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 一種新型3D打印棒料擠出機構

 
【申请公布号:CN112537022A;申请权利人:佛山市南海区广工大数控装备协同创新研究院; 佛山市广工大数控装备技术发展有限公司;发明设计人: 贺礼; 钟一瀚; 钟云腾; 白崇庆; 胡亮;】
 
摘要:
 
本发明公开了一種新型3D打印棒料擠出機構,包括主动齿轮和从动齿轮,主动齿轮与从动齿轮相互啮合,主动齿轮安装在第一装置上,从动齿轮安装在第二装置上,第一装置与第二装置结构一致,均包括同步帶,顶部同步輪和底部同步輪;第一装置和第二装置的上端设置有定位套筒,下端设置有加热装置,加热装置底部设置有喷头。本发明实现对棒料一定范围内的尺寸自适应,以及保证多段棒料的连续传送和挤出,以此保证在实际打印过程中的适应性和连续性,为自动化上料做好基础,并提升熔融层积成型3D打印技术的材料适用范围。 
 
主權項:
 
1.一種新型3D打印棒料擠出機構,其特征在于,包括主动齿轮(13)和从动齿轮(5),所述主动齿轮(13)与所述从动齿轮(5)相互啮合,所述主动齿轮(5)安装在第一装置上,所述从动齿轮(5)安装在第二装置上;所述第一装置与所述第二装置结构一致,均包括同步帶(4),顶部同步輪(15)和底部同步輪(16);所述第一装置和所述第二装置的上端设置有定位套筒(2),下端设置有加热装置,所述加热装置底部设置有喷头(9)。 
 
要求:
 
1.一種新型3D打印棒料擠出機構,其特征在于,包括主动齿轮(13)和从动齿轮(5),所述主动齿轮(13)与所述从动齿轮(5)相互啮合,所述主动齿轮(5)安装在第一装置上,所述从动齿轮(5)安装在第二装置上;所述第一装置与所述第二装置结构一致,均包括同步帶(4),顶部同步輪(15)和底部同步輪(16);所述第一装置和所述第二装置的上端设置有定位套筒(2),下端设置有加热装置,所述加热装置底部设置有喷头(9)。
 
2.根据权利要求1所述的一種新型3D打印棒料擠出機構,其特征在于,所述第一装置包括海绵摩擦带(3),所述海绵摩擦带(3)内层设置有所述同步帶(4),所述同步帶(4)安装在所述顶部同步輪(15)和所述底部同步輪(16)上,在所述顶部同步輪(15)和所述底部同步輪(16)之间设置有顶部预压滚轮(14)和底部预压滚轮(17)。
 
3.根据权利要求2所述的一種新型3D打印棒料擠出機構,其特征在于,所述主动齿轮(13)与所述第一装置的所述底部同步輪(16)固定在同一轴上,所述从动齿轮(5)与所述第二装置的底部同步輪固定在同一軸上。
 
4.根据权利要求1所述的一種新型3D打印棒料擠出機構,其特征在于,所述加热装置包括隔热套筒(7),所述隔热套筒(7)安装在加热套筒(6)内部,所述加热套筒外部有温度传感器(10)、加热棒(11)以及散热片(12)。
 
5.根据权利要求1所述的一種新型3D打印棒料擠出機構,其特征在于,固态棒料(1)的直径尺寸为5mm~100mm。
 
6.一種采用權利要求1所述的新型3D打印棒料擠出機構進行3D打印的方法,其特征在于,包括如下步驟:
 
S01:固態棒料(1)上端放置在所述定位套筒(2)內;
 
S02:电机带动所述主动齿轮(13)转动,所述第一装置中的所述底部同步輪(16)与所述主动轮(13)同时转动,带动所述第一装置中所述同步帶(4)与所述顶部同步輪(15)转动;所述主动齿轮(13)带动所述从动齿轮(5)转动,所述第二装置中的底部同步輪与所述从动齿轮(5)同时转动,带动所述第二装置中同步帶与顶部同步輪转动,使得所述固态棒料(1)向下移动;
 
S03:移動到所述加熱裝置中隔熱套筒內的所述固態棒料(1)被加熱爲熔融狀態棒料(8),從所述噴頭(9)排出進行3D打印。
 
7.根据权利要求6所述的一种3D打印的方法,其特征在于,采用弹力装置Ⅰ连接所述第一装置与所述第二装置中所述顶部预压滚轮(14)的沟槽,采用弹力装置Ⅱ连接所述第一装置与第二装置中所述底部预压滚轮(17)的沟槽,所述沟槽位于所述顶部预压滚轮(14)和所述底部预压滚轮(17)的后端,所述弹力装置Ⅰ对顶部预压滚轮(14)施加朝所述固态棒料(1)方向的水平拉力,所述弹力装置Ⅱ对底部预压滚轮施加朝所述固态棒料(1)方向的水平拉力,最终使所述固态棒料(1)与所述同步帶外层的海绵摩擦带(3)摩擦接触。
 
8.根據權利要求7所述的一種3D打印的方法,其特征在于,所述彈力裝置Ⅰ和彈力裝置Ⅱ結構一致,均由拉力彈簧或橡皮筋構成。
 
9.根據權利要求6所述的一種3D打印的方法,其特征在于,所述定位套筒(2)、所述隔熱套筒(7)、所述主動齒輪(13)和所述從動齒輪(5)均可拆卸與更換。
 
10.根據權利要求6所述的一種3D打印的方法,其特征在于,所述第一裝置與第二裝置的間距根據所述固態棒料(1)的直徑尺寸進行設定
 
一種新型3D打印棒料擠出機構
技術領域
 
本发明涉及3D打印设备技術領域,具体涉及一種新型3D打印棒料擠出機構。
 
背景技術
 
傳統的熔融層積成型3D打印技術(FDM)是將絲狀的熱熔性材料加熱融化,同時三維噴頭在計算機的控制下,根據截面輪廓信息,將材料選擇性地逐層塗敷在工作台上。理論上具備加熱熔化,冷卻固化的材料均適用于該技術,然而其采用的原材料爲絲狀線材,且通常需要纏繞在圓形料盤之上。因此,現階段該3D打印技術所能打印的原材料多爲具備一定彈塑性的熱塑性高分子材料。其他不具備優異彈塑性的材料,往往需要與熱塑性塑料混合後才可支撐可打印線材,因此從原材料形態的角度限制了該類技術的應用。
 
許多在生産和工業應用中有實際作用的原材料,如石蠟、低溫合金、添加了陶瓷粉末或金屬粉末的複合材料等,通過3D打印工藝,也能帶來更多的新應用,提高生産效率。但由于此類材料在固體階段不具備良好的彈塑性,因此需要考慮將其制成具有一定抗彎強度的圓柱形棒料應用于熔融層積成型3D打印技術。然而,現有熔融層積成型的打印噴頭多用于固定尺寸的細絲狀連續線材,缺少一種可自適應尺寸,且能夠實現多段棒料的連續擠出的3D打印噴頭。
 
發明內容
 
针对现有技术的不足,本发明的目的旨在提供一種新型3D打印棒料擠出機構,实现对棒料一定范围内的尺寸自适应,以及保证多段棒料的连续传送和挤出。以此保证在实际打印过程中的适应性和连续性,为自动化上料做好基础。
 
爲實現上述目的,本發明采用如下技術方案:
 
提供一種新型3D打印棒料擠出機構,包括主动齿轮和从动齿轮,所述主动齿轮与所述从动齿轮相互啮合,所述主动齿轮安装在第一装置上,所述从动齿轮安装在第二装置上;所述第一装置与所述第二装置结构一致,均包括同步帶,顶部同步輪和底部同步輪;所述第一装置和第二装置的上端设置有定位套筒,下端设置有加热装置,所述加热装置底部设置有喷头。
 
進一步地,所述第一裝置包括海綿摩擦帶,所述海綿摩擦帶內層設置有同步帶,所述同步帶安装在顶部同步輪和底部同步輪上,在所述顶部同步輪和底部同步輪之间设置有顶部预压滚轮和底部预压滚轮。
 
进一步地,所述主动齿轮与所述第一装置的所述底部同步輪固定在同一轴上,所述从动齿轮与所述第二装置的底部同步輪固定在同一軸上。
 
進一步地,所述加熱裝置包括隔熱套筒,所述隔熱套筒安裝在加熱套筒內部,所述加熱套筒外部設置有噴頭、溫度傳感器、加熱棒以及散熱片。
 
進一步地,所述固態棒料的直徑尺寸爲5mm~100mm。
 
一種3D打印的方法,包括如下步驟:
 
S01:固態棒料上端放置在所述定位套筒內;
 
S02:电机带动所述主动齿轮转动,所述第一装置中的底部同步輪与所述主动轮同时转动,带动所述第一装置中所述同步帶与所述顶部同步輪转动;所述主动齿轮带动所述从动齿轮转动,所述第二装置中的底部同步輪与所述从动齿轮同时转动,带动第二装置中同步帶与顶部同步輪转动,使得所述固态棒料向下移动;
 
S03:移動到所述加熱裝置中隔熱套筒內的所述固態棒料被加熱爲熔融狀態棒料,從所述噴頭排出進行3D打印。
 
进一步地,采用弹力装置Ⅰ连接所述第一装置与第二装置中所述顶部预压滚轮的沟槽,采用弹力装置Ⅱ连接所述第一装置与第二装置中所述底部预压滚轮的沟槽,所述沟槽位于所述顶部预压滚轮和所述底部预压滚轮的后端,所述弹力装置Ⅰ对顶部预压滚轮施加朝所述固态棒料方向的水平拉力,所述弹力装置Ⅱ对底部预压滚轮施加朝所述固态棒料方向的水平拉力,最终使所述固态棒料与所述同步帶外层的海绵摩擦带摩擦接触。
 
進一步地,所述彈力裝置Ⅰ和彈力裝置Ⅱ結構一致,均由拉力彈簧或橡皮筋構成。
 
進一步地,所述定位套筒、所述隔熱套筒、所述主動齒輪和所述從動齒輪達可拆卸與更換。
 
進一步地,所述第一裝置與第二裝置的間距根據所述固態棒料的直徑尺寸進行設定。
 
本發明的有益效果在于:
 
1.傳統可打印棒料爲3mm以下絲狀高分子材料,需要優良的彈塑性,限制了棒料的可用材料範圍。本方案采用直徑5mm以上的棒料,理論上工業應用中的大部分冷卻固化的材料均可在此範圍的尺寸下保持棒料的剛度,降低了對材料的彈塑性要求。
 
2.由于棒料只對剛度有要求,且剛度可以通過直徑提升,理論上該方案可加工傳統熔融層積成型無法使用的純石蠟、低溫金屬、添加了大量陶瓷粉末、金屬粉末、碳纖維等的複合材料,甚至能低溫凝固的漿料及其他液體。
 
3.传统熔融层积成型3D打印技术的挤出装置,采用摩擦轮或同步輪在线材熔融区的上部某一点施加向下的压力,在断丝后很难续接,需要人工换料。本方案采用40mm~100mm长距离海绵摩擦带制造持续的摩擦力,保证了下一段棒料进入摩擦区域后的运动稳定性,并与上一段材料保持连续,且摩擦力的大小可根据预压滚轮的压力调整海绵摩擦带的压缩量决定。
 
4.通過更換定位套筒和隔熱套筒的大小,並調整同步帶之間的間距,同一套擠出機構可適應一定尺寸範圍內的棒料,由較強的適應性。
 
附圖說明
 
一種新型3D打印棒料擠出機構
附圖1爲本發明一實施方式的立體結構示意圖;
 
一種新型3D打印棒料擠出機構
附圖2爲本發明一實施方式的立體結構後視圖。
 
附圖標記:
 
1-固态棒料;2-定位套筒;3-海绵摩擦带;4-同步帶;5-从动齿轮;6-加热套筒;7-隔热套筒;8-熔融态棒料;9-喷头;10-温度传感器;11-加热棒;12-散热片;13-主动齿轮;14-顶部预压滚轮;15-顶部同步輪;16-底部同步輪;17-底部预压滚轮。
 
具體實施方式
 
爲了使本發明所要解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白,以下結合附圖及實施例,對本發明進行進一步詳細說明。應當理解,此處所描述的具體實例僅僅用以解釋本發明,並不用于限定本發明。
 
请一并参阅图1至图2,现对本发明提供的一種新型3D打印棒料擠出機構进行说明。一種新型3D打印棒料擠出機構,包括主动齿轮13和从动齿轮5,主动齿轮13与从动齿轮5相互啮合,主动齿轮13安装在第一装置上,从动齿轮5安装在第二装置上;主动齿轮13与第一装置的底部同步輪16固定在同一轴上,从动齿轮5与第二装置的底部同步輪固定在同一軸上。
 
第一装置与第二装置结构一致,均包括包括海绵摩擦带3,海绵摩擦带3内层设置有同步帶4,同步帶4安装在顶部同步輪15和底部同步輪16上,在顶部同步輪15和底部同步輪16之间设置有顶部预压滚轮14和底部预压滚轮17。
 
第一裝置和第二裝置的上端設置有定位套筒2,用于固定固態棒料1,下端設置有加熱裝置,加熱裝置包括隔熱套筒7,隔熱套筒7安裝在加熱套筒6內部,加熱套筒6外部設置有設置有溫度傳感器10、加熱棒11以及散熱片12,加熱裝置的底部設置有噴頭9。
 
本發明提供的一種3D打印的方法,具體步驟如下:
 
S01:固態棒料上端放置在定位套筒內;
 
S02:电机带动主动齿轮转动,第一装置中的底部同步輪16与主动轮13同时转动,带动第一装置中同步帶4与顶部同步輪转动15;主动齿轮13带动从动齿轮5转动,第二装置中的底部同步輪与从动齿轮5同时转动,带动第二装置中同步帶与顶部同步輪转动,最终达到两装置的同步帶4同时向下传输动力,使得固态棒料1向下移动;
 
S03:移動到加熱裝置中隔熱套筒內的固態棒料1被加熱爲熔融狀態棒料8,從噴頭9排出進行3D打印。
 
本方案采用弹力装置Ⅰ连接第一装置与第二装置中顶部预压滚轮14的沟槽,采用弹力装置Ⅱ连接第一装置与第二装置中底部预压滚轮17的沟槽,沟槽位于顶部预压滚轮14和底部预压滚轮17的后端,弹力装置Ⅰ对顶部预压滚轮14施加朝固态棒料1方向的水平拉力,弹力装置Ⅱ对底部预压滚轮施加朝固态棒料1方向的水平拉力,最终使固态棒料1与同步帶外层的海绵摩擦带3摩擦接触,制造出较高的摩擦力。当新型3D打印棒料挤出机构进行3D打印工作时,摩擦力带动固态棒料1向下运动;当需要取出固态棒料1时,摩擦力带动固态棒料1向上运动。40mm~100mm长距离海绵摩擦带3制造持续的摩擦力,保证了下一段固态棒料1进入摩擦区域后的运动稳定性,并与上一段材料保持连续,且摩擦力的大小可根据弹力装置Ⅰ和弹力装置Ⅱ对顶部预压滚轮14和底部预压滚轮17的压力进而调整海绵摩擦带3的压缩量决定。
 
固態棒料1的運動定位由定位套筒2、隔熱套筒7、以及圖中未標示的同直徑導槽確定。固態棒料1的在隔熱套筒7和散熱片12的作用下保持較低溫度,因而維持固態,底部由于加熱套筒6在加熱棒11的作用下升溫,制造出熔融態棒料8區域,並通過與海綿摩擦帶3上的摩擦力,將熔融態棒料8從底部的噴頭擠出。
 
本发明提供的一種新型3D打印棒料擠出機構可以打印直径尺寸为5mm~100mm的固态棒料。定位套筒2、隔热套筒7、主动齿轮13和从动齿轮5均可拆卸与更换。
 
更换不同尺寸固态棒料进行3D打印的方法为:根据需要打印的固态棒料1的直径尺寸,更换定位套筒2和7隔热套筒,通过移动的方法调整第一装置与第二装置的间距,改变两根同步帶4之间的间距,并且更换主动齿轮13和从动齿轮达5到齿轮重新啮合的状态,此时便可放入不同尺寸的固态棒料1。因此,同一套挤出机构可适应一定尺寸范围内的棒料,有较强的适应性。
 
對本領域的技術人員來說,可根據以上描述的技術方案以及構思,做出其它各種相應的改變以及形變,而所有的這些改變以及形變都應該屬于本發明權利要求的保護範圍之內。
 
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