CN207954651U - 一种具有新型送丝机构的桌面级3d打印机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有新型送丝机构的桌面级3D打印机，解决了丝料进丝无力或者脱丝的问题。该送丝机构包括外部送丝机构和内部送丝机构，外部送丝机构的支撑顶杆和支撑斜杆组成的曲柄滑块机构用于调节支撑直径，支撑轴端部设置有紧钉螺母用于固定自紧支撑斜杆，支撑顶杆的端部设置有固定套；内部送丝机构采用步进电机驱动送丝轮转动，主动送丝齿轮上齿牙用于推送固态原材料，可调节弹簧具有微调功能，用于调节辅助送丝轮、主动送丝轮与原材料模型之间的距离，从而提高了主动送丝齿轮与原材料模型的有效接触。本实用新型还具有送料稳定，送丝阻力小，喷料稳定，打印质量高等优点。

Description

一种具有新型送丝机构的桌面级3D打印机

技术领域

本实用新型涉及3D打印技术领域，尤其是一种具有新型送丝机构的桌面级3D打印机。

背景技术

3D打印技术发展迅速，目前，桌面级3D打印机逐渐普及。基于FDM技术的3D打印机，是将ABS、PLA等丝材加热至熔融态，按设定好的路径挤出并逐层堆积成实体，但FDM技术桌面级3D打印机在原材料从初始固态经过挤出变成半液态融料的过程中，存在送丝装置摩擦力大、原材料供应不稳定等问题。基于FDM技术的3D打印机的送丝机构分为内部送丝机构和外部送丝机构，外部送丝机构存在因丝料不足引起喷嘴断丝、产品缺陷等问题，内部送丝机构在打印精度和送料稳定性方面存在缺陷，同时还存在送丝阻力大，喷嘴喷料稳定性不足，打印质量差等问题，因此需要改善整个送丝机构使用性能。

实用新型内容

为解决3D打印机的送丝机构在将原材料从固态变成半液态融料的过程中存在的丝料进丝无力或者脱丝的问题，本实用新型提供了一种具有新型送丝机构的桌面级3D打印机，其具体技术方案是：

一种具有新型送丝机构的桌面级3D打印机，包括送丝机构、滑轨机构、丝杠进给机构、水平移动机构和打印机支撑机构，所述送丝机构包括外部送丝机构和内部送丝机构，所述内部送丝机构设置在滑轨机构上，滑轨机构两端与丝杠进给机构相连，所述水平移动机构设置在内部送丝机构下方，丝杠进给机构固定在打印机支撑机构上；所述外部送丝机构包括固定套、自紧固定右环、支撑轴、支撑斜杆、支撑顶杆、销轴、自紧固定左环、外部送丝支撑架、轴套、紧钉螺母和轴承；所述外部送丝支撑架上部设置有轴套和轴承；所述支撑轴与轴套和轴承连接，支撑轴上的自紧固定右环与支撑斜杆和支撑顶杆组成的曲柄滑块机构用于调节支撑直径。

优选的是，所述内部送丝机构包括送丝电机、喉管固定片、可调节弹簧、紧定螺钉、可调节沉头螺钉、固定片、辅助送丝轮、测温电偶、主动送丝轮、散热喉管、加热棒和喷嘴；所述送丝电机带动主动送丝轮和辅助送丝轮运动；所述可调节弹簧与可调节沉头螺钉连接固定片和喉管固定片；所述喷嘴与送丝电机之间设置有散热喉管和加热棒。

还优选的是，所述丝杠进给机构包括两条竖直的丝杆和电机，电机设置在丝杆的下端，通过电机带动丝杆转动；所述滑轨机构包括水平滑轨和安装架；丝杆穿过水平滑轨两端的螺纹孔，丝杆转动带动水平滑轨上下移动。

进一步优选的是，所述水平移动机构包括水平导轨、水平滑杆、定位架和打印板，水平导轨两端通过螺纹孔固定在丝杆上，水平滑杆与水平导轨垂直布置，定位架上设置有打印板，定位架沿水平滑杆滑动；所述水平移动机构的定位架和水平滑杆上设置有销孔，通过销孔可以固定定位架和打印板；定位架上设置有调位装置，用于微调打印板的高度。

进一步优选的是，所述曲柄滑块机构具体结构是，所述支撑斜杆和支撑顶杆通过销轴连接，支撑斜杆与自紧固定右环通过销轴连接，支撑顶杆与自紧固定左环通过销轴连接，自紧固定右环和自紧固定左环分别与支撑轴螺旋配合。

进一步优选的是，所述支撑斜杆端部设置有固定套；所述紧钉螺母设置在支撑轴端部，紧钉螺母用于固定支撑轴。

进一步优选的是，所述内部送丝机构的喷嘴为活塞式挤出装置，所述喉管固定片用紧定螺钉固定。

本实用新型的有益效果是：支撑轴上的自紧固定右环与支撑斜杆和支撑顶杆组成的曲柄滑块机构用于调节支撑直径，适应了不同重量的丝盘内径尺寸，内径可调节的外部送丝机构减少了送丝摩擦阻力；外部送丝机构设置支撑轴和轴承具有自润滑功能，避免了丝料不足引起喷嘴断丝，造成产品缺陷的问题；可调节弹簧与可调节沉头螺钉连接固定片和喉管固定片,可调节弹簧具有微调功能，用于调节辅助送丝轮、主动送丝轮与原材料模型之间的距离，从而提高了主动送丝齿轮与原材料模型的有效接触。另外本实用新型还具有送料稳定，送丝阻力小，喷料稳定，打印质量高等优点。

附图说明

图1是一种具有新型送丝机构的桌面级3D打印机结构示意图；

图2是桌面级3D打印机主要结构示意图；

图3是水平移动机构的定位架的结构示意图；

图4是外部送丝机构的结构示意图；

图5是外部送丝机构的部分结构示意图；

图6是内部送丝机构的结构示意图；

图中：1-送丝机构；2-打印机支撑机构；3-滑轨机构；4-丝杠进给机构；5-水平移动机构；11-外部送丝机构；101-固定套；102-自紧固定右环；103-支撑轴；104-支撑斜杆；105-支撑顶杆；106-销轴；107-自紧固定左环；108-外部送丝支撑架；109-轴套；110-紧钉螺母；111-轴承；12-内部送丝机构；201-送丝电机；202-喉管固定片；203-原材料模型；204-可调节弹簧；205-紧定螺钉；206-散热喉管；207-测温电偶；208-喷嘴；209-加热棒；210-可调节沉头螺钉；211-固定片；212-辅助送丝轮；213-主动送丝轮；31-安装架；32-滑动轮；33-水平滑轨；41-丝杆电机；42-丝杆；51-水平导轨；52-定位架；53-水平滑杆；54-打印板；521-螺纹轴；522-连接轴；523-连杆结构。

具体实施方式

结合图1至图6所述，一种具有新型送丝机构的桌面级3D打印机具体实施方式如下。

实施例1

结合图1～图6所示,本实施例是对具有新型送丝机构的桌面级3D打印机的结构的详细说明。

如图1和图2所示，一种具有新型送丝机构的桌面级3D打印机，具体包括送丝机构1、滑轨机构3、丝杠进给机构4、水平移动机构5和打印机支撑机构2。打印机支撑机构2作为3D打印机的外壳支架。送丝机构1包括外部送丝机构11和内部送丝机构12，外部送丝机构11通过安装盘固定安装在打印机外部或靠近打印机的位置，内部送丝机构12设置在滑轨机构3上。丝杠进给机构4固定在打印机支撑机构上，包括两条竖直的丝杆42和丝杆电机41，丝杆电机41设置在丝杆42的下端，通过电机带动丝杆转动；滑轨机构3包括水平滑轨33、滑动轮32和安装架31，丝杆穿过水平滑轨机构两端的螺纹孔，丝杆转动带动水平滑轨上下移动。水平移动机构具体是包括水平导轨51、水平滑杆53、定位架52和打印板54，水平导轨51两端通过螺纹孔固定在丝杆上，水平滑杆53与水平导轨51垂直布置，打印板为矩形平板用于放置打印件，定位架上设置有打印板54，定位架52沿水平滑杆滑动。

如图3所示，水平移动机构的定位架52和水平滑杆53上设置有销孔，通过销孔可以固定定位架52和打印版54；定位架52上设置有调位装置，用于微调打印板的高度，具体是两侧的连杆机构通过连接轴522连接，连接轴522固定在两侧的卡槽内，螺纹轴521穿过连接轴调节连接轴位置，连接轴522从而带动两个连杆结构523升降。

结合图2所示，送丝机构具体是包括外部送丝机构11和内部送丝机构12，外部送丝机构11设置在滑轨机构3上，用于放置丝盘提供丝料。滑轨机构3的两端与丝杠进给机构4相连，其中水平移动机构5设置在内部送丝机构11下方。滑轨机构的滑动轮32带动水平滑轨33运动，安装架31固定在水平滑轨33上，安装架用于固定安装内部送丝机构，安装架带动内部送丝机构沿水平滑轨运动。丝杠进给机构4固定在打印机支撑机构2上，丝杠进给机构4通过丝杆电机41带动丝杆42转动，丝杆42与水平滑轨机构和水平导轨组成丝杠滑杆运动结构。

结合图4和图5所示，外部送丝机构11具体是，其设置在滑轨机构3上，滑轨机构3的两端与丝杠进给机构4相连，水平移动机构5设置在外部送丝机构11下方，丝杠进给机构4固定在打印机支撑机构上；所述外部送丝机构11包括固定套101、自紧固定右环102、支撑轴103、支撑斜杆104、支撑顶杆105、销轴106、自紧固定左环107、外部送丝支撑架108、轴套109、紧钉螺母110和轴承111。外部送丝支撑架108上部设置有轴套109和轴承111；支撑轴103与轴套109和轴承111连接，支撑轴103上的自紧固定右环102与支撑斜杆104和支撑顶杆105组成的曲柄滑块机构用于调节支撑直径。曲柄滑块机构具体结构是，所述支撑斜杆104和支撑顶杆105通过销轴106连接，支撑斜杆104与自紧固定右环102通过销轴106连接，支撑顶杆105与自紧固定左环107通过销轴106连接，自紧固定右环102和自紧固定左环107分别与支撑轴103螺旋配合。支撑斜杆104端部设置有固定套101,固定套方便了丝盘的更换，当丝盘使用完毕后只需要旋下支撑轴左端的紧钉螺母110即可更换。紧钉螺母110设置在支撑轴103端部，紧钉螺母110用于固定支撑轴103。

结合图6所示，内部送丝机构12包括送丝电机201、喉管固定片202、可调节弹簧204、紧定螺钉205、可调节沉头螺钉210、固定片211、辅助送丝轮212、测温电偶207、主动送丝轮213、散热喉管206、加热棒209和喷嘴208；所述送丝电机201带动主动送丝轮213和辅助送丝轮212运动；可调节弹簧204与可调节沉头螺钉210连接固定片211和喉管固定片202；喷嘴208与送丝电机之间设置有散热喉管206和加热棒209。内部送丝机构的喷嘴208为活塞式挤出装置，喉管固定片202用紧定螺钉205固定。

实施例2

本实施例是对实施例1中桌面级3D打印机的外部送丝机构的结构优化设计的说明。

结合图4所示，桌面级3D打印机使用的丝盘主要有0.5kg、1.0kg等规格，不同重量的丝盘内径尺寸不一致性，设计适应不同内径的可调节的外部送丝机构11，能够减少送丝摩擦阻力，外部送丝机构11设置的支撑轴103和轴承111具有自润滑功能，避免了丝料不足引起喷嘴断丝，造成产品缺陷的问题。

支撑轴作为外部送丝机构的关键结构之一，是主要受力部件，材料选择普通碳钢Q200，支撑轴不与电动机直接连接，扭矩较小，在设计中应考虑其自重，按照挤压计算，选用支撑轴的轴径为D＝8mm。外部送丝不会出现高速转动，可承受纯轴向力，轴承使用深沟球轴承，为使所选轴径与轴承内孔径相适应，选取轴承内圈直径为10mm，轴承宽度为9mm。外部送丝支撑架的设计为外伸梁式，此结构简单且适用性广。根据原材料丝盘外径尺寸最大为200mm、最宽尺寸为166mm，设计外部送丝支撑架尺寸为：上部中心孔宽度为17mm，直径为30mm，底部尺寸设计为95mm×120mm×15mm，上部圆周直径为50mm，高度为155mm，满足了不同规格丝盘进行更换的要求，可调直径范围为11.08～43.65mm。

外部送丝支撑架108进行载荷设计分析，包括了有限元分析，将导入的三维模型对象离散化，使其成为有限个微小点，减小计算难度，简化解算过程。分析模型的离散化，是基于力学特性进行的，需提前定义部件材质，故外部送丝支撑架选用材料为灰铸铁。由于外部送丝机构各零部件设计总质量为1.5kg，虽然目前较多使用的原材料质量为2kg，但也有少数情况会使用5kg的原材料，所以在外部送丝支撑架108的分析与优化之前，需把总材料质量初步设置为6.5kg。由受力分析可知，外部送丝支撑架108主要受法向垂直力65N。利用SolidWorks Simulation分析，首先设置网格细节，将其全部网格化，其结果为：节总数649225，单元总数410048，运行迭代计算，根据SolidWorks Simulation中应力、应变等云图分布分析，整体网格化不能满足分析要求，并且存在应力奇异区域。经过进一步的设置网格参数细化网格区域，对出现应力奇异点的区域进行细分，设置网格参数细化单元大小为2，比率为1.1，基本单元为5，自由过渡生成网格。将圆角半径尺寸更改为5mm、在拐角处增加一个半径为10mm的圆角，然后进行迭代计算。分析得到应力云图最大应力为1.962Mpa，远远小于材料的许用应力200Mpa，零部件应力分布离散，没有应力奇异点堆积现象。综上，外部送丝支撑架在正常工作时，能够承载不同原材料的载荷，不会因为原材料重量的问题而发生重大变形或应力破坏，设计尺寸和原材料满足正常使用的要求。

实施例3

本实施例是对实施例1中桌面级3D打印机的内部送丝机构的结构优化设计的说明。

结合图1、图2和图6所示内部送丝机构12是加热挤出装置的主要结构，送丝电机201采用步进电机驱动主动送丝轮213转动，通过送丝齿轮上齿牙推送固态丝材，并且与从动轮配合将丝材送至送丝管内，进入加热装置。挤出方式有活塞式、滑片泵式、柱塞泵式三种，综合考虑装置性能和设计复杂性，喷嘴208选取活塞式挤出装置，该设计控制精度要求低，整体质量小，加工难度小，加工成本低，开发周期短。在现有挤出加热装置内部送丝机构12基础上增加了辅助微调装置，通过弹簧调节辅助送丝轮212、主动送丝齿轮213与丝材之间的距离，用于锁紧丝材，提高主动送丝齿轮与丝材的有效接触，有效解决了丝材进丝无力或者脱丝现象。送丝电机为挤出加热装置提供动力，综合考虑选择电机型号为42HS4013A4，即为双相42步进电机。

当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种具有新型送丝机构的桌面级3D打印机，包括送丝机构、滑轨机构、丝杠进给机构、水平移动机构和打印机支撑机构，其特征在于，

所述送丝机构包括外部送丝机构和内部送丝机构，所述内部送丝机构设置在滑轨机构上，滑轨机构两端与丝杠进给机构相连，所述水平移动机构设置在内部送丝机构下方，丝杠进给机构固定在打印机支撑机构上；

所述外部送丝机构包括固定套、自紧固定右环、支撑轴、支撑斜杆、支撑顶杆、销轴、自紧固定左环、外部送丝支撑架、轴套、紧钉螺母和轴承；所述外部送丝支撑架上部设置有轴套和轴承；所述支撑轴与轴套和轴承连接，支撑轴上的自紧固定右环与支撑斜杆和支撑顶杆组成的曲柄滑块机构用于调节支撑直径；

所述内部送丝机构包括送丝电机、喉管固定片、可调节弹簧、紧定螺钉、可调节沉头螺钉、固定片、辅助送丝轮、测温电偶、主动送丝轮、散热喉管、加热棒和喷嘴；所述送丝电机带动主动送丝轮和辅助送丝轮运动；所述可调节弹簧与可调节沉头螺钉连接固定片和喉管固定片；所述喷嘴与送丝电机之间设置有散热喉管和加热棒。

2.根据权利要求1所述的一种具有新型送丝机构的桌面级3D打印机，其特征在于，所述丝杠进给机构包括两条竖直的丝杆和电机，电机设置在丝杆的下端，通过电机带动丝杆转动。

3.根据权利要求1所述的一种具有新型送丝机构的桌面级3D打印机，其特征在于，所述滑轨机构包括水平滑轨和安装架；丝杆穿过水平滑轨两端的螺纹孔，丝杆转动带动水平滑轨上下移动。

4.根据权利要求1所述的一种具有新型送丝机构的桌面级3D打印机，其特征在于，所述水平移动机构包括水平导轨、水平滑杆、定位架和打印板，水平导轨两端通过螺纹孔固定在丝杆上，水平滑杆与水平导轨垂直布置，定位架上设置有打印板，定位架沿水平滑杆滑动。

5.根据权利要求4所述的一种具有新型送丝机构的桌面级3D打印机，其特征在于，所述水平移动机构的定位架和水平滑杆上设置有销孔，通过销孔可以固定定位架和打印板；定位架上设置有调位装置，用于微调打印板的高度。

6.根据权利要求2至4任一项所述的一种具有新型送丝机构的桌面级3D打印机，其特征在于，所述曲柄滑块机构具体结构是，所述支撑斜杆和支撑顶杆通过销轴连接，支撑斜杆与自紧固定右环通过销轴连接，支撑顶杆与自紧固定左环通过销轴连接，自紧固定右环和自紧固定左环分别与支撑轴螺旋配合。

7.根据权利要求1所述的一种具有新型送丝机构的桌面级3D打印机，其特征在于，所述支撑斜杆端部设置有固定套。

8.根据权利要求1所述的一种具有新型送丝机构的桌面级3D打印机，其特征在于，所述紧钉螺母设置在支撑轴端部，紧钉螺母用于固定支撑轴。

9.根据权利要求1所述的一种具有新型送丝机构的桌面级3D打印机，其特征在于，所述内部送丝机构的喷嘴为活塞式挤出装置。

10.根据权利要求1所述的一种具有新型送丝机构的桌面级3D打印机，其特征在于，所述喉管固定片用紧定螺钉固定。