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 一種新型3D打印棒料擠出機構

 
【申請公布號:CN112537022A;申請權利人:佛山市南海區廣工大數控裝備協同創新研究院; 佛山市廣工大數控裝備技術發展有限公司;發明設計人: 賀禮; 鐘一瀚; 鐘云騰; 白崇慶; 胡亮;】
 
摘要:
 
本發明公開了一種新型3D打印棒料擠出機構,包括主動齒輪和從動齒輪,主動齒輪與從動齒輪相互嚙合,主動齒輪安裝在第一裝置上,從動齒輪安裝在第二裝置上,第一裝置與第二裝置結構一致,均包括同步帶,頂部同步輪和底部同步輪;第一裝置和第二裝置的上端設置有定位套筒,下端設置有加熱裝置,加熱裝置底部設置有噴頭。本發明實現對棒料一定范圍內的尺寸自適應,以及保證多段棒料的連續傳送和擠出,以此保證在實際打印過程中的適應性和連續性,為自動化上料做好基礎,并提升熔融層積成型3D打印技術的材料適用范圍。 
 
主權項:
 
1.一種新型3D打印棒料擠出機構,其特征在于,包括主動齒輪(13)和從動齒輪(5),所述主動齒輪(13)與所述從動齒輪(5)相互嚙合,所述主動齒輪(5)安裝在第一裝置上,所述從動齒輪(5)安裝在第二裝置上;所述第一裝置與所述第二裝置結構一致,均包括同步帶(4),頂部同步輪(15)和底部同步輪(16);所述第一裝置和所述第二裝置的上端設置有定位套筒(2),下端設置有加熱裝置,所述加熱裝置底部設置有噴頭(9)。 
 
要求:
 
1.一種新型3D打印棒料擠出機構,其特征在于,包括主動齒輪(13)和從動齒輪(5),所述主動齒輪(13)與所述從動齒輪(5)相互嚙合,所述主動齒輪(5)安裝在第一裝置上,所述從動齒輪(5)安裝在第二裝置上;所述第一裝置與所述第二裝置結構一致,均包括同步帶(4),頂部同步輪(15)和底部同步輪(16);所述第一裝置和所述第二裝置的上端設置有定位套筒(2),下端設置有加熱裝置,所述加熱裝置底部設置有噴頭(9)。
 
2.根據權利要求1所述的一種新型3D打印棒料擠出機構,其特征在于,所述第一裝置包括海綿摩擦帶(3),所述海綿摩擦帶(3)內層設置有所述同步帶(4),所述同步帶(4)安裝在所述頂部同步輪(15)和所述底部同步輪(16)上,在所述頂部同步輪(15)和所述底部同步輪(16)之間設置有頂部預壓滾輪(14)和底部預壓滾輪(17)。
 
3.根據權利要求2所述的一種新型3D打印棒料擠出機構,其特征在于,所述主動齒輪(13)與所述第一裝置的所述底部同步輪(16)固定在同一軸上,所述從動齒輪(5)與所述第二裝置的底部同步輪固定在同一軸上。
 
4.根據權利要求1所述的一種新型3D打印棒料擠出機構,其特征在于,所述加熱裝置包括隔熱套筒(7),所述隔熱套筒(7)安裝在加熱套筒(6)內部,所述加熱套筒外部有溫度傳感器(10)、加熱棒(11)以及散熱片(12)。
 
5.根據權利要求1所述的一種新型3D打印棒料擠出機構,其特征在于,固態棒料(1)的直徑尺寸為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:電機帶動所述主動齒輪(13)轉動,所述第一裝置中的所述底部同步輪(16)與所述主動輪(13)同時轉動,帶動所述第一裝置中所述同步帶(4)與所述頂部同步輪(15)轉動;所述主動齒輪(13)帶動所述從動齒輪(5)轉動,所述第二裝置中的底部同步輪與所述從動齒輪(5)同時轉動,帶動所述第二裝置中同步帶與頂部同步輪轉動,使得所述固態棒料(1)向下移動;
 
S03:移動到所述加熱裝置中隔熱套筒內的所述固態棒料(1)被加熱為熔融狀態棒料(8),從所述噴頭(9)排出進行3D打印。
 
7.根據權利要求6所述的一種3D打印的方法,其特征在于,采用彈力裝置Ⅰ連接所述第一裝置與所述第二裝置中所述頂部預壓滾輪(14)的溝槽,采用彈力裝置Ⅱ連接所述第一裝置與第二裝置中所述底部預壓滾輪(17)的溝槽,所述溝槽位于所述頂部預壓滾輪(14)和所述底部預壓滾輪(17)的后端,所述彈力裝置Ⅰ對頂部預壓滾輪(14)施加朝所述固態棒料(1)方向的水平拉力,所述彈力裝置Ⅱ對底部預壓滾輪施加朝所述固態棒料(1)方向的水平拉力,最終使所述固態棒料(1)與所述同步帶外層的海綿摩擦帶(3)摩擦接觸。
 
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
 
本發明涉及3D打印設備技術領域,具體涉及一種新型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涂敷在工作臺上。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為絲狀線材,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為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后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。
 
許多在生產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復合材料等,通過3D打印工藝,也能帶來更多的新應用,提高生產效率。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
 
針對現有技術的不足,本發明的目的旨在提供一種新型3D打印棒料擠出機構,實現對棒料一定范圍內的尺寸自適應,以及保證多段棒料的連續傳送和擠出。以此保證在實際打印過程中的適應性和連續性,為自動化上料做好基礎。
 
為實現上述目的,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,包括主動齒輪和從動齒輪,所述主動齒輪與所述從動齒輪相互嚙合,所述主動齒輪安裝在第一裝置上,所述從動齒輪安裝在第二裝置上;所述第一裝置與所述第二裝置結構一致,均包括同步帶,頂部同步輪和底部同步輪;所述第一裝置和第二裝置的上端設置有定位套筒,下端設置有加熱裝置,所述加熱裝置底部設置有噴頭。
 
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,所述同步帶安裝在頂部同步輪和底部同步輪上,在所述頂部同步輪和底部同步輪之間設置有頂部預壓滾輪和底部預壓滾輪。
 
進一步地,所述主動齒輪與所述第一裝置的所述底部同步輪固定在同一軸上,所述從動齒輪與所述第二裝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為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:電機帶動所述主動齒輪轉動,所述第一裝置中的底部同步輪與所述主動輪同時轉動,帶動所述第一裝置中所述同步帶與所述頂部同步輪轉動;所述主動齒輪帶動所述從動齒輪轉動,所述第二裝置中的底部同步輪與所述從動齒輪同時轉動,帶動第二裝置中同步帶與頂部同步輪轉動,使得所述固態棒料向下移動;
 
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為熔融狀態棒料,從所述噴頭排出進行3D打印。
 
進一步地,采用彈力裝置Ⅰ連接所述第一裝置與第二裝置中所述頂部預壓滾輪的溝槽,采用彈力裝置Ⅱ連接所述第一裝置與第二裝置中所述底部預壓滾輪的溝槽,所述溝槽位于所述頂部預壓滾輪和所述底部預壓滾輪的后端,所述彈力裝置Ⅰ對頂部預壓滾輪施加朝所述固態棒料方向的水平拉力,所述彈力裝置Ⅱ對底部預壓滾輪施加朝所述固態棒料方向的水平拉力,最終使所述固態棒料與所述同步帶外層的海綿摩擦帶摩擦接觸。
 
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.傳統可打印棒料為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范圍。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范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、碳纖維等的復合材料,甚至能低溫凝固的漿料及其他液體。
 
3.傳統熔融層積成型3D打印技術的擠出裝置,采用摩擦輪或同步輪在線材熔融區的上部某一點施加向下的壓力,在斷絲后很難續接,需要人工換料。本方案采用40mm~100mm長距離海綿摩擦帶制造持續的摩擦力,保證了下一段棒料進入摩擦區域后的運動穩定性,并與上一段材料保持連續,且摩擦力的大小可根據預壓滾輪的壓力調整海綿摩擦帶的壓縮量決定。
 
4.通過更換定位套筒和隔熱套筒的大小,并調整同步帶之間的間距,同一套擠出機構可適應一定尺寸范圍內的棒料,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為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為本發明一實施方式的立體結構后視圖。
 
附圖標記:
 
1-固態棒料;2-定位套筒;3-海綿摩擦帶;4-同步帶;5-從動齒輪;6-加熱套筒;7-隔熱套筒;8-熔融態棒料;9-噴頭;10-溫度傳感器;11-加熱棒;12-散熱片;13-主動齒輪;14-頂部預壓滾輪;15-頂部同步輪;16-底部同步輪;17-底部預壓滾輪。
 
具體實施方式
 
為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,并不用于限定本發明。
 
請一并參閱圖1至圖2,現對本發明提供的一種新型3D打印棒料擠出機構進行說明。一種新型3D打印棒料擠出機構,包括主動齒輪13和從動齒輪5,主動齒輪13與從動齒輪5相互嚙合,主動齒輪13安裝在第一裝置上,從動齒輪5安裝在第二裝置上;主動齒輪13與第一裝置的底部同步輪16固定在同一軸上,從動齒輪5與第二裝置的底部同步輪固定在同一軸上。
 
第一裝置與第二裝置結構一致,均包括包括海綿摩擦帶3,海綿摩擦帶3內層設置有同步帶4,同步帶4安裝在頂部同步輪15和底部同步輪16上,在頂部同步輪15和底部同步輪16之間設置有頂部預壓滾輪14和底部預壓滾輪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:電機帶動主動齒輪轉動,第一裝置中的底部同步輪16與主動輪13同時轉動,帶動第一裝置中同步帶4與頂部同步輪轉動15;主動齒輪13帶動從動齒輪5轉動,第二裝置中的底部同步輪與從動齒輪5同時轉動,帶動第二裝置中同步帶與頂部同步輪轉動,最終達到兩裝置的同步帶4同時向下傳輸動力,使得固態棒料1向下移動;
 
S03:移動到加熱裝置中隔熱套筒內的固態棒料1被加熱為熔融狀態棒料8,從噴頭9排出進行3D打印。
 
本方案采用彈力裝置Ⅰ連接第一裝置與第二裝置中頂部預壓滾輪14的溝槽,采用彈力裝置Ⅱ連接第一裝置與第二裝置中底部預壓滾輪17的溝槽,溝槽位于頂部預壓滾輪14和底部預壓滾輪17的后端,彈力裝置Ⅰ對頂部預壓滾輪14施加朝固態棒料1方向的水平拉力,彈力裝置Ⅱ對底部預壓滾輪施加朝固態棒料1方向的水平拉力,最終使固態棒料1與同步帶外層的海綿摩擦帶3摩擦接觸,制造出較高的摩擦力。當新型3D打印棒料擠出機構進行3D打印工作時,摩擦力帶動固態棒料1向下運動;當需要取出固態棒料1時,摩擦力帶動固態棒料1向上運動。40mm~100mm長距離海綿摩擦帶3制造持續的摩擦力,保證了下一段固態棒料1進入摩擦區域后的運動穩定性,并與上一段材料保持連續,且摩擦力的大小可根據彈力裝置Ⅰ和彈力裝置Ⅱ對頂部預壓滾輪14和底部預壓滾輪17的壓力進而調整海綿摩擦帶3的壓縮量決定。
 
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,并通過與海綿摩擦帶3上的摩擦力,將熔融態棒料8從底部的噴頭擠出。
 
本發明提供的一種新型3D打印棒料擠出機構可以打印直徑尺寸為5mm~100mm的固態棒料。定位套筒2、隔熱套筒7、主動齒輪13和從動齒輪5均可拆卸與更換。
 
更換不同尺寸固態棒料進行3D打印的方法為:根據需要打印的固態棒料1的直徑尺寸,更換定位套筒2和7隔熱套筒,通過移動的方法調整第一裝置與第二裝置的間距,改變兩根同步帶4之間的間距,并且更換主動齒輪13和從動齒輪達5到齒輪重新嚙合的狀態,此時便可放入不同尺寸的固態棒料1。因此,同一套擠出機構可適應一定尺寸范圍內的棒料,有較強的適應性。
 
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范圍之內。
 
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