CN213472222U - 一种基于螺杆挤出原理的3d打印装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于螺杆挤出原理的3D打印装置，本实用新型设置料斗、进料步进电机和进料筒，使用时，通过料斗、进料步进电机和进料筒向挤出料筒中进料，因此挤出料不限定在线材，对打印材料的要求低，普通粒料就可以，打印原料来源方便快捷；并且，这种进料方式，不会造成耗材浪费，不会因为耗材折断而造成打印中断或失败。

Description

一种基于螺杆挤出原理的3D打印装置

技术领域

本实用新型属于3D打印机技术领域，涉及一种基于螺杆挤出原理的3D打印装置。

背景技术

在制造业日趋国际化的21世纪，缩短产品开发周期和减少开发新产品投资风险，因此相继涌现出大量的先进制造理念及制造技术，其中最典型的是3D打印技术。3D打印技术又称为快速成形技术或增材制造技术，该技术在20世纪70年代末到80年代初起源于美国，是近30年来世界制造技术领域的一次重大突破。其以3D设计文件模型为基础，运用不同的打印技术、方式使特定材料(如粉末状金属或塑料)，通过逐层堆积的形式实现实体的构造。3D打印技术是机械、电气、计算机、数控以及材料科学等技术的集成。它能将数学几何模型的设计迅速、自动地物化为具有一定结构和功能的原型或零件。3D打印技术改变了传统制造的理念和模式，是制造业最具有代表性的颠覆技术。2015年国务院发布的《中国制造2025》中，3D打印技术及其装备被正式列入十大重点发展领域。

增材制造技术作为一种新型的制造技术，自诞生以来呈现多样化的发展趋势，在复杂结构产品的个性化定制与加工方面体现出显著的优势。熔融沉积成型(FDM)技术作为增材制造工艺主要类别之一，以其设备成本低、污染小、环境适应性强等特点备受青睐，但FDM打印技术由于材料种类单一、材料形状必须是具有一定强度的线材、生产效率低等问题限制了其更为广泛的应用。

目前市面上流行的FDM型3D打印机是以直径为1.75mm的PLA或ABS耗材为原料，且挤出头口径只有0.4mm，这就导致与螺杆挤出打印相同的制件相比更耗时，效率也不高。且由于市面上的打印机对大工件的打印难以胜任，一般都集中在打印一些玩具、模型等小部件。再者，市面上FDM塑料3D打印机大多是通过步进电机的啮合齿轮以远端输料方式进行运料，势必会在耗材表面形成啮合痕迹，又由于线型耗材表面易发生氧化脆断，且耗材直径很难达到高度均匀一致，这就导致在输料过程中易产生耗材折断的现象，造成打印失败及耗材浪费。

实用新型内容

针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种基于螺杆挤出原理的3D打印装置，可以直接使用粒料打印，解决打印材料单一、耗材易产生耗材折断等问题。

本实用新型是通过以下技术方案来实现：

一种基于螺杆挤出原理的3D打印装置，包括第一送料装置、第一螺杆挤出机构和打印机框架；第一螺杆挤出机构安装在打印机框架上；

第一螺杆挤出机构包括：安装板、挤出电机、挤出螺杆、挤出料筒和挤出喷头；挤出电机和挤出料筒安装在安装板上，挤出螺杆同轴设置在挤出料筒中，挤出料筒外圈包裹有加热圈；挤出电机的输出轴与挤出螺杆的上端连接，挤出螺杆的下端与挤出喷头连接；挤出喷头下方设置有打印平台；

第一送料装置包括进料系统支架，进料系统支架上设置有料箱，料箱上连接有料斗，料箱出口依次通过第一进料筒和第二进料筒与第一螺杆挤出机构中的挤出料筒进料口连接；进料系统支架上安装有进料步进电机，料箱内与料箱出口相对的一侧设置有推板，进料步进电机的输出轴与推板连接。

优选的，还包括第二送料装置和第二螺杆挤出机构；第二送料装置结构与第一送料装置相同，第二螺杆挤出机构结构与第一螺杆挤出机构相同；第二送料装置中料箱出口与第二螺杆挤出机构中挤出料筒进料口连接。

优选的，打印机框架上设置有Z轴向固定台，Z轴向固定台上设置有Z轴控制电机和Z轴丝杠；Z轴控制电机输出轴与Z轴丝杠连接，安装板与Z轴丝杠上的滑块连接。

进一步的，Z轴向固定台上还设置有Z轴光轴，Z轴光轴与Z轴丝杠平行设置；安装板一侧与Z轴丝杠上的滑块连接，另一侧与Z轴光轴上的滑块连接。

优选的，还包括X轴运动机构和Y轴运动机构；

X轴运动机构包括X轴平台，X轴平台上设置有X轴向电机和X轴向丝杠；X轴向电机的输出轴与X轴向丝杠一端连接，打印平台连接在X轴向丝杠的滑块上；

Y轴运动机构包括Y轴平台，Y轴平台上设置有Y轴向电机和Y轴向丝杠；Y轴向电机的输出轴与Y轴向丝杠一端连接；Y轴向丝杠上的丝杠滑块上固定连接有连接滑块，X轴平台固定安装在连接滑块上。

进一步的，X轴运动机构还包括两个X轴向光轴，两个X轴向光轴平行设置在X轴向丝杠两侧，打印平台的两侧分别与两个X轴向光轴上的滑块连接。

进一步的，Y轴运动机构还包括两个Y轴向光轴，两个Y轴向光轴平行设置在Y轴向丝杠两侧，X轴平台的两侧分别与两个Y轴向光轴上的滑块固定连接。

优选的，挤出螺杆与挤出喷头通过螺纹连接。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

本实用新型设置料斗、进料步进电机和进料筒，使用时，通过料斗、进料步进电机和进料筒向挤出料筒中进料，因此挤出料不限定在线材，对打印材料的要求低，普通粒料就可以，打印原料来源方便快捷；并且，这种进料方式，不会造成耗材浪费，不会因为耗材折断而造成打印中断或失败。该装置为大型3D打印装置，且使用螺杆挤出，打印效率高。

进一步的，配备有两套螺杆挤出机构，可实现多材料3D打印。

附图说明

图1为基于螺杆挤出原理的大型多材料3D打印装置主视图；

图2为基于螺杆挤出原理的大型多材料3D打印装置俯视图；

图3为基于螺杆挤出原理的大型多材料3D打印装置左视图；

图4和图5为基于螺杆挤出原理的大型多材料3D打印装置轴测图；

图6为基于螺杆挤出原理的大型多材料3D打印装置Z轴运动模块。

图中：地脚支撑座1，L形连接板2，纵向杆3，横向杆4，进料电机支架5，固定角座6，T形连接板7，Z轴控制电机8，Z轴光轴9，Z轴丝杠10，电机固定支架11，挤出电机12，挤出螺杆13，挤出装备固定架14，圆头螺栓15，挤出料筒16，加热圈17，挤出喷头18，第一进料筒19，第二进料筒20，打印平台21，料斗22，光轴支撑座23，进料步进电机24，料系统支架25，X轴向电机支座26，X轴向电机27，X轴向光轴28，六角头螺栓29，Z轴向固定台30，X轴平台31，螺母32，连接滑块33，丝杠滑块34，Y轴平台35。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，所述是对本实用新型的解释而不是限定。

参见图1、图2、图3、图4和图5，本实用新型所述的基于螺杆挤出原理的大型多材料3D打印装置，包括第一送料装置、第二送料装置、第一螺杆挤出机构、第二螺杆挤出机构、X轴运动机构、Y轴运动机构和打印机框架。

第一螺杆挤出机构、第二螺杆挤出机构、X轴运动机构和Y轴运动机构均安装在打印机框架上。

打印机框架上设置有Z轴向固定台30，Z轴向固定台30上通过M8×30圆头螺栓15设置有挤出装备固定架14，挤出装备固定架14上设置有Z轴控制电机8、Z轴丝杠10和两个Z轴光轴9。Z轴控制电机8输出轴与Z轴丝杠10连接，两个Z轴光轴9平行设置在Z轴丝杠10的两侧。

如图1和图6所示，第一螺杆挤出机构和第二螺杆挤出机构分别传动安装在Z轴丝杠10上，第一螺杆挤出机构与一Z轴光轴9上的滑块固定连接，第二螺杆挤出机构与另一Z轴光轴9上的滑块固定连接。

如图1和图6所示，第一螺杆挤出机构包括：安装板、挤出电机12、挤出螺杆13、挤出料筒16和挤出喷头18。挤出电机12通过电机固定支架11连接在安装板上，挤出料筒16安装在安装板上。挤出螺杆13同轴设置在挤出料筒16中，挤出螺杆13与挤出料筒16间隙配合。挤出料筒16外圈被三段加热圈17包裹。挤出电机12的输出轴与挤出螺杆13的上端连接，挤出螺杆13的下端与挤出喷头18通过螺纹连接。安装板一侧与Z轴丝杠10上的滑块连接，另一侧与一Z轴光轴9上的滑块连接。第二螺杆挤出机构结构与第一螺杆挤出机构相同。

如图1和图2所示，第一送料装置包括进料系统支架25，进料系统支架25上设置有料箱、料箱上连接有料斗22，料箱出口与第一进料筒19一端连接，第一进料筒19另一端与第二进料筒20一端连接，第二进料筒20另一端与第一螺杆挤出机构中的挤出料筒16进料口连接。进料系统支架25上通过进料电机支架5安装有进料步进电机24，料箱内与料箱出口相对的一侧设置有推板，进料步进电机24的输出轴与推板连接。第二送料装置结构与第一送料装置相同。本实例中，第一进料筒19输入端低于输出端，因此，第一进料筒19内设置有内螺纹，避免挤出料下滑。

如图1和图2所示，X轴运动机构包括X轴平台31，X轴平台31上设置有X轴向电机27、X轴向丝杠和两个X轴向光轴28。X轴向电机27通过X轴向电机支座26安装在X轴平台31上。X轴向电机27的输出轴与X轴向丝杠一端连接。两个X轴向光轴28平行设置在X轴向丝杠两侧，X轴向光轴28通过光轴支撑座23固定，光轴支撑座23通过M6×30六角头螺栓29与M6六角螺母32固定在X轴平台31上。X轴向丝杠的滑块上焊接连接有打印平台21，打印平台21的两侧分别与两个X轴向光轴28上的滑块固定连接。打印平台21位于挤出喷头18的下方。

如图1和图2所示，Y轴运动机构包括Y轴平台35，Y轴平台35上设置有Y轴向电机、Y轴向丝杠和两个Y轴向光轴。Y轴向电机通过Y轴向电机支座安装在Y轴平台上。Y轴向电机的输出轴与Y轴向丝杠一端连接。两个Y轴向光轴平行设置在Y轴向丝杠两侧。Y轴向丝杠上连接有丝杠滑块34，丝杠滑块34上固定连接有连接滑块33，X轴平台31固定安装在连接滑块33上。X轴平台31的两侧分别与两个Y轴向光轴上的滑块固定连接。

打印机框架包括框架本体，框架本体由四根纵向杆3和多根横向杆4连接而成。纵向杆3底部设置有地脚支撑座1，纵向杆3和底部的横向杆4连接处通过L形连接板2连接。纵向杆3和横向杆4连接处设置有固定角座6。纵向杆3与中部的横向杆4连接处通过T形连接板7连接。地脚支撑座1共有4个，纵向杆为1800mm铝型材，横向杆为1000mm铝型材。

本实用新型的工作过程为：通过X轴运动机构和Y轴运动机构将打印平台位置调整在挤出喷头18的下方，通过Z轴控制电机8将第一螺杆挤出机构和第二螺杆挤出机构纵向位置调整好。通过料斗22向料箱中加入挤出料，进料步进电机24将料箱内的挤出料从料箱出口沿第一料筒19和第二料筒20输送至挤出料筒16中。挤出电机12推动挤出螺杆13向下运动，将挤出料从挤出喷头18挤出至打印平台上完成打印。

Claims (8)

1.一种基于螺杆挤出原理的3D打印装置，其特征在于，包括第一送料装置、第一螺杆挤出机构和打印机框架；第一螺杆挤出机构安装在打印机框架上；

第一螺杆挤出机构包括：安装板、挤出电机(12)、挤出螺杆(13)、挤出料筒(16)和挤出喷头(18)；挤出电机(12)和挤出料筒(16)安装在安装板上，挤出螺杆(13)同轴设置在挤出料筒(16)中，挤出料筒(16)外圈包裹有加热圈(17)；挤出电机(12)的输出轴与挤出螺杆(13)的上端连接，挤出螺杆(13)的下端与挤出喷头(18)连接；挤出喷头(18)下方设置有打印平台(21)；

第一送料装置包括进料系统支架(25)，进料系统支架(25)上设置有料箱，料箱上连接有料斗(22)，料箱出口依次通过第一进料筒(19)和第二进料筒(20)与第一螺杆挤出机构中的挤出料筒(16)进料口连接；进料系统支架(25)上安装有进料步进电机(24)，料箱内与料箱出口相对的一侧设置有推板，进料步进电机(24)的输出轴与推板连接。

2.根据权利要求1所述的基于螺杆挤出原理的3D打印装置，其特征在于，还包括第二送料装置和第二螺杆挤出机构；第二送料装置结构与第一送料装置相同，第二螺杆挤出机构结构与第一螺杆挤出机构相同；第二送料装置中料箱出口与第二螺杆挤出机构中挤出料筒(16)进料口连接。

3.根据权利要求1所述的基于螺杆挤出原理的3D打印装置，其特征在于，打印机框架上设置有Z轴向固定台(30)，Z轴向固定台(30)上设置有Z轴控制电机(8)和Z轴丝杠(10)；Z轴控制电机(8)输出轴与Z轴丝杠(10)连接，安装板与Z轴丝杠(10)上的滑块连接。

4.根据权利要求3所述的基于螺杆挤出原理的3D打印装置，其特征在于，Z轴向固定台(30)上还设置有Z轴光轴(9)，Z轴光轴(9)与Z轴丝杠(10)平行设置；安装板一侧与Z轴丝杠(10)上的滑块连接，另一侧与Z轴光轴(9)上的滑块连接。

5.根据权利要求1所述的基于螺杆挤出原理的3D打印装置，其特征在于，还包括X轴运动机构和Y轴运动机构；

X轴运动机构包括X轴平台(31)，X轴平台(31)上设置有X轴向电机(27)和X轴向丝杠；X轴向电机(27)的输出轴与X轴向丝杠一端连接，打印平台(21)连接在X轴向丝杠的滑块上；

Y轴运动机构包括Y轴平台(35)，Y轴平台(35)上设置有Y轴向电机和Y轴向丝杠；Y轴向电机的输出轴与Y轴向丝杠一端连接；Y轴向丝杠上的丝杠滑块(34)上固定连接有连接滑块(33)，X轴平台(31)固定安装在连接滑块(33)上。

6.根据权利要求5所述的基于螺杆挤出原理的3D打印装置，其特征在于，X轴运动机构还包括两个X轴向光轴(28)，两个X轴向光轴(28)平行设置在X轴向丝杠两侧，打印平台(21)的两侧分别与两个X轴向光轴(28)上的滑块连接。

7.根据权利要求5所述的基于螺杆挤出原理的3D打印装置，其特征在于，Y轴运动机构还包括两个Y轴向光轴，两个Y轴向光轴平行设置在Y轴向丝杠两侧，X轴平台(31)的两侧分别与两个Y轴向光轴上的滑块固定连接。

8.根据权利要求1所述的基于螺杆挤出原理的3D打印装置，其特征在于，挤出螺杆(13)与挤出喷头(18)通过螺纹连接。

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