CN112092322B - 一种低成本桌面级多功能3d打印线材全自动加工生产线 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种低成本桌面级多功能3D打印线材全自动加工生产线，当生产线处于全功能状态下时，主要由桌面级迷你纤维束进给系统、张力辊系统、单螺杆挤出机、桌面级挤出机用多尺寸连续纤维增强热塑性基体的浸渍包覆机构、简易水冷系统、纤维束二次包覆三辊研磨机、简易风冷系统、牵引机构、切粒或者线材收集机构和桌面级多相材料共混机构组成。与现有技术相比，本发明具有高效、低成本、稳定的特点，由于模块小巧轻便，可以通过制造模块的随意组合加工一些特殊材料，生产线采用多机构模块组合的形式，可以适用于但不限于多种3D打印线材的生产，同时，对于连续纤维增强热塑性基体纤维束线材和各类粒料的制备也有很好的适用性。

Description

一种低成本桌面级多功能3D打印线材全自动加工生产线

技术领域

本发明涉及3D打印线材生产设备领域，尤其是一种低成本的桌面级多功能3D打印线材全自动加工生产线。

背景技术

目前3D打印线材生产线都是工业级为主,一般最少需要几公斤以上才能进行挤出,由于设备挤出步骤繁琐且自动化程度较低，这需要多人配合才能完成线材的加工。工业级设备限制了少量、特殊和昂贵材料的挤出制备，国内外目前已经在售的多款微型3D打印线材挤出机，普遍存在自动化程度不高、线材的质量不稳定和可以制备的线材相对单一的缺点。

专利CN207044633U设计了一种微型全自动3D打印线材成型系统，系统包括热塑挤出机，热塑挤出机上端安装的上料装置，热塑挤出机内部安装有挤出双螺杆，挤出双螺杆与挤出加热器相连，热塑挤出机挤出部位安装有挤出模具，挤出模具与传输装置一端相连，传输装置另一端与冷却装置相连，冷却装置下端安装有吹风装置，冷却装置与牵引装置相连，牵引装置上安装有牵引压力调节装置，牵引橡皮滚筒和牵引速度控制器，牵引装置与光电限位开关相连，光电限位开关与收卷装置相连，系统节省了人力资源，结构简单，可实现少量的线材挤出。

该专利虽然提高了线材制造的自动化程度，而且在一定程度上可以实现少量线材的挤出，但是由于其挤出机设备是基于双螺杆设计为基础的，这样就大大限制了线材生产线的尺寸，一般来说最小型的实验室级别的双螺杆设备长度都在一米左右，生产线依然占用面积较大；第二，冷却装置采用风冷形式，在制备一些定型较快的线材时，如纤维增强热塑性树脂等热导率较高的线材，由于风力的吹动作用容易产生线材折叠，打结现象；第三，生产线配有牵引机构，该牵引机构仅由可简单开/合的成对压力轮组成，在线材牵引的过程中仅靠线材的拉伸力提供线材必要的张力，容易造成线材张力不足或者线材拉断情况的产生；第四，生产线虽然配置了线材的收卷机构，一定程度上提高了线材的收集效率，但是在实际加工过程中，由于双螺杆的主侧喂料进料速度差的问题，可能产出分相材料，如纤维和热塑性树脂分散不均匀的情况。该生产线并没有线材造粒机构，不利于线材的二次加工。

专利CN209007993U，CN208801625U和CN108943717A设计了可控的3D打印线材制备的设备，设备配置有相应的张力辊，可以提供线材制造中必须的张力。同时设备中配有水冷系统和收集系统，生产线提高了设备的自动化程度。然而水冷系统不能制造可溶性的线材，如PVA。同时生产线对于线材的质量监控不够，虽然一些工业级线材生产线配置了光电传感器来有效监控线材的直径和稳定性,但是价格昂贵,增加了设备的制造成本。

如专利CN208801625U，配置了自动牵引机构提高了线材的制造自动化程度，并配置光电传感器对线材的连续性和直径尺寸进行监控，提高了线材的加工质量。专利CN209007993U设计了一种多线材同时牵引的装置，并配置多个光电检测器对加工线材质量进行控制，进一步提高了生产效率。然而光电设备不能检测透光性的材料。

综上所述，以上全部专利都存在几个通用的问题：第一，牵引装置的设计都是针对工业级单/双螺杆挤出机设备的，装置的结构复杂，设计和制造成本高，并且不能很好的适用于微型的桌面级挤出机设备；第二，线材的直径尺寸通过光电传感器进行监控，检测设备的价格昂贵，并且由于检测原理是基于光电技术，不适用于具有透光性的3D打印线材的检测；第三，牵引机构通过压力调整系统对正在生产的线材进行压紧，并通过线材挤出和牵引速度差值来提供线材轴向拉伸力进而转化为线材的张力，该设计容易造成线材的拉断或者张力不可控现象。

发明内容

为了克服上述不足，本发明提供了一种低成本的桌面级多功能3D打印线材全自动加工生产线，本发明是这样实现的：

一种低成本桌面级多功能3D打印线材全自动加工生产线，包括单螺杆挤出机3和水冷系统4，其特征在于：还包含牵引机构7和切粒或线材收集机构8，所述单螺杆挤出机3、水冷系统4、牵引机构7和切粒或线材收集机构8的输入和输出端依次连接。

进一步的，所述牵引机构7，包括牵引面板C1、牵引测量前板C2、牵引测量后板C3、牵引电机从动板C4、滑道支架C5、导轨滑道C6、滑道蝶形螺母C7、从动齿轮螺钉C8、从动齿轮螺母C9、两个轴承C10、轴承定位环C11、定位环螺钉C12、张力轮C13、电机从动张力轮C14、电机主动张力轮C15、电机方形键C16、步进电机C17、测具滑托C18、百分表C19和圆垫块C20组成，所述牵引面板C1上依次开有五个安装槽，所述牵引面板C1正面安装有张力辊C13，所述张力辊C13通过链接螺钉C8设置于安装槽任意一个中，所述张力辊C13可在安装槽中上下不同位置移动，所述牵引面板C1的顶端两侧设置有滑道支架C5，所述滑道支架C5之间安装有导轨滑道C6，所述导轨滑道C6的两端通过滑道蝶形螺母C7与滑道支架C5固定，所述导轨滑道C6的一端贯穿设置有从动齿轮螺钉C8，所述牵引电机从动板C4的一端由固定在导轨滑道C6上的从动齿轮螺钉C8压紧于牵引面板C1的顶端,所述牵引电机从动板C4的另一端与牵引面板C1的正面固定,所述牵引电机从动板C4的另一端连接有电机从动张力轮C14,所述电机从动张力轮C14在未定位状态下，可在牵引面板C1上沿电机从动板C4上下自由滑动,所述电机从动张力轮C14的下方并列安装有电机主动张力轮C15,所述步进电机C17安装于牵引面板C1的背面，所述电机主动张力轮C15与步进电机C17相连,当电机主动张力轮C15旋转时,带动电机从动张力轮C14旋转，所述牵引测量前板C2一端安装于牵引面板C1正面的任意一个安装槽中，所述牵引测量前板C2的另一端设置于安装于牵引面板C1顶端，所述牵引测量后板C3设置于安装于牵引面板C1背面，所述牵引测量前板C2与牵引测量后板C3对应设置，所述百分表C19通过测具滑托C18安装于导轨滑道C6的另一端,可以根据需要自由滑动,所述百分表C19测量表头与牵引测量前板C2和牵引测量后板C3组合件接触,所述轴承C10一个安装在牵引测量前板C2上,另一个安装在牵引面板C1的任意一个安装槽中，所述轴承C10通过轴承定位环C11定位。

进一步的，所述切粒或线材收集机构8包含电机组件D1、电机轴承座D3、支架D4和切料辊D5；当所述切粒或线材收集机构8用于线材收集时，所述电机轴承座D3的前端面安装有电机组件D1，所述电机轴承座D3后端面与所述支架D4相连，电机组件D1贯穿电机轴承座D3和支架D4并与所述切料辊D5连接，所述切料辊D5上装接有线材卷轴D12；当所述切粒或线材收集机构8用于线材切断造粒时，所述切粒或线材收集机构8还包含迷你气缸组件D2、压紧辊D6和气缸支架D7，所述电机轴承座D3的前端面安装有电机组件D1，所述电机轴承座D3后端面与支架D4连接，所述电机轴承座D3和支架D4的上端均设置有凹槽，所述连接螺钉D9贯穿设置于凹槽中，所述连接螺钉D9靠近电机组件D1的一端安装有移动支架D8，所述移动支架D8上安装有气缸支架D7，所述气缸支架D7上安装有迷你气缸组件D2，所述连接螺钉D9远离电机组件D1的一端设置有两个止推轴承D11，所述支架D4位于两个止推轴承D11之间，所述远离电机组件D1的一端的止推轴承D11连接有压紧辊D6，所述压紧辊D6下方设置有切料辊D5，所述切料辊D5上安装有若干片切粒刀片D10，所述电机组件D1控制切料辊D5进行旋转。

进一步的，所述低成本桌面级多功能3D打印线材全自动加工生产线还包括风冷系统6，所述风冷系统6设置于所述水冷系统4与牵引机构7之间。

进一步的，所述低成本桌面级多功能3D打印线材全自动加工生产线，还包括迷你纤维束进给系统1、张力辊系统2和桌面级挤出机用多尺寸连续纤维增强热塑性基体的浸渍包覆机构9，所述迷你纤维束进给系统1、张力辊系统2和桌面级挤出机用多尺寸连续纤维增强热塑性基体的浸渍包覆机构9的输入和输出端依次连接；所述桌面级挤出机用多尺寸连续纤维增强热塑性基体的浸渍包覆机构9，包括浸渍头主体B1、出料观察及快速清理前盖B2、挤出机连接螺纹头B3、纤维进口B4、纤维出口B5、前盖螺钉B6、葫芦型挡块B7、螺柱B8和螺母B9，所述浸渍头主体B1为立方体结构，其具有正面、背面、左端面和右端面四个部分，所述浸渍头主体B1正面通过四个前盖螺钉B6连接有出料观察及快速清理前盖B2，所述出料观察及快速清理前盖B2中心设置有小孔B10，所述出料观察及快速清理前盖B2与浸渍头主体B1之间设置有凹槽A；所述浸渍头主体B1背面设置有挤出机连接螺纹头B3，所述挤出机连接螺纹头B3具有双头螺纹，所述浸渍包覆机构9通过挤出机连接螺纹头B3与单螺杆挤出机3连接；所述浸渍头主体B1右端面设置有纤维进口B4，所述纤维进口B4与浸渍头主体B1之间设置有凹槽B；所述浸渍头主体B1左端面设置有纤维出口B5，纤维出口B5具有一定斜度，所述纤维出口B5与浸渍头主体B1之间设置有凹槽C；所述浸渍头主体B1左右两端安装的纤维进口B4和纤维出口B5由两端各一个的葫芦型挡块B7限位，所述葫芦型挡块B7在螺柱B8和两端各一个的螺母B9的作用下固定，所述葫芦型挡块B7靠近纤维进口B4的位置设置有孔E，所述葫芦型挡块B7靠近纤维出口B5的位置设置有孔D；所述浸渍头主体B1右端面设置有孔I、孔II、螺纹孔III、螺纹孔IV和螺纹孔V，所述孔I和孔II用于安装加热棒，所述螺纹孔III、螺纹孔IV和螺纹孔V中的任意一螺纹孔安装热稳定电偶；所述挤出机连接螺纹头B3还可不连接浸渍头主体B1单独使用。

进一步的，所述迷你纤维束进给系统1由步进电机A1、纤维支架A2、传动伞齿轮组A3、电机支架A4、纤维链接头A5和纤维束卷A6组成，所述纤维链接头A5之间缠绕有纤维束卷A6，所述纤维支架A2的一端设置有电机支架A4，所述电机支架A4上设置有步进电机A1，所述步进电机A1的输出端与纤维链接头A5的一端通过传动伞齿轮组A3连接，当步进电机A1旋转时，传动伞齿轮组A3带动纤维链接头A5转动，进而带动纤维束卷A6旋转。

进一步的，所述张力辊系统2包括张力面板A7、张力辊A8、链接螺钉A9和百分表A12，所述张力面板A7上依次开有五个安装槽，所述张力辊A8通过链接螺钉A9设置于任一安装槽中，所述张力辊A8可在安装槽中上下不同位置移动，所述张力面板A7的顶端设置有百分表滑轨A11，所述百分表A12的一端设置于百分表滑轨A11上，所述百分表A12的另一端与通过固定螺母A10设置于任一安装槽中的测量系统组件相连；

进一步的，所述低成本桌面级多功能3D打印线材全自动加工生产线还包含纤维束二次包覆三辊研磨机5，所述纤维束二次包覆三辊研磨机5设置于所述水冷系统4和风冷系统6之间，所述纤维束二次包覆三辊研磨机5包含三辊面板E1、三辊外壳E2、热电偶支架E3、三辊从动轮E4和三辊主动轮E5，所述三辊面板E1上端安装有三辊外壳E2，所述三辊外壳E2中依次安装有一个三辊主动轮E5和两个三辊从动轮E4，所述三辊主动轮E5通过齿轮E10与步进电机E16连接，所述步进电机E16通过齿轮E10带动三辊主动轮E5旋转，所述齿轮E10和三辊主动轮E5之间由主动轮连接环E6，定位环螺钉E7固定，所述三辊外壳E2的外侧连接热电偶支架E3，所述热电偶支架E3上固定有三根加热棒E17，所述三辊外壳E2在与三辊轧制面垂直的方向上开有小槽，槽内固定有三辊限位E9，所述三辊限位E9的长度可以调整。

更进一步的，所述低成本桌面级多功能3D打印线材全自动加工生产线还包含多相材料共混机构，所述多相材料共混机构配合单螺杆挤出机3和纤维束二次包覆三辊研磨机5使用，所述多相材料共混机构包含共混面板F1、小齿轮F3、电机支架F6、密炼缸F8和第一步进电机组件F14和第二步进电机组件F15，所述电机支架F6上安装有第一步进电机组件F14，所述第一步进电机组件F14与密炼缸F8通过第一缸体链接F11连接，所述密炼缸F8上安装有密炼盖F7，所述密炼缸F8两端面分别设置有密炼缸后盖F9和密炼缸齿轮后盖F10，所述密炼缸后盖F9设置于密炼缸F8与第一缸体链接F11之间，当第一步进电机组件F14转动时，电机带动第一缸体链接F11旋转，进而带动密炼主体中的密炼缸F8，密炼缸后盖F9和密炼缸齿轮后盖F10进行旋转；所述密炼缸齿轮后盖F10和密炼缸后盖F9上设置有若干第一轴承F2，所述密炼缸F8中设置有两个配对的螺杆F13，所述螺杆F13的一端通过中轴F12安装于密炼缸后盖F9上的第一轴承F2上，所述共混面板F1上对应设置有若干第二轴承F2’，所述第一轴承F2和第二轴承F2’之间通过中轴F12连接，所述中轴F12的一端安装于第一轴承F2上，所述中轴F12的另一端安装有小齿轮F3，所述小齿轮F3与第二步进电机组件F15之间安装有第二缸体链接F16，当第二步进电机组件F15旋转时，电机带动第二缸体链接F16和小齿轮F3旋转，小齿轮F3带动中轴F12和螺杆F13旋转。

本发明设计了一种高效、低成本、稳定的多功能桌面级3D打印线材的生产线。该生产线采用多机构模块组合的形式，可以适用于但不限于多种3D打印线材的生产，同时，对于连续纤维增强热塑性基体纤维束线材和各类粒料的制备也有很好的适用性。由于模块小巧轻便，可以通过制造模块的随意组合加工一些特殊材料，如对于水溶性3D打印线材的制备，可以通过单独采用水冷系统进行制备，而对于高热导的3D打印线材制备，可以采用水冷系统和风冷系统联用的办法，水冷预定型，再进行风冷最终定型。

目前，本专利公开的全功能生产线可以生产：①多尺寸的连续纤维增强热塑性基体的连续纤维束以及相关粒料，②连续纤维增强热塑性基体的多尺寸的3D打印线材以及相关粒料，③多尺寸的短切纤维增强热塑性基体的3D打印线材以及相关粒料，④多尺寸的纯热塑性3D打印线材以及相关粒料，⑤多尺寸的回收纯热塑性或短切纤维增强热塑性基体的3D打印线材以及相关粒料，⑥多尺寸的连续纤维增强热塑性基体的连续纤维束、连续纤维增强热塑性基体或者纯热塑性3D打印线材的表面功能性材料包覆。

附图说明

图1为桌面级低成本的多功能3D打印线材全自动加工生产线示意图；

图2为迷你纤维束进给系统示意图；

图3为张力辊系统示意图；

图4为桌面级挤出机用多尺寸连续纤维增强热塑性基体的浸渍包覆机构俯视图；

图5为桌面级挤出机用多尺寸连续纤维增强热塑性基体的浸渍包覆机构前视图；

图6为桌面级挤出机用多尺寸连续纤维增强热塑性基体的浸渍包覆机构示意图；

图7为桌面级挤出机用多尺寸连续纤维增强热塑性基体的浸渍包覆机构与单螺杆挤出机装配图；

图8为牵引机构主视图；

图9为牵引机构后视图；

图10为切粒或者线材收集机构之线材收集机构示意图；

图11为切粒或者线材收集机构之切粒模块示意图；

图12为切粒或者线材收集机构之切粒模块刀片安装形式和压紧机构放大图；

图13为纤维束二次包覆三辊研磨机示意图；

图14为纤维束二次包覆三辊研磨机侧视图；

图15为多相材料共混机构示意图；

图16为多相材料共混机构连接图；

图17为密炼缸组件示意图；

图18为单螺杆挤出机组件示意图。

具体实施方式

本发明公布了一种桌面级的、可以根据线材订制要求进行模块自由组合的全自动加工生产线，生产线总体如图1所示，生产线处于全功能状态下时，主要由桌面级迷你纤维束进给系统、张力辊系统、单螺杆挤出机、桌面级挤出机用多尺寸连续纤维增强热塑性基体的浸渍包覆机构、简易水冷系统、纤维束二次包覆三辊研磨机、简易风冷系统、牵引机构、切粒或者线材收集机构和桌面级多相材料共混机构组成。

按照需要订制的3D打印线材的具体要求，可以选择不同的模块组合进行稳定制备，当需要订制：

I.多尺寸的连续纤维增强热塑性基体的连续纤维束以及相关粒料时，可以采用模块组合形式：桌面级迷你纤维束进给系统、张力辊系统、单螺杆挤出机、桌面级挤出机用多尺寸连续纤维增强热塑性基体的浸渍包覆机构、简易水冷系统、简易风冷系统、牵引机构和切粒或者线材收集机构；

II.连续纤维增强热塑性基体的多尺寸的3D打印线材以及相关粒料时，可以采用模块组合形式：桌面级迷你纤维束进给系统、张力辊系统、单螺杆挤出机、桌面级挤出机用多尺寸连续纤维增强热塑性基体的浸渍包覆机构、简易水冷系统、简易风冷系统、牵引机构和切粒或者线材收集机构；

III.多尺寸的短切纤维增强热塑性基体的3D打印线材以及相关粒料时，可以采用模块组合形式：单螺杆挤出机、简易水冷系统，简易风冷系统、牵引机构和切粒或者线材收集机构；

IV.多尺寸的纯热塑性3D打印线材以及相关粒料时，可以采用模块组合形式：单螺杆挤出机、简易水冷系统、简易风冷系统、牵引机构和切粒或者线材收集机构；

V.多尺寸的回收纯热塑性或短切纤维增强热塑性基体的3D打印线材以及相关粒料时，可以采用模块组合形式：单螺杆挤出机、简易水冷系统、简易风冷系统、牵引机构、切粒或者线材收集机构和桌面级多相材料共混机构；

VI.多尺寸的连续纤维增强热塑性基体的连续纤维束、连续纤维增强热塑性基体或者纯热塑性3D打印线材的表面功能性材料包覆时，可以采用模块组合形式：桌面级迷你纤维束进给系统、张力辊系统、单螺杆挤出机、桌面级挤出机用多尺寸连续纤维增强热塑性基体的浸渍包覆机构、简易水冷系统、纤维束二次包覆三辊研磨机、简易风冷系统、牵引机构和切粒或者线材收集机构。

本专利以桌面级生产线生产连续纤维增强热塑性基体的连续纤维束或3D打印线材为例分析生产线各部分的具体结构和原理。线材制备时，机构通过纤维束进给系统将原料纤维束进行进给，纤维进给时由张力辊系统提供适当的纤维张力，保证原料纤维束不会因为张力不足而发生表面“起毛”。原料纤维束在桌面级挤出机用多尺寸连续纤维增强热塑性基体的浸渍包覆机构中与单螺杆挤出机高温挤出的液态或者半液态的热塑性树脂基体充分包覆后，通过简易水冷系统和简易风冷系统的单独或者联合使用进行冷却定型后，包覆后的线材在牵引机构的作用下，连续稳定进行制备。制备好的线材用切粒或者线材收集机构收集卷状的成品打印线材或者进行二次造粒备用。具体各部分工作原理如下：

生产线第一部分桌面级迷你纤维束进给系统：

纤维进给机构由步进电机A1，纤维支架A2，传动伞齿轮组A3，电机支架A4，纤维链接头A5和纤维束卷A6组成。当机构工作时，步进电机A1旋转，传动伞齿轮组A3带动纤维链接头A5转动，进而带动纤维束卷A6旋转，从而实现纤维束的连续，稳定进给，如图2。

生产线第二部分张力辊系统：

当纤维束进入桌面级挤出机用多尺寸连续纤维增强热塑性基体的浸渍包覆机构前，纤维束需要一定的张力来提供纤维束的稳定进给，纤维张力由张力辊系统提供，该部分由张力面板A7，张力辊A8，链接螺钉A9和固定螺母A10组成。张力面板A7开有五个槽，工作时，张力部件可以根据需要调整张力辊A8的间距安装在不同的槽中和张力辊A8间上下的位置以满足组件提供足够的纤维束的张力。百分表A12可以在百分表滑轨A11中移动，以便于测量纤维束各部分的张力，如图3。

生产线第三部分单螺杆挤出机和桌面级挤出机用多尺寸连续纤维增强热塑性基体的浸渍包覆机构：

由前两部分调整好的原料纤维束在一种桌面级挤出机用多尺寸连续纤维增强热塑性基体的浸渍包覆机构中与单螺杆挤出机高温挤出的液态或者半液态的热塑性树脂基体充分包覆，浸渍包覆机构包括浸渍头主体B1，出料观察及快速清理前盖B2，挤出机连接螺纹头B3，纤维进口B4，纤维出口B5，前盖螺钉B6，葫芦型挡块B7，螺柱B8和螺母B9九个部分组成。浸渍头主体B1，其特征在于：所述浸渍头主体B1为立方体结构，如图4俯视，其具有正面、背面、左端面和右端面，浸渍头主体B1正面用四个前盖螺钉B6将出料观察及快速清理前盖B2连接。出料观察及快速清理前盖B2的中心有一个小孔B10，当熔体树脂全部充满浸渍机构时，少量熔体将从小孔B10中流出。在加工开始时，操作者可以根据流出量决定是否开始原料纤维束的牵引，或者在加工过程中，操作者可以根据熔体流出量来调整牵引速度来保证纤维增强热塑性基体纤维束的充分包覆浸渍。同时，出料观察及快速清理前盖B2具有一个小型的凹槽A，便于在纤维起毛、断纱或者加工结束时，方便使用小型平铲将浸渍头主体B1和出料观察及快速清理前盖B2分离并快速清理，如图4。

浸渍头主体B1右端面与纤维进口B4相连，同样纤维进口B4具有一个小型的凹槽B，便于浸渍头主体B1和纤维进口B4的快速分离。纤维进口B4中心通孔具有φ2，φ3，φ4等多种尺寸，适用于加工不同直径尺寸的纤维束时的快速更换，如图4。

浸渍头主体B1左端面与纤维出口B5相连，同样纤维出口B5具有一个小型的凹槽C，便于浸渍头主体B1和纤维出口B5的快速分离。纤维出口B5中心通孔具有φ2，φ3，φ4等多种尺寸，适用于加工不同直径尺寸的纤维束时的快速更换。纤维出口B5具有一个微小的斜度，可以有效提高熔体在原料纤维束中的浸渍性，如图4。

所述浸渍头主体B1左右两端安装的纤维进口B4和纤维出口B5由两端各一个的葫芦型挡块B7限位，葫芦型挡块B7在螺柱B8和两端各一个的螺母B9的作用下固定。螺柱B8穿过浸渍头主体B1靠近上端面的通孔，将整个纤维进出口组合件固定，如图5。葫芦型挡块B7不仅在机构中起到纤维进口B4和纤维出口B5固定的作用，同时在加工中少量的熔体将进入葫芦型挡块B7的孔D和E中，如图5，形成泪液状的小珠，保证纤维进出时不会起毛或者划伤。

浸渍头主体B1纤维进料侧面右端面具有孔I和II用于安装加热棒，螺纹孔孔III，IV和V的任意一孔安装热稳定电偶，加热棒和热电偶与控制板相连，保证纤维浸渍头在加工中温度恒定，如图6。

浸渍头主体B1由挤出机连接螺纹头B3和桌面级单螺杆挤出机相连如图7，螺纹头B3具有双头螺纹，一端和浸渍头主体B1连接，一端可以根据桌面级挤出机的设计灵活更改，可以适用于市面上主流的各种挤出机。同时螺纹头B3还可以单独使用，不连接浸渍头主体B1，生产纯树脂或者短纤维增强树脂线材的产品，独特的螺纹延长部分有助于线材的预定型。螺纹头B3内孔可以采用多直径尺寸的设计，适用于不同直径线材的制备场合。

原料纤维束包覆过程流程详述：

第一步，连续纤维增强热塑性基体的纤维束制造过程中，先按图5将机构组装，再卸下螺柱B8，螺母B9，葫芦型挡块B7，以及纤维进口B4和纤维出口B5。

第二步，将原料纤维束按照顺序穿过浸渍头主体B1纤维进料右端面侧面的葫芦型挡块B7，纤维进口B4，再穿过浸渍头主体B1，接着原料纤维穿过浸渍头主体B1纤维出口左端面侧面的纤维出口B5以及葫芦型挡块B7。接着用螺柱B8和螺母B9将机构固定。

第三步，预热桌面级挤出机和浸渍包覆机构组件达到一定的工作温度，再打开挤出机将熔体树脂充满浸渍包覆机构组件，当有少量连续的熔体从出料观察及快速清理前盖B2中流出时，表示连续纤维束可以开始被牵引。在加工过程中，操作者可以根据熔体流出量来调整牵引速度来保证纤维增强热塑性基体纤维束的充分包覆浸渍。

加工故障快速排除或定制加工：

排除①：加工过程中，当纤维起毛、断纱时，停止挤出机出料，拉出原料纤维，用一根对折长度大于80毫米的铜丝就可以将原料纤维重新安装，继续生产，安装方便，时间极短。

排除②：当纤维束断纱在浸渍机构内部时，仅需打开出料观察及快速清理前盖B2，加大挤出机出料速度，将内部杂质自然流出，并用小药勺简单清理后，重新按照排除①内容即可进行快速复工。

定制加工：当加工中需要加工多种尺寸纤维束产品时，只需重复流程第一步，更换相应尺寸的纤维进口B4和纤维出口B5后重复流程第二、三步即可，简单快捷。

生产线第四部分牵引机构：

制造好的纤维束由简易水冷系统或者简易风冷系统进行冷却定型后，通过牵引机构进行稳定牵引。

该牵引装置由牵引面板C1，牵引测量前板C2,牵引测量后板C3,牵引电机从动板C4,滑道支架C5,导轨滑道C6，滑道蝶形螺母C7，从动齿轮螺钉C8，从动齿轮螺母C9，轴承C10，轴承定位环C11，定位环螺钉C12，张力轮C13，电机从动张力轮C14，电机主动张力轮C15，电机方形键C16，步进电机C17，测具滑托C18，百分表C19和圆垫块C20组成，如图8、9。

经过冷却定型的3D打印线材通过牵引组件进行稳定牵引，牵引装置工作时，电机主动张力轮C15在步进电机C17的作用下按一定速度进行旋转，电机从动张力轮C14和电机主动张力轮C15对被加工线材进行夹紧作用，线材在电机主动张力轮C15的旋转作用下被机构稳定牵引。电机从动张力轮C14和牵引电机从动板C4相连，并且在未定位状态下可以在牵引面板C1上沿牵引电机从动板C4上下自由滑动,如图8所示。牵引电机从动板C4通过从动齿轮螺钉C8，从动齿轮螺母C9限位，当电机从动张力轮C14和电机主动张力轮C15夹持被加工线材时，使用小型精密测力扳手对动齿轮螺钉C8进行预紧，这样不仅可以限位牵引电机从动板C4进而保证从动张力轮C14和电机主动张力轮C15稳定夹持被加工线材，同时还可以准确的知道线材的实际夹紧力，在加工中可以根据最终线材的直径扁圆度来进行微调夹紧力，夹紧力的调整方法相比现行专利CN205467197U和CN207044633U等的气压调整更加精确。

被加工的3D打印线材的张力由成对的张力轮C13提供，成对的张力轮C13一般来说位于相同高度，值得注意的是，由于3D打印线材的材料不同，一些线材冷却定型后具有较大的脆性，过大的张力很容易将线材压断，因此需要调整张力轮C13对于线材的张力。如图8，牵引面板C1具有五个凹槽，根据张力轮C13间的相对安装高度和间距可以简单的调整牵引机构对线材的合理张力，保证一些脆性线材的加工制造。

张力轮间安装一对辅助轴承C10，该对轴承的上轴承与牵引测量前板C2,牵引测量后板C3相连，并且处于上自由滑动状态，这样牵引测量前板C2与百分表C19接触，百分表C19预先与标准线材尺寸调零，这样就可以知道线材的直径尺寸变化，进而帮助操作对牵引速度，牵引力，张力和线材挤出速率的调整。同样根据成对的张力轮C13不同安装间距，轴承C10可以安装在中间三个安装槽的任意一个槽中，百分表C19可以在测具滑托C18的带动下在导轨滑道C6内滑动，当百分表C19与正确的槽对齐后，测具滑托C18被固定。

生产线第五部分切粒或者线材收集机构：

制造好的纤维束或者3D打印线材由切粒或者线材收集机构8进行收卷，机构安装电机组件D1，电机轴承座D3，支架D4，切料辊D5，线材卷轴D12和若干螺钉螺母就可以作为简易的线材收集系统，如图10。

而当线材需要制造成粒料时，该机构主要由电机组件D1，迷你气缸组件D2，电机轴承座D3，支架D4，切料辊D5，压紧辊D6，气缸支架D7，移动支架D8，连接螺钉D9，切粒刀片D10，止推轴承D11和若干螺钉螺母组成，如图11、12。

线材切断造粒前，切料辊D5，压紧辊D6处于分离状态，工作时，气压打开，迷你气缸组件D2的活塞杆在气压作用下向下位移，移动支架D8与活塞杆按照螺纹连接，移动支架D8在活塞作用下移动,同时带动连接螺钉D9使压紧辊D6向下移动并与切料辊D5贴合，如图12。

压紧辊D6和切料辊D5对线材的压紧力可以根据气压的大小进行调节，压紧辊D6在连接螺钉D9的直接作用下上移动，电机轴承座D3和支架D4各有一个凹槽，方便连接螺钉D9的上下移动，如图12。

切料辊D5开有均布的16等分槽，槽内可以安装切粒刀片D10，如图12。切粒的长度可以根据槽内刀片的安装数量和电机转速进行调整。电机组件D1控制切料辊D5进行旋转。机构的刀片D10，压紧辊D6和切料辊D5造价低廉，当其严重磨损后，可以快速拆卸和更换。

生产线第六部分纤维束二次包覆三辊研磨机：

当线材制造过程中遇到以下情况时，

1.对已经生成好的3D打印线材或者连续纤维增强热塑性基体纤维束的进行二次包覆，从而解决线材或者纤维束浸渍不足的问题。

2.对已经生成好的3D打印线材或者连续纤维增强热塑性基体纤维束进行功能性材料的表面包覆，如生物磷酸盐功能粉末，粘结剂等的线材包覆。

生产线配置了一种3D打印线材桌面级二次浸渍包覆的三辊研磨机。该三辊研磨机由三辊面板E1，三辊外壳E2，热电偶支架E3，三辊从动轮E4，三辊主动轮E5，主动轮连接环E6，定位环螺钉E7，三辊限位螺钉E8，三辊限位E9，齿轮E10，电机支架E11，M3链接钉E12，M6链接螺母E13，M6-60螺钉E14，电机方形键E15，步进电机E16，加热棒E17组成，如图13。

该机构的主体由两个三辊从动轮E4和一个三辊主动轮E5安装在三辊外壳E2中，一个三辊主动轮E5通过步进电机E16带动齿轮E10旋转，齿轮E10和三辊主动轮E5之间由主动轮连接环E6，定位环螺钉E7固定。当步进电机E16旋转时，三辊主动轮E5通过机构传递进行旋转。三辊主动轮E5带动两个三辊从动轮E4旋转而实现三辊研磨的功能。

三辊外壳E2的外侧连接热电偶支架E3，并放入三根加热棒E17，电偶支架E3的设计在实现短纤、热塑性树脂和功能性材料的高温研磨和充分混合的同时，可以避免加热棒E17随着三辊从动轮E4和三辊主动轮E5的旋转而破坏加热棒E17的电线。

三辊外壳E2中开有小槽，槽内固定三辊限位E9，如图14放大图A所示，已经加工的3D打印线材从三辊外壳E2小槽和三辊限位E9的缝隙中穿过，由于三辊从动轮E4和三辊主动轮E5共同的碾压作用，研磨后的材料充分浸渍线材，实现线材与研磨后的材料的二次包覆。三辊限位E9的长度可以调整，从而调整三辊外壳E2小槽和三辊限位E9间的缝隙以实现不同直径的线材的二次浸渍包覆。

三辊机构的其余部分仅仅作用电机和三辊主体的固定作用，这里不进行详述。

生产线第七部分桌面级多相材料共混机构：

当线材制造过程中需要进行多种分相原料进行混料时，如树脂，纤维，功能性粉料等，由于桌面级单螺杆挤出机共混能力相对较差，可以先进行两相材料造粒，如纤维和热塑性树脂，在通过桌面级多相材料共混机构进行均匀共混后，在由生产线进行生产，方法稳定可靠。同时桌面级多相材料共混机构还可以对回收的纯热塑性或短切纤维增强热塑性基体的样品进行线材的二次制造，当回收的废料通过破碎机进行简单破碎后，多相材料共混机构可以将分相原料进行均匀混合，以备生产线进行线材生产。

桌面级的多相材料的共混机构,机构设计简单,成本低,共混主体尺寸很小,共混主体仅为φ50×45毫米,可以适用于少量材料的共混。共混机构可以将预破碎的纤维，陶瓷，碳酸钙等增强体和尼龙，聚乳酸等热塑性树脂进行充分混合。

共混机构由共混面板F1、第一轴承F2、小齿轮F3、电机支架F6、密炼盖F7，密炼缸F8、密炼缸后盖F9、密炼缸齿轮后盖F10、第一缸体链接F11、中轴F12、螺杆F13、第一步进电机组件F14和若干螺钉螺母组成。

电机安装在电机支架F6上，当电机转动时，电机带动第一缸体链接F11旋转，进而带动密炼主体中的密炼缸F8，密炼缸后盖F9和密炼缸齿轮后盖F10进行旋转，如图15。

机构另外一端固定同样的电机，当电机旋转时，电机带动第二缸体链接F16和成对的小齿轮F3旋转，相应的，小齿轮F3带动中轴F12和螺杆F13旋转。当机构中的两个电机反向旋转时就实现了密炼主体外壳--密炼缸F8，密炼缸后盖F9和密炼缸齿轮后盖F10和密炼工作部件--中轴F12和螺杆F13的共混过程。

如图15所示，密炼缸F8上安装两个密炼盖F7，当共混加工结束时，卸下密炼盖F7就可以取出共混好的材料。

当桌面级生产线生产①多尺寸的短切纤维增强热塑性基体的3D打印线材以及相关粒料、②多尺寸的纯热塑性3D打印线材以及相关粒料和③多尺寸的回收纯热塑性或短切纤维增强热塑性基体的3D打印线材以及相关粒料时，可以采用使用生产线中的单螺杆挤出机、简易水冷系统、牵引机构和切粒或者线材收集机构就可以简单组成自动化生产单元，单螺杆挤出机采用图18所示，不连接浸渍包覆机构。螺纹头B3单独使用，不连接浸渍头主体B1时，就可生产纯树脂或者短纤维增强树脂线材的产品，独特的延长部分有助于线材的预定型。螺纹头B3与浸渍头主体B1连接端的螺纹头B3内孔可以采用多直径尺寸的设计，适用于不同直径线材的制备场合。

另外：

1.一种桌面级挤出机用多尺寸连续纤维增强热塑性基体的浸渍包覆机构，本专利的加热和热稳定系统设计为:浸渍头主体B1纤维进料右端面侧面具有孔I和II用于安装加热棒，螺纹孔孔III，IV和V的任意一孔安装热稳定电偶，加热棒和热电偶与控制板相连，保证纤维浸渍头在加工中温度恒定。但加热系统可以更改成整体结构,如高温加热带包覆等,凡是采用温度反馈对机构加热的方法,均视为本专利保护的范围。另外，本专利主要的应用范围包括长纤维或者连续纤维增强热塑性基体纤维束的生产和加工，但是对于连续线材制备后再造粒，连续3D打印线材制备，电缆包覆等领域的应用都有较好的适用性，应该视为在本专利的保护范围内，浸渍包覆机构的变体和更改个别部件的改动都应该视为本申请保护范围之内，凡采用双通道分别进给原料纤维和热塑性材料的方法都视为本专利的改进或者变体。

2.一种桌面级3D打印线材生产线多功能牵引机构：一、在桌面级或者工业级3d打印线材生产线中凡使用非气动测力机械式或者压电式电机轮组件牵引线材并监控张力轮间的夹紧力的机构设计都应该视为与本专利相同。二、线材成对张力轮C13对线材提供可靠的张力，成对张力轮C13可以单独作为张力组件，凡是可调或者不可调张力轮组件均应该视为本专利的保护范围。

3.一种3D打印线材桌面级二次浸渍包覆的三辊研磨机：一、三辊研磨机主体的加热系统，三辊外壳E2的热电偶支架E3和加热棒E17可以由全包覆的高温加热带代替，因此该方法依然视为本专利的保护范围。二、三辊研磨机可以通过简单的可以拆卸式挡块的设计实现被研磨材料的循环加工，本专利虽然没有作此设计，但是其设计十分简单，因此循环的设计依然视为本专利的保护范围。

4.一种桌面级3D打印线材切断造粒或者线材收集的机构：一、压紧辊D6和切料辊D5可以采用其他形式的部件替换，如齿轮，滚刀，齿轮滚刀，涡轮等，凡是配对组合的切粒组件都视为本专利的保护范围。二、压紧辊D6通过气缸中活塞杆的移动进行调整，该设计可以由电磁阀，继电器，机械联动等替换，凡是位移式压紧辊设计都视为本专利的保护范围。三、切料辊D5由步进电机控制旋转，该切料辊D5可以由齿轮传动，皮带传动，链传动，蜗轮蜗杆，丝杠丝母等传动替换，上述传动方式都视为本专利的保护范围。

5.一种桌面级多相材料复材的共混机构：该桌面级迷你共混机构的主体结构为轴承F2，小齿轮F3，密炼缸F8，密炼缸后盖F9，密炼缸齿轮后盖F10，螺杆F13。密炼缸F8为圆形结构，其形状可以由其他形状替代。该桌面级迷你共混机构的主体结构的螺杆F13为圆柱型螺杆，其形状可以由其他形状替代，如锥形等。凡是设计密炼缸和螺杆形状改变的设计都视为本专利的保护范围。

6.一种桌面级挤出机连续纤维增强热塑性基体的纤维束用进给机构1：本专利是一种适用于桌面级的连续纤维增强热塑性基体纤维束,连续3D打印丝材或者粒料加工的纤维进给机构。机构由两部分组成，连续纤维进给部分和纤维张力提供部分组成。进给机构和纤维张力机构可以合并成一个，或者张力机构可以采用龙门悬挂式的变体。

凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种低成本桌面级多功能3D打印线材全自动加工生产线，包括单螺杆挤出机和水冷系统，其特征在于：还包含迷你纤维束进给系统、张力辊系统、纤维束二次包覆三辊研磨机、牵引机构、切粒或线材收集机构和桌面级挤出机用多尺寸连续纤维增强热塑性基体的浸渍包覆机构，所述单螺杆挤出机、水冷系统、风冷系统、牵引机构和切粒或线材收集机构的输入和输出端依次连接，所述风冷系统设置于所述水冷系统与牵引机构之间，所述迷你纤维束进给系统、张力辊系统和桌面级挤出机用多尺寸连续纤维增强热塑性基体的浸渍包覆机构的输入和输出端依次连接；

所述牵引机构，包括牵引面板、牵引测量前板、牵引测量后板、牵引电机从动板、滑道支架、导轨滑道、滑道蝶形螺母、从动齿轮螺钉、从动齿轮螺母、两个轴承、轴承定位环、定位环螺钉、张力轮、电机从动张力轮、电机主动张力轮、电机方形键、步进电机、测具滑托、百分表和圆垫块组成，所述牵引面板上依次开有五个安装槽，所述牵引面板正面安装有张力辊，所述张力辊通过链接螺钉设置于安装槽任意一个中，所述张力辊可在安装槽中上下不同位置移动，所述牵引面板的顶端两侧设置有滑道支架，所述滑道支架之间安装有导轨滑道，所述导轨滑道的两端通过滑道蝶形螺母与滑道支架固定，所述导轨滑道的一端贯穿设置有从动齿轮螺钉，所述牵引电机从动板的一端由固定在导轨滑道上的从动齿轮螺钉压紧于牵引面板的顶端, 所述牵引电机从动板的另一端与牵引面板的正面固定,所述牵引电机从动板的另一端连接有电机从动张力轮,所述电机从动张力轮在未定位状态下，可在牵引面板上沿电机从动板上下自由滑动,所述电机从动张力轮的下方并列安装有电机主动张力轮,所述步进电机安装于牵引面板的背面，所述电机主动张力轮与步进电机相连,当电机主动张力轮旋转时,带动电机从动张力轮旋转，所述牵引测量前板一端安装于牵引面板正面的任意一个安装槽中，所述牵引测量前板的另一端设置于安装于牵引面板顶端，所述牵引测量后板设置于安装于牵引面板背面，所述牵引测量前板与牵引测量后板对应设置，所述百分表通过测具滑托安装于导轨滑道的另一端,可以根据需要自由滑动,所述百分表测量表头与牵引测量前板和牵引测量后板组合件接触,所述轴承一个安装在牵引测量前板上,另一个安装在牵引面板的任意一个安装槽中，所述轴承通过轴承定位环定位；所述切粒或线材收集机构包含电机组件、电机轴承座、支架和切料辊；当所述切粒或线材收集机构用于线材收集时，所述电机轴承座的前端面安装有电机组件，所述电机轴承座后端面与所述支架相连,电机组件贯穿电机轴承座和支架并与所述切料辊连接，所述切料辊上装接有线材卷轴；当所述切粒或线材收集机构用于线材切断造粒时，所述切粒或线材收集机构还包含迷你气缸组件、压紧辊和气缸支架，所述电机轴承座的前端面安装有电机组件，所述电机轴承座后端面与支架连接，所述电机轴承座和支架的上端均设置有凹槽，连接螺钉贯穿设置于凹槽中，所述连接螺钉靠近电机组件的一端安装有移动支架，所述移动支架上安装有气缸支架，所述气缸支架上安装有迷你气缸组件，所述连接螺钉远离电机组件的一端设置有两个止推轴承，所述支架位于两个止推轴承之间，所述远离电机组件的一端的止推轴承连接有压紧辊，所述压紧辊下方设置有切料辊，所述切料辊上安装有若干片切粒刀片，所述电机组件控制切料辊进行旋转；所述桌面级挤出机用多尺寸连续纤维增强热塑性基体的浸渍包覆机构，包括浸渍头主体、出料观察及快速清理前盖、挤出机连接螺纹头、纤维进口、纤维出口、前盖螺钉、葫芦型挡块、螺柱和螺母，所述浸渍头主体为立方体结构，其具有正面、背面、左端面和右端面四个部分，所述浸渍头主体正面通过四个前盖螺钉连接有出料观察及快速清理前盖，所述出料观察及快速清理前盖中心设置有小孔，所述出料观察及快速清理前盖与浸渍头主体之间设置有凹槽；所述浸渍头主体背面设置有挤出机连接螺纹头，所述挤出机连接螺纹头具有双头螺纹，所述浸渍包覆机构通过挤出机连接螺纹头与单螺杆挤出机连接；所述浸渍头主体右端面设置有纤维进口，所述纤维进口与浸渍头主体之间设置有凹槽；所述浸渍头主体左端面设置有纤维出口，纤维出口具有一定斜度，所述纤维出口与浸渍头主体之间设置有凹槽；所述浸渍头主体左右两端安装的纤维进口和纤维出口由两端各一个的葫芦型挡块限位，所述葫芦型挡块在螺柱和两端各一个的螺母的作用下固定，所述葫芦型挡块靠近纤维进口的位置设置有孔，所述葫芦型挡块靠近纤维出口的位置设置有孔；所述浸渍头主体右端面设置有孔、孔、螺纹孔、螺纹孔和螺纹孔，所述孔和孔用于安装加热棒，所述螺纹孔、螺纹孔和螺纹孔中的任意一螺纹孔安装热稳定电偶；所述挤出机连接螺纹头还可不连接浸渍头主体单独使用；

所述迷你纤维束进给系统由步进电机、纤维支架、传动伞齿轮组、电机支架、纤维链接头和纤维束卷组成，所述纤维链接头之间缠绕有纤维束卷，所述纤维支架的一端设置有电机支架，所述电机支架上设置有步进电机，所述步进电机的输出端与纤维链接头的一端通过传动伞齿轮组连接，当步进电机旋转时，传动伞齿轮组带动纤维链接头转动，进而带动纤维束卷旋转；

所述张力辊系统包括张力面板、张力辊、链接螺钉和百分表，所述张力面板上依次开有五个安装槽，所述张力辊通过链接螺钉设置于任一安装槽中，所述张力辊可在安装槽中上下不同位置移动，所述张力面板的顶端设置有百分表滑轨，所述百分表的一端设置于百分表滑轨上，所述百分表的另一端与通过固定螺母设置于任一安装槽中的测量系统组件相连；

所述纤维束二次包覆三辊研磨机设置于所述水冷系统和风冷系统之间，所述纤维束二次包覆三辊研磨机包含三辊面板、三辊外壳、热电偶支架、三辊从动轮和三辊主动轮，所述三辊面板上端安装有三辊外壳，所述三辊外壳中依次安装有一个三辊主动轮和两个三辊从动轮，所述三辊主动轮通过齿轮与步进电机连接，所述步进电机通过齿轮带动三辊主动轮旋转，所述齿轮和三辊主动轮之间由主动轮连接环，定位环螺钉固定，所述三辊外壳的外侧连接热电偶支架，所述热电偶支架上固定有三根加热棒，所述三辊外壳在与三辊轧制面垂直的方向上开有小槽，槽内固定有三辊限位，所述三辊限位的长度可以调整。

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