CN114290679B - 一种3d打印机进丝结构及其调试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种3D打印机进丝结构，包括混合加热结构，丝料整形冷却结构，进丝结构，剪切结构和打印结构，混合加热结构设有输入柔性丝料的柔性丝料通道、输入热塑性丝料的热塑性丝料通道和用来混合丝料的混合腔，柔性丝料缠绕在进丝结构。进丝结构带动柔性丝料向下移动时，热塑性丝料远程送料至混合加热结构，熔化的热塑性丝料黏附在柔性丝料周围形成混合丝料，混合丝料在进丝结构带动下进入剪切结构，剪切结构剪断混合丝料，进丝结构持续进丝，被切断的混合丝料从打印结构挤出。通过进丝结构将柔性丝料持续送料，在打印结构打印之前生成了柔性丝料和热塑性丝料构成的混合丝料，解决了柔性丝料由于柔软纤细而难以3D打印的问题。

Description

一种3D打印机进丝结构及其调试方法

技术领域

本发明属于3D打印领域，具体涉及一种3D打印机进丝结构及其调试方法。

背景技术

FDM(熔融沉积)3D打印机通过高温加热打印喷头使打印耗材熔化并沉积至打印平台，熔化打印耗材接触打印平台时受冷迅速凝结，打印喷头沿着设定好的打印路径将打印耗材层层沉积到打印平台上，从而构造具有三维结构的模型。

长纤维复合材料由长纤维与聚合物树脂所形成的复合材料。经常使用的长纤维有合成纤维、玻璃纤维、碳纤维、金属纤维等。纤维——聚合物复合材料是已知最强固和最坚韧的工程材料，各种纤维可赋予复合材料优异的机械性能，如高模量、高强度、高韧性等。纤维复合材料中，界面黏合状况在决定材料模量、强度和韧性方面有很重要的作用。如何使用3D打印机打印纤维复合材料是现在3D打印领域的研究方向。

复合材料中会用到柔性丝料和具有一定刚性的热融性丝料混合以便加强打印强度。例如，凯夫拉纤维是一种芳纶纤维材料，具有超高的强度、良好的韧性和抗张性。与玻璃纤维、碳纤维、金属纤维相比，凯夫拉纤维柔软纤细，送丝较为麻烦。而现有可打印长纤维复合材料的3D打印机只能打印硬度较高的长纤维，长纤维和热塑性丝料分别通过不同的送料装置进入喷头，而无法打印柔软纤细的凯夫拉纤维。

发明内容

本发明的目的在于提供一种3D打印机进丝结构及其调试方法，通过进丝结构带动柔性丝料的移动，将热塑性丝料高温熔化黏附在柔性丝料周围形成混合丝料，剪切结构剪去底部的混合丝料，通过进丝结构将混合丝料送入打印结构，从而打印含有柔性丝料的混合丝料。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种3D打印机进丝结构，包括混合加热结构，丝料整形冷却结构，进丝结构，剪切结构和打印结构，混合加热结构设有输入柔性丝料的柔性丝料通道、输入热塑性丝料的热塑性丝料通道和用来混合丝料的混合腔，柔性丝料缠绕在进丝结构。

将柔性丝料依次通过混合加热结构、丝料整形冷却结构、剪切结构后，缠绕在进丝结构上，进丝结构带动柔性丝料向下移动时，热塑性丝料远程送料至混合加热结构，熔化的热塑性丝料黏附在柔性丝料周围形成混合丝料，混合丝料在进丝结构带动下进入丝料整形冷却结构、进丝结构和剪切结构，剪切结构剪断混合丝料，进丝结构持续进丝，被切断的混合丝料从打印结构挤出。

进一步，丝料整形冷却结构设有定型杆，混合丝料经过定型杆后依次进入进丝结构、剪切结构和打印结构。

定型杆用于混合丝料的冷却定型，便于混合丝料最终进入打印结构。

进一步，混合加热结构还包括加热块，加热块加热混合腔，柔性丝料通道的端口连接有纤维固定螺母，柔性丝料贯穿纤维固定螺母。

加热块对混合腔进行加热，使热塑性丝料熔化。由于柔性丝料柔软纤细，线头较难进入柔性丝料通道，因此可使用胶水或打火机将线头固化，柔性丝料先贯穿纤维固定螺母，再将纤维固定螺母安装在柔性丝料通道的端口处，安装好后，由于接下来的通道都较为宽敞，因此可以手动向下送丝，直至柔性丝料到进丝结构。

进一步，丝料整形冷却结构还包括固定盒，定型杆固定在固定盒内，定型杆设有混合丝料通道，固定盒铰接有检修门，检修门设有观察窗。

固定盒用于安装定型杆，固定盒保护并进一步冷却混合丝料。固定盒通过检修门打开，可手动将柔性丝料拉出，观察窗的设置便于监测混合丝料的出丝情况。

进一步，柔性丝料进入柔性丝料通道之前经过滚轮组件，柔性丝料缠绕在滚轮组件从而使柔性丝料张紧。

滚轮组件拉紧柔性丝料，使其便于送料。

进一步，剪切结构内设有混合丝料通道，混合丝料通道连通有剪切通道，剪切通道内设有连有电磁推杆的刀片。

电磁推杆推出刀片，刀片沿着剪切通道伸出从而切断混合丝料，切割完毕后电磁推杆收回刀片。

进一步，进丝结构包括旋转电机、主动轮和从动轮，旋转电机连接主动轮，主动轮设有主动轮螺纹外壁，从动轮设有从动轮螺纹外壁，混合丝料从主动轮螺纹外壁与从动轮螺纹外壁之间的间隙穿过。

旋转电机转动带动主动轮转动，混合丝料进入间隙后带动从动轮转动，混合丝料在旋转电机的作用下向下送料。主动轮螺纹外壁和从动轮螺纹外壁增加混合丝料与主动轮和从动轮的摩擦，提高混合丝料送料时受到的摩擦力。

进一步，主动轮设有纤维拉紧轴，柔性丝料缠绕在纤维拉紧轴上。

旋转电机转动带动主动轮和纤维拉紧轴转动，柔性丝料的底部绕在纤维拉紧轴上使其向下移动。

进一步，打印结构包括打印喷头、加热组件和散热组件，散热组件包括第一散热风机、第二散热风机和散热通道，第二散热风机与散热通道相连通，散热通道对准打印喷头的喷嘴。

混合丝料在打印喷头里进一步加热熔化从喷嘴处挤出，第一散热风机用于加热组件的散热，第二散热风机和散热通道用于喷嘴挤出的混合丝料的冷却。

一种3D打印机进丝结构的调试方法，包括如下步骤：

1、将柔性丝料缠绕在滚轮组件后穿过纤维固定螺母，纤维固定螺母固定在柔性丝料通道的端口处；

2、打开检修门，向下送入柔性丝料依次穿过柔性丝料通道、定型杆、进丝结构，将其缠绕在纤维拉紧轴上，关闭检修门；

3、将热塑性丝料远程送入热塑性丝料通道内，同时旋转电机转动，加热块进行加热，热塑性塑料熔化后在混合腔内黏附在柔性丝料周围形成混合丝料；

4、当混合丝料经过定型杆冷却定型后进入进丝结构之前，将缠绕在纤维拉紧轴的柔性丝料放入主动轮和从动轮之间的间隙，混合丝料进入主动轮和从动轮之间的间隙，并进入剪切组件；

5、混合丝料进入剪切组件之后，电磁推杆伸出，刀片切断混合丝料，电磁推杆收回；

6、进丝结构持续进丝，被切断的混合丝料从打印结构挤出，此时整个进丝结构内均为混合丝料，可以进行3D打印。

通过手动将柔性丝料缠绕在进丝结构的纤维拉紧轴上，使其向下移动的同时熔融热塑性丝料，生成的混合丝料向下移动，当混合丝料进入进丝结构时，手动将缠绕的柔性丝料放在主动轮和从动轮的间隙，使混合丝料进入间隙内，混合丝料在旋转电机的带动下进入剪切组件，剪切组件剪断混合丝料，被剪断的混合丝料被挤出打印结构，此时整个打印结构内均为混合丝料，可以进行3D打印。

由于采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：

本发明将柔性丝料依次通过混合加热结构、丝料整形冷却结构、剪切结构后，缠绕在进丝结构上，进丝结构带动柔性丝料向下移动时，热塑性丝料远程送料至混合加热结构，熔化的热塑性丝料黏附在柔性丝料周围形成混合丝料，混合丝料在进丝结构带动下进入丝料整形冷却结构、进丝结构和剪切结构，剪切结构剪断混合丝料，进丝结构持续进丝，被切断的混合丝料从打印结构挤出。本发明通过进丝结构将柔性丝料持续送料，在打印结构打印之前生成了柔性丝料和热塑性丝料构成的混合丝料，解决了柔性丝料由于柔软纤细而难以3D打印的问题。

本发明的调试方法通过手动将柔性丝料缠绕在进丝结构的纤维拉紧轴上，使其向下移动的同时熔融热塑性丝料，生成的混合丝料向下移动，当混合丝料进入进丝结构时，手动将缠绕的柔性丝料放在主动轮和从动轮的间隙，使混合丝料进入间隙内，混合丝料在旋转电机的带动下进入剪切组件，剪切组件剪断混合丝料，被剪断的混合丝料被挤出打印结构，此时整个打印结构内均为混合丝料，可以进行3D打印。调试方法操作简单，一次调试便可长时间使用。

附图说明

下面通过附图对本发明作进一步说明。

图1为一种3D打印机进丝结构的结构示意图；

图2为剪切结构的剖面图。

具体实施方式

如图1所示的一种3D打印机进丝结构，包括混合加热结构1，丝料整形冷却结构2，进丝结构3，剪切结构4和打印结构5，混合加热结构1设有柔性丝料通道101、热塑性丝料通道102和混合腔(图中未画出)，丝料整形冷却结构2设有定型杆201，柔性丝料6从柔性丝料通道101依次进入到定型杆201、剪切结构4后缠绕在进丝结构3，热塑性丝料7从热塑性丝料通道102进入混合腔内熔化附着在柔性丝料6上形成混合丝料8，混合丝料8经过定型杆201和纤维张紧组件后依次进入进丝结构3、剪切结构4和打印结构5。

混合加热结构1还包括加热块103，加热块103加热混合腔，柔性丝料通道101的端口连接有纤维固定螺母104，柔性丝料6贯穿纤维固定螺母104。加热块103对混合腔进行加热，使热塑性丝料7熔化。由于柔性丝料6柔软纤细，线头较难进入柔性丝料通道101，因此可使用胶水或打火机将线头固化，柔性丝料6先贯穿纤维固定螺母104，再将纤维固定螺母104安装在柔性丝料通道101的端口处，安装好后，由于接下来的通道都较为宽敞，因此可以手动向下送丝，直至柔性丝料6到进丝结构3。

丝料整形冷却结构2还包括固定盒202，定型杆201固定在固定盒202内，定型杆201设有混合丝料通道。固定盒202用于安装定型杆201，定型杆201用于混合丝料8的冷却定型，固定盒202保护并进一步冷却混合丝料8。

柔性丝料6进入柔性丝料通道101之前经过滚轮组件9，柔性丝料6缠绕在滚轮组件9从而使柔性丝料6张紧。滚轮组件9拉紧柔性丝料6，使其便于送料。

固定盒202铰接有检修门203，检修门203设有观察窗204。固定盒202通过检修门203打开，可手动将柔性丝料6拉出，观察窗204的设置便于监测混合丝料8的出丝情况。

进丝结构3包括旋转电机(图中未画出)、主动轮301和从动轮302，旋转电机连接主动轮301，主动轮301设有主动轮301螺纹外壁，从动轮302设有从动轮302螺纹外壁，混合丝料8从主动轮螺纹外壁303与从动轮螺纹外壁(图中未画出)之间的间隙穿过。旋转电机转动带动主动轮301转动，混合丝料8进入间隙后带动从动轮302转动，混合丝料8在旋转电机的作用下向下送料。主动轮螺纹外壁303和从动轮螺纹外壁增加混合丝料8与主动轮301和从动轮302的摩擦，提高混合丝料8送料时受到的摩擦力。主动轮301设有纤维拉紧轴304，柔性丝料6缠绕在纤维拉紧轴304上。旋转电机转动带动主动轮301和纤维拉紧轴304转动，柔性丝料6的底部绕在纤维拉紧轴304上使其向下移动。

如图2所示的剪切结构4内设有混合丝料通道401，混合丝料通道401连通有剪切通道402，剪切通道402内设有连有电磁推杆403的刀片404。电磁推杆403推出刀片404，刀片404沿着剪切通道402伸出从而切断混合丝料8，切割完毕后电磁推杆403收回刀片404。

打印结构5包括打印喷头501、加热组件502和散热组件，散热组件包括第一散热风机503、第二散热风机504和散热通道505，第二散热风机504与散热通道505相连通，散热通道505对准打印喷头501的喷嘴。混合丝料8在打印喷头501里进一步加热熔化从喷嘴处挤出，第一散热风机503用于加热组件502的散热，第二散热风机504和散热通道505用于喷嘴挤出的混合丝料8的冷却。

一种3D打印机进丝结构的调试方法，包括如下步骤：

1、将柔性丝料6缠绕在滚轮组件9，线头用胶水或打火机固化后穿过纤维固定螺母104，纤维固定螺母104固定在柔性丝料通道101的端口处；

2、打开检修门203，向下送入柔性丝料6依次穿过柔性丝料通道101、定型杆201、进丝结构3，将其缠绕在纤维拉紧轴304上，关闭检修门203；

3、将热塑性丝料7远程送入热塑性丝料通道102内，同时旋转电机转动，加热块103进行加热，热塑性塑料熔化后在混合腔内黏附在柔性丝料6周围形成混合丝料8；

4、当混合丝料8经过定型杆201冷却定型后进入进丝结构3之前，将缠绕在纤维拉紧轴304的柔性丝料6放入主动轮301和从动轮302之间的间隙，混合丝料8进入主动轮301和从动轮302之间的间隙，并进入剪切组件；

5、混合丝料8进入剪切组件之后，电磁推杆403伸出，刀片404切断混合丝料8，电磁推杆403收回；

6、进丝结构3持续进丝，被切断的混合丝料8从打印结构5挤出，此时整个打印结构内均为混合丝料，可以进行3D打印。

以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出地简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种3D打印机进丝结构，其特征在于：包括混合加热结构，丝料整形冷却结构，进丝结构，剪切结构和打印结构，所述混合加热结构设有输入柔性丝料的柔性丝料通道、输入热塑性丝料的热塑性丝料通道和用来混合丝料的混合腔，所述柔性丝料缠绕在所述进丝结构，所述丝料整形冷却结构设有定型杆，所述混合丝料经过所述定型杆后依次进入所述进丝结构、所述剪切结构和所述打印结构，所述进丝结构包括旋转电机、主动轮和从动轮，所述旋转电机连接所述主动轮，所述主动轮设有主动轮螺纹外壁，所述从动轮设有从动轮螺纹外壁，所述混合丝料从所述主动轮螺纹外壁与所述从动轮螺纹外壁之间的间隙穿过，所述主动轮设有纤维拉紧轴，所述柔性丝料缠绕在所述纤维拉紧轴上，所述丝料整形冷却结构还包括固定盒，所述定型杆固定在所述固定盒内，所述定型杆设有混合丝料通道，所述剪切结构内设有混合丝料通道，所述混合丝料通道连通有剪切通道，所述剪切通道内设有连有电磁推杆的刀片。

2.根据权利要求1所述一种3D打印机进丝结构，其特征在于：所述混合加热结构还包括加热块，所述加热块加热所述混合腔，所述柔性丝料通道的端口连接有纤维固定螺母，所述柔性丝料贯穿所述纤维固定螺母。

3.根据权利要求2所述一种3D打印机进丝结构，其特征在于：所述固定盒铰接有检修门，所述检修门设有观察窗。

4.根据权利要求3所述一种3D打印机进丝结构，其特征在于：所述柔性丝料进入所述柔性丝料通道之前经过滚轮组件，所述柔性丝料缠绕在所述滚轮组件从而使所述柔性丝料张紧。

5.根据权利要求4所述一种3D打印机进丝结构，其特征在于：所述打印结构包括打印喷头、加热组件和散热组件，所述散热组件包括第一散热风机、第二散热风机和散热通道，所述第二散热风机与所述散热通道相连通，所述散热通道对准所述打印喷头的喷嘴。

6.一种如权利要求5所述3D打印机进丝结构的调试方法，其特征在于，包括如下步骤：

1、将柔性丝料缠绕在滚轮组件后穿过纤维固定螺母，纤维固定螺母固定在柔性丝料通道的端口处；

2、打开检修门，向下送入柔性丝料依次穿过柔性丝料通道、定型杆、进丝结构，将其缠绕在纤维拉紧轴上，关闭检修门；

3、将热塑性丝料远程送入热塑性丝料通道内，同时旋转电机转动，加热块进行加热，热塑性塑料熔化后在混合腔内黏附在柔性丝料周围形成混合丝料；

4、当混合丝料经过定型杆冷却定型后进入进丝结构之前，将缠绕在纤维拉紧轴的柔性丝料放入主动轮和从动轮之间的间隙，混合丝料进入主动轮和从动轮之间的间隙，并进入剪切组件；

5、混合丝料进入剪切组件之后，电磁推杆伸出，刀片切断混合丝料，电磁推杆收回；

6、进丝结构持续进丝，被切断的混合丝料从打印结构挤出，此时整个进丝结构内均为混合丝料，可以进行3D打印。