CN105216327B - 一种热塑性颗粒材料的熔融挤出装置及其3d打印方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于热塑性颗粒材料的熔融挤出装置,该熔融挤出装置包括螺杆挤出机构、加热机构、进料机构、减速传动机构和散热机构。所述螺杆挤出机构包括螺杆、机筒和机筒下部的挤出打印头;所述加热机构包括加热套筒和温控仪表;所述进料机构与机筒上部侧面的导料口相连;所述减速传动机构包括伺服电机或步进电机、行星减速机、安装机座及轴承等;所述散热机构包括散热片和风扇;同时本发明还提供了基于该熔融挤出装置的3D打印方法。本发明装置结构紧凑重量轻,材料适用范围广,能够降低打印成本,提高打印效率,可以进行大尺寸零件的打印制造。
Description
技术领域
本发明属于熔融堆积3D打印(简称FDM)领域,涉及一种热塑性颗粒材料的熔融挤出装置及其3D打印方法,适用于热塑性颗粒材料的熔融挤出堆积成形。
背景技术
3D打印技术以增材制造为原理,通过计算机CAD模型驱动,无需专用的工装,利用3D打印机能够快速高效的制得产品。
熔融堆积3D打印(简称FDM)技术是目前典型的一种3D打印技术,该技术因设备造价及材料成本较低而得到广泛应用。然而该技术仍然存在如下缺陷:(1)一般使用塑料丝材,与市面上普遍存在的颗粒材料相比成本较高;(2)靠驱动轮挤丝的方式来熔融塑料材料,限制了打印速度;(3)打印头的加热温度有限,许多高温塑料材料不能打印。
发明内容
为克服现有技术的不足,本发明提出一种基于热塑性颗粒材料的熔融挤出装置,同时本发明提出了基于该熔融挤出装置的3D打印方法。
本发明通过以下技术方案实现:
一种基于热塑性颗粒材料的熔融挤出装置包括螺杆挤出机构、加热机构、进料机构、减速传动机构和散热机构。
所述螺杆挤出机构包括螺杆、机筒和机筒下部的挤出打印头;机筒竖直放置,螺杆位于机筒内部,螺杆螺旋送料部分从上到下依次为加料段、压缩段、均化段;机筒上部的侧面开有导料口,顶部有机筒法兰端;挤出打印头与机筒底部的开口连接,挤出打印头的出口直径为0.05~5mm。
所述加热机构包括一个或多个加热套筒和温控仪表;加热套筒内部安装热电偶,热电偶与温控仪表相连,加热套筒以串联的方式安装在机筒下端并与机筒紧密贴合,为螺杆压缩段和均化段加热,控温范围为50~500℃。
所述进料机构顶部为开口结构,底部与机筒上部侧面的导料口相连,进料机构的中心线与螺杆中心线的角度α不超过90°,热塑性颗粒材料通过自重由进料机构落入机筒内。
所述减速传动机构包括驱动电机、行星减速机、安装机座及轴承;驱动电机为伺服电机或步进电机,驱动电机与行星减速机的输入端相连,行星减速机的输出端与螺杆顶部相连;轴承为2个,分别安装在安装机座中部和下部,轴承内孔套在螺杆的螺旋送料的上部,轴承外端套在安装基座内部;安装机座的上部法兰端与行星减速机相连,下部法兰端与机筒上部法兰端相连,安装机座两个轴承安装面之间的表面上布有多排散热孔。
所述散热机构包括散热片和风扇;散热片在安装机座内部,串接在螺杆中部的两个轴承之间,随螺杆一起旋转,风扇固定在安装机座外部,正对散热片。
所述的熔融挤出装置可随3D打印设备的X、Y、Z轴运动或固定不动。
基于上述热塑性颗粒材料的熔融挤出装置的3D打印方法,包括以下步骤:
1)在计算机上绘制零件三维CAD模型,使用切片软件对CAD模型进行切片,生成模型切片信息,切片信息转化为3D打印设备的X、Y、Z轴的运行指令和所述熔融挤出装置的运行指令;
2)3D打印设备运行前,将热塑性颗粒材料加入进料机构中,加热机构对其加热并使温度保持稳定,散热机构中的风扇运行进行散热,减速传动机构中的驱动电机旋转带动螺杆旋转,将熔融状态的材料从所述的挤出打印头挤出,待挤出状态稳定,材料的挤出速度恒定之后,各轴按照运行指令工作,从而完成打印。
本发明装置结构紧凑重量轻,材料适用范围广,能够降低打印成本,提高打印效率,可以进行大尺寸零件的打印制造。
附图说明
图1为熔融挤出装置的机构图。
图2为螺杆的机构图。
图3为进料机构的中心线与螺杆中心线的角度α。
图中:1螺杆,2机筒,3挤出打印头,4加热套筒,5温控仪表,6进料机构,7驱动电机,8行星减速机,9安装机座,10轴承,11散热片,12风扇,101加料段,102压缩段,103均化段,201导料口,202机筒法兰端,901散热孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行说明。
如图1-图3所示的基于热塑性颗粒材料的熔融挤出装置包括螺杆挤出机构、加热机构、进料机构6、减速传动机构和散热机构。
螺杆挤出机构包括螺杆1、机筒2和机筒下部的挤出打印头3;机筒2竖直放置,螺杆1位于机筒2内部,螺杆螺旋送料部分从上到下依次为加料段101、压缩段102、均化段103;机筒2上部的侧面开有导料口201,顶部有机筒法兰端;挤出打印头3与机筒2底部的开口连接,挤出打印头3的出口直径为0.05~5mm。
加热机构包括一个或多个加热套筒4和温控仪表5;加热套筒4内部安装热电偶,热电偶与温控仪表5相连,加热套筒4以串联的方式安装在机筒2下端并与机筒2紧密贴合,为螺杆压缩段102和均化段103加热,控温范围为50~500℃。
进料机构6顶部为开口结构,底部与机筒2上部侧面的导料口201相连,进料机构6的中心线与螺杆1中心线的角度α不超过90°,热塑性颗粒材料通过自重由进料机构落入机筒内。
减速传动机构包括驱动电机7、行星减速机8、安装机座9及轴承10;驱动电机7为伺服电机或步进电机,驱动电机7与行星减速机8的输入端相连,行星减速机8的输出端与螺杆顶部相连;轴承10为2个,分别安装在安装机座9中部和下部,轴承10内孔套在螺杆1的螺旋送料的上部,轴承10外端套在安装基座9内部;安装机座9的上部法兰端与行星减速机8相连,下部法兰端与机筒上部法兰端相连,安装机座9两个轴承10安装面之间的表面上布有多排散热孔。
散热机构包括散热片11和风扇12;散热片11在安装机座9内部,串接在螺杆1中部的两个轴承10之间,随螺杆1一起旋转,风扇12固定在安装机座9外部,正对散热片11。
上述的热塑性颗粒材料的熔融挤出装置的3D打印方法,包括以下步骤:
1)在计算机上绘制出零件的三维CAD模型,使用切片软件对CAD模型进行切片,生成零件的切片信息,转化为3D打印设备的X、Y、Z轴的运行指令和所述熔融挤出装置的运行指令;熔融挤出装置可随3D打印设备的X、Y、Z轴运动或固定不动。
2)3D打印设备运行前,将热塑性颗粒材料加入进料机构中,加热机构对其加热并使温度保持稳定,散热机构中的风扇运行进行散热,减速传动机构中的驱动电机旋转带动螺杆旋转,将熔融状态的材料从所述的挤出打印头挤出,待挤出状态稳定,材料的挤出速度恒定之后,各轴按照运行指令工作,从而完成打印。
Claims (5)
1.一种基于热塑性颗粒材料的熔融挤出装置,其特征在于,包括螺杆挤出机构、加热机构、进料机构(6)、减速传动机构和散热机构;
所述螺杆挤出机构包括螺杆(1)、机筒(2)和机筒下部的挤出打印头(3);机筒(2)竖直放置,螺杆(1)位于机筒(2)内部,螺杆(1)螺旋送料部分从上到下依次为加料段(101)、压缩段(102)、均化段(103);机筒(2)上方侧面有导料口(201),顶部有机筒法兰端;挤出打印头(3)与机筒(2)底部的开口连接;
所述加热机构包括温控仪表(5)和一个或多个加热套筒(4);加热套筒(4)内部安装热电偶,热电偶与温控仪表(5)相连,加热套筒(4)以串联方式安装在机筒(2)下端,为螺杆压缩段(102)和均化段(103)加热,加热过程中温度保持稳定;所述加热套筒(4)的控温范围为50~500℃;
所述进料机构(6)顶部为开口结构,底部与机筒(2)上部侧面的导料口(201)相连,热塑性颗粒材料由进料机构(6)落入机筒(2)内;
所述减速传动机构包括驱动电机(7)、行星减速机(8)、安装机座(9)及轴承(10);驱动电机(7)为伺服电机或步进电机,驱动电机(7)与行星减速机(8)的输入端相连,行星减速机(8)的输出端与螺杆(1)顶部相连;轴承(10)为2个,安装在安装机座(9)的中部和下部,轴承(10)内孔套在螺杆(1)的螺旋送料的上部,轴承(10)外端套在安装机座(9)内部;安装机座(9)的上部法兰端与行星减速机(8)相连,下部法兰端与机筒(2)上部法兰端相连,安装机座(9)两个轴承(10)安装面之间的表面上布有多排散热孔;
所述散热机构包括散热片(11)和风扇(12);散热片(11)在安装机座(9)内部,串接在螺杆(1)中部的两个轴承(10)之间,随螺杆(1)一起旋转,风扇(12)固定在安装机座(9)外部,正对散热片(11)。
2.如权利要求1所述的一种基于热塑性颗粒材料的熔融挤出装置,其特征在于,所述挤出打印头(3)的出口直径为0.05~5mm。
3.如权利要求1或2所述的一种基于热塑性颗粒材料的熔融挤出装置,其特征在于,所述进料机构(6)的中心线与螺杆(1)的中心线的角度α不超过90°。
4.如权利要求1或2所述的一种基于热塑性颗粒材料的熔融挤出装置,其特征在于,所述熔融挤出装置可随3D打印设备的X、Y、Z轴运动或固定不动。
5.如权利要求1所述的一种基于热塑性颗粒材料的熔融挤出装置的3D打印方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)在计算机上绘制零件三维CAD模型,使用切片软件对CAD模型进行切片,生成模型切片信息,切片信息转化为3D打印设备的X、Y、Z轴的运行指令和所述熔融挤出装置的运行指令;熔融挤出装置可随3D打印设备的X、Y、Z轴运动或固定不动;
2)3D打印设备运行前,将热塑性颗粒材料加入进料机构中,加热机构对其加热并使温度保持稳定,散热机构中的风扇运行进行散热,减速传动机构中的驱动电机旋转带动螺杆旋转,将熔融状态的材料从所述的挤出打印头挤出,待挤出状态稳定,材料的挤出速度恒定之后,各轴按照运行指令工作,从而完成打印。
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