CN111590915A - 一种桌面式单螺杆挤出与3d打印一体样机 - Google Patents

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吴旭
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Abstract

本发明公开了一种桌面式单螺杆挤出与3D打印一体样机，包括桌台架、单螺杆挤出机、3D打印机和控制系统，其中单螺杆挤出机固定连接在桌台架的上端面，所述控制系统和3D打印机并列固定连接在桌台架内；所述单螺杆挤出机包括第一驱动机构、机筒组件、单螺杆组件、加热装置和喷头组件，所述3D打印机包括打印平台组件、三轴向驱动组件和挤出头组件，3D挤出打印时所述喷头组件与挤出头组件对位固定连接设置，所述控制系统用于控制单螺杆挤出机和3D打印机，可以用于实验室探究不同材料配比的3D打印线材的打印产品性能，形成了混合挤出和3D打印的小型试验装置。

Description

一种桌面式单螺杆挤出与3D打印一体样机
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，更具体地涉及一种桌面式单螺杆挤出与3D打印一体样机。
背景技术
3D打印（3D printing），是“增材制造”（Additive Manufacturing）的主要实现形式，是制造业领域正在迅速发展的一项新兴技术，被称为“具有工业革命意义的制造技术”。3D 打印技术从诞生至今，已发展30余年，目前处于多种技术路线共存的状态。根据所用耗材形态和成型原理的差异，目前主流的 3D 打印技术大致分为挤出熔融成型、粒状物料成型、光聚合成型三种类型，每种类型按照成型技术的不同，其中，熔融层积（FDM）属于挤出成型类，粒状物料成型又包括直接金属激光烧结（DMLS）、电子束熔融（EBM）、选择性激光烧结（SLS）、选择性热烧结（SHS）、选择性激光融化成型（SLM）等，光聚合成型技术则包括光固化成型（SLA）、数字光处理（DLP）、聚合物喷射（PJ）。3D打印高分子材料(ABS塑料、PLA塑料、PC、树脂、陶瓷、尼龙)、石墨烯、金属材料、复合材料、树脂砂等，其中，ABS 是 FDM 打印技术最为常见的打印材料，可用于 3D 打印的 ABS 材料种类繁多，是其他塑料材料无可比拟的。然而在过去 10 年中，PLA 正作为一种代替 ABS 的绿色产品，PLA作为一种生物基塑料，可以降解，是桌面 3D 打印领域常用的一种打印材料，但缺点是脆、不耐高温。聚碳酸酯（PC）目前是最广泛的热塑性塑料，它强度高、刚性、容易热成型，在工业领域诸如家用电器、餐具、安全玻璃等方面都有应用，不过由于熔融温度过高使得它并没有在 3D 打印领域得到广泛的应用。树脂作为 SLA 光固化成型的重要原料，种类变化种类繁多，成型精度要高于FDM 技术，可用来制作生物模型或医用模型，亦可生产高度精确的三维原型，对建筑和电子等设计导向型行业产生较大影响，随着树脂材质的不断完善，将会直接应用在高性能汽车行业及航天航空行业。尼龙是 3D 打印材料市场应用规模最大的材料，预计到2019 年，尼龙将占据 3D 打印材料市场 30%的市场份额，目前只有赢创、阿科玛、Arzuano、ExcelTec和罗地亚等极少数厂家生产用于 3D 打印的尼龙粉末，尼龙铝粉是在尼龙的粉末中掺杂一部分铝粉，通过 SLS 技术进行打印，使打印出的成品赋有金属的光泽，当铝粉含量从 0 增大到 50% 时，所制成品的热变形温度、拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量以及硬度，比单纯尼龙烧结件分别提高了 87℃、10.4%、62.1%、122.3% 及 70.4%，此外，烧结件的拉伸强度、断裂伸长率、冲击强度，也随着铝粉平均粒径的减小而增大。2014年美国硅谷Arevo实验室推出制造高强度碳复合材料最终产品的 3D 打印技术，打印出了碳纤维增强尼龙基体的复合材料，相比于传统的挤出或注塑定型方法，3D 打印时通过精确控制碳纤维的取向，优化特定机械、电和热性能，能够严格设定其综合性能，Arevo 使用该材料有望打印“更轻、更强、更持久”的航空航天、国防和医疗应用的零部件产品，不久前 Solvay 公司将空客鉴定合格的三个等级的 KetaSpire PEEK 树脂用于制造飞机内饰，复合材料中的增强材料除了使用碳纤维外，还可以用玻璃纤维。
3D打印的高分子材料的产品的机械性能不如传统制造产品，为了提高3D打印高分子材料产品的性能，目前，国内外主要是通过在原来的PLA，ABS，PC等原材料中加入其他组分的材料，来提高或者改善原理产品的性能，比如在PLA材料的打印过程中加入碳纤维，3D打印产品的力学性能得到很大的提升。同时在ABS中加入石墨烯，改变产品的性能。但是，目前3D打印挤出打印材料的生产设备庞大，不适用于高校实验室内使用。
发明内容
为了解决所述现有技术的不足，本发明提供了一种桌面式单螺杆挤出与3D打印一体样机，可以用于实验室探究不同材料配比的3D打印线材的打印产品性能，通过机器测量多组相同、不同成分材料的打印样品的力学性能，最终通过对比和测试，获得某种高分子材料稳定的力学性能的材料配比和稳定的3D打印工艺参数，形成了混合挤出和3D打印的小型试验装置。
本发明所要达到的技术效果通过以下方案实现：一种桌面式单螺杆挤出与3D打印一体样机，包括桌台架、单螺杆挤出机、3D打印机和控制系统，其中单螺杆挤出机固定连接在桌台架的上端面，所述控制系统和3D打印机并列固定连接在桌台架内；所述单螺杆挤出机包括第一驱动机构、机筒组件、单螺杆组件、加热装置和喷头组件，所述3D打印机包括打印平台组件、三轴向驱动组件和挤出头组件，3D挤出打印时所述喷头组件与挤出头组件对位固定连接设置，所述控制系统用于控制单螺杆挤出机和3D打印机。
优选地，还包括线材成型机构，所述线材成型机构包括固定在桌台架的水平台面上的校直机构和固定在桌台架侧面的卷线机构，其中校直机构为水平滑轮式，包括滑轮球底、球底圆环底座和若干个滑轮，所述滑轮球底装配在球底圆环底座上形成滑轮球铰。
优选地，所述机筒组件包括机筒壳体、机筒安装台、机筒齿轮以及设置在机筒壳体内的搅拌叶片、筛条和出料底板，所述搅拌叶片通过搅拌轴承支撑固定在机筒壳体内，搅拌轴承与机筒齿轮固定连接。
优选地，所述筛条和出料底板依次形成在搅拌叶片的下方，所述出料底板设有与筛条的间隙适配的出料口。
优选地，所述第一驱动机构同时用于驱动机筒组件和单螺杆组件的运行，所述第一驱动机构通过联轴器和齿轮与机筒组件的机筒齿轮啮合连接。
优选地，所述机筒组件的上方还设有加料盒体，所述加料盒体为可拆卸结构。
优选地，所述单螺杆组件包括螺杆本体和套设在螺杆本体外周的螺杆筒体，所述螺杆本体与第一驱动机构传动连接。
优选地，所述喷头组件包括喷头套、分流板和喷头本体，所述喷头套呈空心环状，喷头套的一端内连接喷头本体，喷头套的另一端内连接分流板。
优选地，所述挤出头组件包括挤出头本体、固定板、固定柱和止推环，所述固定柱的数量为两个，并列设置在挤出头本体的两侧，所述固定板横跨在两个固定柱之间，固定板的两侧分别与固定柱连接，所述挤出头本体固定连接在固定板上。
优选地，所述打印平台组件包括平台本体、加热板、加热板支柱、支撑板和弹性件，所述加热板形成在平台本体的下端面，所述加热板通过弹性件和支撑板与平台本体弹性连接，所述支撑板的下端固定连接加热板支柱。
本发明具有以下优点：
1、通过本发明的桌面式单螺杆挤出与3D打印一体样机，可以用于实验室探究不同材料配比的3D打印线材的打印产品性能，通过机器测量多组相同、不同成分材料的打印样品的力学性能，最终通过对比和测试，获得某种高分子材料稳定的力学性能的材料配比和稳定的3D打印工艺参数，形成了混合挤出和3D打印的小型试验装置；
2、本发明实施例的单螺杆挤出机代替了传统的储丝设备，可以将打印原料颗粒、粉末(例如PLA、碳纤维等)混合加工成自制的打印线材，且可以在螺杆本体的作用下向3D打印机的加热挤出头输送3D打印线材；
3、还包括线材成型机构，从而可以使产品既能进行3D打印成型，又能进行线材打印成型，实现两种功能的组合使用，也可以单独使用一种功能；
4、本发明实施例的桌面式单螺杆挤出与3D打印一体样机，可以通过外接密封胶管直接导入到挤出头本体中，一些容易在运输过程中被氧化的材料使用本发明的一体样机可以在生产之初就打印出物体；
5、本申请的单螺杆挤出机和3D打印机可拆分为独立的部分进行各自的工作，使用方便。当单螺杆挤出机和3D打印机配合使用时，可以将刚熔融的材料打印成所需的实验体产品，节省了定制线材所需要的时间。当利用单螺杆挤出机制备线材时，单螺杆挤出机配合线材成型机构，可以制备供其他打印机使用的线材，方便实验室小批量线材的制备。
附图说明
图1为本发明桌面式单螺杆挤出与3D打印一体样机的平面结构示意图；
图2为本发明桌面式单螺杆挤出与3D打印一体样机的俯视结构示意图；
图3为本发明桌面式单螺杆挤出与3D打印一体样机的立体结构示意图1；
图4为本发明桌面式单螺杆挤出与3D打印一体样机的立体结构示意图2；
图5为本发明桌面式单螺杆挤出与3D打印一体样机中单螺杆挤出机的立体结构示意图；
图6为本发明桌面式单螺杆挤出与3D打印一体样机中单螺杆挤出机显示内部结构的立体结构示意图；
图7为本发明桌面式单螺杆挤出与3D打印一体样机中显示线材成型机构的立体结构示意图；
图8为本发明桌面式单螺杆挤出与3D打印一体样机中挤出头组件的立体结构示意图；
图9为本发明桌面式单螺杆挤出与3D打印一体样机中3D打印机的立体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”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。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“设置”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，还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发明中的具体含义。
结合图1-图5所示，本发明实施例提供一种桌面式单螺杆挤出与3D打印一体样机，包括桌台架100、单螺杆挤出机200、3D打印机300和控制系统400，其中单螺杆挤出机200固定连接在桌台架100的上端面，所述控制系统400和3D打印机300并列固定连接在桌台架100内；所述单螺杆挤出机200包括第一驱动机构210、机筒组件220、单螺杆组件230、加热装置240和喷头组件250，所述3D打印机300包括打印平台组件310、三轴向驱动组件320和挤出头组件330，3D挤出打印时所述喷头组件250与挤出头组件330对位固定连接设置，所述控制系统400控制单螺杆挤出机200和3D打印机300的运行，实现产品的3D打印。所述机筒组件220用于将实验室探究不同材料配比的原料进行混合均匀；所述单螺杆组件230用于将混合均匀后的混合材料进行螺旋挤压形成待打印物料；所述加热装置240用于将单螺杆组件230内的待打印物料进行预热熔融，为打印做前期准备；所述喷头组件250用于将单螺杆组件230内的待打印物料喷出至挤出头组件330内；所述第一驱动机构210用于驱动机筒组件220和单螺杆组件230的运行。所述三轴向驱动组件320用于驱动打印平台组件310的XYZ轴向运动，所述挤出头组件330用于将待打印物料挤出至打印平台组件310上进行 3D打印。
通过本发明的桌面式单螺杆挤出与3D打印一体样机，可以用于实验室探究不同材料配比的3D打印线材的打印产品性能，通过机器测量多组相同、不同成分材料的打印样品的力学性能，最终通过对比和测试，获得某种高分子材料稳定的力学性能的材料配比和稳定的3D打印工艺参数，形成了混合挤出和3D打印的小型试验装置。
具体地，本发明实施例中所述单螺杆挤出机200的第一驱动机构210可以是采用120W的第一驱动电机，第一驱动电机通过联轴器和齿轮与机筒组件220的机筒齿轮啮合连接实现传动作用。所述机筒组件220的上方还设有加料盒体260，所述加料盒体260呈漏斗状，可以为可拆卸结构，可以根据实际情况进行选择进料途径。结合图5和图6所示，所述机筒组件220包括机筒壳体221、机筒安装台222、机筒齿轮223以及设置在机筒壳体221内的搅拌叶片224、筛条225和出料底板，所述搅拌叶片224通过搅拌轴承支撑固定在机筒壳体221内，搅拌轴承与机筒齿轮223固定连接，机筒齿轮223的转动带动搅拌叶片224转动。所述搅拌叶片224为螺旋状，其螺旋方向呈水平设置在机筒壳体221内，起到对待测产品原料的搅拌混合作用。
所述筛条225和出料底板依次形成在搅拌叶片224的下方，所述出料底板设有与筛条225的间隙适配的出料口，当搅拌均匀后的原料需要进入到单螺杆组件230中时，则移动筛条225使筛条225的间隙与出料口对上，即打开了出料口，使混合均匀的原料下落至机筒壳体221的底部，对应单螺杆组件230的一端。所述出料底板可以与机筒壳体221一体成型形成，所述筛条225卡设在机筒壳体221内并与出料底板配合设置。所述机筒壳体221上还设有开关用于打开加料盒体260，打开加料盒体260后可以方便取出混合均匀的原料。所述原料在放入加料盒体260之前，可以根据实际所需将不同原料按照自定义比例加入加料盒体260内，加料完毕后可以通过控制系统400启动搅拌叶片224对原料进行搅拌混合处理。
结合图5和图6所示，所述单螺杆组件230包括螺杆本体231和套设在螺杆本体231外周的螺杆筒体232，所述螺杆本体231与第一驱动机构210传动连接，使第一驱动机构210还可以驱动螺杆本体231的旋转，实现一个第一驱动机构210可以驱动搅拌叶片224和螺杆本体231，节省空间和充分利用动力。所述螺杆本体231为三段式，包括形成在机筒壳体221下方的加料段2311和自加料段2311依次延伸的压缩段2312和均化段2313。当螺杆本体231持续旋转时，混合原料在机筒本体中不断向机筒本体的前端前进，并从加料段2311开始输送依次经过压缩段2312和均化段2313，使得混合物料被逐渐熔融和均化。具体地，作为示例，本发明实施例的螺杆本体231长径比为25:1，螺纹直径为20mm，螺杆本体231的总长为509mm，螺杆本体231的螺纹总长为500mm，加料段2311的螺槽深度为3.5mm，均化段2313的螺槽深度为1mm，压缩比为3：1，主螺纹导程t为20，螺旋升角为17°41’，螺杆本体231的螺杆头为锥体，锥角为90°，但不应以此为限。
所述加热装置240包括加热片241和加热控制器，所述加热片241环设在螺杆筒体232的外周表面，用于对螺杆本体231进行预热作用。所述加热片241的数量可以是多个，图中所示为3个，在螺杆本体231的每段对应设置一个，但不应以此为限，各段的温度可以每隔一小段时间进行测量，便于实时监控温度的变化，防止因为温度过高导致塑料分解、烧焦或者定型困难。
如图6所示，所述喷头组件250包括喷头套251、分流板252和喷头本体253，所述喷头套251呈空心环状，喷头套251的一端内连接喷头本体253，喷头套251的另一端内连接分流板252，经过螺杆本体231输送后的原料定压定量地经过分流板252和喷头本体253，从而给3D打印机300的挤出头组件330输送出均匀的熔融塑料，此时所述喷头本体253的喷射方向为竖直向下，即喷头本体253与挤出头组件330衔接。所述分流板252用于让原料的挤出更加的匀称和细腻，使原料由螺旋运动变为直线运动，还可以阻止未熔融的原料粒子进入喷头本体253，同时提高原料的压力，使挤出的熔融原料更加密实。所述喷头套251的设置使得喷头本体253和螺杆本体231的清洗、替换、修理和旋转调整更加的便利。
本发明实施例的单螺杆挤出机200代替了传统的储丝设备，可以将打印原料颗粒、粉末(例如PLA、碳纤维等)混合加工成自制的打印线材，且可以在螺杆本体231的作用下向3D打印机300的加热挤出头输送3D打印线材。
作为本发明实施例的进一步改进，所述桌面式单螺杆挤出与3D打印一体样机还包括线材成型机构，从而可以使产品既能进行3D打印成型，又能进行线材打印成型，实现两种功能的组合使用，也可以单独使用一种功能。
如图7所示，所述线材成型机构包括固定在桌台架100的水平台面上的校直机构500和固定在桌台架100侧面的卷线机构600，其中校直机构500为水平滑轮式，包括滑轮球底510、球底圆环底座520和若干个滑轮530，所述滑轮球底510装配在球底圆环底座520上形成滑轮球铰，用于根据线材的软硬程度调整线材的方向，从而保证线材在牵引到卷线机构600时足够圆滑而不会有突变的剪切力。当利用单螺杆挤出机200打印线材时，所述喷头本体253的喷射方向为水平方向，即喷头本体253与滑轮衔接，线材从喷头本体253挤出后先通过人工引导经过滑轮和滑轮球底510后牵引至卷线机构600上，再利用电机驱动卷线机构600转动实现线材的收集。所述校直机构500能校直逐渐冷却的熔融材料并稳定其张力，所述卷线机构600用于收集经过滑轮的已经成型的线材，使用者可以根据已成型材料的多少来决定是否继续加料和产料。
本发明实施例中，如图8所示，所述3D打印机300中的挤出头组件330包括挤出头本体331、固定板332、固定柱333和止推环334，所述固定柱333的数量为两个，并列设置在挤出头本体331的两侧，所述固定板332横跨在两个固定柱333之间，固定板332的两侧分别与固定柱333连接，所述挤出头本体331固定连接在固定板332上，所述止推环334的数量为4个，每个固定柱333上对应固定板332的两外侧分别设置两个止推环334，所述止推环334用于对固定板332形成预紧力，调整固定板332的位置并在固定柱333上固定下来，旋转喷头本体253使喷头本体253的喷射方向竖直向下，此时喷头本体253与挤出头本体331对应连接。所述挤出头组件330还包括挤出头加热结构，用于对挤出头本体331进行加热作用。
所述挤出头组件330固定连接在桌台架100的水平台面的下端面，桌台架100的水平台面对应挤出头本体331开设有通孔，所述通孔供挤出头本体331与喷头本体253对位连接设置。
本发明实施例的桌面式单螺杆挤出与3D打印一体样机，可以通过外接密封胶管直接导入到挤出头本体331中，一些容易在运输过程中被氧化的材料使用本发明的一体样机可以在生产之初就打印出物体。
如图9所示，所述打印平台组件310包括平台本体311、加热板312、加热板支柱313、支撑板314和弹性件315，所述加热板312形成在平台本体311的下端面，所述加热板312通过弹性件315和支撑板314与平台本体311弹性连接，所述支撑板314的下端固定连接加热板支柱313，所述加热板支柱313为四个，每两个为一组相对立地设置，所述支撑板314的数量为两个，每个支撑板314固定在同一组的加热板支柱313的上端面，所述弹性件315为四个，每两个为一组固定在单个支撑板314上形成对平台本体311的弹性固定作用，方便平台本体311调平，同时提供张紧力，使得紧固件紧密结合不会松开。通过在平台本体311的下端面贴设加热板312，利用控制器控制对平台本体311的加热，可以对平台本体311实现加热功用。
所述三轴向驱动组件320包括X轴移动组件321、Y轴移动组件322、Z轴移动组件323、同步带组件324、XY轴驱动机构325和Z轴驱动机构326，其中所述X轴移动组件321、Y轴移动组件322、同步带组件324和XY轴驱动机构325组成corexy结构，精度高且对XY轴驱动机构325要求不高。所述XY轴驱动机构325可以是2个XY轴电机，通过两个电机和同步带组件324的结构设置，同时控制平台本体311的XY轴移动，两个电机同向的时候，往X轴移动，两个电机反向的时候往Y轴移动，这样可以比单个电机控制单个轴向移动会更稳定，还能减少XY平面上的电机的重量。
具体地，所述X轴移动组件321包括1个X轴移动板3211、2个X轴光杆3212、4个X轴直线导轨和4个X轴固定块；所述Y轴移动组件322包括2个Y轴移动板3221、2个Y轴光杆3222、4个Y轴直线导轨和4个Y轴固定块；所述Z轴移动组件323包括2个Z轴移动板3231、4个Z轴光杆3232、4个Z轴直线轴承和8个Z轴固定块；所述同步带组件324包括同步带本体3241和同步带轮3242，其中Z轴驱动机构326包括2个Z轴电机3261和2个Z轴丝杆3262，在平台本体311的两侧分别固定一个Z轴电机3261，单个Z轴电机3261上固定连接单个Z轴丝杆3262，同时Z轴移动板3231与Z轴丝杆3262和Z轴光杆3232滑动连接，Z轴移动板3231还与XY轴电机、Y轴光杆3222固定连接，Y轴光杆3222与Y轴移动板3221滑动连接，Y轴移动板3221与X轴光杆3212固定连接，X轴光杆3212与X轴移动板3211滑动连接，X轴移动板3211固定连接在加热板支柱313的下端面，同时所述同步带本体3241通过同步带轮3242与XY轴电机和加热板支柱313传动连接从而实现平台本体311的XYZ轴向移动。本领域技术人员应当熟知的是，所述X轴直线导轨、X轴固定块、Y轴直线导轨、Y轴固定块、Z轴直线轴承、Z轴固定块的结构采用现有技术中可实现的常规结构即可，本申请不作图示标识。所述加热板312、XY轴电机、Z轴电机3261均与控制系统电连接，利用控制系统控制3D打印机的正常运行。
应当理解的是，当需要进行3D打印时，需在最初的模式选择中选择3D打印，3D打印模块收到系统指令后开始对加热板312和挤出头本体331进行预热，温控器开始测控二者的温度，加热到要求温度且喷头本体253与挤出头本体331对接固定完成时，3D打印模块才可开始使用，反之，控制系统400将会报错，提示使用者注意喷头本体253与挤出头本体331的固定情况和模式的选择。
本申请的单螺杆挤出机200和3D打印机300可拆分为独立的部分进行各自的工作，使用方便。当单螺杆挤出机200和3D打印机300配合使用时，可以将刚熔融的材料打印成所需的实验体产品，节省了定制线材所需要的时间。当利用单螺杆挤出机200制备线材时，单螺杆挤出机200配合线材成型机构，可以制备供其他打印机使用的线材，方便实验室小批量线材的制备。
本发明实施例中，所述控制系统400包括控制显示屏410、温控器420、电机调速器430、电源适配器和固态继电器等，所述控制显示屏410、温控器420和电机调速器430安装在桌台架100的前侧面，方便使用者操作，所述电源适配器和固态继电器安装在桌台架100内，本领域技术人员应当理解的是，所述控制系统400的结构为根据单螺杆挤出机200和3D打印机300的结构进行常规设计得出，因此本申请的具体控制原理和结构设置不作具体阐述和限定。
本发明实施例的打印平台组件310有X、Y、Z三个方向上的自由度，打印平台组件310的运动范围在400*400*400(mm)之间，3D打印机300可打印的最大产品尺寸为200*200*400(mm)。
本发明实施例的3D打印机300采用的是熔融沉积快速成型技术，完整的3D打印制造系统包括硬件系统和软件系统，其中硬件系统为上述所述的一体样机的结构与零部件，软件系统可分为模型软件、切片软件和固件，其中模型软件用于设计打印产品模型并转换为STL格式文件，例如SOLIDWORKS、3D MAX、Autodesk Inventor等；切片软件用于识别STL文件并转换将它为G代码，可用Cura、RepRap Host Software等开源软件；固件加载在打印主板上，用于接收和分析切片发送的G代码，从而控制3D打印机300的电机运动，完成X、Y、Z方向上的直线往复运动控制，实现三维打印，可以选择MARLIN开源固件加以修改来适应本项目中的3D打印机300。
本发明实施例的桌面式单螺杆挤出与3D打印一体样机实验待研究产品的材料主要涉及PLA、ABS、尼龙、陶瓷、碳纤维、石墨烯、碳纳米管等。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明实施例的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种桌面式单螺杆挤出与3D打印一体样机，其特征在于，包括桌台架、单螺杆挤出机、3D打印机和控制系统，其中单螺杆挤出机固定连接在桌台架的上端面，所述控制系统和3D打印机并列固定连接在桌台架内；所述单螺杆挤出机包括第一驱动机构、机筒组件、单螺杆组件、加热装置和喷头组件，所述3D打印机包括打印平台组件、三轴向驱动组件和挤出头组件，3D挤出打印时所述喷头组件与挤出头组件对位固定连接设置，所述控制系统用于控制单螺杆挤出机和3D打印机。
2.如权利要求1所述的桌面式单螺杆挤出与3D打印一体样机，其特征在于，还包括线材成型机构，所述线材成型机构包括固定在桌台架的水平台面上的校直机构和固定在桌台架侧面的卷线机构，其中校直机构为水平滑轮式，包括滑轮球底、球底圆环底座和若干个滑轮，所述滑轮球底装配在球底圆环底座上形成滑轮球铰。
3.如权利要求1所述的桌面式单螺杆挤出与3D打印一体样机，其特征在于，所述机筒组件包括机筒壳体、机筒安装台、机筒齿轮以及设置在机筒壳体内的搅拌叶片、筛条和出料底板，所述搅拌叶片通过搅拌轴承支撑固定在机筒壳体内，搅拌轴承与机筒齿轮固定连接。
4.如权利要求3所述的桌面式单螺杆挤出与3D打印一体样机，其特征在于，所述筛条和出料底板依次形成在搅拌叶片的下方，所述出料底板设有与筛条的间隙适配的出料口。
5.如权利要求3所述的桌面式单螺杆挤出与3D打印一体样机，其特征在于，所述第一驱动机构同时用于驱动机筒组件和单螺杆组件的运行，所述第一驱动机构通过联轴器和齿轮与机筒组件的机筒齿轮啮合连接。
6.如权利要求3所述的桌面式单螺杆挤出与3D打印一体样机，其特征在于，所述机筒组件的上方还设有加料盒体，所述加料盒体为可拆卸结构。
7.如权利要求1所述的桌面式单螺杆挤出与3D打印一体样机，其特征在于，所述单螺杆组件包括螺杆本体和套设在螺杆本体外周的螺杆筒体，所述螺杆本体与第一驱动机构传动连接。
8.如权利要求1所述的桌面式单螺杆挤出与3D打印一体样机，其特征在于，所述喷头组件包括喷头套、分流板和喷头本体，所述喷头套呈空心环状，喷头套的一端内连接喷头本体，喷头套的另一端内连接分流板。
9.如权利要求1所述的桌面式单螺杆挤出与3D打印一体样机，其特征在于，所述挤出头组件包括挤出头本体、固定板、固定柱和止推环，所述固定柱的数量为两个，并列设置在挤出头本体的两侧，所述固定板横跨在两个固定柱之间，固定板的两侧分别与固定柱连接，所述挤出头本体固定连接在固定板上。
10.如权利要求1所述的桌面式单螺杆挤出与3D打印一体样机，其特征在于，所述打印平台组件包括平台本体、加热板、加热板支柱、支撑板和弹性件，所述加热板形成在平台本体的下端面，所述加热板通过弹性件和支撑板与平台本体弹性连接，所述支撑板的下端固定连接加热板支柱。
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