)和辅进料口(0104)下端的正下方，主输料通道管(0101)、辅输料通道管(0102)的下端和熔丝区的熔丝装置(09)连接；进给装置外壳(01)内装有转盘组(02)，转盘组(02)包含四个转盘，四个转盘分别四个电机连接，由每个电机驱动各自的转盘旋转；主输料通道管(0101)上端和主进料口(0103)下端之间具有间隙作为主料入流通道，该间隙的两侧均设有转盘(0201、0202)，且通过电机控制两侧的转盘(0201、0202)的旋转方向相反；辅输料通道管(0102)上端和辅进料口(0104)下端之间具有间隙作为辅料入流通道，该间隙的两侧均设有转盘(0203、0204)，且通过电机控制两侧的转盘(0203、0204)的旋转方向相反；
熔丝区包括风扇(07)、电机(08)和熔丝装置(09)；熔丝装置(09)安装在进给装置外壳(01)底面，熔丝装置(09)的侧面安装有风扇(07)和电机(08)，电机(08)的输出轴和风扇(07)连接，电机(08)驱动风扇(07)旋转对熔丝装置(09)进行散热；
双出料口喷头装置(10)包括喷头上管(1001)、喷头内管(1002)、喷头下管(1003)和喷头(1004)；喷头内管(1002)上端通过螺纹套装于喷头上管(1001)下端内，喷头内管(1002)下端通过螺纹套装于喷头下管(1003)上端内，喷头下管(1003)下端通过螺纹安装喷头(1004)；喷头上管(100)的上端经连接管件(901)连接熔丝装置(09)；喷头内管(1002)下端和喷头(1004)上端在喷头下管(1003)内部对接连通。
2.根据权利要求1所述的一种双出料口的3D打印挤出装置，其特征在于：
所述的主料入流通道两侧的转盘(0201、0202)之间的间距和辅料入流通道两侧的转盘(0201、0202)之间的间距均为打印耗材(06)的直径。
3.根据权利要求1所述的一种双出料口的3D打印挤出装置，其特征在于：
所述的熔丝装置(09)内部开设有两条竖直平行的熔丝通道，两条熔丝通道的上下端均贯穿出熔丝装置(09)，两条熔丝通道的上端分别连通于主输料通道管(0101)、辅输料通道管(0102)的下端，两条熔丝通道的下端连接到双出料口喷头装置(10)。
4.根据权利要求1所述的一种双出料口的3D打印挤出装置，其特征在于：
所述的喷头上管(1001)的内部开设有两条竖直的上通道，两条竖直的上通道上端贯穿出喷头上管(1001)顶面后分别经连接管件(901)内部的两条通道后和熔丝装置的两条熔丝通道连通。
5.根据权利要求4所述的一种双出料口的3D打印挤出装置，其特征在于：
所述的喷头内管(1002)内部开设有两条挤出通道，两条挤出通道上端分别和喷头上管(1001)内部两条上通道连通，两条挤出通道下端分别和喷头(1004)内部的两个喷出口连通。
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