CN111703069A - 一种适用于3d打印机的高效螺旋式挤出结构 - Google Patents

Abstract

一种涉及3D打印机设备领域的适用于3D打印机的高效螺旋式挤出结构，包含空心轴式电机、穿线管以及上固定座和下固定座，空心轴式电机设有空心转轴；穿线管的两端分别安装于上固定座和下固定座，穿线管的两侧外对称设有两个挤出螺杆，穿线管对应的两侧壁均设有缺口；挤出螺杆的上、下两端与上固定座和下固定座转动连接，两个挤出螺杆的上端套装固定有被动齿轮；上固定座的上表面设有转轴台阶孔，空心转轴的下端适配插接于转轴台阶孔，空心转轴的下部轴身套装固定有主动齿轮；空心轴式电机上方设有耗材限动装置；上固定座和下固定座的同一侧安装有散热风扇；该螺旋式挤出结构设计小巧合理，便于清理维修，显著提高了螺旋式挤出耗材的挤出效果。

Description

一种适用于3D打印机的高效螺旋式挤出结构

技术领域

本发明涉及3D打印机设备领域，尤其是涉及一种适用于3D打印机的高效螺旋式挤出结构。

背景技术

目前，采用熔融沉积成型技术的3D打印机常用的挤出结构为单齿轮或双齿轮挤出，由于挤出齿轮与耗材接近于线性接触，挤压接触面积小，挤出力度弱，且挤出齿轮容易产生磨损，这很大程度上限制了对3D打印机打印速度和打印质量的提高，虽然也有方案是将直齿轮改进为带有U型凹槽的齿轮，但是并没有从根本上解决由于挤压接触面小而导致部分材质耗材挤出困难的问题；

公告号为CN206598540U的一项中国实用新型专利公开了一种采用螺纹咬合挤出的3D打印机挤出机，通过在挤出机体的挤料孔旁设置螺纹轴，并由电机带动螺纹轴转动，使得螺纹轴的螺纹在咬合挤料孔中耗材转动的同时，能够带动耗材沿挤料孔轴向移动进行挤出，一定程度上提高了挤出效果；但是这种现有的螺旋式挤出结构明明更有优势，确不如齿轮挤出结构在行业内普及的原因，主要是存在以下问题：第一、不能兼顾挤出平衡和结构小巧合理性，一个电机带动一个螺纹轴转动会因为耗材一侧受力，而影响挤出平稳性且会造成挤出动力不足，若采用多个外挂在螺纹轴旁的电机分别带动多个螺纹轴，或者一个外挂电机通过复杂的传动结构带动多个螺纹轴，都会增加整体结构的复杂程度；第二、长时间使用造成挤出效果下降，虽然现有的螺旋式挤出结构增加了与耗材的挤压接触面，但因为结构相对封闭，咬合摩擦以后导致温度升高，以及残屑增多无法清理，影响挤出效果；第三、螺旋挤出会带动耗材在挤出过程中发生旋转，影响挤出和打印效果。

发明内容

为了克服背景技术中的不足，本发明公开了一种适用于3D打印机的高效螺旋式挤出结构，结构设计小巧合理，便于清理维修，显著提高了螺旋式挤出耗材的挤出效果。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种适用于3D打印机的高效螺旋式挤出结构，包含空心轴式电机、穿线管，以及上下对应的上固定座和下固定座，所述空心轴式电机设有两端外露的空心转轴；所述穿线管的两端分别对应安装于上固定座的下表面中心和下固定座的上表面中心，所述穿线管的两侧外对称设有两个与穿线管同轴向的挤出螺杆，所述穿线管对应的两侧壁均设有用于相应挤出螺杆的螺纹切入，来咬合穿线管中耗材外壁的缺口；所述挤出螺杆的上、下两端分别通过螺杆轴承与对应的上固定座的下部和下固定座的上部转动连接，且两个挤出螺杆的上端均向上延伸，转动穿过上固定座的上表面并套装固定有被动齿轮；所述空心轴式电机安装于上固定座上方并使得空心转轴与穿线管同轴线，所述上固定座的上表面中央设有与穿线管上端开口连通的转轴台阶孔，所述空心转轴的下端适配插接于转轴台阶孔的沉孔，且空心转轴的下部轴身套装固定有与两个被动齿轮分别啮合的主动齿轮，所述下固定座的下表面中央设有与穿线管下端开口连通的喷嘴台阶孔；所述空心轴式电机上方对应空心转轴的上端开口设有用于防止耗材转动的耗材限动装置；所述上固定座和下固定座的同一侧对应穿线管安装有散热风扇。

进一步，所述螺旋式挤出结构还包含设于上固定座和下固定座远离散热风扇一侧的喷头固定板，所述耗材限动装置、上固定座和下固定座分别与喷头固定板的板面可拆卸固定连接。

进一步，所述耗材限动装置包含并排设置且轴向均与空心转轴轴向垂直的限动滚轮和可调滚轮，以及由底板和两臂板组成的U形轮架；所述底板通过紧定螺钉固定于喷头固定板板面，两臂板的外端分别对应限动滚轮的轮轴两端设有安装圆孔，两臂板的中部对称设有两个长度方向与可调滚轮轴向垂直的腰型孔，所述可调滚轮的轮轴两端分别适配插入两个腰型孔中；所述臂板的内端面设有贯通至相应腰型孔的螺纹孔，所述螺纹孔中配设有调节螺钉。

进一步，所述调节螺钉钉头与相应可调滚轮的轮轴轴身之间设有调节弹簧。

进一步，所述上固定座和下固定座对应喷头固定板的侧面均设有限位孔和主磁铁块，所述喷头固定板板面对应设有适配插入限位孔的定位销，以及用于与主磁铁块磁吸连接的副磁铁块。

进一步，所述喷头固定板对应散热风扇的板面设有出风口。

进一步，所述挤出螺杆的螺纹与耗材的单边咬合深度是耗材直径的0.17～0.3倍，且挤出螺杆的螺纹深度大于等于螺纹与耗材咬合的最大深度。

进一步，所述穿线管的两端均设有方形限位柱，所述上固定座的下表面中心和下固定座的上表面中心均设有适配相应方形限位柱插入的卡槽。

进一步，所述上固定座的下表面和下固定座的上表面均设有用于安装相应螺杆轴承的螺杆轴承孔，所述上固定座的上表面设有对应安放主动齿轮和被动齿轮的齿轮槽。

进一步，所述上固定座对应散热风扇的一侧设有导风槽。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下有益效果：

本发明公开的适用于3D打印机的高效螺旋式挤出结构，采用空心轴式电机进行驱动，使得空心转轴能够达到传动和通过耗材两种目的，便于将空心轴式电机直接集成传动结构安装于上固定座上方，设计巧妙，布局合理，使得整个挤出结构更加精小、美观；通过在穿线管的两侧对称设置两个挤出螺杆保证了耗材的挤出平衡，在满足螺旋挤出的同时，使得穿线管和挤出螺杆尽量外露，便于进行降温和清理挤出残屑，极大的延长了挤出工作时间，提高了挤出效果，增加了拆装维修的便利性；通过设置的耗材限动装置，在不影响耗材挤出的同时，对耗材施加可控的作用力，防止耗材转动，提高了挤出效果和打印效果；

综上所述，本发明提高了与耗材的接触面积，由线性接触优化为面性接触，避免了耗材在挤出过程中打滑，能够兼容多种类的耗材，降低了对耗材线径的精度要求，挤出均匀，减少了挤出过程中热量的产生，挤出力度大，有效提高打印速度，提高了3D打印机的打印效率和打印性能，相对于现有技术，本发明解决了传统螺旋式挤出方式存在的缺陷，大大的提高了挤出效果，确立了螺旋挤出相对于齿轮挤出的突出优势，有利于螺旋挤出在行业内的普及，具有十分可观的技术价值和经济价值。

附图说明

图1是本发明的示意图；

图2是图1的剖视结构示意图；

图3是所述上、下固定座连接结构的剖视示意图；

图4是所述耗材限动装置的剖视示意图；

图5是所述穿线管的结构示意图；

图6是所述挤出螺杆和穿线管的配合结构示意图；

图7是所述空心轴式电机的传动结构示意图；

图8是所述喷头固定板的结构示意图；

图9是所述上、下固定座的侧面安装结构示意图。

图中：1、下固定座；101、喷嘴台阶孔；2、挤出螺杆；3、上固定座；301、导风槽；302、转轴台阶孔；303、齿轮槽；4、空心轴式电机；401、空心转轴；5、喷头固定板；501、出风口；502、定位销；503、副磁铁块；6、耗材限动装置；601、限动滚轮；602、可调滚轮；603、臂板；604、紧定螺钉；605、底板；606、调节螺钉；607、调节弹簧；608、腰型孔；7、散热风扇；8、主动齿轮；9、穿线管；901、缺口；902、方形限位柱；10、螺杆轴承；11、被动齿轮。

具体实施方式

通过下面的实施例可以详细的解释本发明，公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切技术改进，本发明并不局限于下面的实施例；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系，仅是与本申请的附图对应，为了便于描述本发明，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：

结合附图1-9所述的适用于3D打印机的高效螺旋式挤出结构，包含空心轴式电机4、穿线管9，以及上下对应的上固定座3和下固定座1，为了保证上固定座3和下固定座1连接稳固，以及上固定座3和下固定座1之间留出必要的安装空间，采用四个沉头螺钉从下固定座1底面四角旋入上固定座3对应四角，使得上固定座3和下固定座1形成组件并便于拆装，且沉头螺钉位于上固定座3和下固定座1之间的钉身扩径形成限位柱，保证上固定座3和下固定座1之间具有一定的距离；空心轴式电机4设有两端外露的空心转轴401，空心轴式电机4也被称为通孔或贯通轴电机，当然也能够采用直驱电机或无框架电机；根据需要，螺旋式挤出结构还包含设于上固定座3和下固定座1远离散热风扇7一侧的喷头固定板5，耗材限动装置6、上固定座3和下固定座1分别与喷头固定板5的板面可拆卸固定连接，便于生产组装为一体，也便于维修拆换各个部件；此外，上固定座3和下固定座1对应喷头固定板5的侧面均设有限位孔和主磁铁块，喷头固定板5板面对应设有适配插入限位孔的定位销502，以及用于与主磁铁块磁吸连接的副磁铁块503，采用磁吸连接的形式，使得上固定座3和下固定座1能够同时与喷头固定板5快速拆装，限位孔和定位销502的设置也能够便于安装精准，提高连接结构强度；

穿线管9的两端分别对应安装于上固定座3的下表面中心和下固定座1的上表面中心，利用上固定座3和下固定座1的稳固连接来加紧穿线管9；根据需要，穿线管9的两端均设有方形限位柱902，上固定座3的下表面中心和下固定座1的上表面中心均设有适配相应方形限位柱902插入的卡槽，能够便于安装定位穿线管9，也防止穿线管9转动使得缺口901偏移；穿线管9的两侧外对称设有两个与穿线管9同轴向的挤出螺杆2，穿线管9对应的两侧壁均设有用于相应挤出螺杆2的螺纹切入，来咬合穿线管9中耗材外壁的缺口901，穿线管9与挤出螺杆2的轴线距离，小于穿线管内孔半径与挤出螺杆2螺纹半径之和，当耗材从穿线管9中穿过时，挤出螺杆2的螺纹能够咬合耗材外壁，并在挤出螺杆2旋转的过程中带动耗材沿穿线管9轴向移动；根据需要，挤出螺杆2的螺纹与耗材的单边咬合深度是耗材直径的0.17～0.3倍，且挤出螺杆2的螺纹深度大于等于螺纹与耗材咬合的最大深度，能够提高挤出速度和挤出效果；耗材外径设为1.75mm，穿线管9内径为2mm，挤出螺杆2采用螺距0.2mm的细丝螺距，在较短的挤出路径上能够增加耗材的挤压次数，螺纹深度为0.5mm，能够充分满足单边咬合至少0.3mm的要求，即便有咬合偏差，也能够由单侧挤出螺杆2对耗材实现0.5mm的充分咬合，0.5mm的螺纹深度也便于清理耗材残屑，螺纹线为锐边处理，能够提高挤出螺杆2对耗材的咬合能力；

挤出螺杆2的上、下两端分别通过螺杆轴承10与对应的上固定座3的下部和下固定座1的上部转动连接，且两个挤出螺杆2的上端均向上延伸，转动穿过上固定座3的上表面并套装固定有被动齿轮11，保证被动齿轮11转动时，能够带动挤出螺杆2转动无碍；根据需要，上固定座3的下表面和下固定座1的上表面均设有用于安装相应螺杆轴承10的螺杆轴承孔，上固定座3的上表面设有对应安放主动齿轮8和被动齿轮11的齿轮槽303，螺杆轴承10安装于相应的螺杆轴承孔内，挤出螺杆2的两端为光轴并对应安装于螺杆轴承10的内圈中，整体结构更加精巧集中，有利于提高传动效果；

空心轴式电机4安装于上固定座3上方并使得空心转轴401与穿线管9同轴线，空心转轴401的内径大于耗材直径，设为2.5mm，保证耗材顺利通过；空心轴式电机4能够通过从上固定座3下方旋入的沉头螺钉螺纹连接固定，且上固定座3上表面也能够开设用于定位空心轴式电机4的定位槽；上固定座3的上表面中央设有与穿线管9上端开口连通的转轴台阶孔302，空心转轴401的下端适配插接于转轴台阶孔302的沉孔，且空心转轴401的下部轴身套装固定有与两个被动齿轮11分别啮合的主动齿轮8，当启动空心轴式电机4时，空心转轴401带动主动齿轮8转动，并继续通过被动齿轮11带动挤出螺杆2转动；下固定座1的下表面中央设有与穿线管9下端开口连通的喷嘴台阶孔101，喷嘴台阶孔101便于安装喷嘴；

空心轴式电机4上方对应空心转轴401的上端开口设有用于防止耗材转动的耗材限动装置6，当主动齿轮8顺时针转动时，两个被动齿轮11带动相应的挤出螺杆2同步逆时针转动，因为切边咬合的关系，就会给耗材施加一个顺时针转动的旋转力，耗材限动装置6的作用就在于防止耗材转动，当然耗材限动装置与空心转轴401上端的间隙是越小越好；根据需要，耗材限动装置6包含并排设置且轴向均与空心转轴401轴向垂直的限动滚轮601和可调滚轮602，以及由底板605和两臂板603组成的U形轮架，限动滚轮601和可调滚轮602的轮面对应设有半径为0.8mm的凹槽，对耗材有很好的夹持效果，限动滚轮601和可调滚轮602的轮面设为具备粘性的橡胶材料，增加对耗材的摩擦力，使耗材仅能沿竖直方向运动，而避免耗材在挤出过程中发生旋转，影响挤出效果；底板605通过紧定螺钉604固定于喷头固定板5板面，至少设置上、下两个紧定螺钉604；两臂板603的外端分别对应限动滚轮601的轮轴两端设有安装圆孔，两臂板603的中部对称设有两个长度方向与可调滚轮602轴向垂直的腰型孔608，可调滚轮602的轮轴两端分别适配插入两个腰型孔608中；臂板603的内端面设有贯通至相应腰型孔608的螺纹孔，螺纹孔中配设有调节螺钉606，通过旋拧调节螺钉606顶动可调滚轮602的轮轴，来调整限动滚轮601和可调滚轮602之间的距离，从而改变对耗材的预紧力，当然，为了便于调整调节螺钉606，喷头固定板5对应调节螺钉606的相应板面需要开设通孔；

根据需要，调节螺钉606钉头与相应可调滚轮602的轮轴轴身之间设有调节弹簧607，调节弹簧607能够有一部分伸入调节螺钉606的螺纹孔中，对自身进行限位，或者使调节弹簧607的两端分别与调节螺钉606钉头和相应可调滚轮602的轮轴轴身固定，调节螺钉606挤压调节弹簧607，调节弹簧607施加对可调滚轮602轮轴的作用力，从而使限动滚轮601和可调滚轮602施加对耗材不同的夹持力，由于耗材制作过程中线径存在±0.05的误差，如果调节螺钉606直接挤压可调滚轮602轮轴，限动滚轮601和可调滚轮602之间对耗材自身线径偏差的容错率就会降低，可能导致耗材无法正常通过，或耗材限动效果不良的情况；

上固定座3和下固定座1的同一侧对应穿线管9安装有散热风扇7，由于耗材与穿线管9之间存在间隙，挤出螺杆2的螺纹与耗材之间存在咬合间隙，穿线管9上下端与挤出螺杆2对应的螺纹两端存在间隙，十分有利于对螺纹挤出部位进行散热，再加上两挤出螺杆2的空间较小，能够形成较大的风压，将耗材残屑与挤出螺杆2剥离后，由开口处吹出，实现清理残屑的作用；根据需要，喷头固定板5对应散热风扇7的板面设有出风口501，便于散热和吹走耗材残屑；此外，上固定座3对应散热风扇7的一侧设有导风槽301，导风槽301具有一定的导风坡度，能够将散热风扇7的风引导至挤出螺杆2与耗材接触部位。

本发明未详述部分为现有技术。

Claims (10)

1.一种适用于3D打印机的高效螺旋式挤出结构，其特征在于：包含空心轴式电机（4）、穿线管（9），以及上下对应的上固定座（3）和下固定座（1），所述空心轴式电机（4）设有两端外露的空心转轴（401）；所述穿线管（9）的两端分别对应安装于上固定座（3）的下表面中心和下固定座（1）的上表面中心，所述穿线管（9）的两侧外对称设有两个与穿线管（9）同轴向的挤出螺杆（2），所述穿线管（9）对应的两侧壁均设有用于相应挤出螺杆（2）的螺纹切入，来咬合穿线管（9）中耗材外壁的缺口（901）；所述挤出螺杆（2）的上、下两端分别通过螺杆轴承（10）与对应的上固定座（3）的下部和下固定座（1）的上部转动连接，且两个挤出螺杆（2）的上端均向上延伸，转动穿过上固定座（3）的上表面并套装固定有被动齿轮（11）；所述空心轴式电机（4）安装于上固定座（3）上方并使得空心转轴（401）与穿线管（9）同轴线，所述上固定座（3）的上表面中央设有与穿线管（9）上端开口连通的转轴台阶孔（302），所述空心转轴（401）的下端适配插接于转轴台阶孔（302）的沉孔，且空心转轴（401）的下部轴身套装固定有与两个被动齿轮（11）分别啮合的主动齿轮（8），所述下固定座（1）的下表面中央设有与穿线管（9）下端开口连通的喷嘴台阶孔（101）；所述空心轴式电机（4）上方对应空心转轴（401）的上端开口设有用于防止耗材转动的耗材限动装置（6）；所述上固定座（3）和下固定座（1）的同一侧对应穿线管（9）安装有散热风扇（7）。

2.根据权利要求1所述的适用于3D打印机的高效螺旋式挤出结构，其特征是：所述螺旋式挤出结构还包含设于上固定座（3）和下固定座（1）远离散热风扇（7）一侧的喷头固定板（5），所述耗材限动装置（6）、上固定座（3）和下固定座（1）分别与喷头固定板（5）的板面可拆卸固定连接。

3.根据权利要求2所述的适用于3D打印机的高效螺旋式挤出结构，其特征是：所述耗材限动装置（6）包含并排设置且轴向均与空心转轴（401）轴向垂直的限动滚轮（601）和可调滚轮（602），以及由底板（605）和两臂板（603）组成的U形轮架；所述底板（605）通过紧定螺钉（604）固定于喷头固定板（5）板面，两臂板（603）的外端分别对应限动滚轮（601）的轮轴两端设有安装圆孔，两臂板（603）的中部对称设有两个长度方向与可调滚轮（602）轴向垂直的腰型孔（608），所述可调滚轮（602）的轮轴两端分别适配插入两个腰型孔（608）中；所述臂板（603）的内端面设有贯通至相应腰型孔（608）的螺纹孔，所述螺纹孔中配设有调节螺钉（606）。

4.根据权利要求3所述的适用于3D打印机的高效螺旋式挤出结构，其特征是：所述调节螺钉（606）钉头与相应可调滚轮（602）的轮轴轴身之间设有调节弹簧（607）。

5.根据权利要求2所述的适用于3D打印机的高效螺旋式挤出结构，其特征是：所述上固定座（3）和下固定座（1）对应喷头固定板（5）的侧面均设有限位孔和主磁铁块，所述喷头固定板（5）板面对应设有适配插入限位孔的定位销（502），以及用于与主磁铁块磁吸连接的副磁铁块（503）。

6.根据权利要求2所述的适用于3D打印机的高效螺旋式挤出结构，其特征是：所述喷头固定板（5）对应散热风扇（7）的板面设有出风口（501）。

7.根据权利要求1所述的适用于3D打印机的高效螺旋式挤出结构，其特征是：所述挤出螺杆（2）的螺纹与耗材的单边咬合深度是耗材直径的0.17～0.3倍，且挤出螺杆（2）的螺纹深度大于等于螺纹与耗材咬合的最大深度。

8.根据权利要求1所述的适用于3D打印机的高效螺旋式挤出结构，其特征是：所述穿线管（9）的两端均设有方形限位柱（902），所述上固定座（3）的下表面中心和下固定座（1）的上表面中心均设有适配相应方形限位柱（902）插入的卡槽。

9.根据权利要求1所述的适用于3D打印机的高效螺旋式挤出结构，其特征是：所述上固定座（3）的下表面和下固定座（1）的上表面均设有用于安装相应螺杆轴承（10）的螺杆轴承孔，所述上固定座（3）的上表面设有对应安放主动齿轮（8）和被动齿轮（11）的齿轮槽（303）。

10.根据权利要求1所述的适用于3D打印机的高效螺旋式挤出结构，其特征是：所述上固定座（3）对应散热风扇（7）的一侧设有导风槽（301）。

Images