CN206678393U - 一种用于3d打印机供料量精确控制的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于3D打印机供料量精确控制的装置，包括熔池筒、铝合金加热块和喷嘴，所述喷嘴设置于所述熔池筒下方，所述铝合金加热块套设于所述熔池筒外侧，所述熔池筒、铝合金加热块和喷嘴同轴设置；所述喷嘴上端的进料口与所述熔池筒内的熔池相通，所述喷嘴下端设置有挤出口；所述熔池筒筒壁上开有竖直孔，所述竖直孔上端开口设置于所述熔池筒上端面上，所述竖直孔下端开口设置于所述熔池筒内壁上；所述竖直孔内设置有一弯针；本装置在打印过程中电磁开关和挤出电机通过控制弯针上升和下降，精确控制出料的开始和停止，材料进行精确堆积，由线到面再到实体，最终完成整个模型的高质量打印。

Description

一种用于3D打印机供料量精确控制的装置

技术领域

本实用新型属于增材制造技术领域，具体涉及一种用于3D打印机供料量精确控制的装置。

背景技术

熔融沉积式（FDM）的3D打印机，将丝状的PLA、ABS等热塑性材料加热熔融成液态，通过细口喷嘴挤出并在工作平台上迅速凝固，喷嘴在计算机的控制下按照零件的分层截面信息运动，逐层堆积从而形成三维实体零件。

该类型3D打印机供料量的精确控制困难：三维模型经过模型切片后形成3D打印机喷嘴扫描路径，各扫描路径切换时，喷头进料口和挤出口完全相通，熔融的液态材料极易从挤出口滴落，随着喷头的移动形成“拉丝”现象，在成形零件表面形成疤痕或斑点，严重影响成型件表面质量。

为了精确控制供料量，解决上述现象，目前普遍采取供料挤出电机“回抽”的方式：在不需要耗材流出时，挤出电机反转，使耗材从喷嘴中抽出一段距离，抽回挤出口即将滴落的耗材。

但是，这种“回抽”方法存在以下缺陷：

1.“回抽”长度和速度等参数调整困难：由于不同品牌和类型的耗材，其粘度、直径公差等参数各不相同，更换时需要重新测试“回抽”长度和速度，以保证合格的打印质量。若“回抽”长度和速度过大，会使喷嘴内部液体耗材抽出过多，再次出料时供料短时不足，打印表面会形成凹痕；若“回抽”长度和速度过小，会造成喷嘴内部液体耗材抽出过少，部分流出挤出口，形成“拉丝”现象，打印表面会形成斑点。该测试过程复杂繁琐，需要多次重复实验，耗费大量时间。

2.挤出电机负担过大：打印结构复杂的零件时，挤出电机需要不停正反转，发热异常严重，严重影响挤出电机的寿命；还有可能引起步进电机“失步”，导致进丝量不精确，产生打印质量问题，甚至可能因电机过热保护而停转，使打印一半的零件功亏一篑。

3.在打印结构非常复杂的零件时，例如镂空球结构，打印机供料量的精确度要求非常高，即使利用“回抽”功能也容易形成“拉丝”现象。

实用新型内容

为了解决现有技术中存在的“回抽”方法不能精确控制回抽长度和速度，导致3D打印质量不合格的技术问题，本实用新型提供了以下技术方案：

一种用于3D打印机供料量精确控制装置，包括熔池筒、铝合金加热块和喷嘴，所述喷嘴设置于所述熔池筒下方，所述铝合金加热块套设于所述熔池筒外侧，所述熔池筒、铝合金加热块和喷嘴同轴设置；

所述喷嘴上端的进料口与所述熔池筒内的熔池相通，所述喷嘴下端设置有挤出口；

所述熔池筒筒壁上开有竖直孔，所述竖直孔上端开口设置于所述熔池筒上端面上，所述竖直孔下端开口设置于所述熔池筒内壁上；

所述竖直孔内设置有一弯针；

所述弯针分为第一水平段、第一竖直段、第二水平段和第二竖直段，所述第一竖直段设置于所述竖直孔内，所述第二竖直段设置于所述熔池筒内、且位于所述熔池筒轴心线上，所述第一竖直段底端和所述第二竖直段顶端之间通过所述第二水平段固定连接，所述第一水平段与所述第一竖直段顶端固定连接；

所述第一水平段和所述第二水平段位于所述第一竖直段两侧；

所述第二竖直段底端为尖针状；

所述第一水平段和所述铝合金加热块之间设置有电磁开关。

作为本实用新型的进一步说明，所述电磁开关包括铁芯、弹簧和电磁体，所述铁芯固定于所述第一水平段下侧，所述电磁体固定于所述铝合金加热块上、并位于所述铁芯下方，所述弹簧固定于所述第二水平段和所述电磁体之间。

作为本实用新型的进一步说明，所述弹簧为压缩弹簧，所述弹簧数量为两个，并且设置于所述铁芯两侧。

作为本实用新型的进一步说明，所述竖直孔顶端设置有密封圈。

作为本实用新型的进一步说明，所述铝合金加热块外侧套设有保温层。

与现有技术相比，本实用新型取得的有益效果为：

1、本实用新型提出的装置及方法通过电磁开关控制弯针上下移动，精确控制出料的开始和停止，材料进行精确堆积，由线到面再到三维实体，避免“拉丝”，表面“疤痕”等问题而造成产品质量不合格；而且本实用新型不需要挤出电机“回抽”，解决了以往更换不同品牌和种类的耗材时的“回抽”参数调试问题，节约了大量材料测试时间。

2、本实用新型不需要挤出电机“回抽”，明显减少了挤出电机的工作负担，延长了打印机的使用寿命，大大降低了挤出电机“失步”、过热停转等现象的发生概率，保证了打印质量，减少了打印失败率，降低了生产成本。

3、本实用新型大大提高了复杂零件的成形能力，取得了更好的额分辨率，对于三维原型的细节部分还原更出色，成形零件表面质量、打印精度等明显提高。

以下将结合附图及实施例对本实用新型做进一步详细说明。

附图说明

图1是本实用新型的控制装置结构示意图。

图2是本实用新型的控制装置主视图。

图3是本实用新型的控制装置A-A剖面图。

图中：1、熔池筒；2、铝合金加热块；3、喷嘴；4、弯针；5、竖直孔；6、挤出口；7、第一水平段；8、第一竖直段；9、第二水平段；10、第二竖直段；11、铁芯；12、弹簧；13、电磁体；14、保温层。

具体实施方式

为进一步阐述本实用新型达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本实用新型的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。

如图1、图2所示，一种用于3D打印机供料量精确控制的装置立体图和主视图，包括熔池筒1、铝合金加热块2和喷嘴3，喷嘴3设置于熔池筒1下方，铝合金加热块2套设于熔池筒1外侧，熔池筒1、铝合金加热块2和喷嘴3同轴设置；

如图3所示，上述装置A-A剖视图，喷嘴3上端的进料口与熔池筒1内的熔池相通、且喷嘴3上的进料口直径与熔池筒1内的熔池直径相同，喷嘴3下端设置有挤出口6；熔池筒1筒壁上开有竖直孔5，竖直孔5上端开口设置于熔池筒1上端面上，竖直孔5下端开口设置于熔池筒1内壁上。

竖直孔5内设置有一弯针4；弯针4分为第一水平段7、第一竖直段8、第二水平段9和第二竖直段10，第一竖直段8设置于竖直孔5内，第二竖直段10设置于熔池筒1内、且位于熔池筒1轴心线上，第一竖直段8底端和第二竖直段10顶端之间通过第二水平段9固定连接，第一水平段7与第一竖直段8顶端固定连接；第一水平段7和第二水平段9位于第一竖直段8两侧；第二竖直段10底端为尖针状。

上述弯针4的第一水平段7和第二水平段9平行设置，第一竖直段8和第二竖直段10平行设置，第一水平段7和第一竖直段8之间、第二水平段9和第一竖直段8、第二竖直段10之间的连接处夹角均为90°。

第一水平段7和铝合金加热块2之间设置有电磁开关，电磁开关包括铁芯11、弹簧12和电磁体13，铁芯11固定于第一水平段7下侧，电磁体13固定于铝合金加热块2上、并位于铁芯11下方，弹簧12固定于第二水平段9和电磁体13之间。

当电磁开关开启时，电磁体13断电，磁力消失，铁芯11和电磁体13之间由于弹簧12的弹力作用分离，此时弯针4上升，挤出口6打开；当电磁开关关闭时，电磁体通电，产生磁力，铁芯11与电磁体13吸附在一起，此时弯针4下降，挤出口6被堵塞，通过弯针4的上升和下降实现对挤出口6的打开和堵塞，在打印过程中，通过弯针4和电磁开关实现控制挤出口6是否出料，精确控制打印机供料。

优选地，铁芯11和电磁体13之间的距离与第二竖直段10底端与挤出口6之间距离相等，竖直孔5下端在熔池内壁上的开口高度略大于上述距离，这样弯针4在上下移动时，不会被内壁阻挡，而导致无法堵住挤出口6。

优选地，弹簧12为压缩弹簧12，弹簧12数量为两个，并且设置于铁芯11两侧，在铁芯11与电磁体13接触和分离时，更加稳固并且相对平衡。

优选地，竖直孔5顶端设置有密封圈，防止杂物通过竖直孔5进入熔池内。

优选地，铝合金加热块2外侧套设有保温层14，能够保证熔池内的温度相对恒定，该保温层14内径与上述熔池筒1外径相同，并且二者过盈配合。

上述3D打印机供料量精确控制装置，具体工作过程如下：

通过计算机的三维软件为需打印的物体建模，并将三维模型等厚度切片分层形成一系列二维图形，并生成该二维图形的切片代码，同时将该切片代码、电磁开关控制代码和挤出电机控制代码输入计算机中，并控制3D打印机开始工作；首先，挤出电机控制代码控制挤出电机运行，将丝材送入熔池筒1内的熔池中，铝合金加热块2将丝材熔融为液态，液态的丝材流入喷嘴3内；然后，电磁开关控制代码控制电磁开关打开，弯针4上升，挤出口6开放，液态丝材从挤出口6流出，喷嘴3按照上述二维图形的扫描路径运动，进行材料堆积；当扫描路径需要切换或者进行垂直方向打印切换（即一层打印完成，需要切换下一层）时，挤出电机控制代码控制挤出电机停止送入丝材，同时，电磁开关控制代码控制电磁开关关闭，弯针4下降并将挤出口6堵塞，液态材料完全停止流出，而且扫描路径切换或者进行垂直方向打印切换时，电磁开关控制代码控制电磁开关闭合比挤出电机控制开关控制挤出电机停止运行提前0.1秒，不会造成在挤出电机电池运行的瞬间有液体丝材从挤出口6流出，造成打印质量不合格；当扫描路径或者垂直方向打印切换完成后，挤出电机控制代码控制挤出电机继续运行，送入丝材，电磁开关控制代码控制电磁开关打开，弯针4上升，挤出口6开放，喷嘴3继续运动，进行材料堆积，至打印完成。

本装置在打印过程中电磁开关和挤出电机精确控制出料的开始和停止，材料进行精确堆积，由线到面再到实体，最终完成整个模型的高质量打印。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于3D打印机供料量精确控制装置，包括熔池筒（1）、铝合金加热块（2）和喷嘴（3），所述喷嘴（3）设置于所述熔池筒（1）下方，所述铝合金加热块（2）套设于所述熔池筒（1）外侧，所述熔池筒（1）、铝合金加热块（2）和喷嘴（3）同轴设置；

所述喷嘴（3）上端的进料口与所述熔池筒（1）内的熔池相通，所述喷嘴（3）下端设置有挤出口（6）；其特征在于：

所述熔池筒（1）筒壁上开有竖直孔（5），所述竖直孔（5）上端开口设置于所述熔池筒（1）上端面上，所述竖直孔（5）下端开口设置于所述熔池筒（1）内壁上；

所述竖直孔（5）内设置有一弯针（4）；

所述弯针（4）分为第一水平段（7）、第一竖直段（8）、第二水平段（9）和第二竖直段（10），所述第一竖直段（8）设置于所述竖直孔（5）内，所述第二竖直段（10）设置于所述熔池筒（1）内、且位于所述熔池筒（1）轴心线上，所述第一竖直段（8）底端和所述第二竖直段（10）顶端之间通过所述第二水平段（9）固定连接，所述第一水平段（7）与所述第一竖直段（8）顶端固定连接；

所述第一水平段（7）和所述第二水平段（9）位于所述第一竖直段（8）两侧；

所述第二竖直段（10）底端为尖针状；

所述第一水平段（7）和所述铝合金加热块（2）之间设置有电磁开关。

2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于：所述电磁开关包括铁芯（11）、弹簧（12）和电磁体（13），所述铁芯（11）固定于所述第一水平段（7）下侧，所述电磁体（13）固定于所述铝合金加热块（2）上、并位于所述铁芯（11）下方，所述弹簧（12）固定于所述第二水平段（9）和所述电磁体（13）之间。

3.根据权利要求2所述的控制装置，其特征在于：所述弹簧（12）为压缩弹簧（12），所述弹簧（12）数量为两个，并且设置于所述铁芯（11）两侧。

4.根据权利要求2所述的控制装置，其特征在于：所述竖直孔（5）顶端设置有密封圈。

5.根据权利要求1-4任一项所述的控制装置，其特征在于：所述铝合金加热块（2）外侧套设有保温层（14）。