CN2761402Y - 熔体连续挤出装置 - Google Patents

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Abstract

熔体连续挤出装置，主要用于熔融沉积快速成型设备，包括加热料筒，加热料筒的下端具有喷嘴，加热料筒上固设有电机，加热料筒中设置有可转动的挤出螺杆，挤出螺杆的上端与电机输出轴连接。在加热料筒与电机之间设置散热装置，在加热料筒的侧壁连通有加料装置。其特点是采用熔融挤出连续设计，省去了送丝系统，通过电机驱动螺杆直接将熔融的材料从喷嘴挤出。由于挤出力显著提高，因此无论是低粘性的铸造蜡，还是粘度较大的ABS、聚丙烯类的聚合物，均可实现稳定挤出，完全避免喷嘴堵塞现象。而且，成型材料通过加料装置直接加入料筒，块状、颗粒状或粉状热塑性聚合物成型材料均可直接加料，无需预制成丝材，实现了连续加料，大大提高了效率。

Description

熔体连续挤出装置
技术领域
本实用新型涉及熔体连续挤出装置，尤其是一种用于熔融沉积快速成型设备的熔体连续挤出装置。
背景技术
快速成型技术是20世纪80年代末新兴的先进制造技术，是一种基于离散堆积思想的原型制造技术。快速成型技术的突出优势体现在：首先，它是一种完全基于数字驱动的数字化制造技术，实现直接由CAD模型到物理原型的制造过程，无需专用的工装夹具；其次，成型过程与零件的复杂程度无关，可以制造任意复杂形状的零部件。快速成型有着广泛的应用领域，尤其在新产品开发阶段，采用快速成型技术，可以大大缩短产品的开发周期，大幅度降低产品试制造费用，快速响应市场需求。
目前，快速成型工艺技术有10余种之多，最典型的工艺方法有立体光刻(SL)、叠层实体制造(LOM)、选择性激光烧结(SLS)和熔融沉积成型(FDM)。
在熔融沉积成型(FDM)设备中，包含一挤出装置。其工作原理如图1所示，在成型过程中，丝状的成型材料101通过一对相对滚动的摩擦轮102送入挤出装置的加热料筒103(加热液化器)而被逐渐加热熔融。在材料丝送进过程中，位于加热料筒103上段的材料丝起着类似于活塞推进的作用，把加热料筒103下段处于熔融态的熔体挤出喷嘴104。
上述挤出装置的不足之处在于：(1)成型材料首先必须预先制作成丝材(直径约为1.78mm)，对成型材料的拉伸、延展性、塑性等有一定要求，限制了成型材料选用的自由度；(2)选用的材料还必须保证制备成丝后具有足够的抗弯强度，以实现依赖材料丝本身的活塞推进作用挤出熔体，由此进一步限制了材料的选择范围。如，同样是聚丙稀材料，低压聚丙稀具有足够的抗弯强度，可以作为FDM成型材料使用，而高压聚丙稀抗弯模量低，制成材料丝不能实现活塞挤出的过程；(3)现有挤出装置最突出的问题在于，材料丝所提供的推进压力有限，在熔体挤出过程中，经常发生喷嘴堵塞现象，导致成型过程失败。
针对上述问题，国内外的许多研究机构、生产厂商对挤出装置进行了研究和改进，如德国Fraunhofer Institute IFAM and IPA研制了螺杆驱动的柱塞式挤出装置，该装置可以达到很高的挤出速率，但存在无法连续加料的缺陷；美国西北大学医学院研制了基于螺杆挤压原理的挤出装置，仍然没有很好解决连续送料问题；中国清华大学研制的螺旋送丝装置，结构紧凑，挤出效果有所改进，但挤出力并没有显著提高，喷嘴堵塞现象仍然存在。可以看出，这些装置仍有一些不完善之处，还需进一步加以改进。
发明内容
本实用新型的目的是为解决现有熔融沉积快速成型设备的熔体挤出装置所存在的问题，提供一种螺杆式熔体连续挤出装置。
本实用新型提供的熔体连续挤出装置，包括加热料筒，加热料筒的下端具有喷嘴，其特征在于：加热料筒上固设有电机，加热料筒中设置有可转动的挤出螺杆，挤出螺杆的上端与电机输出轴连接。
在所述熔体连续挤出装置中，最好是使挤出螺杆、电机输出轴、加热料筒、喷嘴呈同轴排列，以使结构更紧凑。
在所述熔体连续挤出装置中，电机最好采用步进电机，以实现精确送料。
在所述熔体连续挤出装置中，料筒加热最好采用PWM功率控制，以实现料筒温度的精确控制。
作为进一步改进，在加热料筒与电机之间设置散热装置，以有效地避免加热料筒的热量传导到电机，导致其过热损坏。
作为进一步改进，加热料筒的侧壁连通有加料装置，以实现连续加料。
本实用新型提供的熔体连续挤出装置与现有的挤出装置相比，具有如下优点：采用熔融挤出连续设计，省去了送丝系统，通过电机驱动螺杆直接将熔融的材料从喷嘴挤出。由于挤出力显著提高，因此无论是低粘性的铸造蜡，还是粘度较大的ABS、聚丙稀类的聚合物，均可实现稳定挤出，完全避免喷嘴堵塞现象。而且，成型材料是通过加料装置直接加入料筒的，块状、颗粒状或粉状热塑性聚合物成型材料均可直接加料，无需预制成丝材，实现了连续加料，大大提高了效率。
附图说明
图1是现有的熔融沉积快速成型设备的挤出装置原理图。
图2是本实用新型提供的熔体连续挤出装置的结构剖视图。
图3是本实用新型提供的熔体连续挤出装置的构件分解图。
具体实施方式
参照图2、图3，本实用新型提供的熔体连续挤出装置，既可用于熔融沉积快速成型设备，也可以用于改进的熔融沉积型快速成型设备，提高其成型性能。熔体连续挤出装置由以下部件构成：
加热料筒7，料筒7中空、上下端开口。其侧壁具有轴向延伸的安装孔24，用于设置加热元件如电热棒等，锣钉8用于将电热棒紧固在安装孔24中。为了实现对料筒7温度的精确控制，加热元件采用PWM功率控制。在料筒7外壁设置有加料斗10，加料斗10通过加料口与料筒7内部贯通。在料筒7下端开口处套设有铜套6，铜套6与螺杆9的前端配合，起到限位及防止熔融泄漏的作用。
连接筒4，具有轴向贯通的熔融料挤出通道。连接筒4的上端通过螺钉5固定于料筒7下端、且使熔融料挤出通道与料筒7下端开口连通。
喷嘴1，具有熔融料挤出口。喷嘴1通过喷嘴垫片2、螺母3连接在连接筒4下端。
电机座组件，其通过螺钉22固设在料筒7上端。该组件包括盖设于料筒7上端面的绝热盖板11、置于绝热盖板11上的下滚动轴承座、以及置于下滚动轴承座上的电机座15。绝热盖板11能起到部分隔热作用，盖板中心处具有通孔，挤出螺杆9可从此穿过。下滚动轴承座用于安装下滚动轴承23，该轴承座由上、下两片12a、12c构成，每片轴承座的相对端面上均具有环形凹槽12d，两片轴承座组合后其环形凹槽12d构成了环形散热管12b。在所述环形散热管12b的两个开口处分别连接上输入、输出管道，送入水、冷却油等流体介质，即可实现循环强制制冷，将加热料筒7产生的、经绝热盖板11传导来的热量带出，从而有效地避免热量传导到电机，导致其过热损坏。当然，散热装置并不限于流体介质循环强制制冷式装置，也可以采用诸如半导体制冷片等其它公知形式。在电机座15中安装有上滚动轴承20、推力轴承座14，在推力轴承座14中安装有推力轴承21、垫圈13。
电机18，其通过螺钉19固设在电机座15上部。为实现精确送料，电机18采用步进电机。
挤出螺杆9，其通过螺母16、上滚动轴承20、推力轴承21、垫圈13、下滚动轴承23可转动地支承在电机座15中。挤出螺杆9的上端通过键17与电机输出轴17a连接，其下端为螺旋状且配置于连接筒4的熔融料挤出通道中。其中，推力轴承21保证挤出螺杆9可承受轴向负荷，顺畅转动。
这种熔体连续挤出装置，由于在工作过程中必须能灵敏地移动，因此最好是使挤出螺杆、电机输出轴、加热料筒、喷嘴呈同轴排列，以使结构更紧凑。
这种熔体连续挤出装置的工作原理如下：将热塑性聚合物成型材料通过加料斗10、加料口加入到料筒7中，料筒7将材料加热熔化，同时电机18驱动螺杆9旋转，在螺杆下端螺旋的搅动下，使熔融的材料从喷嘴1挤出
本实用新型提供的熔体连续挤出装置与现有的挤出装置相比，具有如下优点：采用熔融挤出连续设计，省去了送丝系统，通过电机驱动螺杆直接将熔融的材料从喷嘴挤出。由于挤出力显著提高，因此无论是低粘性的铸造蜡，还是粘度较大的ABS、聚丙稀类的聚合物，均可实现稳定挤出，完全避免喷嘴堵塞现象。而且，成型材料是通过加料装置直接加入料筒的，块状、颗粒状或粉状热塑性聚合物成型材料均可直接加料，无需预制成丝材，实现了连续加料，大大提高了效率。

Claims (10)

1、熔体连续挤出装置，包括加热料筒，加热料筒的下端具有喷嘴，其特征在于：加热料筒的上端固设有电机，加热料筒中设置有可转动的挤出螺杆，挤出螺杆的上端与电机输出轴连接。
2、根据权利要求1所述的熔体连续挤出装置，其特征在于：所述挤出螺杆、电机输出轴、加热料筒、喷嘴呈同轴排列。
3、根据权利要求1所述的熔体连续挤出装置，其特征在于：电机采用步进电机。
4、根据权利要求1所述的熔体连续挤出装置，其特征在于：料筒加热采用PWM功率控制。
5、根据权利要求1所述的熔体连续挤出装置，其特征在于：在所述加热料筒与电机之间设置散热装置。
6、根据权利要求5所述的熔体连续挤出装置，其特征在于：所述散热装置为流体介质循环强制制冷装置。
7、根据权利要求1所述的熔体连续挤出装置，其特征在于：所述加热料筒的侧壁连通有加料装置。
8、根据权利要求1所述的熔体连续挤出装置，其特征在于：所述电机固设在电机座上，电机座固定连接在加热料筒上部，散热装置设置在加热料筒与电机座之间。
9、根据权利要求1所述的熔体连续挤出装置，其特征在于：所述挤出螺杆通过滚动轴承支承。
10、根据权利要求1或9所述的熔体连续挤出装置，其特征在于：所述挤出螺杆通过推力轴承支承。
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