CN203888216U - 一种基于螺杆旋转连续挤出的3d打印机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于螺杆旋转连续挤出的3D打印机，包括壳体、挤出机构、升降机构、工作平台和滑轨，所述工作平台通过滑轨安装于壳体内的下部，所述挤出机构通过升降机构安装于壳体内，且所述挤出机构位于工作平台上方；所述挤出机构包括机筒、电机、加料斗和至少一根螺杆，所述机筒包含输送部、过渡部和挤出部，所述输送部、过渡部和挤出部自物料移动方向依次连接；所述输送部和电机均安装于升降机构，所述螺杆安装于输送部的内腔，且所述螺杆的一端与电机的转轴连接，所述加料斗安装于输送部上。本实用新型的稳定性好，连续性好，且可使用不同种类的打印材料；同时在打印时可对打印材料加入添加剂，对打印材料进行改进。

Description

一种基于螺杆旋转连续挤出的3D打印机

技术领域

本实用新型涉及3D打印机，具体涉及一种基于螺杆旋转连续挤出的3D打印机。

背景技术

3D打印是目前一种被广泛应用的快速成型技术，其成型工艺原理是：首先建立目标零件的计算机三维模型，然后用软件将三维模型进行分层切片处理，得到每一个加工层面的数据信息，在计算机控制下，根据切片层面信息进行叠层增材制造，完成目标加工的制造。3D打印的优势在于不受零件形状复杂程度的限制，不需要任何的工装模具，速度快，效率高，能够实现自由形状实体的自动化制造，正在受到越来越广泛的重视。

3D打印目前有几种不同的主要技术，分别是FDM(熔融沉积成型)、SLA(立体光固化成型法)、SLS(选择性激光烧结)、LOM(叠层实体制造)、3DP(三维打印)。FDM使用的打印材料是ABS、PLA热熔性线材，SLA使用的打印材料是液态光敏树脂，SLS使用的打印材料是热熔性粉末材料，如尼龙12及其复合材料及金属粉末材料，LOM使用的打印材料是纸张或金属箔材，3DP使用的打印材料主要是石膏粉及着色剂。上述的这几种3D打印机虽然可以完成打印工作，但存在以下缺陷：1、当使用上述的打印机进行打印作业时，打印材料的选择局限性比较大，且用户自己无法对打印材料进行改进，如无法添加抗菌剂等改进材料，这将达不到用户的特定需求；2、上述的3D打印技术中的FDM打印机，输送打印材料的稳定性差及连续性差，造成挤出材料时不稳定，打印效果差；3、同一台3D打印机不能使用多种不同的材料，如FDM只能使用热熔性线材，SLS只能使用热熔性粉末材料，而无法使用粘稠状液态热固性材料，故材料的通用性差，无法满足用户的不同需求。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种结构简单、合理，可使用多种打印材料，稳定性好的基于螺杆旋转连续挤出的3D打印机。

本实用新型的目的通过以下的技术方案实现：本基于螺杆旋转连续挤出的3D打印机，包括壳体、挤出机构、升降机构、工作平台和滑轨，所述工作平台通过滑轨安装于壳体内的下部，所述挤出机构通过升降机构安装于壳体内，且所述挤出机构位于工作平台上方；

所述挤出机构包括机筒、电机、加料斗和至少一根螺杆，所述机筒包含输送部、过渡部和挤出部，所述输送部、过渡部和挤出部自物料移动方向依次连接；所述输送部和电机均安装于升降机构，所述螺杆安装于输送部的内腔，且所述螺杆的一端与电机的转轴连接，所述加料斗安装于输送部上。利用螺杆旋转稳定的特性，这可提高输送打印材料的稳定性和连续性。

优选的，为提高稳定性和可靠性，所述输送部呈直线状，所述输送部内设有与螺杆匹配的内腔，且所述输送部水平安装于壳体内；所述过渡部呈弯曲状；所述挤出部呈倒圆锥状，且所述挤出部相对于壳体底面垂直设置。输送部呈现直线状，且水平设置，这有利于保证输送打印材料的稳定性，保证打印的质量；而过渡部用于改变打印材料的运动方向，即将水平方向移动的打印材料转变成垂直方向移动的打印材料；而挤出部呈倒圆锥状，即类似漏斗结构，挤出部的内腔尺寸上大下小，这有利于打印材料被准确、稳定的挤出至工作平台上。

优选的，所述挤出部的喷头出口呈圆形、椭圆形或扁平形。喷头出口的形状可根据客户的需求而决定。同时挤出部与过渡部的连接采用可拆式连接，如挤出部与过渡部使用螺纹连接，则可根据打印作业时的需求随时更换具有不同形状喷头出口的挤出部。

优选的，为更进一步增加打印材料的使用范围及为让打印材料混合更均匀，所述输送部、过渡部和挤出部均套有加热圈。将打印材料加热至熔融状态，可保证打印材料混合均匀，提高打印质量；同时如果向打印材料中加入了添加剂，加热可使添加剂更均匀的混入打印材料中，进一步提高打印质量。

优选的，所述加热圈的数量有5个，其中3个所述加热圈均匀套于输送部，剩下2个加热圈分别套于过渡部和挤出部。使用多个加热圈，这保证打印材料被均匀加热，避免局部受热。

优选的，所述螺杆的数量为一根。

优选的，为使打印材料混合更充分，输送更稳定，所述螺杆的数量为2根，2根所述螺杆具体为主动螺杆和从动螺杆，所述主动螺杆的一端与电机的转轴连接，所述主动螺杆和从动螺杆啮合。

优选的，为了同时打印不同颜色或者不同类型的材料，所述挤出机构和升降机构均有2套，且2套所述挤出机构分别通过2套升降机构对称安装于壳体内。

优选的，所述升降机构包括升降架、丝杆和2根导杆，所述丝杆和导杆均固定于壳体内，所述升降架一侧的中部套接于丝杆，所述升降架的一侧两端分别设有被2根导杆穿过的通孔；所述输送部的一端和电机都安装于升降架的另一侧。丝杆旋转时，可令升降架上下移动；而2根导杆可保证升降架移动的稳定性。

优选的，所述滑轨包含互相垂直的滑轨A和滑轨B，所述工作平台可滑动的安装于滑轨A，所述滑轨A可滑动的安装于滑轨B。采用此设计，滑轨A的轴线方向与滑轨B的轴线方向分别与水平坐标的X轴和Y轴的方向一致，则工作平台可以通过滑轨A和滑轨B实现X轴的来回移动和Y轴的来移动，而挤出部的喷头出口沿空间坐标的Z轴上下移动，故采用升降机构、滑轨A和滑轨B可实现3D打印效果，且准确性高，打印质量高。

本基于螺杆旋转连续挤出的3D打印机的工作过程如下所述：

(1)首先在计算机上建立目标零件的三维模型，然后用软件将三维模型进行分层切片处理，得到每一个加工层面的平面数据信息，并转化为工作平台的移动轨迹指令及升降机构带动挤出部上下移动的指令；

(2)打印底部第一个切片平面层：螺杆式挤出机构、工作平台处于初始位置，开始工作时，向加料斗加入打印材料，启动电机带动螺杆持续旋转，挤压打印材料顺序流经机筒的输送部、过渡部、挤出部，最后从挤出部的喷头出口挤出；根据切片平面数据信息的指令，将打印材料挤出堆积到工作平台上，工作平台根据指令通过滑轨A沿Y轴方向以及通过滑轨B沿X轴方向有序移动，从而打印出第一个切片平面层；此过程中，如果打印材料是热熔性线材、热熔性塑料粒子、热熔性粉末材料及其复合材料等热熔性材料，则启动加热圈进行加热，如果打印材料是粘稠状液态热固性材料、粘稠状液态光固化材料等非热熔性材料，则不需要启动加热圈；

(3)打印第二个切片平面层：通过丝杆的驱动，则升降架带动挤出部的喷头出口上升一个单位高度，工作平台根据指令沿Y轴方向和X轴方向有序移动，此过程中，打印材料持续从加料斗加入，电机带动螺杆持续旋转，将打印材料挤出到工作平台上，从而打印第二个切片平面；

(4)打印第三个至最后一个切片平面层：重复步骤(3)，打印第三个至最后一个切片平面，完成目标零件的叠层制造，即完成目标零件的3D打印制造。

本实用新型相对于现有技术具有如下的优点：

1、本基于螺杆旋转连续挤出的3D打印机采用了螺杆输送打印材料，可当需要对打印材料进行改进时，可以向加料斗同时加入打印材料和添加剂，螺杆在输送物料的过程中可将打印材料和添加剂混合均匀，即在输送打印材料的过程中对打印材料进行改进，从而提高了打印质量，满足了客户的特定需求。

2、本基于螺杆旋转连续挤出的3D打印机使用螺杆输送打印材料，螺杆的转速稳定性好，且螺杆的转速可根据实际情况进行调节，故本基于螺杆旋转连续挤出的3D打印机的挤出速度稳定，连续性好，方便快捷，提高了打印质量。

3、本基于螺杆旋转连续挤出的3D打印机使用螺杆输送打印材料，并在机筒上套接多个加热圈，则本基于螺杆旋转连续挤出的3D打印机可适用各种不同的材料，如既可使用热熔性线材、热熔性塑料粒子、热熔性粉末材料及其复合材料，又可使用粘稠状液态热固性材料、粘稠状液态光固化材料等，这大大增加了材料的适用范围，从而满足了用户的不同需求。

附图说明

图1是实施例1中基于螺杆旋转连续挤出的3D打印机的结构示意图。

图2是实施例1中基于螺杆旋转连续挤出的3D打印机的正视图。

图3是实施例1中挤出机构的结构示意图。

图4是实施例2中挤出机构的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示的基于螺杆旋转连续挤出的3D打印机，包括壳体1、挤出机构2、升降机构3、工作平台4和滑轨5，所述工作平台4通过滑轨5安装于壳体1内的下部，所述挤出机构2通过升降机构3安装于壳体1内，且所述挤出机构2位于工作平台4上方；

所述挤出机构2包括机筒21、电机22、加料斗23和一根螺杆24，所述机筒21包含输送部211、过渡部212和挤出部213，所述输送部211、过渡部212和挤出部213自物料移动方向依次连接；所述输送部211和电机22均安装于升降机构3，所述螺杆24安装于输送部211的内腔，且所述螺杆24的一端与电机22的转轴连接，所述加料斗23安装于输送部211上。利用螺杆24旋转稳定的特性，这可提高输送打印材料的稳定性和连续性。同时挤出机构2和升降机构3的数量均为一套，这只使用较少部件，安装方便，成本低。

为提高稳定性和可靠性，所述输送部211呈直线状，所述输送部211内设有与螺杆24匹配的内腔，且所述输送部211水平安装于壳体1内；所述过渡部212呈弯曲状，所述过渡部212的截面呈扇状；所述挤出部213呈倒圆锥状，且所述挤出部213相对于壳体1底面垂直设置。输送部211呈现直线状，且水平设置，这有利于保证输送打印材料的稳定性，保证打印的质量；而过渡部212用于改变打印材料的运动方向，即将水平方向移动的打印材料转变成垂直方向移动的打印材料；而挤出部213呈倒圆锥状，即类似漏斗结构，挤出部213的内腔尺寸上大下小，这有利于打印材料被准确、稳定的挤出至工作平台4上。所述挤出部213的喷头出口呈圆形。

为更进一步增加打印材料的使用范围及为让打印材料混合更均匀，所述输送部211、过渡部212和挤出部213均套有加热圈6。将打印材料加热至熔融状态，可保证打印材料混合均匀，提高打印质量；同时如果向打印材料中加入了添加剂，加热可使添加剂更均匀的混入打印材料中，进一步提高打印质量。具体的，所述加热圈6的数量有5个，其中3个所述加热圈6均匀套于输送部211，剩下2个加热圈6分别套于过渡部212和挤出部213。使用多个加热圈6，这保证打印材料被均匀加热，避免局部受热。

所述升降机构3包括升降架31、丝杆32和2根导杆33，所述丝杆32和导杆33均固定于壳体1内，所述升降架31一侧的中部套接于丝杆32，所述升降架31的一侧两端分别设有被2根导杆33穿过的通孔；所述输送部211的一端和电机22都安装于升降架31的另一侧。丝杆32旋转时，可令升降架31上下移动；而2根导杆33可保证升降架32移动的稳定性。导杆33不仅具有导向的作用，同时可让升降架31稳定的上下移动。

所述滑轨5包含互相垂直的滑轨A51和滑轨B52，所述工作平台4可滑动的安装于滑轨A51，所述滑轨A51可滑动的安装于滑轨B52。采用此设计，滑轨A51的轴线方向与滑轨B52的轴线方向分别与水平坐标的X轴和Y轴的方向一致，则工作平台可以通过滑轨A51和滑轨B52实现X轴的来回移动和Y轴的来回移动，而挤出部213的喷头出口沿空间坐标的Z轴上下移动，故采用升降机构3、滑轨A51和滑轨B52可实现3D打印效果，且准确性高，打印质量高。

实施例2

本基于螺杆旋转连续挤出的3D打印机除以下技术特征外同实施例1：为使打印材料混合更充分，输送更稳定，所述螺杆24的数量为2根，2根所述螺杆24具体为主动螺杆241和从动螺杆242，所述主动螺杆241的一端与电机22的转轴连接，所述主动螺杆241和从动螺杆242啮合。在进行打印作业时，启动电机22，驱动主动螺杆241进行转动，而与主动螺杆241啮合的从动螺杆242会被带着一起转动，从而让打印材料混合均匀，并将打印材料从输送部输送至过渡部。

本实施例采用了双螺杆机构，使打印材料混合更加充分，且输送更稳定，理进一步提高了打印质量。

实施例3

本基于螺杆旋转连续挤出的3D打印机除以下技术特征外同实施例1：为更好、更快的进行打印，所述挤出机构2和升降机构3均有2套，且2套所述挤出机构2分别通过2套升降机构3对称安装于壳体1内。采用双挤出机构2，这可同时加工两种不同类型的材料或两种不同颜色的材料，从而进一步满足用户的特定需求。

实施例4

本基于螺杆旋转连续挤出的3D打印机除以下技术特征外同实施例2：为更好、更快的进行打印，所述挤出机构2和升降机构3均有2套，且2套所述挤出机构2分别通过2套升降机构3对称安装于壳体1内。采用双挤出机构2，这可同时加工两种不同类型的材料或两种不同颜色的材料，从而进一步满足用户的特定需求。同时为了让打印材料混合更均匀，本实施例还采用了双螺杆机构。

上述具体实施方式为本实用新型的优选实施例，并不能对本实用新型进行限定，其他的任何未背离本实用新型的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于螺杆旋转连续挤出的3D打印机，其特征在于：包括壳体、挤出机构、升降机构、工作平台和滑轨，所述工作平台通过滑轨安装于壳体内的下部，所述挤出机构通过升降机构安装于壳体内，且所述挤出机构位于工作平台上方；

所述挤出机构包括机筒、电机、加料斗和至少一根螺杆，所述机筒包含输送部、过渡部和挤出部，所述输送部、过渡部和挤出部自物料移动方向依次连接；所述输送部和电机均安装于升降机构，所述螺杆安装于输送部的内腔，且所述螺杆的一端与电机的转轴连接，所述加料斗安装于输送部上。

2.根据权利要求1所述的基于螺杆旋转连续挤出的3D打印机，其特征在于：所述输送部呈直线状，所述输送部内设有与螺杆匹配的内腔，且所述输送部水平安装于壳体内；所述过渡部呈弯曲状；所述挤出部呈倒圆锥状，且所述挤出部相对于壳体底面垂直设置。

3.根据权利要求1所述的基于螺杆旋转连续挤出的3D打印机，其特征在于：所述挤出部的喷头出口呈圆形、椭圆形或扁平形。

4.根据权利要求1所述的基于螺杆旋转连续挤出的3D打印机，其特征在于：所述输送部、过渡部和挤出部均套有加热圈。

5.根据权利要求4所述的基于螺杆旋转连续挤出的3D打印机，其特征在于：所述加热圈的数量有5个，其中3个所述加热圈均匀套于输送部，剩下2个加热圈分别套于过渡部和挤出部。

6.根据权利要求1所述的基于螺杆旋转连续挤出的3D打印机，其特征在于：所述螺杆的数量为一根。

7.根据权利要求1所述的基于螺杆旋转连续挤出的3D打印机，其特征在于：所述螺杆的数量为2根，2根所述螺杆具体为主动螺杆和从动螺杆，所述主动螺杆的一端与电机的转轴连接，所述主动螺杆和从动螺杆啮合。

8.根据权利要求1所述的基于螺杆旋转连续挤出的3D打印机，其特征在于：所述挤出机构和升降机构均有2套，且2套所述挤出机构分别通过2套升降机构对称安装于壳体内。

9.根据权利要求1所述的基于螺杆旋转连续挤出的3D打印机，其特征在于：所述升降机构包括升降架、丝杆和2根导杆，所述丝杆和导杆均固定于壳体内，所述升降架一侧的中部套接于丝杆，所述升降架的一侧两端分别设有被2根导杆穿过的通孔；所述输送部的一端和电机都安装于升降架的另一侧。

10.根据权利要求1所述的基于螺杆旋转连续挤出的3D打印机，其特征在于：所述滑轨包含互相垂直的滑轨A和滑轨B，所述工作平台可滑动的安装于滑轨A，所述滑轨A可滑动的安装于滑轨B。