CN203496288U - 一种糖基快速成型机喷头装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种糖基快速成型机喷头装置，包括按上、中、下位依次连装设置的料筒、熔融腔和喷嘴，在料筒内设有驱动模块，在熔融腔内设有由驱动模块驱动的螺旋输送-挤压模块，在喷嘴内设置有与螺旋输送-挤压模块通连的针阀模块，在熔融腔外包裹有加热模块。该装置可在保证供料顺畅的基础上，通过针阀自动控制系统来稳定挤出压力并杜绝流涎现象，进而提高制件质量及制作效率。
Description
技术领域
本实用新型属于熔融堆积成型制造技术领域，涉及一种糖基快速成型机喷头装置。
背景技术
熔融堆积成型(Fused Deposition Modeling,FDM)快速成型技术是一种将热熔性材料(如蔗糖原料)通过加热器在喷头内熔化，进而将半流动状态的材料按照零件CAD分层数据控制的截面轮廓和填充轨迹之路径挤出够沉积在指定的位置上凝固成型，再使之与周围的材料粘接并层层堆积成型的快速成型技术。
因为FDM工艺不需要激光器等昂贵、危险设备，供料多样，生产费用低廉，特别适合于办公室3D打印系统，近年来在整个快速成型领域得到了飞速的发展。
喷头装置是FDM成型机的核心组成部分，对整个系统的成型效率、制件精度及成型质量起着决定性的作用。在已有的技术中，申请号为200410067145.X的专利文本公开了一种热塑性颗粒体材料的快速成型螺杆挤压喷头装置，这类喷头装置存在的缺陷包括：由于该装置的料斗为侧面导管斜向注入，进料不够顺畅；同时由于螺杆截面积小，在打印停顿过程中容易造成喷头阻塞现象；此外，由于喷头没有开关装置，挤出压力不够稳定，容易产生流涎现象。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种糖基快速成型机喷头装置，该装置可在保证供料顺畅的基础上，通过针阀自动控制系统来稳定挤出压力并杜绝流涎现象，进而提高制件质量及制作效率。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
一种糖基快速成型机喷头装置，包括按上、中、下位依次连装设置的料筒、熔融腔和喷嘴，在料筒内设有驱动模块，在熔融腔内设有由驱动模块驱动的螺旋输送-挤压模块，在喷嘴内设置有与螺旋输送-挤压模块通连的针阀模块，在熔融腔外包裹有加热模块。
在上述糖基快速成型机喷头装置中，驱动模块由一部安装在电机座上的步进电机构成，在步进电机四周设置有散热组件。
在上述糖基快速成型机喷头装置中，散热组件由半导体制冷片和散热片组成，半导体制冷片制冷面用导热硅胶粘在步进电机的四周，散热面经导热硅胶包覆一圈散热片。
在上述糖基快速成型机喷头装置中，螺旋输送-挤压模块包括一个带有下端底孔的空心轴螺旋输送器，螺旋输送器通过同轴设置的翻边含油轴承和轴承座定位于熔融腔中央，螺旋输送器的上端通过一个绕线螺旋式联轴器与步进电机的输出轴传动联接。
在上述糖基快速成型机喷头装置中，针阀模块由一个通过弹簧设置于螺旋输送器下端底孔中的一体化导杆-活塞-针阀组件构成。
在上述糖基快速成型机喷头装置中，加热模块由电热双包圈、螺钉偶和温度传感器组成，电热双包圈包裹在熔融腔外，温度传感器通过螺钉偶固定在喷嘴上。
在上述糖基快速成型机喷头装置中，料筒与熔融腔之间通过安装板连接，熔融腔与喷嘴之间通过精密细牙螺纹连接。
在上述糖基快速成型机喷头装置中，驱动模块、螺旋输送-挤压模块、针阀模块和加热模块均通过安装板与糖基快速成型机的主控驱动系统相联接。
采用具有本实用新型喷头装置的快速成型机制作糖基成型制品的工作步骤如下所述：
1、在系统工作前的调试中，根据螺旋输送器的额定工作转速及喷头装置的工作压力，转动喷嘴，调整弹簧的设定压力，使蔗糖熔液的压力稳定在许可范围内，针阀的开启灵活自如，然后固定喷嘴；
2、启动主控XYZ定位驱动电机，调整好喷头装置的初始位置；将成型托板加热至预定温度；
3、料筒内装满蔗糖原料，保证连续供料；
4、成型托板下降一个分层厚度；启动熔融腔加热系统，启动喷头驱动步进电机及散热系统(刚开始运行时候步进电机以较低速度运行，使蔗糖颗粒均匀搅入熔融腔)，实时检测喷嘴区蔗糖熔液的温度，并将检测信号传送至温控计算机中，由温控装置精确调节加热装置的加热温度；
5、当喷嘴内蔗糖熔液达到设定的蔗糖熔融温度时，接通主控XYZ电机电源电路。计算机控制系统根据零件CAD分层数据控制的截面轮廓和填充轨迹以及移动速度，精确控制喷头驱动步进电机的转速，保证喷头出料连续、均匀，完成一个分层打印；
6、重复上述步骤3～步骤5，直至工件制作完成。
与申请号为200410067145.X的专利技术相比，本实用新型可利用蔗糖颗粒的自重落料，省去了电磁阀门机构，实际工作中，该喷头装置在强力输送蔗糖颗粒的同时将熔融液态蔗糖螺旋挤向喷孔，在熔液压力超过设定压力后启动针阀，由主机驱动喷头装置进行打印操作，其工作结构具有以下优点：喷头出料压力稳定可控，针阀开关机构避免了打印过程中的流涎现象，通过上位计算机控制系统，精确地调整螺旋输送器的转速，有效地监控喷打过程中的阻塞现象，保证喷头出料时的压力稳定，既节约了材料又提高了制件表面质量；此外驱动电机散发的热量兼作供料的预热，使蔗糖颗粒干燥，有利于下一步熔融并保证进料顺利，节约能源。
附图说明
图1为本实用新型的结构装配简图的主视图。
图2为本实用新型的结构装配简图的左视图。
图3为本实用新型的结构装配简图的俯视图。
图4为本实用新型的空心轴螺旋输送器的三维结构简图。
图5为本实用新型的导杆-活塞-针阀组件的三维结构简图。
图6为本实用新型的熔融腔的三维结构简图。
图7为本实用新型的电机座的三维结构简图。
图8为本实用新型的喷嘴的三维结构简图。
附图中各数字标记的名称分别是：1－步进电机，2－散热组件，3－电机座,4－料筒,5－安装板,6－电热双包圈,7－密封垫圈，8－针阀组件，9－绕线螺旋式联轴器，10－翻边含油轴承，11－轴承座，12－密封垫圈,13－螺旋输送器，14－熔融腔，15螺钉偶，16－喷嘴。
具体实施方式
以下将结合附图对本实用新型内容做进一步说明，但本实用新型的实际应用结构并不仅限于下述的实施例。
参见附图，本实用新型所述的糖基快速成型机喷头装置包括按上、中、下位依次连装设置的圆筒形料筒4、圆锥斗状熔融腔14和喷嘴16，在料筒4内设有驱动模块，在熔融腔14内设有由驱动模块驱动的螺旋输送-挤压模块，在喷嘴16内设置有与螺旋输送-挤压模块通连的针阀模块，在熔融腔14外包裹有加热模块。料筒4与熔融腔14之间通过安装板5连接，熔融腔14与喷嘴16之间通过精密细牙螺纹连接。驱动模块、螺旋输送-挤压模块、针阀模块和加热模块均通过安装板5与糖基快速成型机的主控驱动系统相联接。
所述的驱动模块包括28BYG250-34步进电机1，散热组件2和电机座3。散热组件2由四片半导体制冷片(TES1-04924)和散热片组成，半导体制冷片的制冷面用导热硅胶粘在步进电机1的四周，散热面经导热硅胶覆盖铝散热片。散热组件2散发的热量兼可用于对进料蔗糖颗粒预热。料筒4包围在驱动模块外，其容量满足装满后至少打印一个分层。
所述的螺旋输送-挤压模块包括外径10mm、内径3mm的304不锈钢空心轴螺旋输送器13。螺旋输送器13上部和绕线螺旋式联轴器9相联，中上部安装JBF1015翻边含油轴承10，中部为螺旋输送部分，由3圈外径25mm厚2mm导程10mm的螺旋面组成，以螺旋面外径按H7/h6配合定位于熔融腔14下部内壁；螺旋输送器8下部内孔兼作针阀组件8的活塞缸，活塞缸部分精加工至圆柱度0.005mm，表面粗糙度Ra1.6μm。翻边含油轴承10的轴承座11内嵌有一片VMQ高温(220℃)无毒硅胶密封垫圈12，轴承座11以4-M3不锈钢螺钉和电机座3联结，电机座3底部边缘有三个环形料孔，用于进料。
所述的针阀模块由通过弹簧设置于螺旋输送器13下端底孔(活塞缸)中的导杆-活塞-针阀组件8构成。导杆-活塞-针阀组件8为一体化结构，材料为304不锈钢，活塞外径6mm，最大行程5mm，圆柱度0.005mm，中间套有O型VMQ高温(220℃)无毒硅胶密封圈。导杆上套有压簧1×4×8-2GB2089-94·1Cr18Ni9，通过调整铜质喷嘴16内的密封垫圈7厚度调整针阀开启压力。活塞及针阀锥形配合表面的表面粗糙度Ra0.8μm，针阀及阀座喷嘴的锥孔的锥度1：6，导杆、活塞与针阀的同轴度至0.005mm。喷嘴16锥孔的小孔径为2mm，锥孔的表面粗糙度Ra0.8μm；喷嘴16和熔融腔14以M30×0.5螺纹联结(带高温调整密封环7)，便于在打印阻塞时拆卸清洗。
所述的加热模块由不锈钢电热双包圈6、Pt100螺钉偶15和温度传感器组成，不锈钢电热双包圈6包裹在熔融腔14外，温度传感器通过Pt100螺钉偶15以M6螺纹固定在喷嘴16上。
Claims (8)
1.一种糖基快速成型机喷头装置，其特征在于：包括按上、中、下位依次连装设置的料筒(4)、熔融腔(14)和喷嘴(16)，在料筒(4)内设有驱动模块，在熔融腔(14)内设有由驱动模块驱动的螺旋输送-挤压模块，在喷嘴(16)内设置有与螺旋输送-挤压模块通连的针阀模块，在熔融腔(14)外包裹有加热模块。
2.根据权利要求1所述的糖基快速成型机喷头装置，其特征在于：驱动模块由一部安装在电机座(3)上的步进电机(1)构成，在步进电机(1)四周设置有散热组件(2)。
3.根据权利要求2所述的糖基快速成型机喷头装置，其特征在于：散热组件(2)由半导体制冷片和散热片组成，半导体制冷片制冷面用导热硅胶粘在步进电机(1)的四周，散热面经导热硅胶包覆一圈散热片。
4.根据权利要求1所述的糖基快速成型机喷头装置，其特征在于：螺旋输送-挤压模块包括一个带有下端底孔的空心轴螺旋输送器(13)，螺旋输送器(13)通过同轴设置的翻边含油轴承(10)和轴承座(11)定位于熔融腔(14)中央，螺旋输送器(13)的上端通过一个绕线螺旋式联轴器(9)与步进电机(1)的输出轴传动联接。
5.根据权利要求1所述的糖基快速成型机喷头装置，其特征在于：针阀模块由一个通过弹簧设置于螺旋输送器(13)下端底孔中的一体化导杆-活塞-针阀组件(8)构成。
6.根据权利要求1所述的糖基快速成型机喷头装置，其特征在于：加热模块由电热双包圈(6)、螺钉偶(15)和温度传感器组成，电热双包圈(6)包裹在熔融腔(14)外，温度传感器通过螺钉偶(15)固定在喷嘴(16)上。
7.根据权利要求1所述的糖基快速成型机喷头装置，其特征在于：料筒(4)与熔融腔(14)之间通过安装板(5)连接，熔融腔(14)与喷嘴(16)之间通过精密细牙螺纹连接。
8.根据权利要求1所述的糖基快速成型机喷头装置，其特征在于：驱动模块、螺旋输送-挤压模块、针阀模块和加热模块均通过安装板(5)与糖基快速成型机的主控驱动系统相联接。
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