CN209202141U - 一种可食用型颗粒供料式3d打印装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种采用熔融沉积技术的可食用型颗粒供料式3D打印装置，包括颗粒料螺杆挤出机构和液态料气动活塞挤压机构，所述的颗粒料螺杆挤出机构具有一个下端接有可替换喷嘴且外侧包裹有橡胶加热板的颗粒料料筒，将一根电动螺杆插入颗粒料料筒内，在螺杆的下部安装有搅拌杆，在颗粒料料筒的下侧壁上开有液态料进料口，所述的液态料气动活塞挤压机构具有一个下部带液态料料筒的气动活塞筒，液态料料筒的下出口通过连接软管接至颗粒料螺杆挤出机构的液态料进料口，气动活塞筒的顶部设有与蠕动泵相通的蠕动泵连接口。本实用新型的结构简单、操作方便，能够有效地将原料和添加剂混合起来同时挤出，有利于3D打印机成型质量的提高。

Description

一种可食用型颗粒供料式3D打印装置

技术领域

本实用新型属于3D打印技术领域，涉及一种采用熔融沉积技术的可食用型颗粒供料式3D打印装置。

背景技术

现有的采用熔融沉积技术的颗粒供料式3D打印装置的工作原理是通过螺杆输送颗粒材料至加热腔后熔融挤出并层层打印以形成最终实体物件，或者通过螺杆挤出粉末状材料，再从安装在螺杆挤出装置一侧的粘结剂料筒中喷射挤出粘结剂，通过粘结粉末来形成最终实体物件。然而，现有的颗粒进料式熔融沉积技术装置在实际应用中也还存在以下的缺陷：

1、由于装置所用打印材料的物理属性受限制较多，并且打印材料单一，如若要增加不同性质的材料就需要同时增加挤出机构，导致打印机的适用性不强。

2、在原材料中，粘结剂等添加剂的物理状态分为固态料(颗粒料，如蔗糖颗粒、巧克力颗粒等)和液态料(如水、乳化剂等)两种，当呈现固态的情况下多为粉末状，通过螺杆进料需要将其与颗粒原料混合输送。根据固体输送理论可知，在螺杆规格一定的情况下，当原料颗粒大小不一时，粉末状或不规则细小颗粒可能会在加料到加料口处造成“架桥”现象，使进料较困难，并且加料口处螺槽不易充满从而导致挤出量不稳定。因此在打印中如若需要与颗粒原料混合，就需要对添加剂的密度及颗粒大小进行限制，这样给打印的材料准备上就会造成一定的不便。当添加剂呈现为液态时，输送至螺杆中需要与颗粒料同时挤出，而颗粒状的原料与液体粘结剂在下料时混合会形成膏状，无法正常下料。

3、熔融沉积技术是将原料加热熔融后挤出成型，在装置加热的过程当中，温度的控制极为重要，但由于装置所用原料的熔点与添加剂等的熔点并不一定处在一个范围内，因此现有技术装置无法在加热中同时将双材料或多材料同时挤出成型。

4、熔料从螺杆挤出的过程当中会经过一个螺杆长度的路程，在添加剂与原料熔融后会一起被挤出，比如粘结剂此时就会和原料迅速反应，导致在还没有到达喷嘴位置时，原料就已固化成型，造成挤出负载增大甚至打印失败，引起能量的浪费或者设备的破坏。

5、现有技术装置将原料挤出喷嘴与添加剂挤出喷嘴平行放置时，会出现原料已挤出在平台上，添加剂后续才被喷洒在上面的情况，这个过程当中存在的时间差可能会使熔料已经凝固，添加剂才挤出，造成添加剂与原料过早反应固化的现象，打印效果差且打印效率较低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种可食用型颗粒供料式3D打印装置，该装置的结构简单、操作方便，不仅能够对所需的原料和添加剂分开处理，还能防止添加剂和原料过早地融合反应，从而能够有效地将原料和添加剂混合起来同时挤出，有利于3D打印机成型质量和效率的提高。

为实现上述发明目的而采用的技术解决方案是这样的：所提供的可食用型颗粒供料式3D打印装置包括一个颗粒料螺杆挤出机构和一个液态料气动活塞挤压机构，其中，所述的颗粒料螺杆挤出机构具有一个下端接有可替换喷嘴的颗粒料料筒，在颗粒料料筒的上端接有一个漏斗，在颗粒料料筒的外侧包裹有带温控系统的橡胶加热板或电磁感应加热圈，将一根通过步进电机驱动的螺杆由漏斗外向下插入颗粒料料筒内，在螺杆的下部对称安装有两个搅拌杆，在颗粒料料筒的下侧壁上开有一个液态料进料口，所述的液态料气动活塞挤压机构具有一个下部带液态料料筒的气动活塞筒(单活塞杆缸)，液态料料筒的下端出口通过一根连接软管通接至颗粒料螺杆挤出机构的液态料进料口，气动活塞筒的顶部设有与蠕动泵相通的蠕动泵连接口。

本实用新型的技术解决方案还在于：在颗粒料料筒下端的可替换喷嘴外设有加热棒，在气动活塞筒的外侧包裹有加热圈。

实际工作中，颗粒料(如蔗糖颗粒、巧克力颗粒等)通过漏斗进入到颗粒料料筒内，在螺杆转动的过程当中进行输送，通过橡胶加热板或电磁感应加热圈的加热作用使颗粒料料筒和螺杆温度升高，将颗粒料逐渐熔融，并向可替换喷嘴方向挤出；与此同时，通过液态料气动活塞挤压机构的设置，使蠕动泵将空气挤压至气动活塞筒(单活塞杆缸)中，通过活塞向下移动可以使液态料料筒的液态料(如水、乳化剂等)通过连接软管挤出至颗粒料料筒内，并且螺杆的下部对称安装有两个搅拌杆，这样在液态料进入颗粒料料筒时，熔融的颗粒料会与其混合起来，最后在转动螺杆的带动下，搅拌杆转动使融料与液态料混合均匀，最终使粘度适合的熔融料从喷嘴挤出。

与现有技术相比，本实用新型具有的显著优点是：

一、本实用新型的结构简单、操作方便，打印材料选择范围大，可以添加多种添加剂，并且颗粒原料与液态添加剂的熔点不会相互影响，也会使打印过程中材料在充分混合后同时挤出，打印质量良好，打印效率高，产品适用于大多数可食用型颗粒材料的打印。

二、本实用新型选择液态料气动活塞挤压机构是考虑到可食用型颗粒供料式3D打印装置所用的添加剂一般都呈现液态混合物的状态，粘度会受温度、湿度、存放时间等的因素而变化，对材料粘度变化不敏感的活塞挤出方式最为合适，并且结构简单，压力等级低，安全性高，工作介质不需要成本，更重要的是输出力及工作速度易于调节；通过蠕动泵的转速调节来使添加剂的流速变化，并且反转可以不需人工增加添加剂。

附图说明

图1是本实用新型一个具体实施例的结构示意图。

附图标记说明：1—步进电机，2—联轴器，3—螺杆，4—漏斗，5—颗粒料料筒，6—橡胶加热板(或电磁加热圈)，7—搅拌杆，8—可替换喷嘴，9—加热棒，10—液态料进料口，11—连接软管，12—液态料料筒，13—加热圈，14—气动活塞筒(单活塞杆缸)，15—蠕动泵连接口。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型内容作进一步说明。

参见附图，本实用新型所述的可食用型颗粒供料式3D打印装置包括颗粒料螺杆挤出机构和液态料气动活塞挤压机构。颗粒料螺杆挤出机构由步进电机1、联轴器2、漏斗4、螺杆3、搅拌杆7以及下部接有装可替换喷嘴8的颗粒料料筒5等组成，螺杆3由外向下插入颗粒料料筒5内，在颗粒料料筒5的外侧包裹有橡胶加热板6或者电磁感应加热圈，在可替换喷嘴8的两侧还对称装有加热棒9，单独控制温度，在颗粒料料筒5的下侧有一个液态料进料口10，通过此口可以输送一定量的液体料，用来最终更好地成型制件。液态料输送采用的是液态料气动活塞挤压机构，主要由一个下部带液态料料筒12的气动活塞筒(单活塞杆缸)14构成，液态料料筒12的下端出口通过连接软管11通接至颗粒料螺杆挤出机构的液态料进料口10，气动活塞筒14的顶部设有与蠕动泵相通的蠕动泵连接口15，蠕动泵作为外部动力源使活塞工作。必要时，在液态料料筒12及气动活塞筒14外围包裹上加热圈13，起到对液态料加热以及保温的作用。

实际工作中，由步进电机1带动螺杆3在外包有橡胶加热板6(或电磁感应加热圈)的颗粒料料筒5中转动，颗粒料通过漏斗4进入到颗粒料料筒5内，在螺杆3转动的过程当中进行输送，橡胶加热板(或电磁感应加热圈)的加热作用使颗粒料料筒和螺杆温度升高，将颗粒料逐渐熔融，进而挤向可替换喷嘴8，在可替换喷嘴8的两侧还对称装有加热棒9，单独控制温度，使熔融料的粘度适合从可替换喷嘴8中挤出。与此同时，蠕动泵将空气挤压至气动活塞筒14中，通过活塞向下移动可以使液态料通过连接软管11经液态料进料口10被挤出至颗粒料料筒5内，并且螺杆3的下部对称安装有两个搅拌杆7，在液态料进入颗粒料料筒5时，熔融的颗粒料会与液态料混合起来，继而在转动螺杆的带动下，搅拌杆7转动使融料与液态料混合均匀，最终从可替换喷嘴8挤出。

因为蠕动泵可以正反转，所以设定在正转时，蠕动泵挤压空气至气动活塞筒14，使活塞向下移动，定量挤出液态料。打印结束对气动活塞筒14进行清洗之后，蠕动泵反转，使活塞向上移动，将新的液态料吸入至活塞缸中待用。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并未受上述实施例的限制，其他的任何未违背本实用新型的精神实质与原理下所做的改动、修饰、替代、组合、简化以及均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种可食用型颗粒供料式3D打印装置，其特征在于：包括一个颗粒料螺杆挤出机构和一个液态料气动活塞挤压机构，所述的颗粒料螺杆挤出机构具有一个下端接有可替换喷嘴(8)的颗粒料料筒(5)，在颗粒料料筒(5)的上端接有一个漏斗(4)，在颗粒料料筒(5)的外侧包裹有带温控系统的橡胶加热板(6)或电磁感应加热圈，将一根通过步进电机(1)驱动的螺杆(3)由漏斗(4)外向下插入颗粒料料筒(5)内，在螺杆(3)的下部对称安装有两个搅拌杆(7)，在颗粒料料筒(5)的下侧壁上开有一个液态料进料口(10)；所述的液态料气动活塞挤压机构具有一个下部带液态料料筒(12)的气动活塞筒(14)，液态料料筒(12)的下端出口通过一根连接软管(11)通接至颗粒料螺杆挤出机构的液态料进料口(10)，气动活塞筒(14)的顶部设有与蠕动泵相通的蠕动泵连接口(15)。

2.根据权利要求1所述的可食用型颗粒供料式3D打印装置，其特征在于：在颗粒料料筒下端的可替换喷嘴(8)外设有加热棒(9)，在气动活塞筒(14)的外侧包裹有加热圈(13)。