CN115007876A - 一种金属浆料螺杆挤出3d打印机 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种金属浆料螺杆挤出3D打印机，包括打印机支架、打印平台、螺杆挤出装置、送料装置、加热装置、运动机构，所述螺杆挤出装置包括电机支座、螺杆电机、螺杆、螺杆套筒、进料转接头、套筒加热圈与打印喷头，所述打印平台包括X轴运动机构、Y轴运动机构与Z轴运动机构，所述送料装置包括送料电机、送料丝杠、挤压板、活塞、储料筒支架、储料筒与出料转接头；本发明可实现不同金属浆料的打印，结构稳定、操作简单、产品打印精度尚可、维护成本低、金属打印成本可大幅度降低。
Description
技术领域
本发明涉及3D打印领域，特别是一种金属浆料螺杆挤出3D打印机。
背景技术
3D打印技术也称为增材制造技术，是20世纪80年代后期发展起来的新型制造技术。该技术以数字化模型为基础，通过逐层累积实现三维实体的打印。目前金属材料的3D打印主要采用选择性激光烧结成型，虽然成型速度快，精度高，但设备昂贵、维护成本高，能耗高和打印要求要求高，导致其不能大规模推广使用。为实一种低成本的金属材料3D打印，将金属粉末与粘结剂制作成浆料的形式，采用金属浆料螺杆挤出3D打印机打印金属零件，最后通过脱脂、烧结的方式得到三维实体。因此提供一种结构简单、稳定性强、挤出量可以精确控制和加工成本低的金属3D打印机是目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种金属浆料螺杆挤出3D打印机，其结构简单、稳定性强、加工成本低，适合打印不同金属粉末材料的3D打印机，应用范围广。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明提供如下技术方案：
一种金属浆料螺杆挤出3D打印机，包括打印机支架、打印平台、螺杆挤出装置、送料装置、加热装置与运动机构；
所述螺杆挤出装置包括电机支座、螺杆电机、螺杆、螺杆套筒、进料转接头、套筒加热圈与打印喷头，所述螺杆电机与电机支座固定连接，所述螺杆放置在螺杆套筒内部，所述螺杆套筒的顶部设有的圆形法兰盘通过螺柱与电机支座固定连接，所述螺杆通过联轴器与螺杆电机连接，所述进料转接头通过螺纹与螺杆套筒连接，所述打印喷头与螺杆套筒通过螺纹连接；
所述打印平台包括X轴运动机构、Y轴运动机构与Z轴运动机构，所述X轴运动机构包括X轴电机、X轴同步轮、X轴光轴与X方向运动滑块，所述X轴电机与X轴同步轮之间通过同步带传动连接，所述X轴同步轮固定安装在X轴光轴上，所述X方向运动滑块内部设有直线轴承在Y轴光轴上滑动连接，所述X方向运动滑块通过同步带在Y轴光轴上滑动连接，所述X方向运动滑块与光轴固定连接，所述光轴通过铜套与固定滑块滑动连接；
所述Y轴运动机构包括Y轴电机、Y轴同步轮、Y轴光轴与Y方向运动滑块，所述Y轴电机与Y轴同步轮之间通过同步带传动连接，所述Y轴同步轮固定安装在Y轴光轴上，所述Y方向运动滑块内部设有直线轴承在X轴光轴上滑动连接，所述Y方向运动滑块通过同步带在X轴光轴上滑动连接，所述Y方向运动滑块上设有光轴，所述光轴同X方向运动滑块上设有的光轴构建成十字型固定架，所述十字型固定架上设有固定滑块在光轴上滑动连接，所述固定滑块上与钢板固定连接，所述钢板上方设有加热板用于加热；
所述Z轴运动机构包括Z轴电机、连接板、Z轴丝杆、Z轴光轴与Z方向限位器，所述Z轴电机固定安装在打印机支架上，所述Z轴丝杆通过联轴器与Z轴电机连接，所述Z轴光轴固定连接在打印机支架上，所述连接板将Z轴光轴和Z轴丝杆连接一起，所述连接板在Z轴丝杆作用可上升和下降移动，所述打印平台固定连接在连接板上做Z方向的上下移动，所述Z方向限位器在Z轴光轴上固定安装；
所述送料装置包括送料电机、送料丝杠、挤压板、活塞、储料筒支架、储料筒与出料转接头，所述送料电机通过螺栓固定安装于电机支撑板上，所述送料电机输出端连接减速器，所述挤压板通过法兰螺母与送料丝杠连接，所述活塞放置于储料筒内部，所述送料电机驱动时带动挤压板推动活塞使储料筒中的浆料从出料转接头处挤出。
优选地，一种金属浆料螺杆挤出3D打印机中，所述螺杆电机与Z轴电机均采用混合式步进电机与减速器连接。
优选地，一种金属浆料螺杆挤出3D打印机中，所述进料转接头和出料转接头均采用气动快速插接头。
优选地，一种金属浆料螺杆挤出3D打印机中，所述螺杆的外壁上部设有挤料螺旋，所述螺杆的下端连接有搅拌叶轮，所述搅拌叶轮的叶片旋向与挤料螺旋旋向相反，所述搅拌叶轮的下端连接有挡料片，所述挡料片沿周向开设有多个过料孔，所述挡料片的外壁连接有密封圈，所述密封圈抵接螺杆套筒内壁。
优选地，一种金属浆料螺杆挤出3D打印机中，所述螺杆套筒的上端设有圆形法兰盘，所述螺杆套筒的外壁上部连接有绝热支架，所述绝热支架的端部连接有散热风扇，所述绝热支架与进料转接头对应设置在螺杆套筒前后两侧。
优选地，一种金属浆料螺杆挤出3D打印机中，所述套筒加热圈套在螺杆套筒外部，所述套筒加热圈沿周向开设有六个装配槽，所述装配槽内插接有电阻加热棒，所述装配槽的槽壁等距离嵌设有四组导热杆，所述导热杆端部伸入螺杆套筒内圈。
优选地，一种金属浆料螺杆挤出3D打印机中，所述电机支座与打印机支架顶端固定安装的十字光轴固定连接。
优选地，一种金属浆料螺杆挤出3D打印机中，所述打印平台做Z、Y、Z三个方向的运动。
优选地，一种金属浆料螺杆挤出3D打印机中，所述储料筒支架设计为可拆卸结构。
优选地，一种金属浆料螺杆挤出3D打印机中，所述储料筒采用点胶机针筒。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明可实现不同金属浆料的打印，结构稳定、操作简单、产品打印精度尚可、维护成本低、金属打印成本可大幅度降低；
2、本发明中挤出装置包括了混合式步进电机、减速器、螺杆及螺杆套筒，质量较大，利用十字光轴将挤出装置固定在打印机支架中间位置，防止挤出装置作为运动机构时惯性过大影响成型精度，十字型连接结构能提高挤出装置安装的稳定性；
3、本发明中挤出装置的螺杆套筒设有圆形法兰盘，便于螺杆套筒的固定连接安装；
4、本发明中送料电机采用混合式步进电机与减速器连接，增大了送料电机的扭力，此外，还可以根据扭力要求更换不同减速比的减速器；
5、本发明中送料装置的储料筒支架为可拆卸结构，可以更不同规格的储料筒与对应的储料筒支架；
6、本发明中活塞在送料驱动电机的作用下将储料筒中的浆料挤出，挤出量根据丝杠的导程、送料电机的转速与储料筒的直径计算得出，根据计算设定送料电机的转速，得到精确的送料量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对具体实施方式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发明的一些实施例，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为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明中打印平台的结构示意图；
图3为本发明中送料装置的结构示意图；
图4为本发明中螺杆挤出装置的结构示意图；
图5为本发明中螺杆套筒的内部结构示意图
图6为本发明中Z轴运动机构的结构示意图；
图中：1、打印机支架；2、电机支座；3、螺杆电机；4、螺杆；5、螺杆套筒；6、进料转接头；7、套筒加热圈；8、打印喷头；9、X轴电机；10、X轴同步轮；11、X轴光轴；12、X方向运动滑块；13、Y轴电机；14、Y轴同步轮；15、Y轴光轴；16、Y方向运动滑块；17、固定滑块；18、钢板；19、加热板；20、Z轴电机；21、连接板；22、Z轴丝杆；23、Z轴光轴；24、Z方向限位器；25、送料电机；26、送料丝杠；27、挤压板；28、活塞；29、储料筒支架；30、储料筒；31、出料转接头；41、挤料螺旋；42、搅拌叶轮；43、挡料片；44、过料孔；45、密封圈；51、绝热支架；52、散热风扇；71、装配槽；72、电阻加热棒；73、导热杆。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-6所示，本实施例为一种金属浆料螺杆挤出3D打印机，包括打印机支架1、打印平台、螺杆挤出装置、送料装置、加热装置与运动机构；
螺杆挤出装置包括电机支座2、螺杆电机3、螺杆4、螺杆套筒5、进料转接头6、套筒加热圈7与打印喷头8，螺杆电机3与电机支座2固定连接，螺杆4放置在螺杆套筒5内部，螺杆套筒5的顶部设有的圆形法兰盘通过螺柱与电机支座2固定连接，螺杆4通过联轴器与螺杆电机3连接，进料转接头6通过螺纹与螺杆套筒5连接，套筒加热圈7套在螺杆套筒5外部，打印喷头8与螺杆套筒5通过螺纹连接，电机支座2与打印机支架1顶端固定安装的十字光轴固定连接，由于挤出装置质量较大。利用光轴构建十字型将挤出装置固定在打印机支架1偏中间位置，防止挤出装置做运动时惯性过大影响成型精度，十字型连接结构能提高挤出装置安装的稳定性。
打印平台包括X轴运动机构、Y轴运动机构与Z轴运动机构，能够做X、Y、Z三个方向的运动，X轴运动机构包括X轴电机9、X轴同步轮10、X轴光轴11与X方向运动滑块12，X轴电机9与X轴同步轮10之间通过同步带传动连接，X轴同步轮10固定安装在X轴光轴11上，X方向运动滑块12内部设有直线轴承在Y轴光轴15上滑动连接，X方向运动滑块12通过同步带在Y轴光轴15上滑动连接，X方向运动滑块12与光轴固定连接，光轴通过铜套与固定滑块17滑动连接；
Y轴运动机构包括Y轴电机13、Y轴同步轮14、Y轴光轴15与Y方向运动滑块16，Y轴电机13与Y轴同步轮14之间通过同步带传动连接，Y轴同步轮14固定安装在Y轴光轴15上，Y方向运动滑块16内部设有直线轴承在X轴光轴11上滑动连接，Y方向运动滑块16通过同步带在X轴光轴11上滑动连接，Y方向运动滑块16上设有光轴，光轴同X方向运动滑块12上设有的光轴构建成十字型固定架，十字型固定架上设有固定滑块17在光轴上滑动连接，固定滑块17上与钢板18固定连接，钢板18上方设有加热板19用于加热；
Z轴运动机构包括Z轴电机20、连接板21、Z轴丝杆22、Z轴光轴23与Z方向限位器24，Z轴电机20固定安装在打印机支架1上，Z轴丝杆22通过联轴器与Z轴电机20连接，Z轴光轴23固定连接在打印机支架1上，连接板21将Z轴光轴23和Z轴丝杆22连接一起，连接板21在Z轴丝杆22作用可上升和下降移动，打印平台固定连接在连接板21上做Z方向的上下移动，Z方向限位器24在Z轴光轴23上固定安装；
送料装置包括送料电机25、送料丝杠26、挤压板27、活塞28、储料筒支架29、储料筒30与出料转接头31，送料电机25通过螺栓固定安装于电机支撑板上，送料电机25输出端连接减速器，挤压板27通过法兰螺母与送料丝杠26连接，活塞28放置于储料筒30内部，送料电机25驱动时带动挤压板27推动活塞28使储料筒30中的浆料从出料转接头31处挤出。
螺杆4的外壁上部设有挤料螺旋41，挤料螺旋41随螺杆4转动，能够将浆料向下挤压输送，螺杆4的下端连接有搅拌叶轮42，搅拌叶轮42的叶片旋向与挤料螺旋41旋向相反，能够在浆料输送时产生一定阻力，对熔融状态的浆料进行搅拌，从而防止熔融状态的浆料因密度不均匀而发生沉积现象，搅拌叶轮42的下端连接有挡料片43，挡料片43沿周向开设有多个过料孔44，浆料沿过料孔44送入打印喷头，减慢熔融浆料向下流动的速率，避免流速过快造成挤出压力超载，挡料片43的外壁连接有密封圈45，密封圈45抵接螺杆套筒5内壁，密封效果好。
螺杆套筒5的上端设有圆形法兰盘，螺杆套筒5的外壁上部连接有绝热支架51，绝热支架51的端部连接有散热风扇52，绝热支架51与进料转接头6对应设置在螺杆套筒5前后两侧，利用散热风机52对螺杆套筒5进行散热，避免套筒加热圈7产生热量传递至上方后过量累积，避免打印材料成为液态，有利于保障后续打印质量。
套筒加热圈7套在螺杆套筒5外部，套筒加热圈7沿周向开设有六个装配槽71，装配槽71内插接有电阻加热棒72，装配槽71的槽壁等距离嵌设有四组导热杆73，导热杆73端部伸入螺杆套筒5内圈，电阻加热棒72能够装卸，便于控制热量输入情况，利用导热杆73进行热量传递，能够将热量及时传递至螺杆套筒5内部，从而对浆料进行加热处理。
进料转接头6和出料转接头31均采用气动快速插接头，将金属浆料顺着管道进入挤出装置中，当储料筒30中浆料被挤完全挤出时，断开出料端气动快速转换接头，更换新的含有金属浆料的储料筒30，本送料装置的送料速度可以根据送料丝杆26导程，储料筒30直径和挤出速度精确计算送料电机25转速，实现精确控制送料量。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (10)
1.一种金属浆料螺杆挤出3D打印机，其特征在于：包括打印机支架(1)、打印平台、螺杆挤出装置、送料装置、加热装置与运动机构；
所述螺杆挤出装置包括电机支座(2)、螺杆电机(3)、螺杆(4)、螺杆套筒(5)、进料转接头(6)、套筒加热圈(7)与打印喷头(8)，所述螺杆电机(3)与电机支座(2)固定连接，所述螺杆(4)放置在螺杆套筒(5)内部，所述螺杆套筒(5)的顶部设有的圆形法兰盘通过螺柱与电机支座(2)固定连接，所述螺杆(4)通过联轴器与螺杆电机(3)连接，所述进料转接头(6)通过螺纹与螺杆套筒(5)连接，所述打印喷头(8)与螺杆套筒(5)通过螺纹连接；
所述打印平台包括X轴运动机构、Y轴运动机构与Z轴运动机构，所述X轴运动机构包括X轴电机(9)、X轴同步轮(10)、X轴光轴(11)与X方向运动滑块(12)，所述X轴电机(9)与X轴同步轮(10)之间通过同步带传动连接，所述X轴同步轮(10)固定安装在X轴光轴(11)上，所述X方向运动滑块(12)内部设有直线轴承在Y轴光轴(15)上滑动连接，所述X方向运动滑块(12)通过同步带在Y轴光轴(15)上滑动连接，所述X方向运动滑块(12)与光轴固定连接，所述光轴通过铜套与固定滑块(17)滑动连接；
所述Y轴运动机构包括Y轴电机(13)、Y轴同步轮(14)、Y轴光轴(15)与Y方向运动滑块(16)，所述Y轴电机(13)与Y轴同步轮(14)之间通过同步带传动连接，所述Y轴同步轮(14)固定安装在Y轴光轴(15)上，所述Y方向运动滑块(16)内部设有直线轴承在X轴光轴(11)上滑动连接，所述Y方向运动滑块(16)通过同步带在X轴光轴(11)上滑动连接，所述Y方向运动滑块(16)上设有光轴，所述光轴同X方向运动滑块(12)上设有的光轴构建成十字型固定架，所述十字型固定架上设有固定滑块(17)在光轴上滑动连接，所述固定滑块(17)上与钢板(18)固定连接，所述钢板(18)上方设有加热板(19)用于加热；
所述Z轴运动机构包括Z轴电机(20)、连接板(21)、Z轴丝杆(22)、Z轴光轴(23)与Z方向限位器(24)，所述Z轴电机(20)固定安装在打印机支架(1)上，所述Z轴丝杆(22)通过联轴器与Z轴电机(20)连接，所述Z轴光轴(23)固定连接在打印机支架(1)上，所述连接板(21)将Z轴光轴(23)和Z轴丝杆(22)连接一起，所述连接板(21)在Z轴丝杆(22)作用可上升和下降移动，所述打印平台固定连接在连接板(21)上做Z方向的上下移动，所述Z方向限位器(24)在Z轴光轴(23)上固定安装；
所述送料装置包括送料电机(25)、送料丝杠(26)、挤压板(27)、活塞(28)、储料筒支架(29)、储料筒(30)与出料转接头(31)，所述送料电机(25)通过螺栓固定安装于电机支撑板上，所述送料电机(25)输出端连接减速器，所述挤压板(27)通过法兰螺母与送料丝杠(26)连接，所述活塞(28)放置于储料筒(30)内部，所述送料电机(25)驱动时带动挤压板(27)推动活塞(28)使储料筒(30)中的浆料从出料转接头(31)处挤出。
2.根据权利要求1所述的一种金属浆料螺杆挤出3D打印机，其特征在于：所述螺杆电机(3)与Z轴电机(20)均采用混合式步进电机与减速器连接。
3.据权利要求1所述的一种金属浆料螺杆挤出3D打印机，其特征在于：所述进料转接头(6)和出料转接头(31)均采用气动快速插接头。
4.据权利要求1所述的一种金属浆料螺杆挤出3D打印机，其特征在于：所述螺杆(4)的外壁上部设有挤料螺旋(41)，所述螺杆(4)的下端连接有搅拌叶轮(42)，所述搅拌叶轮(42)的叶片旋向与挤料螺旋(41)旋向相反，所述搅拌叶轮(42)的下端连接有挡料片(43)，所述挡料片(43)沿周向开设有多个过料孔(44)，所述挡料片(43)的外壁连接有密封圈(45)，所述密封圈(45)抵接螺杆套筒(5)内壁。
5.根据权利要求1所述的一种金属浆料螺杆挤出3D打印机，其特征在于：所述螺杆套筒(5)的上端设有圆形法兰盘，所述螺杆套筒(5)的外壁上部连接有绝热支架(51)，所述绝热支架(51)的端部连接有散热风扇(52)，所述绝热支架(51)与进料转接头(6)对应设置在螺杆套筒(5)前后两侧。
6.根据权利要求1所述的一种金属浆料螺杆挤出3D打印机，其特征在于：所述套筒加热圈(7)套在螺杆套筒(5)外部，所述套筒加热圈(7)沿周向开设有六个装配槽(71)，所述装配槽(71)内插接有电阻加热棒(72)，所述装配槽(71)的槽壁等距离嵌设有四组导热杆(73)，所述导热杆(73)端部伸入螺杆套筒(5)内圈。
7.据权利要求1所述的一种金属浆料螺杆挤出3D打印机，其特征在于：所述电机支座(2)与打印机支架(1)顶端固定安装的十字光轴固定连接。
8.根据权利要求1所述的一种金属浆料螺杆挤出3D打印机，其特征在于：所述打印平台做Z、Y、Z三个方向的运动。
9.根据权利要求1所述的一种金属浆料螺杆挤出3D打印机，其特征在于：所述储料筒支架(29)设计为可拆卸结构。
10.根据权利要求1所述的一种金属浆料螺杆挤出3D打印机，其特征在于：所述储料筒(30)采用点胶机针筒。
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