CN208646042U - 一种fdm彩色3d打印线材速造装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种FDM彩色3D打印线材速造装置，主要由XMT‑607Gl智能温控器数字温控仪、加热器、染色机、挤出机、冷却器等组成。本实用新型以染色模块为核心，通过加热器将PLA、ABS等材质颗粒或回收粉碎后的打印废料融化，加入一定比例的染料和0.05%的硬脂酸锌至进料口，对原材料进行预设的颜色染色。染色的线材原材料再经过挤出和冷却后，即可形成针对不同打印对象的线材颜色需求、长度需求而定制的3D打印线材，FDM3D打印机配套应用程序对打印对象各部分的用料计算为不同颜色线材的生产长度提供技术支持。本实用新型可实现一根线材不同区段的多色生产，降低彩色3D打印成本，提高原材料利用率，更实现了3D打印支撑废料和打印失败废料的回收利用。

Description

一种FDM彩色3D打印线材速造装置

技术领域

本实用新型涉及于3D打印线材制造领域，具体涉及一种FDM彩色3D打印线材速造装置。

背景技术

随着3D打印技术在工业生产、教育、医疗等领域的普及，在3D打印长期的使用过程中，行业痛点日益凸显，主要表现在以下四个方面：

传统彩色3D打印主要依靠人工换料实现，在打印颜色需求不同的对象时，需要中途更换打印彩色线材原料，然而目前通用的桌面积3D打印机换料流程复杂，操作繁琐，打印时必须有人在3D打印机旁不断更换线材，对更换时间的把控缺乏精确的后台数据计算进行支撑，很难精确把控线材更换时间。

打印材料大量浪费，在实际3D打印过程中，不可避免的会产生支撑废料，在传统3D打印结束后会对打印打印成品进行处理，具体就是将这些支撑废料与打印产品的分离，分离后的支撑废料往往只能丢弃，无法回收利用。同理，在3D打印的过程中因打印设备未调平、供料不足、材料老化等原因中断打印而产生的打印失败废料，既不可以在下次开机时继续打印，也不可回收利用。在实际3D打印的操作中，以上这两种情况是普遍存在的。长期以来大量的打印废料堆积，造成原材料的浪费、打印成本的大幅度增长。

3D 打印线材色彩单一，现在市场上所存在的打印机，以熔融沉积成型打印机（FDM）的为例，不论是单喷头还是双喷头，还是多喷头，归根结底还是属于伪彩级别的，不是真正意义上的彩色。此外，在这样并非完全的彩色打印过程中，3D打印还需储备大量不同颜色的线材以满足彩色打印的需求。也就是说打印机仍旧无法从根本上改变色彩选择项稀少的缺陷。尽管现在的双喷头能在一定程度上采用两种颜色来打印，但这些只是简单的色彩拼接，而不能实现真正意义上的色彩融合，打印色彩也只能是传统线材制造商提供的颜色，无法根据打印需求自主调配。

打印换料不便，传统彩色打印，在打印颜色需求不同的对象时，需要中途更换打印线材原料，然而目前的通用的桌面积3D打印机换料的流程复杂，操作过程繁琐。例如一个换料的操作简化过程如下：

第一步，在SD卡界面，点击暂停；点击换料界面，点击一键退料。

第二步，等机器发出蜂鸣声，退料完毕，向上取出材料。

第三部，投放新材料，等材料穿过导管，放入进料口。

第四步，在换料界面，点击一键换料。

第五步，等机器发出凤鸣声，进料完毕，清理干净喷嘴附近材料，点击SD卡界面，再次点击暂停打印，表示解除暂停，打印机继续正常工作。

此外，在打印颜色丰富的单个成品时，操作更为复杂，必须有人工在3D打印机旁不断更换线材，更换时间的把控没有精确的后台打印数据进行支撑，目前基本依靠于以往工作经验，往往很难把控线材更换时间，由此可见，目前彩色3D打印换料的技术并不成熟。

材料昂贵且购买周期长，目前3D打印行业PLA、ABS等材质的市场占比超过50%，其具有多种半透明色和光泽感，是一种环境友好型塑料，然而PLA等材料的市场价格在￥50/kg左右，缺少购买实体店，打印原材料购买不变且价格昂贵。打印工作受材料供应断流、物流滞后等不可抗力因素的影响极大。

发明内容

综上所述，不难看出，彩色3D打印行业在原材料、彩色等方面存在诸多亟需解决的问题。本实用新型提供了一种FDM彩色3D打印线材速造装置，可以实现打印废料回收再利用、实现自主颜色调配线材的生产、基于打印对象打印需求的一根线材不同区段的彩色生产。

为达到上诉目的，本实用新型采取的技术方案是：

本实用新型涉及一种FDM彩色3D打印线材速造装置，主要由温控仪、加热器、染色机、挤出机、冷却器等组成。该FDM3D打印线材速造机以染色模块为核心，通过加热器将PLA、ABS等材质颗粒或回收粉碎后的打印废料融化，加入一定比例的染料和0.05%的硬脂酸锌至进料口，对原材料进行预设的颜色染色。染色的线材原材料再经过挤出和冷却后，即可形成针对不同打印对象的线材颜色需求、长度需求而定制的3D打印线材，FDM3D打印机配套应用程序对打印对象各部分的用料计算为不同颜色线材的生产长度提供技术支持。融合后生产出彩色线材，完全符合桌面级FDM3D打印机适配的线材标准。该FDM彩色3D打印线材速造机可实现一根线材不同区段的多色生产，降低彩色3D打印成本，提高原材料利用率，更实现了3D打印支撑废料和打印失败废料的回收利用。

一种FDM彩色3D打印线材速造装置，包括XMT-607Gl智能温控器数字温控仪（8）、加热器（6）、染色机（5）、挤出机（2）、冷却器（1），其特征在于加热器（6）内螺杆（9）位于料斗（4）下方，用于融化PLA、ABS和打印废料等各种材料颗粒，加入染色剂后可生产指定颜色的线材。

温控仪（8）和挤出机（2）之间的电机（7）提供动力，电机（7）后方配有电路板（3）控制电机的进给速度，通过此装置可对生产速度进行控制。

加热器（6）热模块处设有温度传感器，可以监控加热器（6）温度，一旦温度高于设定温度，自动制动停止加热。

挤出机（2）内部含有测径仪，由于重力作用，可利用测径仪生产出不同口径的成品，以满足不同打印机的需求。

挤出机（2）内部含有减速箱一端与电机（7）连接，另一端与螺杆（9）直接连接，防止生产速度过高而导致危险，保证安全生产。

冷却器（1）中，配备有冷却风扇，迅速冷却挤出的3D打印线材，防止线材直径因重力发生变化。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

从供料模式上解决彩色打印换料换色问题，传统彩色3D打印主要依靠人工换料实现，在打印颜色需求不同的对象时，需要中途更换打印彩色线材原料，然而目前通用的桌面积3D打印机换料流程复杂，操作繁琐，打印时必须有人在3D打印机旁不断更换线材，对更换时间的把控缺乏精确的后台数据计算进行支撑，很难精确把控线材更换时间。

打印废料回收利用。将打印失败废料或打印过程不可避免产生的支撑废料回收粉碎后，即可作为原材料投入速造机中重新产出线材。提高原材料利用率，节约3D打印成本，是3D打印行业又一革命式创新。

彩色打印过程不再需要人工，由线材速造机生产出的线材，是依据打印对象的不同颜色需求，按照3D机内部程序计算出的定制打印线材，接入3D打印机后，不同区段的颜色线材等于代替了人工换料的过程，节约人力成本。

颜色可自定义调配，传统的彩色打印的线材往往是由厂家设计和批量生产的，颜色的选择面窄，在使用线材速造机后，线材的颜色可以通过调整染色颗粒的不同颜色配比实现色彩的多样化。

发明目的

本实用新型的目的是解决3D彩色打印色彩单一、彩色3D中途换料操作繁琐，废料未充分利用，所需原材料昂贵、彩色打印需大量多色线材的问题，期以实现打印废料回收再利用、实现自主颜色调配线材的生产、基于打印对象打印需求的一根线材不同区段的彩色生产。

附图说明

图1为本实用新型FDM彩色3D打印材料速造机的正面内部示意图。

图2为本实用新型FDM彩色3D打印材料速造机的俯视内部示意图。

具体实施方案

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行进步的阐述。本产品目前适用于日常生活中最长用到的3D打印材料例如：工程塑料（ABS材料、PA材料、PC材料、PPFS材料、PEEK材料、EP材料、Endur材料）和生物塑料（PLA材料、PETG材料、PCL材料）等等。将颗粒投入本产品即可加工制成目前市场上普遍存在的成卷的3D打印线材。可将打印失败、打印产生的多余以及与成品无关的多余废料，通过粉碎加工可以实现循环利用。

具体实施例1:3D 打印机彩色材料速造机的工作流程为，打开启动开关，设置出丝速度为最小值，此举是为了防止机器抱死，通过设置键（8）设定温度默认约为200℃，当温度达到设定温度后，按确认键（8）完成温度设置，此时温控仪（8）上的液晶显示器显示的温度为当前设置的温度。温度的设定和预设通过温控模块确定，温控模块配置XMT-607Gl智能温控器数字温度调节仪。

具体实施例2:加热到设定温度后，在原料口加入原材质颗粒或回收粉碎后的打印废料，打开冷却风扇，根据打印对象的不同色彩线材需求加入不同的染色颗粒。利用通过齿轮马达以及BYG混合式步进电机（7）工作，步进电机的转动进而引发挤出机（2）内部螺旋钻头旋转，旋转将带动进料口（4）内部的材料颗粒经过螺杆推送到挤出机（2）的融化区，加热棒（2）开始加热(加热过程中，加热部分的温度将实时反馈给控制器内温控仪（8），温控仪（8）根据反馈温度实时输出HMP2-JL系列电流继电器继电器通的电压，以确保加热温度继续保持在设定的温度范围内,当加热温度超过设定温度的正负偏差或加热装置出现故障时，温控仪（8）就会报警自动切断电源。

具体实施例3:融化后的材料再根据打印需要染上不同的颜色，进入挤出机内，升到高温作用挤出材料。挤出机是由电机、减速箱、轴承、加料装置、料筒、螺杆、口模七个部分组成。挤出机（6）外设计冷却模块（1），启动风扇引入对流风，还包含了一个测径仪在线测量线材直径，实时反馈线径尺寸，可利用测径仪生产出不同线径的成品，以满足不同打印机的需求。在生产的过程中，在融化的同时的同时，通过程序的测算和色彩搭配即可对融化的彩色颗粒依据三原色原理对其进行染色。

具体实施例4:在原料被熔成液体后，通过电机不断形成材料雏形通过电机的不断旋转，同时模头加热采用进口热电偶测温，配合高精度传动系统，采用压力闭环控制，挤出压力值与目标压力值偏差可在0.1mpa.成品不断产生，同时可在此时对原料进行上色，以满足用户的不同需求。测径仪在线测量线材直径，实时反馈线径尺寸，与牵引电机形成线径闭环控制，自动调节速度，传动精度高，使用寿命长，运行平顺稳定，挤出压力波动小。保证线材直径大小稳定，精度可以达到在0.01mm之间，迅速冷却挤出的3D打印线材，防止线材直径发生变化。

具体实施例5:根据3D打印配套软件的程序计算出打印对象不同颜色线材的需求量生成出集不同颜色需求于一体的线材，，经过FDM彩色3D打印线材速造机生产的彩色线材可以直接提供给3D打印机使用，或利用收线装置成卷储存。

上述结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然，本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，以上各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制，尽管参照前述各实施例对本发明进行了详尽的说明，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换，基于此的修改或者替换，并不使相应的技术方案的本质脱离本发明的各实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种FDM彩色3D打印线材速造装置，包括温控仪（8）、加热器（6）、染色机（5）、挤出机（2）、冷却器（1），其特征在于加热器（6）内螺杆（9）位于料斗（4）下方，用于融化PLA、ABS和打印废料，加入染色剂后可生产指定颜色的线材；电机（7）位于温控仪（8）和挤出机（2）之间，为内螺杆（9）提供动力；电机（7）后方配有电路板（3）控制电机的进给速度，通过此装置可对生产速度进行控制。

2.根据权利要求1所述的一种FDM彩色3D打印线材速造装置，其特征在于所述的加热器（6）热模块处设有温度传感器，可以监控加热器（6）温度，一旦温度高于设定温度，自动制动停止加热。

3.根据权利要求1中所述的一种FDM彩色3D打印线材速造装置，其特征在于所述的挤出机（2）内部含有测径仪，由于重力作用，可利用测径仪生产出不同口径的成品，以满足不同打印机的需求。

4.根据权利要求1中所述的一种FDM彩色3D打印线材速造装置，其特征在于所述的挤出机（2）内部含有减速箱一端与电机（7）连接，另一端与螺杆（9）直接连接，防止生产速度过高而导致危险，保证安全生产。