CN205380889U - 用于可流动性原料3d打印的挤出机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于可流动性原料3D打印的挤出机构，其包括支架以及安装在支架上的电机、蠕动单元和喷头，电机可驱动蠕动单元蠕动，蠕动单元包括设置在支架上的蠕动单元壳体、以及在壳体内的平行间隔设置至少三个滚轮组成的滚轮组，且相邻滚轮的间隙空间内中分别并行设置多个滚子，多根原料软管分别一一对应设置在各间隙空间中并可在滚轮转动而带动滚子滚动过程中被相应间隙空间中的所述滚子挤压，以此方式各原料软管中的原料可被蠕动挤压而输送至喷头。本实用新型还公开了具有上述挤出机构的打印系统。本实用新型采用压缩空气、原料罐和多泵头的相互协同能确保打印速度较快时避免断料以及由蠕动泵脉动引起流量不均匀现象，维护清洗方便。

Description

用于可流动性原料3D打印的挤出机构

技术领域

本实用新型属于3D打印领域，具体涉及一种用于可流动性原料3D打印的挤出机构。

背景技术

3D打印是快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属、黏土、塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。在打印时，软件通过电脑辅助设计技术(CAD)完成一系列数字切片，并将这些切片的信息传送到3D打印机上，后者会将连续的薄型层面堆叠起来，直到一个固态物体成型。

目前大多数的桌面打印机的挤出机构，无论是固体线材还是具有一定流动性的胶体多采用丝杠挤出，例如专利CN105057667A中公开了一种3D打印机构，采用电机、注射器和滚珠丝杠机构，主要用于导电银浆打印电子线路。丝杠挤出机构的加工成本和加工要求较高，丝杠类挤出机构用于食品打印时，更换原料和清洗丝杠挤出机构比较费事，如果清洗不干净容易混料，或滋生细菌引起食品安全等方面的问题。

具有一定流态(可流动性)的原料作为打印材料进行3D打印在目前应用较为广泛，这类原料例如导电油墨、磁性浆料、黏土浆料、食品浆料、融化的巧克力等，其因为原料的物理性质，进行3D打印时输送原料的挤出机构必须与浆料或胶体的物理性质相匹配，同时原料传送也必须适用于这些原料的物理特性，以及适用于相应的快速固化和干燥系统。

针对可流动性原料的3D打印，也有采用蠕动挤出方式的设计，例如中国专利CN204019803U公开了一种3D打印机供料装置，该方案中供料装置的蠕动泵通过旋转使得多棍子对软管进行挤压从而将原料输送至喷头用于打印。该可以打印具有一定流态(可流动性)的原料例如热融的巧克力材料等，而且通过加装保温条等手段还能够对打印材料进行保温。但是，这种蠕动泵的结构实际上是单头蠕动，即仅是单一蠕动作为驱动源，这种单头蠕动泵在输送原料过程中一方面因为挤压实际上仅作用在较长的原料软管的中间的很短区域上，其不能很好的输送粘度较大的耗材，在打印速度较快时可能会出现断料的情况；另外，由于这种单头蠕动积压运动会有不连续性，使得送料过程中会存在较大的脉动现象，导致流量不均匀，使得打印质量较差，无法实现精细打印。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种用于可流动性原料3D打印的挤出机构及其应用，其通过对蠕动机构的结构改进同时通过相应的原料挤压配套结构的优化，可以对原料输送管的大部分长度区域进行作用，并克服送料中的脉动问题，避免打印速度较快时断料现象的产生，原料挤压平顺稳定，从而实现精细高效的打印效果。

为实现上述目的，按照本实用新型，提供一种用于可流动性原料3D打印的挤出机构，其包括支架以及安装在支架上的电机、蠕动单元和喷头，所述电机可驱动所述蠕动单元蠕动，以将与原料罐连通的原料软管中的可流动性的打印原料输送至喷头进行打印；

其特征在于，所述蠕动单元包括设置在支架上的蠕动单元壳体、以及在壳体内的平行间隔设置且可同步转动的至少三个滚轮组成的滚轮组，且相邻滚轮的间隙空间内分别并行设置多个滚子，多根原料软管分别一一对应设置在各间隙空间中并可在滚轮转动而带动滚子滚动过程中被相应间隙空间中的所述滚子挤压，以此方式各原料软管中的原料可被蠕动挤压而输送至喷头。

作为本实用新型的进一步优选，所述滚子两端分别与对应两滚轮的侧面固定，并沿对应滚轮的外边缘呈周向均匀布置。

作为本实用新型的进一步优选，所述滚子优选呈圆柱体，其与对应的滚轮侧面垂直。

作为本实用新型的进一步优选，两相邻间隙空间中的各滚子在滚轮周向上相互错开，优选其中任一间隙空间中的任一滚子在周向上平分相邻的另一间隙空间中的相邻两滚子在周向上形成的角度。

作为本实用新型的进一步优选，各所述间隙空间中的滚子数量可以相同，例如均为3-6个，也可以不同。

作为本实用新型的进一步优选，所述蠕动单元壳体上其中一侧分别设置有与所述间隙空间数量相同的多个与原料罐连通的软管进口，相对应地，相对的另一侧分别设置多个与打印喷头连通的软管出口，所述蠕动单元中的每个原料软管分别与其中一软管进口和一软管出口连通。

作为本实用新型的进一步优选，所述支架上还设置有相互啮合的驱动齿轮和从动齿轮，主动齿轮与电机输出轴连接，从动齿轮与蠕动泵连接，电机通过上述啮合的齿轮驱动蠕动泵中的各滚轮同步转动。

作为本实用新型的进一步优选，滚轮中靠近从动齿轮一侧的滚轮上开有定位孔，所述从动齿轮上同轴固定设置有安装盘，安装盘上设置有凸起的键，从动齿轮通过该键与滚轮上的定位孔配合，实现与滚轮连接以传输动力。

作为本实用新型的进一步优选，还包括空气压缩机和空气净化器，所述空气压缩机产生压缩空气经过空气净化器被净化后，充入原料罐中，以挤压原料罐中的活塞，从而通过软管将原料输送到蠕动单元进口。

作为本实用新型的进一步优选，所述原料罐上还设置有用于过滤原料的过滤装置、用于消除气泡的除泡装置、用于监测原料粘度的粘度监测装置。

本实用新型中的上述这种通过气泵利用净化的空气对原料进行积压推动的方式，并结合可流动性原料的特性以及相应的除泡和过滤装置，可以使得原料没有气泡，流量控制更加均匀稳定，有利于提高打印质量。

按照本实用新型的另一方面，提供一种具有上述挤出机构的打印系统。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

(1)本实用新型的机构的蠕动单元采用多个蠕动通道，一方面可以使得蠕动动作作用在较长的软管区域上，而且由于多通道的相互抵消作用，可以解决原料通过蠕动机构时存在的较大脉动问题；

(2)本实用新型中的蠕动单元中，滚子与支撑面呈相互滚动挤压，不容易留下死角，而且其作用力强，可以很好的输送粘度较大的耗材，特别是因为其空气压缩机与双泵头甚至多泵头的相互协作方式，不会出现在打印速度较快时出现断料的情况。

(3)本实用新型中，原料罐设置的保温、过滤和除泡装置，可确保原料的细腻均匀，在打印过程避免喷头堵塞和由于气泡造成的缺陷，粘度监测可为挤出机构调整气压大小，确保原料输送时流量恒定提供参数。

(4)本实用新型的蠕动挤出机构，其挤出的丝状原料的直径较为均匀，在更换原料以用于不同领域时，通过更换软管即可避免原料的混合污染，特别是对于食品打印，所用软管都是事先清洗消毒和密封的食品级和医用级软管，能确保卫生与安全。

(5)本实用新型的蠕动挤出机构，采用压缩空气、原料罐和双泵头的相互协同能确保打印速度较快时避免断料以及由蠕动泵脉动引起流量不均匀现象，并且确保打印的稳定性、提高打印品质，该挤出机构维护清洗方便，更换软管就可完成清洗和维护。

附图说明

图1为按照本实用新型实施例所构建的用于可流动性原料3D打印的挤出机构的系统架构示意图；

图2为图1中的挤出机构的结构示意图；

图3为图2中挤出机构的支架结构示意图；

图4为图2中的挤出机构的蠕动单元结构示意图；

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-减速步进电机，2-支架，3-左滚轮滚子，4-蠕动机构左进口卡槽，5-蠕动机构右进口卡槽，6-右滚轮滚子，7-滚轮，8-蠕动机构，9-蠕动机构右出口卡槽，10-蠕动机构左出口卡槽，11-喷头上盖，12-打印喷头，13-定位挡光片，14-从动齿轮，15-驱动齿轮，16-左滚轮，17-右滚轮。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1和2所示，按照本实用新型实施例所构建的一种用于可流动性原料3D打印的挤出机构，其包括空气压缩机26、空气净化器27、原料罐28、支架2以及安装在支架2上的减速步进电机1、蠕动单元8以及喷头12。

空气压缩机26产生压缩空气经过空气净化器27被净化后，充入原料罐28中，以挤压原料罐28中的活塞，优选地，原料罐28竖直放置且气体进口在原料罐上方，原料出口在原料罐28下方。原料罐28中的原料在活塞的推动下被挤压，并进而通过软管输送到蠕动单元进口，本实施例中优选蠕动单元进口为两个，两根软管分别卡在蠕动机构左出口卡槽内和蠕动机构右进口卡槽，原料罐通过一根软管输送打印耗材通过三通接头将打印原料分别送入两根软管的进口，原料通过蠕动挤出机构后分别由挤出机两个软管出口挤出，所述两根软管出口再通过一个三通将原料汇集到一根出口软管中，所述一根出口软管连接打印机喷头再通过喷头挤出。

在一个实施例中，所述空气压缩机通过一根气管连接压力调节器，经过空气净化器的压缩空气通过一根气管连接原料罐。

在一个实施例中，所述原料罐外壁安装有保温套，适用于对原料进行温度恒定，特别有利于保持可流动性原料的粘度以及流动稳定性，从而保证原料输送稳定提高打印质量。

另一个实施例中，所述原料罐上还设置有用于过滤原料的过滤装置、用于消除气泡的除泡装置、和/或用于监测原料粘度的粘度监测装置，使得原料罐还可以具有过滤、除泡和粘度监测功能。

上述装置一是可确保原料的细腻均匀，在打印过程避免喷头堵塞和由于气泡造成的缺陷，二是粘度监测可为挤出机构调整气压大小，确保原料输送时流量恒定提供参数。

另一个实施例中，所诉原料罐外壁还可以安装有机械震动装置，以用于对可流动性原料进行均匀振动，消除气泡并使得原料流动更均匀稳定。

支架2上的一侧设置有减速步进电机1，另一侧安装蠕动单元。其中，支架2上还设置有相互啮合的驱动齿轮15和从动齿轮14，主动齿轮15与减速步进电机输出轴连接，从动齿轮14与蠕动泵连接，步进电机1通过上述传动机构驱动蠕动泵转动。

如图3和4所示，蠕动单元包括设置在支架2上的蠕动单元壳体，设置在壳体内的滚轮组，本实施例中，如图4所示，滚轮组优选包括三个平行且间隔一定距离并行设置的三个滚轮，这样在滚轮之间形成两组间隙空间，其作为原料蠕动的空间。滚轮优选为圆形板体结构，三个滚轮同轴固定连接可同步转动，各滚轮之间的空间中并行设置有多个滚子，各滚子优选呈圆柱体结构，其两端分别与滚轮侧面固定连接，并与滚轮圆形表面垂直。

优选地，两滚轮之间设置的多个滚子在滚轮圆形表面上周向上均匀分别，滚子数量优选为3-6个，也可以是其他数量。

本实用新型中蠕动单元的进口可以根据实际情况进行具体选择，例如三个及以上等，相应地，滚轮的数量也适应性地对应可以为四个或以上。

在三个滚轮中靠近从动齿轮一侧的滚轮上开有定位孔，其用于与从动齿轮14固定连接，以用于传递动力。在一个实施例中，从动齿轮14上同轴固定设置有安装盘，安装盘上设置有凸起的键，从动齿轮14通过该键和孔的方式与滚轮连接以传输动力。

在本实施例中，如图4所示，蠕动单元的壳体上方分别设置有两个软管进口卡槽，分别为进口卡槽4和进口卡槽5，同时下方分别设置两个软管出口卡槽，分别为出口卡槽9和出口卡槽10，这两对卡槽分别用于对左边软管和右边软管定位防止软管在受到挤压时左右滑动。

所述减速步进电机1用于驱动齿轮15带动齿轮14，所述齿轮14通过键24和孔25连接滚轮7，齿轮14转动带动滚轮7转动，所述蠕动单元内部软管在蠕动机构8中的滚轮上的滚子3和滚子6的碾压下挤出，在原料分别到达出口10和出口9时再利用三通接头将两股原料汇集成一股耗材，所述一股耗材再通过软管输送到打印机喷头。

本实施例中，两滚轮空隙中滚子的数量都为3个，且左滚轮空隙或右滚轮空隙中的各滚子之间在周向上呈120度，优选地，左滚轮空隙中的滚子相对与右滚轮空隙中的滚子在周向上相互错开，例如在周向上恰好在右滚轮空隙的两个滚子间的角平分线上。这种交错布置的方式可以使得软管中的原料或耗材所受的压力峰和谷互补，导致左右滚轮所产生的脉动恰好能够相互抵消，能够减少原料挤出时的脉动幅度提高挤出丝料的均匀度。在另一个实施例中，滚子在左右滚轮空隙中设置的数量都为6个，每个滚子所成的角为60度，左滚轮空隙中的滚子相对与右滚轮空隙中的滚子在周向上相互错开，例如在周向上恰好在右滚轮空隙的两个滚子间的角平分线上。

在位于蠕动单元壳体出口下方设置有打印喷口12，其通过软管与出口连通，蠕动单元挤压输出的原料通过出口进入打印喷口12，进而进行打印。

当然，上述实施例中蠕动单元中的滚轮数量设置为三个，但是本实用新型中对于滚轮数量并不限于此，实际上是可以根据实际需要进行具体选择的，例如可以为四个或以上，以便于形成更多的挤出空隙，相应地可以配备多根软管，以实现多通道的挤压输出。

具有上述挤出机构的打印机可以用于各种领域的3D或2D打印，例如可以用于食品2D和3D打印，优选地，其中所使用的耗材软管为食品级软管和医用级软管。还可以是用于陶土或黏土3D的打印，所述软管优选为耐腐蚀的化工专用软管。还可以用于导电油墨柔性电路的2D和3D打印，所述软管为耐腐蚀的化工专用软管。也可以用于粘结磁体的3D打印，所述软管可以为耐腐蚀的无磁性专用软管。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于可流动性原料3D打印的挤出机构，其包括支架(2)以及安装在支架(2)上的电机(1)、蠕动单元(8)和喷头(12)，所述电机(1)可驱动所述蠕动单元(8)蠕动，以将与原料罐(28)连通的原料软管中的可流动性的打印原料输送至喷头进行打印；

其特征在于，所述蠕动单元包括设置在支架(2)上的蠕动单元壳体、以及设置在壳体内的平行间隔设置且可同步转动的至少三个滚轮(7)组成的滚轮组，且相邻滚轮(7)的间隙空间内中分别并行设置多个滚子(3、6)，多根原料软管分别一一对应设置在各间隙空间中并可在滚轮(7)转动而带动滚子(3、6)滚动过程中被相应间隙空间中的所述滚子(3、6)挤压，以此方式各原料软管中的原料可被蠕动挤压而输送至喷头。

2.根据权利要求1所述的用于可流动性原料3D打印的挤出机构，其中，所述滚子(3、6)两端分别与对应两滚轮(7)的侧面固定，并沿对应滚轮(7)的外边缘呈周向均匀布置。

3.根据权利要求2所述的用于可流动性原料3D打印的挤出机构，其中所述滚子(3、6)呈圆柱体，其与对应的滚轮(7)侧面垂直。

4.根据权利要求3所述的用于可流动性原料3D打印的挤出机构，其中，两相邻间隙空间中的各滚子(3、6)在滚轮(7)周向上相互错开。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的用于可流动性原料3D打印的挤出机构，其中，各所述间隙空间中的滚子(3、6)数量相同，或者不同。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的用于可流动性原料3D打印的挤出机构，其中，所述蠕动单元壳体上其中一侧分别设置有与所述间隙空间数量相同的多个与原料罐连通的软管进口(4、5)，相对应地，相对的另一侧分别设置多个与打印喷头连通的软管出口(9、10)，所述蠕动单元(8)中的每个原料软管分别与其中一软管进口和一软管出口连通。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的用于可流动性原料3D打印的挤出机构，其中，所述支架(2)上还设置有相互啮合的驱动齿轮(15)和从动齿轮(14)，主动齿轮(15)与电机(1)输出轴连接，从动齿轮(14)与蠕动单元连接，电机(1)通过上述啮合的齿轮驱动蠕动单元中的各滚轮同步转动。

8.根据权利要求1-4中任一项所述的用于可流动性原料3D打印的挤出机构，其中，滚轮中靠近从动齿轮一侧的滚轮上开有定位孔，所述从动齿轮(14)上同轴固定设置有安装盘，安装盘上设置有凸起的键，从动齿轮(14)通过该键与滚轮上的定位孔配合，实现与滚轮连接以传输动力。

9.根据权利要求1-4中任一项所述的用于可流动性原料3D打印的挤出机构，其中，还包括空气压缩机(26)和空气净化器(27)，所述空气压缩机(26)产生压缩空气经过空气净化器(27)被净化后，充入原料罐(28)中，以挤压原料罐(28)中的活塞，从而通过软管将原料输送到蠕动单元进口。

10.根据权利要求1-4中任一项所述的用于可流动性原料3D打印的挤出机构，其中所述原料罐上还设置有用于过滤原料的过滤装置、用于消除气泡的除泡装置、和/或用于监测原料粘度的粘度监测装置。