CN211994211U - 一种单螺杆式3d打印机挤出装置 - Google Patents

Abstract

一种单螺杆式3D打印机挤出装置，包括支撑结构、传动结构、进料结构和加热结构；其中支撑结构固定支撑打印机机头中的各部件，将不同的3D打印材料送入进料结构，经过传动结构的输送和加热结构熔融，将3D打印材料从进料结构挤出，进行3D打印；支撑结构使螺杆8的轴向和径向运动更稳定；加热结构中第一至第三加热圈分段式加热机筒，熔化物料，熔料被从喷嘴挤出；本实用新型以螺杆输送和螺杆挤出原理为基础，设计了专用的小直径渐变式螺杆，整体结构紧凑，承载能力强，对于不同种类材料可以通过调节螺杆转速和加热圈加热温度，来保证良好的产品质量；本实用新型具有体积小成本低、结构合理、性能稳定及安全高效的优点。

Description

一种单螺杆式3D打印机挤出装置

技术领域

本实用新型属于熔融沉积式(FDM)3D打印技术领域，具体涉及一种单螺杆式3D打印机挤出装置。

背景技术

3D打印是一种快速成型技术，它是一种以数字模型文件为基础，利用粒状或者丝状塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。常见有熔融沉积成型技术(FDM)、选择性激光烧结技术(SLS)、立体平板印刷技术(SLA)等技术。其中的FDM技术作为3D打印技术中最常用的成型工艺，机头设计对产品品质至关重要。基于FDM工艺的3D打印机挤出装置设计主要有如下方案：

(1)线材3D打印机挤出装置

利用电机与辊轮输送线材，线材进入一截喉管后进入高温加热块的孔洞，原本呈固态的线材受热后变为熔融态，由于专用喉管的良好隔热性，后半部分的线材依然保持固态，这样就能向前端融料施加挤出力，从喷嘴处挤出细丝用作打印。此方案简单易行，主机成本较低，打印精度较好。但存在打印原料成本高，打印效率低，喷嘴易堵塞，打印质量不稳定等问题。

(2)螺杆式3D打印机挤出装置

螺杆式3D打印主机是利用螺杆挤出原理和螺杆输送原理，颗粒状原料从料斗进料，螺杆对原料进行输送，从外部对机筒进行加热，螺杆槽部的原料在输送过程中逐渐被压实、受热熔融，最终在喷嘴处成型被挤出。此方案主机设计基于螺杆挤出、螺杆输送原理，具有较大的输出量，打印效率高，可打印原料种类丰富，但存在体积大，设备成本高，打印工艺参数适配难，打印制品精度较差，表面需要二次加工等问题。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供了一种单螺杆式3D打印机挤出装置，能够打印大型制件，而且可以对多种形式的原料进行打印，打印产品精度高；具有体积小成本低、结构合理、性能稳定及安全高效的优点。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种单螺杆式3D打印机挤出装置，包括支撑结构、传动结构、进料结构和加热结构；其中支撑结构固定支撑打印机机头中的各部件，将不同的3D打印材料送入进料结构，经过传动结构的输送和加热结构熔融，将3D打印材料从进料结构挤出，进行3D打印。

所述支撑结构包括支架1，支架1的竖杆顶端固定有L型板3，L型板3的竖直面由上至下依次固定有电机支架2及轴承座4，轴承座4的下端面还与L型板3的上水平面固定连接，L型板3的下水平面固定有机筒法兰5。

所述传动结构包括步进电机6，步进电机6固定安装于电机支架2上，步进电机6的动力输出轴通过联轴器7与螺杆8的连接段相连接，螺杆8的连接段通过轴承固定于轴承座4上，螺杆8的螺纹段向下伸入机筒11内。

所述进料结构包括料斗9，所述料斗9的出口端与进料管道10的入口端相连接，所述进料管道10的出口端与机筒11侧壁开口相连通，机筒11的顶端嵌接于机筒法兰5中，机筒11的底端设有喷嘴12。

所述加热结构包括依次与机筒11外周过盈配合的第一加热圈13、第二加热圈14及第三加热圈15。

所述步进电机6、第一加热圈13、第二加热圈14及第三加热圈15分别与外部控制系统连接。

所述机筒11选用38CrMoAl材料，进行表面氮化处理；机筒11与机筒法兰5连接部位为倒圆角方耳形状。

所述螺杆8的连接段为阶梯状，其轴肩两端各安装一个轴承；螺杆8的直径为10mm-12mm，其中螺杆8的螺纹段分为加料段16、压缩段17及均化段18，加料段16、压缩段17及均化段18的长度比为35/45/20；所述加料段16的螺纹深度为1.5mm，均化段18的螺纹深度为0.5mm，压缩段17的螺纹深度为从加料段16的螺纹深度1.5mm渐变至均化段18的螺纹深度0.5mm。

所述第一加热圈13、第二加热圈14及第三加热圈15，分别配置有温度传感器及温度控制器；第一加热圈13、第二加热圈14及第三加热圈15的长度分别与螺杆8的加料段16、压缩段17及均化段18的长度相等。

所述第一加热圈13、第二加热圈14及第三加热圈15采用弹簧加热圈。

本实用新型的有益效果在于：

1、可以利用多种不同种类的原材料进行3D打印，改变了传统FDM式3D打印机只能将线型材进行输入打印的方式，很大程度上降低了原料成本；同时具备较高的挤出量，可以提升打印效率，节约时间成本；还可以将复合材料进行打印，提升打印制件的质量和性能。

2、采用直径为10mm的专用小型螺杆8，对螺杆8进行分段式设置同时螺纹深度渐变，缩小了装置的体积，螺杆8连接段的阶梯状设置可安装双轴承，保证了螺杆8与机筒11较好的同轴度，螺杆8转动时也更加安全稳定。

3、机筒11、机筒法兰5与轴承座4共同固定在L型板上，一体化配合精密，保证螺杆8与机筒11的同轴度，确保工作的安全性、稳定性，降低螺杆8与机筒11的相互磨损。

4、机筒11与机筒法兰5通过倒圆角方耳形状配合连接，使得装配简单，若机筒11发生磨损更换起来也十分简单易行，节约更换成本。

5、机筒11选用38CrMoAl材料，进行表面氮化处理，使机筒具有高强度、耐腐蚀的性能，延长了机筒的使用寿命。

综上所述，本实用新型具有体积小成本低、结构合理、性能稳定及安全高效的优点。

附图说明

图1为本实用新型的主视图。

图2为本实用新型中的L型板3的轴测图。

图3为本实用新型中的螺杆8的主视图。

图4为本实用新型中的机筒法兰5的轴测图。

图中：1、支撑架；2、电机支架；3、L型板；4、轴承座；5、机筒法兰；6、步进电机；7、联轴器；8、螺杆；9、料斗；10、进料管道；11、机筒；12、喷嘴；13、第一加热圈；14、第二加热圈；15、第三加热圈；16加料段；17、压缩段；18、均化段。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细说明。

参见图1，一种单螺杆式3D打印机挤出装置，包括支撑结构、传动结构、进料结构和加热结构；其中支撑结构固定支撑打印机机头中的各部件，将不同的3D打印材料送入进料结构，经过传动结构的输送和加热结构熔融，将3D打印材料从进料结构挤出，进行3D打印。

所述支撑结构包括支架1，支架1的竖杆顶端固定有L型板3，参见图2，L型板3的竖直面由上至下依次固定有电机支架2及轴承座4，轴承座4的下端面还与L型板3的上水平面固定连接，L型板3的下水平面固定有机筒法兰5。

所述传动结构包括步进电机6，步进电机6固定安装于电机支架2上，步进电机6的动力输出轴通过联轴器7与螺杆8的连接段相连接，螺杆8的连接段通过轴承固定于轴承座4上，螺杆8的螺纹段向下伸入机筒11内。

所述进料结构包括料斗9，所述料斗9的出口端与进料管道10的入口端相连接，所述进料管道10的出口端与机筒11侧壁开口相连通，机筒11的顶端嵌接于机筒法兰5中，机筒11的底端设有喷嘴12。

所述加热结构包括依次与机筒11外周过盈配合的第一加热圈13、第二加热圈14及第三加热圈15。

所述步进电机6、第一加热圈13、第二加热圈14及第三加热圈15分别与外部控制系统连接，以针对不同种类材料，调节转速和第一至第三加热圈加热温度。

参见图4，所述机筒11选用38CrMoAl材料，进行表面氮化处理，使机筒11具有高强度、耐腐蚀的性能，延长了机筒11的使用寿命；机筒11与机筒法兰5连接部位为倒圆角方耳形状，装配简单，若机筒11发生磨损更换起来也十分简单易行，节约更换成本。

参见图3，所述螺杆8的连接段为阶梯状，其轴肩两端各安装一个轴承；螺杆8的直径为10mm-12mm，其中螺杆8的螺纹段分为加料段16、压缩段17及均化段18，加料段16、压缩段17及均化段18的长度比为35/45/20；所述加料段16的螺纹深度1.5mm，均化段18的螺纹深度0.5mm，压缩段17的螺纹深度为从加料段16的螺纹深度1.5mm渐变至均化段18的螺纹深度0.5mm，加料段16起输送作用，并且在这一阶段将对供给进来的进行预热，为下一阶段做准备，加料段16最主要作用是输送，保证输送料的连续性从而最终保证挤出的稳定性；压缩段17将输送过来的物料被压实，并在机筒内建立了压力，为均化段18的熔融做好预热准备；均化段18将被熔融物料均匀化，最后定温定量地被挤到螺杆的最前端。

所述第一加热圈13、第二加热圈14及第三加热圈15，分别配置有温度传感器及温度控制器；第一加热圈13、第二加热圈14及第三加热圈15的长度分别与螺杆8的加料段16、压缩段17及均化段18的长度相等。

所述第一加热圈13、第二加热圈14及第三加热圈15采用弹簧加热圈，弹簧加热圈具有安装简便、成本低的优点。

本实用新型的工作原理如下：

本实用新型以螺杆输送和螺杆挤出原理为基础，以小直径的渐变式螺杆8，用加热圈分段式加热机筒，熔化物料，熔料被从喷嘴12挤出，进行打印。

支撑结构中，L型板3与电机支架2、轴承座4及机筒法兰5相配合在同一轴向上支撑固定步进电机6、联轴器7、螺杆8及机筒11，使螺杆8的轴向和径向运动更稳定；将第一至第三加热圈加热至设定温度，由料斗9进料，物料在重力的作用下沿进料管道10进入机筒11内，在螺杆8的旋转之下，物料与机筒11内壁摩擦，螺旋作用与摩擦作用共同将物料向前输送，物料在被输送的过程中受热逐渐发生物态变化，在螺杆8的均化段18达到需要的熔料状态，再进一步通过喷嘴12的作用，熔料被定温定量地挤出来。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以上实施例仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制，有关此技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本实用新型的范畴，本实用新型的保护范围应由其权利要求限定。

Claims (10)

1.一种单螺杆式3D打印机挤出装置，包括支撑结构、传动结构、进料结构和加热结构；其特征在于：支撑结构固定支撑打印机机头中的各部件，将不同的3D打印材料送入进料结构，经过传动结构的输送和加热结构熔融，将3D打印材料从进料结构挤出，进行3D打印。

2.根据权利要求1所述的一种单螺杆式3D打印机挤出装置，其特征在于：所述支撑结构包括支架(1)，支架(1)的竖杆顶端固定有L型板(3)，L型板(3)的竖直面由上至下依次固定有电机支架(2)及轴承座(4)，轴承座(4)的下端面还与L型板(3)的上水平面固定连接，L型板(3)的下水平面固定有机筒法兰(5)。

3.根据权利要求1所述的一种单螺杆式3D打印机挤出装置，其特征在于：所述传动结构包括步进电机(6)，步进电机(6)固定安装于电机支架(2)上，步进电机(6)的动力输出轴通过联轴器(7)与螺杆(8)的连接段相连接，螺杆(8)的连接段通过轴承固定于轴承座(4)上，螺杆(8)的螺纹段向下伸入机筒(11)内。

4.根据权利要求1所述的一种单螺杆式3D打印机挤出装置，其特征在于：所述进料结构包括料斗(9)，所述料斗(9)的出口端与进料管道(10)的入口端相连接，所述进料管道(10)的出口端与机筒(11)侧壁开口相连通，机筒(11)的顶端嵌接于机筒法兰(5)中，机筒(11)的底端设有喷嘴(12)。

5.根据权利要求1所述的一种单螺杆式3D打印机挤出装置，其特征在于：所述加热结构包括依次与机筒(11)外周过盈配合的第一加热圈(13)、第二加热圈(14)及第三加热圈(15)。

6.根据权利要求3所述的一种单螺杆式3D打印机挤出装置，其特征在于：所述步进电机(6)、第一加热圈(13)、第二加热圈(14) 及第三加热圈(15)分别与外部控制系统连接。

7.根据权利要求3所述的一种单螺杆式3D打印机挤出装置，其特征在于：所述机筒(11)选用38CrMoAl材料，进行表面氮化处理；机筒(11)与机筒法兰(5)连接部位为倒圆角方耳形状。

8.根据权利要求3所述的一种单螺杆式3D打印机挤出装置，其特征在于：所述螺杆(8)的连接段为阶梯状，其轴肩两端各安装一个轴承；螺杆(8)的直径为10mm-12mm，其中螺杆(8)的螺纹段分为加料段(16)、压缩段(17)及均化段(18)，加料段(16)、压缩段(17)及均化段(18)的长度比为35/45/20；所述加料段(16)的螺纹深度为1.5mm，均化段(18)的螺纹深度为0.5mm，压缩段(17)的螺纹深度为从加料段(16)螺纹深度1.5mm渐变至均化段(18)的螺纹深度0.5mm。

9.根据权利要求5所述的一种单螺杆式3D打印机挤出装置，其特征在于：所述第一加热圈(13)、第二加热圈(14)及第三加热圈(15)分别配置有温度传感器及温度控制器；第一加热圈(13)、第二加热圈(14)及第三加热圈(15)的长度分别与螺杆(8)的加料段(16)、压缩段(17)及均化段(18)的长度相等。

10.根据权利要求5所述的一种单螺杆式3D打印机挤出装置，其特征在于：所述第一加热圈(13)、第二加热圈(14)及第三加热圈(15)采用弹簧加热圈。

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