CN111823583A - 一种硅胶3d打印机挤出装置 - Google Patents

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CN111823583A CN202010703950.6A CN202010703950A CN111823583A CN 111823583 A CN111823583 A CN 111823583A CN 202010703950 A CN202010703950 A CN 202010703950A CN 111823583 A CN111823583 A CN 111823583A
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贾江鸣
阮智力
沈浩宇
叶玉泽
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Zhejiang University of Technology ZJUT
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Abstract

本发明公开了一种硅胶3D打印机挤出装置，涉及3D打印领域，包括：打印机框架，所述打印机框架由3030欧标型材搭建成；硅胶挤出组件，所述硅胶挤出组件装设于打印机框架上，用于将内部填充的硅胶挤出；打印头，所述打印头与硅胶挤出组件连通，所述打印头用于完成挤出的硅胶的成型；移动件，所述移动件包括水平移动件和高度移动件；所述打印头与所述水平移动件固定连接，实现打印头平面位置的调节。解决了现有的硅胶打印机在挤出硅胶组元的过程中存在着基础不均匀，挤出量差异过大的情况，不利于硅胶的混合的问题。

Description

一种硅胶3D打印机挤出装置
技术领域
本发明涉及硅胶3D打印技术领域，尤其是涉及一种硅胶3D打印机挤出装置。
背景技术
3D打印又被称为增材制造技术，是一种快速成型技术，利用数字建模软件，通过打印喷嘴将原材料逐层堆积成型，从而实现三维蓝图文件到实物的转变。与原来的2D印刷技术类似，只是打印材料有所区别，普通的打印机使用的是墨水和纸张，而3D打印机使用的原材料是塑料、金属、陶瓷、木屑、砂砾等粉末状可粘合性材料。3D打印具有相当可观的想象空间，可应用领域十分广泛，像传统制造业，以及汽车、消费电子、医疗器械、建筑工程等。这些领域都可以通过与3D打印结合，从而获得更好的发展。据前瞻产业研究院《中国3D打印产业市场需求与投资潜力分析报告》预计到2020年，全球3D打印市场规模将达354亿美元。
硅胶具有耐温性、低应力、抗震性好、耐候性、电气绝缘性、生理惰性、低表面张力和低表面能、不易燃等优势，由于其优秀的性能多用于食品、医疗、密封、汽车、电子电器、软体机器等领域。由于每次打印有可能需要添加多种不同的硅胶组元，现有的硅胶打印机在挤出硅胶组元的过程中存在着基础不均匀，挤出量差异过大的情况，不利于硅胶的混合。
发明内容
有鉴于此，本说明书一个或多个实施例的目的在于提出一种硅胶3D打印机，以解决由于每次打印有可能需要添加多种不同的硅胶组元，现有的硅胶打印机在挤出硅胶组元的过程中存在着基础不均匀，挤出量差异过大的情况，不利于硅胶的混合的问题。
基于上述目的，本说明书一个或多个实施例提供了一种硅胶3D打印机挤出装置，包括：
打印机框架，所述打印机框架由3030欧标型材搭建成；
硅胶挤出组件，所述硅胶挤出组件装设于打印机框架上，用于将内部填充的硅胶挤出；所述硅胶挤出组件包括
夹持件，所述夹持件固定于所述打印机框架上，所述夹持件中部设有夹持件通孔；
不少于一根针管，所述针管固定于所述夹持件侧壁，所述针管包括针筒和注射杆；
所述针筒内填充有硅胶组元；
所述注射杆滑动插设于针筒内；
硅胶挤出步进电机，所述硅胶挤出步进电机固定于夹持件一端；
硅胶挤出丝杆，所述硅胶挤出丝杆通过联轴器与硅胶挤出步进电机连接，且硅胶挤出丝杆位于夹持件通孔内；
活塞杆，所述活塞杆套设于所述硅胶挤出丝杆外，且相对于夹持件通孔滑动，所述活塞杆远离夹持件的一端设置有推板，所述推板与注射杆连接，带动注射杆移动；
硅胶挤出法兰，所述硅胶挤出法兰通过压持杆固定于夹持件通孔内，所述压持杆一端与活塞杆固接，另一端与硅胶挤出法兰固接，所述压持杆中空，套设于硅胶挤出丝杆外表面；
打印头，所述打印头与硅胶挤出组件连通，所述打印头用于完成挤出的硅胶的成型；
移动件，所述移动件包括水平移动件和高度移动件；
所述打印头与所述水平移动件固定连接，实现打印头平面位置的调节。
作为本发明的一个实施例，所述推板与注射杆连接处向内凹设有卡槽，所述卡槽与注射杆卡接。
作为本发明的一个实施例，所述压持杆与活塞杆通过螺栓固定连接。
作为本发明的一个实施例，所述打印头包括
支撑体，所述支撑体固定于水平移动件上，所述连接件与所述支撑体铰接，用于调节调节杆的角度；
混合腔，所述混合腔通过密封板与所述支撑体固定连接，所述混合腔与针管通过导管连通；
减速电机，所述减速电机设置于所述支撑体上部；
搅拌杆，所述搅拌杆通过联轴器与所述减速电机连接；
密封头，所述密封头设置于混合腔下方，且与混合腔连通，所述搅拌杆对密封头内部的硅胶搅拌与混合；
针头，所述针头固定于所述密封头下方，且与密封头连通，用于挤出硅胶。
作为本发明的一个实施例，所述打印机还包括散热件，所述散热件与所述打印头连接，加速硅胶的定型，所述散热件包括连接件、加热棒、加热铝块和散热扇；
所述加热铝块不少于一个，且所述加热铝块通过所述连接件与所述打印头连接；
所述加热铝块表面设置有若干通孔；
所述加热棒嵌设于所述加热铝块内，加热所述加热铝块，所述加热棒外部连接有电源供电；
所述散热扇固定于所述加热铝块上表面，透过通孔吹出热风。
作为本发明的一个实施例，所述散热件还包括
连接件，所述加热铝块通过所述连接件与所述打印头连接；
调节杆，所述调节杆滑动穿设于所述连接件内，所述调节杆表面设置有若干调节孔，所述连接件表面设置有与调节孔配合的定位销，用于调节调节杆的伸出长度；
L型连接件，所述L型连接件一端与所述调节杆铰接，另一端与所述加热铝块连接。
作为本发明的一个实施例，所述水平移动件为CoreXY结构。
作为本发明的一个实施例，所述高度移动件包括
两组竖直设置的平台驱动单元，所述平台驱动单元包括丝杆、步进电机、电机支撑块和轴承支撑块；
所述步进电机通过所述电机支撑块固定于打印机框架的下部；
所述电机支撑块与轴承支撑块之间通过不少于一个直线轴承连接；
所述丝杆一端与步进电机伸出端通过联轴器连接，另一端与轴承支撑块转动连接；
热床平台，所述热床平台滑动设置于平台驱动单元之间；
平台支撑块，所述平台支撑块滑动套设于所述直线轴承外表面，且平台支撑块与所述热床平台固定连接，带动热床平台上下移动；
法兰，所述法兰螺纹连接于丝杆外表面，且与平台支撑块固接。
从上面所述可以看出，将不同的硅胶组元，填充到不同的针管内，通过推板的移动，同时推动注射杆在针筒内移动，并且能保证推动的速度相同，以及硅胶的挤出量相同，硅胶挤出步进电机启动后，硅胶挤出丝杆与硅胶挤出法兰配合，拉动活塞杆在夹持件通孔内滑动，压持杆与硅胶挤出法兰固定连接后，在通过螺栓将压持杆固定在活塞杆端部，有效的将硅胶挤出法兰固定住。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书一个或多个实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书一个或多个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本说明书一个或多个实施例所述的硅胶挤出组件连接关系图；
图2为本说明书一个或多个实施例所述的硅胶3D打印机连接关系图；
图3为本说明书一个或多个实施例所述的打印头轴测图；
图4为本说明书一个或多个实施例所述的打印头剖视图；
图5为本说明书一个或多个实施例所述的打印头连接关系图；
图6为本说明书一个或多个实施例所述的散热件连接关系图；
图7为本说明书一个或多个实施例所述的高度移动件轴测图；
图8为本说明书一个或多个实施例所述的硅胶3D打印机轴测图；
图9为本说明书一个或多个实施例所述的水平移动件轴测图；
图10为本说明书一个或多个实施例所述的CoreXY结构运动关系图；
图11为本说明书一个或多个实施例所述的X移动板连接关系图。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本公开进一步详细说明。
需要说明的是，除非另外定义，本说明书一个或多个实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书一个或多个实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
如图1至图11所示，一种硅胶3D打印机，包括：打印机框架1，打印机框架1由3030欧标型材搭建成；硅胶挤出组件5，硅胶挤出组件5装设于打印机框架1上，用于将内部填充的硅胶挤出；打印头8，打印头8与硅胶挤出组件5连通，打印头8用于完成挤出的硅胶的成型；移动件，移动件包括水平移动件7和高度移动件6；打印头8与水平移动件7固定连接，实现打印头8在XY平面内调节，打印头8在挤出硅胶的过程中，水平移动件7和高度移动件6不停地变换，实现Z轴方向上的成型；散热件3，散热件3与打印头8连接，加速硅胶的定型，散热件3包括加热棒36、加热铝块35和散热扇33；加热铝块35不少于一个，所述加热铝块35与打印头8连接；加热铝块35表面设置有若干通孔；加热棒36嵌设于加热铝块35内，对加热铝块35进行快速的加热，加热棒36与散热扇33外部均连接有电源供电；散热扇33固定于加热铝块35上表面，透过通孔吹出热风。
为了加速挤出的硅胶的凝固，通过散热件对硅胶进行适当的加热，实现硅胶的三维成型，加热棒通过接入电源后开始对加热铝块进行快速的加热，加热铝块具有较好的导热性，可以快速被加热，散热扇启动后，透过加热铝块的通孔吹出热风，加速了打印头挤出的硅胶的成型，并且不会将硅胶吹变形。
散热件还包括连接件31，加热铝块35通过连接件31与打印头8连接、调节杆32，调节杆32滑动穿设于所述连接件31内，调节杆32表面设置有若干调节孔，所述连接件31表面设置有与调节孔配合的定位销，用于调节调节杆的伸出长度；L型连接件34一端与所述调节杆铰接，另一端与所述加热铝块35连接，可以改变加热铝块35的角度，以适应不同的出风角度。
通过调节杆32在连接件内的调节，可以控制加热铝块35的高度，调节杆32的高度调节完成后，通过定位销插入到调节孔内进行定位，通过调节L型连接件34的角度，可以控制加热铝块35的角度，将高度和角度控制在合适的位置，既保证硅胶的快速定性，也不会将硅胶吹变形，并且可根据硅胶的组成进行相应的改变。
如图9、图11，水平移动件7为CoreXY结构，包括电机一71、电机二74、Y移动板75和X移动板73；所述电机一71和电机二74均固定于打印机框架1上端；所述Y移动板75滑动设置于打印机框架1上部；所述X移动板73滑动设置于Y移动板74上表面，且与Y移动板74移动方向相垂直；
X移动板73与打印头8固定连接；电机一71通过第一传送带与Y移动板74和X移动板73配合连接；电机二74通过第二传送带与X移动板73和Y移动版74配合连接；电机一和电机二同向的时候，往X轴移动，电机一和电机二反向的时候往Y轴移动。两个电机的同时作用，力量比单个电机控制一轴来得要稳定，还能减少了XY平台上面一个电机的功率。
如图10，X方向与Y方向的以为变化如下：
ΔX＝1/2(ΔA+ΔB)；ΔY＝1/2(ΔA-ΔB)；
ΔA＝ΔX+ΔY；ΔB＝ΔX-ΔY
高度移动件6包括两组竖直设置的平台驱动单元，所述平台驱动单元包括丝杆65、步进电机64、电机支撑块63和轴承支撑块61；丝杆为T8丝杆，步进电机64通过所述电机支撑块63固定于打印机框架1的下部，步进电机64固定在电机支撑块63内；所述电机支撑块63与轴承支撑块61之间通过不少于一个直线轴承68连接；所述丝杆65一端与步进电机64伸出端通过联轴器连接，另一端与轴承支撑块61转动连接；热床平台610滑动设置于平台驱动单元之间；平台支撑块69滑动套设于所述直线轴承68外表面，且平台支撑块69与所述热床平台610固定连接，带动热床610平台上下移动；所述法兰67螺纹连接于T8丝杆外表面，法兰67为T8法兰，且与平台支撑块69固接。
通过改变热床平台610的高度，完成打印过程中Z轴方向的调节，在需要进行高度改变的情况下，启动步进电机64后，通过联轴器带动丝杆65转动，丝杆65与法兰67配合后，可完成热床平台610的上下移动。打印中由打印机主板发出指令控制步进电机64使得热床平台610以步进的方式下沉，使得打印层能够堆叠形成所要打印的物体。
如图1所示，硅胶挤出组件5包括夹持件51，夹持件51固定于打印机框架1上，夹持件51中部设有夹持件通孔；可选用两根针管54，或多跟针管54，针管54固定于夹持件51侧壁，针管54包括针筒和注射杆；针筒内填充有硅胶组元；注射杆滑动插设于针筒内；硅胶挤出步进电机59，硅胶挤出步进电机59固定于夹持件51一端；硅胶挤出丝杆54，硅胶挤出丝杆54通过联轴器与硅胶挤出步进电机59连接，且硅胶挤出丝杆54位于夹持件51通孔内；活塞杆55，活塞杆55套设于硅胶挤出丝杆54外，且相对于夹持件51通孔滑动，活塞杆55远离夹持件51的一端设置有推板，推板与注射杆连接，带动注射杆移动；硅胶挤出法兰56，硅胶挤出法兰56通过压持杆57固定于夹持件51通孔内，压持杆57一端与活塞杆55通过螺栓固接，另一端与硅胶挤出法兰56固接，压持杆57中空，套设于硅胶挤出丝杆54外表面。所述推板与注射杆连接处向内凹设有卡槽，所述卡槽与注射杆卡接，防止注射杆发生晃动。
将不同的硅胶组元，填充到不同的针管54内，通过推板的移动，同时推动注射杆在针筒内移动，并且能保证推动的速度相同，以及硅胶的挤出量相同，硅胶挤出步进电机59启动后，硅胶挤出丝杆54与硅胶挤出法兰56配合，拉动活塞杆55在夹持件51通孔内滑动，压持杆57与硅胶挤出法兰56固定连接后，在通过螺栓将压持杆57固定在活塞杆55端部，有效的将硅胶挤出法兰56固定住。
打印头8包括支撑体82，支撑体82固定于X移动板73上，连接件31与支撑体82铰接，用于调节调节杆32的角度；混合腔87通过密封板84与支撑体82固定连接，混合腔87通过导管85与针管54连通，且混合腔87与导管85通过导管接头86连接；减速电机81可以通过螺栓固定于支撑体82上部；搅拌杆89通过联轴器与减速电机81连接，搅拌杆89对混合腔87内部的硅胶搅拌与混合；密封头810设置于混合腔87下方，且与混合腔87连通；针头811固定于密封头810下方，且与密封头810连通，用于挤出硅胶。
硅胶3D打印头使用时，通过调节调节杆32和连接件31和L型连接件34使得散热扇33吹出的热风正对针头811下的打印件，加热棒36将加热铝块35加热，散热扇33将加热铝块35上的热量带走从而吹出热风；由硅胶挤出组件将多种硅胶的组元通过导管85挤入混合腔87，由减速电机81通过联轴器的连接带动搅拌杆89运动，将多种硅胶的组元在混合腔87内混合并经过密封头810通过针头811挤出，挤出后的混合组元由散热扇33吹出的热风加速凝固，从而实现硅胶的三维成型和凝固。打印中由打印机主板发出控制指令使减速电机81能够将针管挤出装置5所提供稳定的硅胶组元通过搅拌杆89充分均匀搅拌，并通过风扇33所吹出的热风快速凝固成型。
本发明的工作原理如下：
第一步：硅胶3D打印头归位，硅胶组元填充
打印机主板通过控制电机一和电机二使打印头归位使机器进入准备状态，人手动将针管中分别加入不同的硅胶组元，并调节硅胶挤出步进电机使活塞件22准备就绪。
第二步：导入数据
通过有线、无线、SD卡三种方式将准备好的打印G代码文件导入机器中，机器根据文件内容调整机器状态。关于线、无线、SD卡等数据的读取为现有打印机均具备的功能，在此不再说详述。
第三步：打印文件
机器调整结束后，根据文件中的路径开始打印，并由硅胶挤出组件所提供稳定的硅胶组元，在混合腔进行搅拌充分后，即可进行硅胶的挤出。
第四步：打印结束
打印结束后，通过水平移动件和高度移动件完成打印头的归位，所有加热端停止加热，完成打印。
由此，本发明能够结合现有的3D打印技术能够实现硅胶的快速成型，并能够实现硅胶的复杂形状成型，使其能够满足更多特殊需求，从而拓宽硅胶的应用范围和领域。
本说明书一个或多个实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本说明书一个或多个实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种硅胶3D打印机挤出装置，其特征在于，包括：
打印机框架，所述打印机框架由3030欧标型材搭建成；
硅胶挤出组件，所述硅胶挤出组件装设于打印机框架上，用于将内部填充的硅胶挤出；所述硅胶挤出组件包括
夹持件，所述夹持件固定于所述打印机框架上，所述夹持件中部设有夹持件通孔；
不少于一根针管，所述针管固定于所述夹持件侧壁，所述针管包括针筒和注射杆；
所述针筒内填充有硅胶组元；
所述注射杆滑动插设于针筒内；
硅胶挤出步进电机，所述硅胶挤出步进电机固定于夹持件一端；
硅胶挤出丝杆，所述硅胶挤出丝杆通过联轴器与硅胶挤出步进电机连接，且硅胶挤出丝杆位于夹持件通孔内；
活塞杆，所述活塞杆套设于所述硅胶挤出丝杆外，且相对于夹持件通孔滑动，所述活塞杆远离夹持件的一端设置有推板，所述推板与注射杆连接，带动注射杆移动；
硅胶挤出法兰，所述硅胶挤出法兰通过压持杆固定于夹持件通孔内，所述压持杆一端与活塞杆固接，另一端与硅胶挤出法兰固接，所述压持杆中空，套设于硅胶挤出丝杆外表面；
打印头，所述打印头与硅胶挤出组件连通，所述打印头用于完成挤出的硅胶的成型；
移动件，所述移动件包括水平移动件和高度移动件；
所述打印头与所述水平移动件固定连接，实现打印头平面位置的调节。
2.根据权利要求1所述的硅胶3D打印机挤出装置，其特征在于，所述推板与注射杆连接处向内凹设有卡槽，所述卡槽与注射杆卡接。
3.根据权利要求1所述的一种硅胶3D打印机挤出装置，其特征在于，所述压持杆与活塞杆通过螺栓固定连接。
4.根据权利要求1所述的硅胶3D打印机挤出装置，其特征在于，所述打印头包括
支撑体，所述支撑体固定于水平移动件上，所述连接件与所述支撑体铰接，用于调节调节杆的角度；
混合腔，所述混合腔通过密封板与所述支撑体固定连接，所述混合腔与针管通过导管连通；
减速电机，所述减速电机设置于所述支撑体上部；
搅拌杆，所述搅拌杆通过联轴器与所述减速电机连接；
密封头，所述密封头设置于混合腔下方，且与混合腔连通，所述搅拌杆对密封头内部的硅胶搅拌与混合；
针头，所述针头固定于所述密封头下方，且与密封头连通，用于挤出硅胶。
5.根据权利要求1所述的硅胶3D打印机挤出装置，其特征在于，所述打印机还包括散热件，所述散热件与所述打印头连接，加速硅胶的定型，所述散热件包括连接件、加热棒、加热铝块和散热扇；
所述加热铝块不少于一个，且所述加热铝块通过所述连接件与所述打印头连接；
所述加热铝块表面设置有若干通孔；
所述加热棒嵌设于所述加热铝块内，加热所述加热铝块，所述加热棒外部连接有电源供电；
所述散热扇固定于所述加热铝块上表面，透过通孔吹出热风。
6.根据权利要求5所述的硅胶3D打印机挤出装置，其特征在于，所述散热件还包括
连接件，所述加热铝块通过所述连接件与所述打印头连接；
调节杆，所述调节杆滑动穿设于所述连接件内，所述调节杆表面设置有若干调节孔，所述连接件表面设置有与调节孔配合的定位销，用于调节调节杆的伸出长度；
L型连接件，所述L型连接件一端与所述调节杆铰接，另一端与所述加热铝块连接。
7.根据权利要求1所述的硅胶3D打印机挤出装置，其特征在于，所述水平移动件为CoreXY结构。
8.根据权利要求1所述的硅胶3D打印机挤出装置，其特征在于，所述高度移动件包括
两组竖直设置的平台驱动单元，所述平台驱动单元包括丝杆、步进电机、电机支撑块和轴承支撑块；
所述步进电机通过所述电机支撑块固定于打印机框架的下部；
所述电机支撑块与轴承支撑块之间通过不少于一个直线轴承连接；
所述丝杆一端与步进电机伸出端通过联轴器连接，另一端与轴承支撑块转动连接；
热床平台，所述热床平台滑动设置于平台驱动单元之间；
平台支撑块，所述平台支撑块滑动套设于所述直线轴承外表面，且平台支撑块与所述热床平台固定连接，带动热床平台上下移动；
法兰，所述法兰螺纹连接于丝杆外表面，且与平台支撑块固接。
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