CN203726795U - 一种基于熔融层积成型技术3d打印机的螺杆挤出装置 - Google Patents

一种基于熔融层积成型技术3d打印机的螺杆挤出装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型专利涉及一种熔融层积成型技术(简称：FDM)的3D打印机的螺杆挤出装置，属于3D打印技术领域。该螺杆挤出装置包括减速机构、送料机构、热融喷头、电机和支撑板，减速机构在电机的驱动下，通过送料机构将热熔丝料送入热融喷头内，热融喷头将热熔丝料加热至熔化，由经蜗杆、蜗轮减速的减速机构中的螺杆将已熔化的热熔丝料从热融喷头中挤出。本螺杆挤出装置设计紧凑、控制精确、挤出压力大、适用于不同尺寸和精度的热熔丝料，有效提高了熔融层积成型技术的3D打印机的精度和速度，有效减少了出丝不均和堵头现象。

Description

一种基于熔融层积成型技术3D打印机的螺杆挤出装置
技术领域
本实用新型属于三维打印成型领域，具体涉及熔融层积成型技术(简称：FDM)的3D打印机的螺杆挤出装置。 
背景技术
FDM熔融层积成型3D打印技术是以丝状热融性材料为原料，利用电加热方式将丝材加热至熔化温度，在计算机的控制下，根据截面信息，用热融喷头将熔融的材料涂覆在工作台上，冷却后形成工件的一层截面，热融喷头上移一层高度，再进行下一层截面涂覆，这样逐层堆积形成三维工件。 
现有FDM熔融层积成型3D打印机的挤出装置均采用步进电机输出轴安装送丝轮，直接对热融丝料进行挤压给进，通过热融丝料向下施加压力，使熔融后材料通过喷头挤出，其主要的问题是： 
1、由于热融丝料前端已受热软化，其挤出压力小，喷头出丝速度有限，造成在设计上喷头口径较大、打印行走机构运行速度较慢，使3D打印机的精度和速度难以提高。 
2、由于热融丝料尺寸不均匀，使热融丝料进料速度和向下压力不均匀，造成喷头出丝速度不均匀，可靠性较差，出现失步，甚至喷头堵死，使得对热融丝料尺寸精度要求很高。 
3、由于是间接的施加挤出压力，使喷头出丝难以精确控制，限制了打印过程中的如停丝走位、加速堆积等的运行动作，影响了3D打印机的精度和速度，降低了打印的成品率。 
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是：利用螺杆挤出技术，为基于熔融层积成型技术3D打印机提供一种可精确控制、并利于提高打印精度和速度的挤出装置。 
为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案： 
一种基于熔融层积成型技术3D打印机的螺杆挤出装置，包括：减速机构、送料机构、热融喷头、电机和支撑板，所述送料机构和电机安装到减速机构上，所述装有送料机构和电机的减速机构安装在支撑板上，所述热融喷头安装在减速机构上，所述减速机构在所述电机的驱动下，通过所述送料机构将热熔丝料送入所述热融喷头内，所述热融喷头将热熔丝料加热至熔点，熔化，由所述减速机构中的螺杆将已熔化的热熔丝料从热融喷头中挤出。 
本实用新型中，所述减速机构包括减速箱上盖、蜗杆、螺杆、蜗轮、减速箱体和联轴器，步进电机的输出轴通过联轴器与蜗杆连接，螺杆与蜗轮刚性连接，减速箱上盖和减速箱体将各零件准确安装到位，保证蜗杆与蜗轮良好啮合状态。 
本实用新型中，所述送料机构包括送料软管、软管接头、顶紧柱、青铜轴承、弹簧、顶紧螺丝和引料管，顶紧柱两端分别套上青铜轴承，装入减速机构中，依次将两只弹簧和两只顶紧螺丝装入减速机构中，两只弹簧分别顶住两只青铜轴承，软管接头装入减速箱上盖，送料软管装入软管接头，引料管装入减速箱体。 
本实用新型中，所述电机为步进电机，安装在减速机构上。 
本实用新型中，所述热融喷头、减速机构依次安装在支撑板上。 
本实用新型中，所述减速机构内的螺杆头部装入热融喷头。 
本实用新型中，所述引料管被支撑板顶紧。 
本实用新型的有益作用在于： 
螺杆的旋转直接施压于熔化后的热熔丝料，通过调整电机的转速、停转和短暂反转，可精确控制出丝速度和精度，避免出丝不均现象，可实现打印机各类复杂的运行动作。 
电机经蜗杆12和蜗轮14减速后，输出端的螺杆大幅提高了扭矩，使挤出压力提高一个数量级以上，有利于使用较小口径的喷头以提高打印精度和大幅度提高打印速度，最大限度避免了喷头堵死现象。 
以螺杆旋转拉入为主、联轴器和顶紧柱旋转挤入为辅、可调整顶紧螺丝和有弹簧随动的送料机构，使打印机适用于不同尺寸热熔丝料，且对其没有尺寸精度要求，同时保证了双送料装置的同步。 
附图说明
图1为本实用新型立体图； 
图2为本实用新型的立体分解图； 
图3为减速箱的主剖面图； 
图4为减速箱的俯视剖面图； 
图5为送料机构的立体分解图； 
其中：1、减速机构；2、送料机构；3、热融喷头；4、电机；5、支撑板；11、减速箱上盖；12、蜗杆；13、螺杆；14、蜗轮；15、减速箱体；16、联轴器；21、送料软管；22、软管接头；23、顶紧柱；24、青铜轴承；25、弹簧；26、顶紧螺丝；27、热熔丝料；28、引料管；41、输出轴。 
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型作进一步说明。 
如附图1所示，一种基于熔融层积成型技术3D打印机的螺杆挤出装置，包括：具有减速和螺旋挤压作用的减速机构1、借用减速机构中旋转部件实现旋转拉入的送料机构2、实现电加热和出丝的热融喷头3、为本装置提供旋转动力的电机4和实现本装置连接及与打印机连接的支撑板5。 
如附图2、图3、图4的所示，所述减速机构1在电机4的输出轴41的驱动下，通过联轴器16驱动蜗杆12，经蜗杆12与蜗轮14的啮合，带动与蜗轮14刚性连接的螺杆13转动。 
如附图2、图3、图4的所示，所述蜗杆12可选用单头，蜗轮14可选用24齿，减速比为1：24，考虑到单头蜗杆12和蜗轮14的传动效率为65％左右，因此，可将电机4的输出扭矩提高15.6倍。 
如附图2的所示，所述螺杆13头部装入热融喷头3内，螺杆13在已熔化的热熔丝料27中的旋转，为热融喷头3提供压力，使熔化的热熔丝料27从热融喷头3中挤出。 
如附图2、图5的所示，热熔丝料27穿过通过送料软管21和软管接头22，进入减速机构1，在减速机构1中的联轴器16与安装在青铜轴承24中的顶紧柱23的中间穿过，由顶紧螺丝26作用于弹簧25施加压力，电机4的输出轴41带动联轴器16转动时，实现热熔丝料27初次、轻压送料。 
如附图2、图5的所示，热熔丝料27再经过安装在减速机构1上的引料管28，进入螺杆13的螺纹槽中，随螺杆13的旋转，将热熔丝料27旋转拉入热融喷头3中，被热融喷头3加热熔化，以便被螺杆13从热融喷头3中挤出。 
如附图2、图5的所示，由于转速与螺杆13转速不一致，所以在热熔丝料27被螺杆13旋转拉入时，作用于热熔丝料27送料的以螺杆13为主，顶紧柱23由于弹簧25的作用，起到随动作用。 
如附图2、图5的所示，顶紧螺丝26可以调节联轴器16和顶紧柱23之间间隙，可适用于常用的φ1.7～φ3.0直径的热熔丝料27. 
如附图2、图5的所示，热熔丝料27被螺杆13旋转拉入特性和联轴器16与顶紧柱23之间的弹性间隙，对热熔丝料27的尺寸精度没有要求。 
如附图1所示，电机4选用42mm、1.8°步进电机，驱动电路采用1/8细分。 
本实施方案中，采用螺杆13的旋转直接施压于熔化后的热熔丝料27，实现了通过控制电机4运转参数，精确控制打印的速度和精度；采用蜗杆12和蜗轮14的减速，输出端的螺 杆13的扭矩大幅提高，使挤出压力提高十倍以上；采用以螺杆13旋转拉入为主、联轴器16和顶紧柱23旋转挤入为辅的送料机构2，使打印机适用于不同尺寸和精度热熔丝料27。 
在此说明中，就特定实例做出描述，仅在说明本实用新型的技术思路和一种实现方式，并为本领域技术人员了解本实用新型内容和实现方案，并不能限制本实用新型的保护范围，凡根据本实用新型核心实质所进行的实施方案改变和功能的增减，均应在本实用新型专利的保护范围内。 

Claims (7)

1.一种基于熔融层积成型技术3D打印机的螺杆挤出装置，其特征在于：包括减速机构(1)、送料机构(2)、热融喷头(3)、电机(4)和支撑板(5)，所述送料机构(2)和电机(4)安装到减速机构(1)上，所述装有送料机构(2)和电机(4)的减速机构(1)安装在支撑板(5)上，所述热融喷头(3)安装在减速机构(1)上，所述减速机构(1)在所述电机(4)的驱动下，通过所述送料机构(2)将热熔丝料(27)送入所述热融喷头(3)内，所述热融喷头(3)将热熔丝料(27)加热至熔点，融化，由所述减速机构(1)中的螺杆(13)将已融化的热熔丝料(27)从热融喷头(3)中挤出。 
2.根据权利要求1所述螺杆挤出装置，其特征在于：减速机构(1)包括减速箱上盖(11)、蜗杆(12)、螺杆(13)、蜗轮(14)、减速箱体(15)和联轴器(16)，电机(4)的输出轴(41)通过联轴器(16)与蜗杆(12)连接，螺杆(13)与蜗轮(14)刚性连接，减速箱上盖(11)和减速箱体(15)将各零件准确安装到位，保证蜗杆(12)与蜗轮(14)良好啮合状态。 
3.根据权利要求1所述螺杆挤出装置，其特征在于：送料机构(2)包括送料软管(21)、软管接头(22)、顶紧柱(23)、青铜轴承(24)、弹簧(25)、顶紧螺丝(26)和引料管(28)，顶紧柱(23)两端分别套上青铜轴承(24)，装入减速机构(1)中，依次将两只弹簧(25)和两只顶紧螺丝(26)装入减速机构(1)中，两只弹簧(25)分别顶住两只青铜轴承(24)，软管接头(22)装入减速箱上盖(11)，送料软管(21)装入软管接头(22)，引料管(28)装入减速箱体(15)。 
4.根据权利要求1所述螺杆挤出装置，其特征在于：电机(4)为步进电机，安装在减速机构(1)上。 
5.根据权利要求1所述螺杆挤出装置，其特征在于：热融喷头(3)、减速机构(1)依次安装在支撑板(5)上。 
6.根据权利要求1所述螺杆挤出装置，其特征在于：减速机构(1)内的螺杆(13)头部装入热融喷头(3)。 
7.根据权利要求1所述螺杆挤出装置，其特征在于：送料机构(2)内的引料管(28)被支撑板(5)顶紧。 
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