CN204431743U - 一种连续长纤维复合熔融堆积的3d打印机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种连续长纤维复合熔融堆积的3D打印机，包括基座、打印平台和复合挤出装置，所述打印平台和复合挤出装置自下而上依次安装于基座上，所述复合挤出装置包括螺杆、机筒、长纤维输送管、调节机构、过渡管和喷嘴，所述机筒、过渡管和喷嘴自物料移动方向依次连接，所述螺杆安装于机筒，所述长纤维输送管通过调节机构安装于过渡管，所述喷嘴位于打印平台上方。本实用新型的长纤维输送管与螺杆分开装配，互不干涉，降低了加工难度和装配难度，降低了设备的造价。

Description

一种连续长纤维复合熔融堆积的3D打印机

技术领域

本实用新型涉及3D打印技术，具体涉及一种连续长纤维复合熔融堆积的3D打印机。

背景技术

3D打印是目前一种被广泛应用的快速成型技术，其成型工艺原理是：首先建立目标零件的计算机三维模型，然后用软件将三维模型进行分层切片处理，得到每一个加工层面的数据信息，在计算机控制下，根据切片层面信息进行叠层增材制造，完成目标加工的制造。3D打印的优势在于不受零件形状复杂程度的限制，不需要任何的工装模具，速度快，效率高，能够实现自由形状实体的自动化制造，正在受到越来越广泛的重视。

本申请人的在先发明申请(申请号为201410469682.0)提出了一种熔融堆积3D打印机。其利用长纤维输送管插入于挤出螺杆的安装通道中用于输送连续长纤维，从而可将连续长纤维及打印材料同时挤出至工作平台进行打印。但此在先发明专利申请与现有的熔融堆积3D打印机都存在以下不足：长纤维输送管与挤出螺杆需要精密装配，加工要求高，造价较高，且挤出螺杆旋转过程中可能对长纤维输送管造成干涉。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种结构简单、合理，容易加工和装配的连续长纤维复合熔融堆积的3D打印机。

本实用新型的目的通过以下的技术方案实现：本连续长纤维复合熔融堆积的3D打印机，包括基座、打印平台和复合挤出装置，所述打印平台和复合挤出装置自下而上依次安装于基座上，所述复合挤出装置包括螺杆、机筒、长纤维输送管、调节机构、过渡管和喷嘴，所述机筒、过渡管和喷嘴自物料移动方向依次连接，所述螺杆安装于机筒，所述长纤维输送管通过调节机构安装于过渡管，所述喷嘴位于打印平台上方。

优选的，所述调节机构包括调节丝杆、调节电机和安装于过渡管上方的调节板，所述长纤维输送管的上端与调节板连接，所述调节丝杆的一端与调节板连接，所述调节丝杆的另一端与调节电机连接。

优选的，所述的连续长纤维复合熔融堆积的3D打印机还包括用于调整打印平台水平位置的第一移动机构、用于调节复合挤出装置高度位置的第二移动机构和用于调整复合挤出装置水平位置的第三移动机构，所述打印平台通过第一移动机构安装于基座上，所述第二移动机构的下端安装于基座，所述第三移动机构通过第二移动机构安装于打印平台的上方；所述第一移动机构、第二移动机构和第三移动机构互相垂直。

优选的，所述第一移动机构包括第一移动电机、第一移动丝杆、2根第一导杆和第一移动块，所述第一移动丝杆安装于基座中，且所述第一移动丝杆的一端与第一移动电机连接，2根所述第一导杆安装于基座，且2根所述第一导杆分别位于第一移动丝杆的两侧，所述第一移动块同时套接于第一移动丝杆和2根第一导杆；所述打印平台安装于第一移动块上。

优选的，所述第二移动机构包括第二移动电机、第二移动丝杆和4根第二导杆，所述第二移动丝杆的下端通过第二移动电机安装于基座的一端，其中2根所述第二导杆的下端安装于基座的一端，另2根所述第二导杆的下端安装于基座的另一端；位于基座一端的第二移动丝杆和2根第二导杆同时套接有第二移动块，位于基座另一端的2根第二导杆同时套接有第三移动块，所述第三移动机构的两端分别连接于第二移动块和第三移动块。

优选的，所述第三移动机构包括第三移动电机、第三移动丝杆、2根第三导杆和第四移动块，所述第三移动丝杆和2根第三导杆的两端均分别连接于第二移动块和第三移动块，所述第三移动电机安装于第三移动块，且所述第三移动电机与第三移动丝杆连接，所述第四移动块同时套接于第三移动丝杆和2根第三导杆。

优选的，所述第四移动块的一端上设有安装架，所述安装架的上端安装有用于输送长纤维的输送辊；所述调节板位于输送辊和过渡管之间；所述调节电机安装于第四移动块的一端。

优选的，所述过渡管包含连接段和垂直段，所述垂直段的上端通过连接段与机筒连接，所述垂直段的下端与喷嘴连接；所述长纤维输送管的下端插入垂直段，所述长纤维输送管的中心线、垂直段的中心线和喷嘴的中心线均在同一直线上。

优选的，所述机筒的中心线与过渡管的垂直段的中心线的夹角大小为大于0而小于或等于90°

优选的，所述打印平台内设有空腔。

本实用新型相对于现有技术具有如下的优点：

1、本连续长纤维复合熔融堆积的3D打印机中的长纤维输送管与螺杆分开装配，互不干涉，降低了加工难度和装配难度，降低了设备的造价。

2、本连续长纤维复合熔融堆积的3D打印机中的长纤维输送管通过调节机构安装，则长纤维输送管出口与喷嘴入料口的距离可调，可以调整打印材料与长纤维的浸渍行程，以保证长纤维可充分被打印材料浸渍，同时当长纤维输送管的下端紧贴过渡管的内腔下端时，还可充当截流阀的作用，阻止打印物料自过渡管的内腔流进喷嘴。

3、本连续长纤维复合熔融堆积的3D打印机可以在打印平台的内部空腔充入导热液体，从而使打印平台表面受热均匀，避免因受热不均而使打印产品发生翘曲的不良现象。

附图说明

图1是实施例1的连续长纤维复合熔融堆积的3D打印机的结构示意图。

图2是图1中A处的放大示意图。

图3是实施例1的连续长纤维复合熔融堆积的3D打印机的侧视图。

图4是实施例1的复合挤出装置的结构示意图。

图5是实施例1的打印平台的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

实施例1

如图1至图5所示的连续长纤维复合熔融堆积的3D打印机，包括基座1、打印平台2和复合挤出装置3，所述打印平台2和复合挤出装置3自下而上依次安装于基座1上，所述复合挤出装置3包括螺杆31、机筒32、长纤维输送管33、调节机构34、过渡管35和喷嘴36，所述机筒32、过渡管33和喷嘴36自物料移动方向依次连接，所述螺杆31安装于机筒32，所述长纤维输送管33通过调节机构34安装于过渡管35，所述喷嘴36位于打印平台2上方。

具体的，复合挤出装置3还包括料斗37和挤出电机38，所述料斗37与机筒32连接，而挤出电机38与螺杆31驱动连接。同时机筒32的安装可为水平安装也可倾斜安装，即机筒32的中心线与过渡管35的垂直段352的中心线具有夹角，此夹角的大小为大于0而小于或等于90°。为进一步提高打印质量，所述机筒32和过渡管35套接有加热圈4。

如图1和图2所示，所述调节机构34包括调节丝杆341、调节电机342和安装于过渡管33上方的调节板343，所述长纤维输送管33的上端与调节板343连接，所述调节丝杆341的一端与调节板343连接，所述调节丝杆343的另一端与调节电机342连接。通过转动调节丝杆341，这可调整调节板343进行上下移动。利用调节板343带动长纤维输送管33移动，以调节长纤维输送管33插入垂直段352的深度，即可调节长纤维输送管33的出口与喷嘴36的入料口之间的距离，故整打印材料与长纤维的浸渍行程，以保证长纤维可充分被打印材料浸渍。

所述的连续长纤维复合熔融堆积的3D打印机还包括用于调整打印平台2水平位置的第一移动机构5、用于调节复合挤出装置3高度位置的第二移动机构6和用于调整复合挤出装置3水平位置的第三移动机构7，所述打印平台2通过第一移动机构5安装于基座1上，所述第二移动机构6的下端安装于基座1，所述第三移动机构7通过第二移动机构6安装于打印平台2的上方；所述第一移动机构5、第二移动机构6和第三移动机构7互相垂直。3个移动机构，即第一移动机构5、第二移动机构6和第三移动机构7可调节移动的方向分别与空间坐标中的Y轴、Z轴和X轴的方向一致。则本连续长纤维复合熔融堆积的3D打印机利用3个移动机构控制喷嘴36与打印平台2之间的相对位置，从而完成3D打印过程。

所述第一移动机构5包括第一移动电机51、第一移动丝杆52、2根第一导杆53和第一移动块54，所述第一移动丝杆52安装于基座1中，且所述第一移动丝杆52的一端与第一移动电机51连接，2根所述第一导杆53安装于基座1，且2根所述第一导杆53分别位于第一移动丝杆52的两侧，所述第一移动块54同时套接于第一移动丝杆52和2根第一导杆53；所述打印平台2安装于第一移动块54上。具体，第一移动电机51驱动第一移动丝杆52转动时，第一移动块54带动打印平台2在Y轴方向进行往复移动。

所述第二移动机构6包括第二移动电机61、第二移动丝杆62和4根第二导杆63，所述第二移动丝杆62的下端通过第二移动电机61安装于基座1的一端，其中2根所述第二导杆63的下端安装于基座1的一端，另2根所述第二导杆63的下端安装于基座1的另一端；位于基座1一端的第二移动丝杆62和2根第二导杆63同时套接有第二移动块64，位于基座1另一端的2根第二导杆63同时套接有第三移动块65，所述第三移动机构7的两端分别连接于第二移动块64和第三移动块65。具体的，第二移动电机61驱动第二移动丝杆62转动时，第二移动块64和第三移动块65带动喷嘴36在Z轴方向进行上下往复移动。

所述第三移动机构7包括第三移动电机71、第三移动丝杆72、2根第三导杆73和第四移动块74，所述第三移动丝杆72和2根第三导杆73的两端均分别连接于第二移动块64和第三移动块65，所述第三移动电机71安装于第三移动块65，且所述第三移动电机71与第三移动丝杆72连接，所述第四移动块74同时套接于第三移动丝杆72和2根第三导杆73。具体的，第三移动电机71驱动第三移动丝杆72转动时，第四移动块74带动喷嘴36在X轴方向进行往复移动。

所述第四移动块74的一端上设有安装架8，所述安装架8的上端安装有用于输送长纤维9的输送辊10；所述调节板343位于输送辊10和过渡管35之间；所述调节电机342安装于第四移动块74的一端。具体的输送辊10主要由主动辊101和从动辊102构成，这主动辊101和从动辊102均通过安装架8安装于长纤维输送管33的上方，而主动辊101连接有驱动主动辊101转动的驱动电机103。为了使调节板343移动的稳定性，安装架8的两端设有被调节板343两端穿过的导向槽81。

所述过渡管35包含连接段351和垂直段352，所述垂直段352的上端通过连接段351与机筒32连接，所述垂直段352的下端与喷嘴36连接；所述长纤维输送管33的下端插入垂直段352，所述长纤维输送管33的中心线、垂直段352的中心线和喷嘴36的中心线均在同一直线上。

如图5所示，所述打印平台2内设有空腔。在打印工作过程中，空腔可充入液体，如油或水，当对打印平台进行加热时，空腔内部的液体可以使打印平台的表面受热更加均匀，避免打印产品发生翘曲的不良现象。

本连续长纤维复合熔融堆积的3D打印机的工作过程如下所述：

打印材料从加料斗加入后进入机筒，挤出电机驱动螺杆，螺杆转动将打印材料从机筒输送到过渡管，打印材料自过渡管的连接段流至垂直段；与此同时，连续长纤维通过输送辊进入长纤维输送管，连续长纤维自长纤维输送管的出口出来时，此连续长纤维被垂直段中的打印材料复合浸渍，而经打印材料复合浸渍的连续长纤维与打印材料一起自喷嘴流至打印平台，从而完成打印工作。

具体的，上述连续长纤维复合熔融堆积的3D打印机在打印时采用的连续长纤维可以为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、氨纶纤维、植物纤维或者金属纤维，也可以是经过树脂预浸渍的各类连续长纤维。

在上述打印过程中，第三移动电机驱动第三丝杆带动喷嘴沿X轴方向往复移动，第一移动电机驱动第一丝杆带动打印平台沿Y轴方向往复移动，第二移动电机驱动第二移动丝杆带动喷嘴沿Z轴移动，这通过在X、Y和Z轴三个方向的移动完成精确的3D打印。

实施例2

本连续长纤维复合熔融堆积的3D打印机利用第一同步带驱动第一移动块来代替实施例1中的第一移动丝杆驱动第一移动块，同时，利用第二同步带驱动第四移动块来代替实施例1中的第三移动丝杆驱动第四移动块。则这可提高第一移动块和第四移动块的移动速度，提高打印速度。

上述具体实施方式为本实用新型的优选实施例，并不能对本实用新型进行限定，其他的任何未背离本实用新型的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种连续长纤维复合熔融堆积的3D打印机，包括基座、打印平台和复合挤出装置，所述打印平台和复合挤出装置自下而上依次安装于基座上，其特征在于：所述复合挤出装置包括螺杆、机筒、长纤维输送管、调节机构、过渡管和喷嘴，所述机筒、过渡管和喷嘴自物料移动方向依次连接，所述螺杆安装于机筒，所述长纤维输送管通过调节机构安装于过渡管，所述喷嘴位于打印平台上方。

2.根据权利要求1所述的连续长纤维复合熔融堆积的3D打印机，其特征在于：所述调节机构包括调节丝杆、调节电机和安装于过渡管上方的调节板，所述长纤维输送管的上端与调节板连接，所述调节丝杆的一端与调节板连接，所述调节丝杆的另一端与调节电机连接。

3.根据权利要求2所述的连续长纤维复合熔融堆积的3D打印机，其特征在于：还包括用于调整打印平台水平位置的第一移动机构、用于调节复合挤出装置高度位置的第二移动机构和用于调整复合挤出装置水平位置的第三移动机构，所述打印平台通过第一移动机构安装于基座上，所述第二移动机构的下端安装于基座，所述第三移动机构通过第二移动机构安装于打印平台的上方；所述第一移动机构、第二移动机构和第三移动机构互相垂直。

4.根据权利要求3所述的连续长纤维复合熔融堆积的3D打印机，其特征在于：所述第一移动机构包括第一移动电机、第一移动丝杆、2根第一导杆和第一移动块，所述第一移动丝杆安装于基座中，且所述第一移动丝杆的一端与第一移动电机连接，2根所述第一导杆安装于基座，且2根所述第一导杆分别位于第一移动丝杆的两侧，所述第一移动块同时套接于第一移动丝杆和2根第一导杆；所述打印平台安装于第一移动块上。

5.根据权利要求4所述的连续长纤维复合熔融堆积的3D打印机，其特征在于：所述第二移动机构包括第二移动电机、第二移动丝杆和4根第二导 杆，所述第二移动丝杆的下端通过第二移动电机安装于基座的一端，其中2根所述第二导杆的下端安装于基座的一端，另2根所述第二导杆的下端安装于基座的另一端；位于基座一端的第二移动丝杆和2根第二导杆同时套接有第二移动块，位于基座另一端的2根第二导杆同时套接有第三移动块，所述第三移动机构的两端分别连接于第二移动块和第三移动块。

6.根据权利要求5所述的连续长纤维复合熔融堆积的3D打印机，其特征在于：所述第三移动机构包括第三移动电机、第三移动丝杆、2根第三导杆和第四移动块，所述第三移动丝杆和2根第三导杆的两端均分别连接于第二移动块和第三移动块，所述第三移动电机安装于第三移动块，且所述第三移动电机与第三移动丝杆连接，所述第四移动块同时套接于第三移动丝杆和2根第三导杆。

7.根据权利要求6所述的连续长纤维复合熔融堆积的3D打印机，其特征在于：所述第四移动块的一端上设有安装架，所述安装架的上端安装有用于输送长纤维的输送辊；所述调节板位于输送辊和过渡管之间；所述调节电机安装于第四移动块的一端。

8.根据权利要求1所述的连续长纤维复合熔融堆积的3D打印机，其特征在于：所述过渡管包含连接段和垂直段，所述垂直段的上端通过连接段与机筒连接，所述垂直段的下端与喷嘴连接；所述长纤维输送管的下端插入垂直段，所述长纤维输送管的中心线、垂直段的中心线和喷嘴的中心线均在同一直线上。

9.根据权利要求8所述的连续长纤维复合熔融堆积的3D打印机，其特征在于：所述机筒的中心线与过渡管的垂直段的中心线的夹角大小为大于0而小于或等于90°。

10.根据权利要求1所述的连续长纤维复合熔融堆积的3D打印机，其特征在于：所述打印平台内设有空腔。