CN112829293A - 一种3d打印机螺旋挤出式喷头装置 - Google Patents

一种3d打印机螺旋挤出式喷头装置 Download PDF

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CN112829293A CN201911155837.2A CN201911155837A CN112829293A CN 112829293 A CN112829293 A CN 112829293A CN 201911155837 A CN201911155837 A CN 201911155837A CN 112829293 A CN112829293 A CN 112829293A
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仝永刚
唐佳荟
邓吨英
张鹏
柳建
蔡志海
王斌
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Abstract

本发明涉及一种3D打印机螺旋挤出式喷头装置，包含电机，上端盖，料筒，进料端盖，进料口，挤出螺杆，喷嘴，进料螺杆，孔用弹性挡圈，轴承。进料螺杆与挤出螺杆均由可调速电机带动转动，可通过控制电机转速来控制喷头挤出速度，挤出螺杆下端有与螺杆旋向相反的叶片，防止熔融材料因密度不均匀而发生的沉积现象，当电机带动挤出螺杆转动时，叶片产生的阻力将挤出螺杆挤压下来的熔融材料向上搅拌，同时叶片中间有空隙使材料向下流动。

Description

一种3D打印机螺旋挤出式喷头装置
技术领域
在本发明涉及3D打印技术领域，具体涉及一种 3D 打印机螺旋挤出式喷头装置，特别是一种关于粉末状材料（如金属、陶瓷等）的均匀打印的喷头套件装置。
背景技术
在目前3D打印分为直接打印和间接打印两种方式。
直接打印是打印机喷头机构使用加热套直接加热由送丝机构送到料管中的丝材，材料在喷头中被加热熔化，然后按照计算机对模型切片导出的截面轮廓和运动轨迹进行分层填充，然后在空气中固化，一层一层叠加后，即可打印出出实体物件；
然而，现有的直接打印的FDM型3D打印机的打印机头普遍存在以下缺陷。
（1）打印使用的材料一般为低熔点丝状材料（如ABS塑料丝），但这种材料无法满足人们对工件材料的高要求。
（2）打印过程中，只能通过控制送丝的速度来配合打印头移动的速度从而控制打印的速度，若送丝速度太慢，则会出现丝材断裂的现象。
（3）打印过程中，如果中途暂停打印，继续打印时，ABS塑料丝可能由于其受热膨胀，对外产生作用力，料管与丝材之间的摩擦力与挤压力增大，丝材在料管内壁上下两端移动，从而造成堵塞。
间接打印一般用于打印金属或陶瓷粉末材料，一般是指，在3D打印过程中非直接烧结成型，需要经过脱脂、烧结等辅助工艺的技术称之为“间接3D打印”；这种技术是先通过3D打印完成具有一定强度的高精度成形生坯，后续再进行脱脂、烧结等粉末冶金工艺，从而获得性能一致且优良的产品；这种技术能够获得更高的产品精度和更灵活的产品尺寸，其材料利用率也相较提高，能在一定程度上节约成本。
但间接3D打印技术仍然存在以下缺点。
（1）原材料生产成本高、材料种类较少。
（2）打印机喷头挤出通常无法很好的控制喷头挤出材料的速度。
（3）无法防止金属、陶瓷打印材料与粘结剂混合后因密度不均匀造成的沉积问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种打印速度可以调节、打印质量精度高，能够打印金属、陶瓷材料的3D打印机喷头机构。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本申请公开一种 3D打印机螺旋挤出式喷头装置，包括上端盖，料筒，进料端盖，进料口，轴承，挤出螺杆，喷嘴，进料螺杆；所述挤出螺杆安装于料筒与进料端盖之间，所述进料螺杆安装于料筒与上端盖之间。
优选的，在上述 3D打印机螺旋挤出式喷头中，所述挤出螺杆与料筒和上端盖之间通过轴承实现运动分离，所述进料螺杆与料筒和进料端盖之间通过轴承实现运动分离。
优选的，在上述 3D打印机螺旋挤出式喷头中，所述挤出螺杆与进料螺杆外端均连接有可以调速的微型电机。
优选的，在上述 3D打印机螺旋挤出式喷头中，所述料筒上有一进料口与储料仓相连接。
优选的，在上述 3D打印机螺旋挤出式喷头中，所述挤出螺杆下端设有与螺杆螺纹旋向相反的叶片，所述螺杆叶片下方设置有一带孔挡板。
优选的，在上述 3D打印机螺旋挤出式喷头中，所述料筒下端有一螺纹，通过螺纹与喷嘴连接。
优选的，在上述 3D打印机螺旋挤出式喷头中，所述挤出螺杆与所述料筒内壁之间、所述进料螺杆与料筒之间均存在间隙。
优选的，在上述 3D打印机螺旋挤出式喷头中，所述挤出螺杆的大径为 20—25mm,螺纹宽度为2.5mm，螺距为4mm—8mm。
根据权利要求1所述的3D打印机螺旋挤出式喷头，其特征在于：所述进料螺杆的大径为8—12mm，螺纹宽度为2.5mm，螺距为4mm—8mm。
进一步地，所述挤出螺杆下方有分布均匀的与螺纹旋向相反的4至8个叶片，叶片下方设置有一挡板。
进一步地，所述挤出螺杆下方挡板上沿圆周方向均匀分布有10至20个直径1mm—2mm的小孔。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果。
（1）本发明挤出螺杆下方采用与螺杆旋向相反的叶片，当电机带动螺杆转动时，叶片产生的阻力将螺杆挤压下来的熔融材料向上搅拌，能够防止熔融材料因密度不均匀而发生的沉积现象。
（2）本发明挤出螺杆叶片下方设置有一带孔挡板，挡板能减慢熔融材料向下流动的速度，防止流速过快造成挤出压力过大。
（3）本发明所设计的挤出螺杆的螺纹、叶片与挡板，对于高固含量 3D 打印材料，均具有防止材料沉积，保证材料密度稳定的作用。
（4）本发明采用步进电机带动挤出螺杆挤出加热到熔融状态的原材料，从而可以通过调节电机转速控制挤出速度和精度。
（5）本发明采用步进电机带动进料螺杆转动将粉末材料送入料筒中进行加热，可通过调节步进电机的转速来控制进料螺杆送料速度。
（6）本发明喷嘴使用螺纹连接，可以随时更换不同直径的喷嘴。此时，如果调节两个电机的转速就能更精确地控制打印速度、调节挤出压力，提高挤出精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将以实施例对本发明的技术方案进行描述，并对附图作简单介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本技术领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可根据这些附图来获得其他的附图。
图1所示为本发明具体实施例中3D打印机喷头的立体结构图；
图2所示为本发明具体实施例中3D打印机喷头的外观图；
图3所示为本发明具体实施例中3D打印机喷头的挤出螺杆示意图。
图1-3中：电机1、联轴器2、上端盖3、垫圈4、挤出螺杆5、料筒6、喷嘴7、轴承8、进料端盖9、联轴器10、电机11、轴承12、进料螺杆13。
具体实施例
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。
在本发明的描述中，需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如，可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;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,可以是两个元件内部的连通；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和图2所示，在 3D 打印机螺旋挤出式喷头机构，包括电机1，联轴器2，上端盖3，垫圈4，挤出螺杆5，料筒6，喷嘴7，轴承8，进料端盖9，联轴器10，电机11，轴承12，进料螺杆13。在料筒6左边、进料螺杆13的上方有一进料口。
该技术方案中，料筒外布有加热器，包裹住料筒6，增大受热面，加快原材料的融化。
该技术方案中，电机11与进料螺杆13通过联轴器10连接。通过电机11带动进料螺杆13转动，将粉末材料经进料口进入装置中，通过调节电机转速，可以调节喷头进料的速度。
该技术方案中，进料螺杆13不停旋转，可以将粉末状原材料与粘接剂更充分地混合。
该技术方案中，电机1与挤出螺杆5通过联轴器2连接。通过电机1带动挤出螺杆5，粉末状材料在料筒6中经过熔融、螺杆5挤压向下挤出最后经由喷嘴7挤出。
该技术方案中，通过调节电机1的转速，可以控制寄出螺杆5的挤出速度，更好地调节打印速度，使打印精度更高。
结合图3所示，在一优选实施例中，挤出螺杆5的下端有与螺杆螺纹旋向相反的叶片，螺杆叶片下端设置有一带孔挡板。
该技术方案中，在挤出螺杆5旋转时，叶片产生的阻力将螺杆挤压下来的熔融材料向上搅拌，能够防止熔融材料因密度不均匀而发生的沉积现象。
该技术方案中，在挤出螺杆5与进料螺杆13旋转时，两螺杆与料筒6之间的间隙能保证材料的有效传送，不发生堵塞，同时，间隙也能保证两螺杆与料筒6不发生磨损。
该技术方案中，在挤出螺杆5旋转时，有带孔挡板能减慢熔融材料向下流动的速度，防止流速过快造成挤出压力过大。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种 3D 打印机螺旋挤出式喷头装置，其特征在于：包括上端盖、料筒、进料端盖、挤出螺杆、喷嘴、进料螺杆，所述进料螺杆安装于料筒与进料螺杆之间，所述挤出螺杆安装于料筒与上端盖之间，所述喷嘴安装于料筒下端。
2.根据权利要求1所述的3D打印机螺旋挤出式喷头装置，其特征在于：还包括滚动轴承，该滚动轴承分别置于挤出螺杆与上端盖之间、进料螺杆与料筒之间，并将挤出螺杆与上端盖、进料螺杆与料筒运动分离。
3.根据权利要求1和2所述的3D打印机螺旋挤出式喷头装置，其特征在于：还包括卡簧，该卡簧分别置于进料处的轴承与料筒之间、挤出螺杆处的轴承与上端盖之间，并保证轴承的轴向固定。
4.根据权利要求1至3所述的 3D 打印机螺旋挤出式喷头装置，其特征在于：还包括两电机与两联轴器，两电机分别位于挤出螺杆和进料螺杆外端并且带动挤出螺杆和进料螺杆转动，两联轴器分别位于挤出螺杆与电机轴、进料螺杆与电机轴之间并且传递电机的扭矩到螺杆。
5.根据权利要求1至4所述的3D打印机螺旋挤出式喷头装置，其特征在于：所述挤出螺杆与所述料筒内壁之间、所述进料螺杆与料筒之间均存在间隙。
6.根据权利要求1至5所述的3D打印机螺旋挤出式喷头装置，其特征在于：所述挤出螺杆的大径为20—25mm,螺纹宽度为2.5mm，螺距为4mm—8mm。
7.根据权利要求1至6所述的3D打印机螺旋挤出式喷头装置，其特征在于：所述进料螺杆的大径为8—12mm，螺纹宽度为2.5mm，螺距为4mm—8mm。
8.根据权利要求1至7所述的3D打印机螺旋挤出式喷头装置，其特征在于：所述挤出螺杆下方有分布均匀的与螺纹旋向相反的4至8个叶片，叶片下方设置有一挡板。
9.根据权利要求1至8所述的3D打印机螺旋挤出式喷头装置，其特征在于：所述挤出螺杆下方挡板上沿圆周方向均匀分布有10至20个直径1mm—2mm的小孔。
10.根据权利要求1至9所述的3D打印机螺旋挤出式喷头装置，其特征在于：提供了在多种材料混合的3D打印技术中喷头均匀挤出的应用，尤其是高固含量混合材料在 3D 打印过程中实现挤出密度均匀、有效预防材料沉积方面的应用。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113618871A (zh) * 2021-08-22 2021-11-09 蚌埠学院 用于熔融沉积成型3d打印机的挤出装置及其3d打印机
CN114347461A (zh) * 2021-12-30 2022-04-15 中南大学 一种便于清洗喷头的3d打印机及其使用方法
CN115007876A (zh) * 2022-06-27 2022-09-06 重庆三峡学院 一种金属浆料螺杆挤出3d打印机

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