CN113334770A - 一种适用于3d打印丝盘的振动防松器及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于3D打印丝盘的振动防松器及其使用方法，该振动防松器由垂直防松机构、旋转防松机构、导向基座和盖板构成。针对航空航天等领域振动工况中3D打印成形的需求，通过垂直防松机构和旋转防松机构协同的弹性随动防松设计，既限制丝盘除旋转方向外的运动自由度，又保障送丝机构工作时丝盘正向旋转出丝，避免丝盘剧烈晃动以及逆向回转造成丝材松弛、掉落甚至扭曲变形，提高振动工况下3D打印丝材供料的连续性与稳定性。通用于各规格丝盘，适合各类3D打印丝材，含聚合物及其复合材料、金属及其复合材料、金属与聚合物复合材料等。被动式设计无需额外动力源、结构紧凑且便于安装使用，满足低耗、可靠的实际应用需求。

Description

一种适用于3D打印丝盘的振动防松器及其使用方法

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，具体涉及一种适用于3D打印丝盘的振动防松器及其使用方法。

背景技术

丝材是3D打印的典型原料之一，基于丝材的3D打印快速成形，在工业生产中的应用日益广泛，伴随航空航天等领域重大应用需求的迭代更新，出现了非静止工况中3D打印成形的新要求。如美国国家宇航局主导的Spider Fab在轨制造，由机器人辅助太空3D打印机，以丝材为原料，在空间移动过程中打印并装配百千米级空间大型结构；各国积极开展的3D打印抛物线失重飞行试验，将3D打印装备搭载于飞机内，在抛物线飞行过程中完成丝材的熔融/熔化成形等。

而无论随机器人移动或是搭载抛物线飞机飞行，都不可避免地给丝盘带来外部振动干扰。以抛物线失重飞行为例，为获得丝材打印过程的短时微重力，除起飞降落的短时剧烈震动以及气流等引起的随机颠振外，3D打印全程还将经历多次“常重力-超重-失重-超重-常重力”的周期性变重力干扰。

常规3D打印中，外部通常相对静止或低扰动，丝盘通过中心孔以大间隙方式悬挂于丝盘轴上，利用丝盘及丝盘中丝材的自身重力，保证丝盘不会大幅晃动；送丝机构工作时丝盘仅旋转运动，随之拉出丝材送入打印头。但在抛物线飞行等振动工况中，外部干扰大，若仍按常规方式固定，丝盘将剧烈晃动并伴随逆向回转，原本紧密排列的丝材从丝盘上松开、掉落，且受送丝滚轮持续向外拖拽力的影响，丝材极易交叉缠绕甚至扭曲锁死；尤其丝材为镁合金、铝合金等易变形轻金属(直径小于1mm)时，该问题更为突出，将导致出丝失败，最终打印中止。另也有丝盘中心孔内置轴承等改进方式，可减小丝盘与固定轴的配合间隙，一定程度上改善外部振动干扰下丝盘的剧烈晃动，但仍不能解决其逆向回转造成的丝材松散以及无序缠绕变形问题。该缺陷严重影响了3D打印丝材供料的连续性与稳定性，已成为振动工况中决定丝材3D打印能否持续进行的关键技术瓶颈之一。

发明内容

本发明提供一种适用于3D打印丝盘的振动防松器及其使用方法，在航空航天等相关工业领域，着力解决振动工况中，丝盘因外部振动晃动或逆向回转，引起丝材松弛、掉落甚至扭曲变形，从而导致3D打印无法连续稳定进行的技术难题。为此，本发明采用以下技术方案：

本发明的技术方案之一是一种适用于3D打印丝盘的振动防松器，包括垂直防松机构、旋转防松机构、导向基座和盖板。所述垂直防松机构连接旋转防松机构，沿导向基座内部导向槽垂直伸缩，旋转防松机构随动丝盘，盖板固定在导向基座两端，导向基座连接调节安装块，调节安装块固定于底板；

所述盖板防止垂直防松机构和旋转防松机构脱出导向基座；垂直防松机构和旋转防松机构既限制丝盘除旋转外的自由度，又防止其逆向回转，避免振动工况造成的丝材松弛、掉落甚至扭曲变形，提高振动工况下3D打印丝材供料的连续性与稳定性；

当振动防松器处于非工作状态时，垂直防松机构的上限位弹簧I、上限位弹簧II、下限位弹簧I和下限位弹簧II伸展，旋转防松机构的上滚动摩擦轮和下滚动摩擦轮接触；

当振动防松器处于工作状态时，丝盘单侧挡边滑入旋转防松机构的上滚动摩擦轮和下滚动摩擦轮之间，垂直防松机构的上限位弹簧I、上限位弹簧II、下限位弹簧I和下限位弹簧II压缩，上滚动摩擦轮和下滚动摩擦轮挤压丝盘挡边两侧。

本发明中，所述垂直防松机构分为上下对称的垂直防松机构上部和垂直防松机构下部，其中：

所述垂直防松机构上部包括上限位弹簧I、上限位弹簧II和上限位滑块，所述上限位弹簧I和所述上限位弹簧II对称分布，所述上限位弹簧I和上限位弹簧II的一端在上限位滑块沉孔内，另一端在盖板对应沉孔中；

所述垂直防松机构下部包括下限位弹簧I、下限位弹簧II和下限位滑块，下限位弹簧I和下限位弹簧II对称分布，所述下限位弹簧I和下限位弹簧II的一端在下限位滑块沉孔内，另一端在盖板对应沉孔中。

本发明中，所述旋转防松机构分为上下对称的旋转防松机构上部和旋转防松机构下部，其中：

所述旋转防松机构上部包括上滚动摩擦轮和上滚动轴，上滚动轴一端连接上滚动摩擦轮，另一端固定在上限位滑块中；

所述旋转防松机构下部包括下滚动摩擦轮和下滚动轴，下滚动轴一端连接下滚动摩擦轮，另一端固定于在下限位滑块中。

本发明中，所述上滚动摩擦轮和下滚动摩擦轮接触丝盘挡边的外圆周表面覆盖阻尼材质层。

本发明中，所述振动防松器单个或多组使用。

本发明中，所述振动防松器适用丝材是聚合物及其复合材料或金属及其复合材料或金属与聚合物复合材料。

本发明的另一技术方案是根据振动防松器的使用方法，其包含如下步骤：

A)丝盘单侧挡边滑入上滚动摩擦轮和下滚动摩擦轮之间；

B)导向基座与调节安装块螺钉连接，调整调节安装块的腰孔位置，使丝盘挡边平行于底板；

C)螺钉连接固定调节安装块与底板。

有益效果在于：

本发明提供一种适用于3D打印丝盘的振动防松器及其使用方法，其中：

1.垂直防松机构和旋转防松机构协同作用的弹性随动防松，既限制丝盘除旋转方向以外的运动自由度，又保障送丝机构作用下丝盘仅正向旋转出丝，有效避免振动工况引起的丝盘剧烈晃动以及逆向回转，实现平稳供料，保障振动特殊工况下3D打印丝材供料的连续性与稳定性。

2.适用丝材范围广，涵盖聚合物及其复合材料、金属及其复合材料、聚合物与金属复合材料等。

3.被动式设计无需额外动力源、结构紧凑且便于安装使用，满足航空航天等工业领域低耗、可靠的实际应用需求。

附图说明

图1为按本发明优选实施例构建的一种适用于3D打印丝盘的振动防松器的结构示意图；

图2为图1所示垂直防松机构的限位弹簧的剖视图；

图3为图1所示旋转防松机构的中心剖视图；

图4为按本发明优选实施例所构建的导向基座的结构示意图；

图5为按本发明优选实施例所构建的振动防松器工作时张开状态的结构示意图；

图6为按本发明优选实施例所构建的振动防松器应用于狭窄空间薄型丝盘的示意图。

附图各部件标记如下：

1.垂直防松机构，2.旋转防松机构，3.导向基座，4.盖板，5.调节连接块，6.底板，7.薄型丝盘，8.送丝机构，9.丝材，11.上限位弹簧I，12.上限位弹簧II，13.上限位滑块，11’.下限位弹簧I，12’.下限位弹簧II，13’.下限位滑块，21.上滚动摩擦轮，22.上滚动轴，21’.下滚动摩擦轮，22’.下滚动轴。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

如图1所示为按本发明优选实施例构建的一种适用于3D打印丝盘的振动防松器的结构示意图；图2为图1所示垂直防松机构的限位弹簧的剖视图；图3为图1所示旋转防松机构的中心剖视图；图4为按本发明优选实施例所构建的导向基座的结构示意图；图5为按本发明优选实施例所构建的振动防松器工作时张开状态的结构示意图。本发明提供了一种适用于3D打印丝盘的振动防松器，由垂直防松机构1、旋转防松机构2、导向基座3和盖板4组成，其中：

垂直防松机构1连接旋转防松机构2，沿导向基座3内部导向垂直移动，旋转防松机构2随动于丝盘，导向基座3两端固定盖板4，防止防止垂直防松机构1和旋转防松机构2脱出导向基座3。

垂直防松机构1分为上下对称两部分，垂直防松机构1的上部包括上限位弹簧I11、上限位弹簧II12和上限位滑块13，垂直防松机构1的下部包括下限位弹簧I11’、下限位弹簧II12’和下限位滑块13’。上限位弹簧I11和上限位弹簧II12对称分布，一端在上限位滑块13沉孔内，另一端在上部盖板4对应沉孔中；下限位弹簧I11’和下限位弹簧II12’同样对称分布，一端在下限位滑块13’沉孔内，另一端在下部盖板4对应沉孔中。上限位滑块13和下限位滑块13’在弹力作用下，可沿导向基座3内槽垂直移动。

旋转防松机构2分为上下对称两部分，旋转防松机构2的上部包括上滚动摩擦轮21和上滚动轴22，旋转防松机构2的下部包括下滚动摩擦轮21’和下滚动轴22’。上滚动轴22一端连接上滚动摩擦轮21，另一端固定在上限位滑块13中；下滚动轴22’一端连接下滚动摩擦轮21’，另一端固定于下限位滑块13’。

工作状态时，丝盘单侧挡边进入上滚动摩擦轮21和下滚动摩擦轮21’之间，上限位弹簧I11、上限位弹簧II12、下限位弹簧I11’和下限位弹簧II12’压缩，上滚动摩擦轮21和下滚动摩擦轮21’分别挤压丝盘挡边。非工作状态时，上限位弹簧I11、上限位弹簧II12、下限位弹簧I11’和下限位弹簧II12’伸展，上滚动摩擦轮21和下滚动摩擦轮21’接触。

如图6所示为按本发明优选实施例所构建的振动防松器应用于狭窄空间薄型丝盘的示意图。薄型丝盘7厚度25mm，挡边外径270mm，单个振动防松器安装于薄型丝盘7右侧，其中：振动防松器的滚动摩擦轮21和下滚动摩擦轮21’夹紧薄型丝盘7上侧挡边，导向基座3连接调节安装块5使薄型丝盘7平行于底板6，调节安装块5通过底板螺纹孔与底板6固定。送丝机构8往外送出丝材9时，在振动防松器的弹性随动作用下，薄型丝盘7不受外部振动影响，平行底板6正向旋转出丝。丝盘直径较大时(≥300mm)，可使用2组及以上的振动防松器，均布安装。

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，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (7)

1.一种适用于3D打印丝盘的振动防松器，其特征在于：包括垂直防松机构(1)、旋转防松机构(2)、导向基座(3)和盖板(4)，其中：

所述垂直防松机构(1)连接旋转防松机构(2)，沿导向基座(3)内部导向槽垂直伸缩，旋转防松机构(2)随动丝盘，盖板(4)固定在导向基座(3)两端，导向基座(3)连接调节安装块(5)，调节安装块(5)固定于底板(6)；

当振动防松器处于非工作状态时，垂直防松机构(1)的上限位弹簧I(11)、上限位弹簧II(12)、下限位弹簧I(11’)和下限位弹簧II(12’)伸展，旋转防松机构(2)的上滚动摩擦轮(21)和下滚动摩擦轮(21’)接触；

当振动防松器处于工作状态时，丝盘单侧挡边滑入旋转防松机构(2)的上滚动摩擦轮(21)和下滚动摩擦轮(21’)之间，垂直防松机构(1)的上限位弹簧I(11)、上限位弹簧II(12)、下限位弹簧I(11’)和下限位弹簧II(12’)压缩，上滚动摩擦轮(21)和下滚动摩擦轮(21’)挤压丝盘挡边两侧。

2.如权利要求1所述一种适用于3D打印丝盘的振动防松器，其特征在于：所述垂直防松机构(1)包括上下对称的垂直防松机构上部和垂直防松机构下部，其中：

所述垂直防松机构上部包括上限位弹簧I(11)、上限位弹簧II(12)和上限位滑块(13)，所述上限位弹簧I(11)和所述上限位弹簧II(12)对称分布，所述上限位弹簧I(11)和上限位弹簧II(12)的一端在上限位滑块(13)沉孔内，另一端在盖板(4)对应沉孔中；

所述垂直防松机构下部包括下限位弹簧I(11’)、下限位弹簧II(12’)和下限位滑块(13’)，下限位弹簧I(11’)和下限位弹簧II(12’)对称分布，所述下限位弹簧I(11’)和下限位弹簧II(12’)的一端在下限位滑块(13’)沉孔内，另一端在盖板(4)对应沉孔中。

3.如权利要求1或2所述一种适用于3D打印丝盘的振动防松器，其特征在于：所述旋转防松机构(2)包括上下对称的旋转防松机构上部和旋转防松机构下部，其中：

所述旋转防松机构上部包括上滚动摩擦轮(21)和上滚动轴(22)，所述上滚动轴(22)一端连接所述上滚动摩擦轮(21)，另一端固定在上限位滑块(13)中；

所述旋转防松机构下部包括下滚动摩擦轮(21’)和下滚动轴(22’)，下滚动轴(22’)一端连接下滚动摩擦轮(21’)，另一端固定在下限位滑块(13’)中。

4.如权利要求3所述一种适用于3D打印丝盘的振动防松器，其特征在于：所述上滚动摩擦轮(21)和下滚动摩擦轮(21’)接触丝盘挡边的外圆周表面覆盖阻尼材质层。

5.如权利要求1-4所述一种适用于3D打印丝盘的振动防松器，其特征在于：所述振动防松器单个或多组使用。

6.如权利要求1-4所述一种适用于3D打印丝盘的振动防松器，其特征在于：所述振动防松器适用丝材是聚合物及其复合材料或金属及其复合材料或金属与聚合物复合材料。

7.一种适用于3D打印丝盘的振动防松器的使用方法，其特征在于包含如下步骤：

A)丝盘单侧挡边滑入上滚动摩擦轮(21)和下滚动摩擦轮(21’)之间；

B)导向基座(3)与调节安装块(5)螺钉连接，调整调节安装块(5)的腰孔位置，使丝盘挡边平行于底板(6)；

C)螺钉连接固定调节安装块(5)与底板(6)。

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