本發(fā)明涉及一種雙螺桿擠出機(jī)混煉擠出一步法3d打印耗材制備工藝，屬于3d打印領(lǐng)域。

技術(shù)背景

由于3d打印技術(shù)具有快速性、靈活性以及成本較低等優(yōu)點(diǎn)，所以其在生產(chǎn)生活中得到了廣泛的應(yīng)用。熱熔堆積成型法(fdm)作為3d打印技術(shù)中的一種，是最為常用的技術(shù)手段。耗材的材質(zhì)、線徑穩(wěn)定性是影響制品力學(xué)性能、尺寸精度和表面質(zhì)量的關(guān)鍵性因素。目前常用的3d打印材料主要包括pla、abs、pa、pc以及聚合物與木粉、碳纖維等組分構(gòu)成的共混體系。

目前，市場上3d打印耗材制備裝置中塑化擠出設(shè)備主要以單螺桿擠出機(jī)為主，但是單螺桿擠出機(jī)的混合效果較差，不適合制備由多組分復(fù)雜共混體系構(gòu)成的3d打印耗材。為了解決單螺桿混合效果不佳的問題，研究人員提出了兩步法制備3d打印耗材的工藝。例如，吳錬楷申請的中國發(fā)明專利“一種3d打印pla耗材及其制備方法”(申請?zhí)枺篶n104672826a，申請日2015年6月3日)公開了一種兩步法制備pla耗材的方法：第一步，按照配方比例在雙螺桿擠出機(jī)中制備顏色母粒；第二步，將母粒與pla配混后，經(jīng)擠出機(jī)擠出制得耗材。但是值得注意的是，雖然該兩步法一定程度上解決了顏料在pla基體中分散的問題，但是該方法只適用于pla基耗材和需預(yù)先制備母粒的打印耗材，對于多組分復(fù)雜共混體系來講并不適用。除此之外，該方法沒有涉及如何提高耗材線徑穩(wěn)定性的方法。本發(fā)明的目的是致力于解決上述一種3d打印pla耗材及其制備方法的缺陷，提出一種雙螺桿擠出機(jī)混煉擠出一步法3d打印耗材制備工藝。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有3d打印耗材生產(chǎn)技術(shù)難以滿足多組分復(fù)雜共混體系的擠出以及線徑穩(wěn)定性較低的技術(shù)問題，提出了一種雙螺桿擠出機(jī)混煉擠出一步法3d打印耗材制備工藝。

本發(fā)明的一種雙螺桿擠出機(jī)混煉擠出一步法3d打印耗材制備工藝包括一種雙螺桿擠出機(jī)混煉擠出一步法3d打印耗材制備裝置和一種雙螺桿擠出機(jī)混煉擠出一步法3d打印耗材制備方法；其中，一種雙螺桿擠出機(jī)混煉擠出一步法3d打印耗材制備裝置，簡稱本裝置，主要包括物料配混模塊、干燥脫水模塊、混煉模塊、穩(wěn)壓模塊、擠出模頭模塊、冷卻模塊、牽引模塊、儲(chǔ)線模塊、線徑測量模塊及料條收卷模塊；

其中，物料配混模塊主要包括混料機(jī)及其配套管路和輔助物料輸送設(shè)備；物料配混模塊包括人工方式和自動(dòng)方式兩種；其中自動(dòng)方式又可包括自動(dòng)上料機(jī)；

干燥脫水模塊主要包括干燥料斗、加熱器、風(fēng)機(jī)及其配套電路和物料輸送管路；

混煉模塊主要包括雙螺桿擠出機(jī)、主喂料器以及輔助喂料器；

其中，所述的雙螺桿擠出機(jī)的螺桿直徑在18-75mm之間，長徑比在32-60之間，雙螺桿擠出機(jī)的核心部件為機(jī)筒和螺桿，且機(jī)筒和螺桿均采用模塊化組合形式；機(jī)筒工作溫度設(shè)定范圍為160-380℃，以滿足不同配方物料的生產(chǎn)工藝要求，機(jī)筒通常包括主喂料口、側(cè)喂料口、自然排氣口和真空排氣口；

其中，根據(jù)工藝不同，側(cè)喂料口、自然排氣口或真空排氣口可以省略；雙螺桿擠出機(jī)螺桿的設(shè)計(jì)不僅需要考慮主喂料口、側(cè)喂料口、自然排氣口和真空排氣口的位置，而且還需要根據(jù)不同配方的加工工藝要求進(jìn)行修正；

主喂料器與雙螺桿擠出機(jī)主喂料口相連，以雙螺桿或單螺桿計(jì)量喂料方式為主；輔助喂料器與雙螺桿擠出機(jī)輔助加料口相連，以雙螺桿強(qiáng)制喂料方式為主；

所述的穩(wěn)壓模塊可以采用熔體齒輪泵或單螺桿擠出機(jī)；

其中，熔體齒輪泵的設(shè)計(jì)原則是在滿足產(chǎn)量的基礎(chǔ)上，齒輪參數(shù)選擇盡可能使齒輪副重合度提高且齒槽容積減小；單螺桿擠出機(jī)的設(shè)計(jì)原則是，在滿足產(chǎn)量的基礎(chǔ)上，盡可能提高螺桿的建壓能力；

擠出模頭模塊安裝于穩(wěn)壓模塊下游，其擠出口型為圓形，分為具有冷卻定型功能和不具有冷卻定型功能兩種形式；

當(dāng)使用具有冷卻定型功能的擠出模頭時(shí)，在擠出模頭內(nèi)，物料溫度冷卻到熔融溫度以下，完成定型，后經(jīng)冷卻模塊冷卻到室溫；

這種擠出模頭及其控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要保證其適當(dāng)?shù)睦鋮s能力和精確靈敏的溫度調(diào)控能力，既能保證物料在擠出模頭中進(jìn)行冷卻定型，又能保證物料被順利擠出；

由于擠出模頭承擔(dān)了部分降溫功能，所以在保持整個(gè)機(jī)組冷卻能力不變的情況下，可以一定程度上縮短下游冷卻模塊的長度，減少本裝置的占地面積；

當(dāng)使用不具有冷卻定型功能的擠出模頭時(shí)，處于熔融狀態(tài)的物料在離開擠出模頭后會(huì)出現(xiàn)擠出脹大現(xiàn)象，需要綜合考慮擠出速度、擠出脹大、擠出模頭口型尺寸、物性參數(shù)等方面的影響，構(gòu)建牽引模塊內(nèi)牽引裝置中牽引輥的轉(zhuǎn)動(dòng)速度、混煉模塊中雙螺桿擠出機(jī)的螺桿轉(zhuǎn)速、穩(wěn)壓模塊的熔體齒輪泵或單螺桿擠出機(jī)的驅(qū)動(dòng)速度之間的聯(lián)動(dòng)控制算法，以保證線徑的精確性和穩(wěn)定性；

經(jīng)擠出模頭模塊輸出的物料，稱為料條；

冷卻模塊主要由初冷裝置和深冷裝置兩部分組成；初冷裝置通常為具有溫控功能的恒溫水槽，以減小料條線徑的冷卻收縮；深冷裝置可分為風(fēng)冷和水冷兩種形式；風(fēng)冷形式中，在料條周圍施加強(qiáng)制空氣熱對流；水冷形式中，將料條浸潤在循環(huán)流動(dòng)的冷卻水中；由于料條的物性參數(shù)不同，需要根據(jù)物性參數(shù)來確定深冷裝置的冷卻方式；例如，對于高溫下遇水降解的物料需采用風(fēng)冷，以免影響擠出料條的性能；對冷卻速率有一定要求的物料，需采用水冷，提高冷卻速率；為了滿足多種物料的加工，深冷裝置可以設(shè)計(jì)成風(fēng)冷/水冷雙工位互換形式。設(shè)計(jì)時(shí)，冷卻介質(zhì)的連接管路采用柔性材質(zhì)，便于移動(dòng)或拆卸。當(dāng)加工物料種類相對固定時(shí)，可以根據(jù)物性特點(diǎn)，選定風(fēng)冷或水冷形式的深冷裝置；對于某些特種物料，冷卻模塊還可以不包括初冷裝置。風(fēng)冷式深冷裝置通常為風(fēng)冷箱；水冷式深冷裝置通常為冷水槽；

牽引模塊主要包括牽引裝置，牽引裝置包括牽引輥；其設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮牽引輥的調(diào)距機(jī)構(gòu)，以適應(yīng)不同線徑料條的牽引；需優(yōu)化配置牽引裝置的驅(qū)動(dòng)裝置，以保證牽引速度的穩(wěn)定；牽引裝置的牽引速度需要根據(jù)料條實(shí)際測量的線徑與設(shè)定線徑之間的差異、以及差異變化率來構(gòu)建控制算法；通常還根據(jù)牽引裝置中牽引輥轉(zhuǎn)速和牽引輥轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)來計(jì)算耗材的生產(chǎn)速率和總長度；

儲(chǔ)線模塊主要包括儲(chǔ)線裝置；其設(shè)計(jì)時(shí)需考慮適當(dāng)?shù)暮愣ɡ妥銐虻膬?chǔ)線長度，以避免料條收卷環(huán)節(jié)中更換料盤時(shí)出現(xiàn)耗材松散、脫離設(shè)備現(xiàn)象的出現(xiàn)；儲(chǔ)線裝置按照設(shè)備的空間布局不同，可以分為水平布置和豎直布置兩種形式，可以根據(jù)制備裝置占地和布局要求、設(shè)計(jì)儲(chǔ)線長度來選擇。采用水平布置時(shí)，儲(chǔ)線裝置通常位于冷卻裝置的上方，儲(chǔ)線長度根據(jù)冷卻裝置的長度來設(shè)計(jì)；采用豎直布置時(shí)，儲(chǔ)線裝置通常位于冷卻裝置的下游位置，需考慮占地面積，布置相對靈活，其儲(chǔ)線長度與儲(chǔ)線架高度有關(guān)，往往考慮到儲(chǔ)線裝置的穩(wěn)固性，儲(chǔ)線長度一般較短；

線徑測量模塊包括測徑儀，進(jìn)行耗材線徑測量；測徑儀測量得到的線徑參數(shù)是牽引模塊內(nèi)牽引裝置中牽引輥的轉(zhuǎn)動(dòng)速度、混煉模塊雙螺桿擠出機(jī)的螺桿轉(zhuǎn)速、穩(wěn)壓模塊中熔體齒輪泵或單螺桿擠出機(jī)的驅(qū)動(dòng)速度聯(lián)動(dòng)控制的重要參數(shù)；其中，測徑儀選型時(shí)需考慮合適的測徑范圍和有效的測徑精度；目前，常用的測徑儀有單軸和雙軸兩種，以滿足料條截面形狀幾何參數(shù)的測量要求；

線徑測量裝置的布置位置對料條線徑控制的反應(yīng)靈敏性有至關(guān)重要的影響，其布置原則是在保證測徑儀正常工作的前提下，盡可能縮短線徑控制的反饋長度，提高線徑控制的反饋效率；線徑測量模塊可以布置在牽引模塊的下游或上游位置，或者布置于擠出模頭模塊和冷卻模塊之間；線徑測量模塊安裝位置越靠近擠出模頭模塊中擠出模頭的出口，線徑測量反饋路徑越短，線徑反饋效率越高，但所測料條的溫度越高，對線徑測量模塊的耐高溫要求越高；

料條收卷模塊中，使用收卷裝置完成耗材的收卷；為了提高生產(chǎn)效率，可采用具有雙工位或多工位的收卷設(shè)備；在收卷過程中，收卷裝置需具備恒力矩驅(qū)動(dòng)能力，且需要具備收卷和排線聯(lián)動(dòng)控制功能，以保證耗材收卷整；線盤在收卷裝置上的鎖緊方式可分為人工和自動(dòng)兩種方式，人工方式通常使用鎖緊螺母實(shí)現(xiàn)鎖緊，自動(dòng)方式通常使用氣動(dòng)鎖緊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)鎖緊。

各模塊的功能如下：

物料配混模塊具有多組分物料的預(yù)混以及控制配混時(shí)間的功能；

干燥脫水模塊具有干燥脫水即對物料進(jìn)行烘干和預(yù)結(jié)晶處理的功能，同時(shí)具有控制干燥溫度和時(shí)間的功能；

混煉模塊起到混煉即對干燥脫水后的物料進(jìn)行混合且建壓擠出的功能；

穩(wěn)壓模塊具有降低因驅(qū)動(dòng)電壓波動(dòng)、設(shè)備振動(dòng)、溫度波動(dòng)以及螺桿內(nèi)物料填充狀態(tài)變化造成的雙螺桿擠出機(jī)壓力波動(dòng)的功能；

擠出模頭模塊具有擠出定型功能，能夠限制料條形狀和直徑；

冷卻模塊的功能是將料條溫度降低到室溫；

牽引模塊起到提供耗材擠出后輸送動(dòng)力的作用；

儲(chǔ)線模塊具有儲(chǔ)線即緩存料條的作用；

線徑測量模塊具有對料條線徑進(jìn)行測量以及與牽引模塊、穩(wěn)壓模塊和混煉模塊聯(lián)動(dòng)控制料條線徑的功能；

料條收卷模塊具有料條收卷、排線的功能。

經(jīng)收卷排線后的料條可用于3d打印，亦稱為3d打印耗材。

其中，一種雙螺桿擠出機(jī)混煉擠出一步法3d打印耗材制備方法，簡稱本方法，包括如下步驟：

步驟一、一定配方比例的物料在混料機(jī)中進(jìn)行預(yù)混，預(yù)混后的物料再輸出到干燥脫水模塊；

其中，預(yù)混后的物料輸出到干燥脫水模塊可通過人工或自動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)；其中，自動(dòng)方式的實(shí)現(xiàn)通常使用自動(dòng)上料機(jī)；

步驟二、干燥脫水模塊中的干燥料斗將預(yù)混后的物料進(jìn)行烘干和預(yù)結(jié)晶處理，并將處理后的干燥物料輸出給下游混煉模塊；

值得注意的是，某些物料或生產(chǎn)環(huán)境下，干燥脫水模塊可省略；

步驟三、混煉模塊需要根據(jù)不同配方加工工藝要求修正雙螺桿擠出機(jī)的機(jī)筒及其螺桿組合形式，上一步驟的物料經(jīng)過混煉模塊進(jìn)行混煉擠出；

其中，根據(jù)工藝不同，雙螺桿擠出機(jī)的機(jī)筒的側(cè)喂料口、自然排氣口或真空排氣口可以省略；且螺桿設(shè)計(jì)需考慮主喂料口、側(cè)喂料口、自然排氣口和真空排氣口的位置以及加工工藝要求；

步驟四、穩(wěn)壓模塊中的熔體齒輪泵或單螺桿擠出機(jī)可降低混煉模塊出口的物料壓力波動(dòng)，并增壓將物料經(jīng)擠出模頭模塊擠出；

步驟五、擠出模頭模塊將經(jīng)過增壓后的物料定型，牽引模塊將擠出的料條牽引至冷卻模塊；

其中，擠出模頭模塊中擠出模頭可分為具有冷卻定型功能的擠出模頭和不具有冷卻定型功能的擠出模頭兩種，具有冷卻定型功能的擠出模頭將物料溫度冷卻到熔融溫度以下，直接完成定型，從而可以省略線徑測量模塊并可以避免復(fù)雜的線徑聯(lián)動(dòng)控制；物料經(jīng)過不具有冷卻定型功能的擠出模頭需要構(gòu)建牽引儲(chǔ)線模塊內(nèi)牽引裝置中牽引輥的轉(zhuǎn)動(dòng)速度、混煉模塊中雙螺桿擠出機(jī)的螺桿轉(zhuǎn)速、穩(wěn)壓模塊中熔體齒輪泵或單螺桿擠出機(jī)的驅(qū)動(dòng)速度之間的聯(lián)動(dòng)控制算法，以保證線徑的精確性和穩(wěn)定性；

步驟六、冷卻模塊將料條冷卻至室溫，從而料條固定成型；

其中，冷卻模塊主要由初冷裝置和深冷裝置兩部分組成；初冷裝置通常為具有溫控功能的恒溫水槽，以減小料條線徑的冷卻收縮；深冷裝置可分為風(fēng)冷和水冷兩種形式；

步驟七、牽引模塊中通過牽引裝置的牽引輥轉(zhuǎn)動(dòng)牽引料條，經(jīng)牽引的料條被輸送到儲(chǔ)線模塊中；

其中，牽引裝置的設(shè)計(jì)需要考慮牽引輥的調(diào)距機(jī)構(gòu)，以適應(yīng)不同線徑料條的牽引；

步驟八、儲(chǔ)線模塊通過儲(chǔ)線裝置暫時(shí)存儲(chǔ)料條，存儲(chǔ)的料條需要經(jīng)過線徑測量模塊進(jìn)入料條收卷模塊；

其中，儲(chǔ)線裝置按照設(shè)備的空間布局不同，可以分為水平布置和豎直布置兩種形式，可以根據(jù)制備裝置占地和布局要求、設(shè)計(jì)儲(chǔ)線長度來選擇；

步驟九、線徑測量模塊中使用測徑儀測量料條線徑，測量合格的料條經(jīng)料條收卷模塊，完成料條的收卷；

其中，測徑儀選型時(shí)需考慮合適的測徑范圍、測徑精度及耐溫性，在布置測徑儀時(shí)應(yīng)盡可能縮短線徑控制的反饋長度，提高線徑控制的反饋效率；

步驟十、料條收卷模塊中收卷裝置完成料條的收卷；

其中，收卷裝置可采用具有雙工位或多工位的收卷設(shè)備以提高生產(chǎn)效率；

至此，從步驟一到步驟十，構(gòu)成了一種雙螺桿擠出機(jī)混煉擠出一步法3d打印耗材制備方法。

有益效果

本發(fā)明提出的一種雙螺桿擠出機(jī)混煉擠出一步法3d打印耗材制備工藝，可用于制備由多組分復(fù)雜共混體系構(gòu)成的且線徑精度要求高的3d打印耗材，具有如下有益效果：

(1)本發(fā)明采用混煉模塊和穩(wěn)壓模塊，可保證多組分復(fù)雜共混體系物料配方的混煉加工，并起到了穩(wěn)定擠出壓力的作用；

(2)本發(fā)明提出的擠出模頭模塊中，采用具有冷卻定型功能的擠出模頭和不具有冷卻定型功能的擠出模頭時(shí)，均可以配合有效的控制途徑，保證3d打印耗材的線徑精度要求和穩(wěn)定性；

(3)本發(fā)明提出的冷卻模塊中，冷卻裝置可采用風(fēng)冷/水冷雙工位互換形式，以適應(yīng)不同種類物料的冷卻；

(4)本發(fā)明提出的線徑測量模塊布置位置，可保證不同耐溫程度的測徑儀以最高反饋效率的方式進(jìn)行線徑測量；

(5)根據(jù)本發(fā)明所提及的各個(gè)模塊中不同類型裝置的性能分析，可以從成本、占地面積、產(chǎn)量以及3d打印耗材線徑穩(wěn)定性的角度來優(yōu)化整體設(shè)備總成。

附圖說明

為了更為清楚地說明本發(fā)明的一整套制備裝置，下面將實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單介紹，顯而易見，下面的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員來說，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖；

圖1是本發(fā)明所述的一種雙螺桿擠出機(jī)混煉擠出一步法3d打印耗材制備工藝及實(shí)施例1中一種雙螺桿擠出機(jī)混煉擠出一步法3d打印耗材制備裝置的成套總成示意圖；

圖2是本發(fā)明所述的一種雙螺桿擠出機(jī)混煉擠出一步法3d打印耗材制備工藝及實(shí)施例1中一種適合于制備含有較高比例的無機(jī)粉體添加劑的3d打印耗材制備裝置的螺桿組合；

圖3是本發(fā)明所述的一種雙螺桿擠出機(jī)混煉擠出一步法3d打印耗材制備工藝及實(shí)施例1中風(fēng)冷/水冷雙工位冷卻裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明所述的一種雙螺桿擠出機(jī)混煉擠出一步法3d打印耗材制備工藝及實(shí)施例2中一種使用具有冷卻定型功能的擠出模頭的3d打印耗材制備裝置的成套總成示意圖；

圖5是本發(fā)明所述的一種雙螺桿擠出機(jī)混煉擠出一步法3d打印耗材制備工藝及實(shí)施例2中一種具有冷卻定型功能的擠出模頭的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明所述的一種雙螺桿擠出機(jī)混煉擠出一步法3d打印耗材制備工藝及實(shí)施例2中具有冷卻定型功能的擠出模頭中冷卻塊的結(jié)構(gòu)；

圖7是本發(fā)明所述的一種雙螺桿擠出機(jī)混煉擠出一步法3d打印耗材制備工藝及實(shí)施例3中一種適合于生產(chǎn)peek材質(zhì)3d打印耗材制備裝置的成套總成示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。應(yīng)當(dāng)指出，本申請的實(shí)施并不局限于下面的實(shí)施例，對本申請所做的任何形式上的變通或改變將落入本發(fā)明保護(hù)范圍。

實(shí)施例1

圖1所示為一種雙螺桿擠出機(jī)混煉擠出一步法3d打印耗材制備裝置的成套總成。由物料配混模塊、干燥脫水模塊、混煉模塊、穩(wěn)壓模塊、擠出機(jī)頭模塊、冷卻模塊、牽引模塊、儲(chǔ)線?？臁⒕€徑測量模塊和料條收卷模塊組成。該制備裝置可生產(chǎn)耗材根數(shù)為1，產(chǎn)量在5-15kg/h，可保障料條直徑在1.75±0.02mm范圍內(nèi)的精度要求。現(xiàn)針對圖1所列各個(gè)模塊對應(yīng)設(shè)備的主要參數(shù)和特征進(jìn)行介紹。

圖1中，物料配混模塊由混料機(jī)和自動(dòng)上料機(jī)組成。其中，混料機(jī)配置的電機(jī)功率為0.75kw，筒體和攪拌槳葉選用不銹鋼304材質(zhì)，配混時(shí)間可以設(shè)定。其中，自動(dòng)上料機(jī)的電機(jī)功率為0.75kw，可實(shí)現(xiàn)最高4m的物料提升。

圖1中，干燥脫水模塊中干燥料斗的桶容積為7.5l，加熱器功率為4.5kw，風(fēng)機(jī)功率為100w。設(shè)計(jì)時(shí)考慮了干燥機(jī)內(nèi)熱風(fēng)流動(dòng)問題，采用彎管型熱風(fēng)通道，可避免物料長時(shí)間堆積在桶底。筒體和攪拌槳葉選用不銹鋼304材質(zhì)。

圖1中，混煉模塊中雙螺桿擠出機(jī)，螺桿直徑為35mm，長徑比為40，主電機(jī)功率為18.5kw，最高轉(zhuǎn)速600rpm。機(jī)筒上布置了一個(gè)主加料口、一個(gè)輔助加料口、一個(gè)自然排氣口和一個(gè)真空排氣口。圖2給出了該雙螺桿擠出機(jī)螺桿和機(jī)筒組合示意圖。主加料口布置在第1節(jié)機(jī)筒，輔助加料口和自然排氣口布置在第5節(jié)機(jī)筒，真空排氣口布置在第9節(jié)機(jī)筒。該組合特別適合制備含有較高比例的無機(jī)粉體添加劑的3d打印耗材。部分無機(jī)粉體添加劑隨聚合物基體從主喂料口加入到螺桿內(nèi)，迅速在第2-4節(jié)機(jī)筒內(nèi)完成聚合物基體的熔融以及聚合物和無機(jī)粉體添加劑的共混。第5節(jié)機(jī)筒上開設(shè)有輔助加料口和自然排氣口，剩余無機(jī)粉體添加劑從輔助加料口加入，并與來上游的摻混有無機(jī)粉體添加劑的聚合物熔體匯合，熔體進(jìn)一步包裹住無機(jī)粉體添加劑向下游輸送。該節(jié)機(jī)筒上的自然排氣口可將兩路料流中摻雜的空氣排出。在第6-8節(jié)機(jī)筒內(nèi)完成物料的混合。在第9節(jié)機(jī)筒位置，通過抽真空的方式，將小分子揮發(fā)物排出。第10節(jié)機(jī)筒內(nèi)螺桿起到輸送建壓的作用，為后續(xù)熔體齒輪泵提供必要的供料壓力。除第1節(jié)機(jī)筒進(jìn)行強(qiáng)制冷卻外，其它機(jī)筒均進(jìn)行加熱冷卻控制，最高溫度為400℃。主喂料器為單螺桿計(jì)量喂料器，其中帶臥式攪拌器，以防架橋。輔助喂料器為雙螺桿強(qiáng)制喂料器，強(qiáng)制推送物料。

圖1中，穩(wěn)壓模塊中熔體齒輪泵的排量為7cm³/r，最高轉(zhuǎn)速50r/min。齒輪的模數(shù)m＝1.5，齒數(shù)z＝20。采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，功率p＝2kw。其出入口均布置熔體壓力傳感器，對入口壓力、出口壓力和出入口壓差進(jìn)行測量，以保證設(shè)備運(yùn)行安全。熔體齒輪泵的最高工作溫度為400℃。

圖1中，擠出模頭模塊采用不具有冷卻定型功能的擠出模頭，物料離開擠出模頭出口時(shí)會(huì)出現(xiàn)擠出脹大現(xiàn)象?？刂葡到y(tǒng)中，綜合考慮擠出速度、擠出脹大、擠出模頭口型尺寸及物性參數(shù)的影響，構(gòu)建牽引模塊內(nèi)牽引裝置中牽引輥的轉(zhuǎn)動(dòng)速度、雙螺桿擠出機(jī)的螺桿轉(zhuǎn)速、熔體齒輪泵的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之間的聯(lián)動(dòng)控制算法，以保證線徑的精確性和穩(wěn)定性。

圖1中，冷卻模塊包括初冷裝置和深冷裝置兩部分。其中初冷裝置采用恒溫水槽。水溫控制在40℃，以減小耗材線徑的冷卻收縮。深冷裝置采用風(fēng)冷/水冷雙工位互換形式。風(fēng)冷/水冷雙工位冷卻裝置結(jié)構(gòu)如圖3所示。風(fēng)冷箱101和冷水槽102使用連接桿103連接。風(fēng)冷箱101和冷水槽102上有至少兩組導(dǎo)軌套104。穿過導(dǎo)軌套104的導(dǎo)軌105固定在固定支架106上。風(fēng)冷箱101和冷水槽102可在導(dǎo)軌105上滑動(dòng)。固定支架106上安裝可以旋轉(zhuǎn)的絲杠107，通過旋轉(zhuǎn)手柄108實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)。風(fēng)冷箱101和冷水槽102上有螺母109。螺母109和絲杠107構(gòu)成滾珠絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。通過手柄108轉(zhuǎn)動(dòng)絲杠107，螺母109呈現(xiàn)沿著絲杠軸線的直線運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)冷箱101和冷水槽102的位置變化。當(dāng)加工pla、abs等材質(zhì)的3d打印耗材時(shí)使用水冷形式，當(dāng)加工pa、peek材質(zhì)的3d打印耗材時(shí)使用風(fēng)冷形式。初冷裝置的長度為2.5m，深冷裝置的長度為4m。

圖1中，牽引模塊中牽引裝置采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，電機(jī)的功率為0.75kw。該牽引裝置具有牽引輥調(diào)距機(jī)構(gòu)，以適應(yīng)不同線徑3d打印耗材的牽引。牽引輥軸上安裝超聲波傳感器，以測量牽引輥的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)，以計(jì)算耗材的生產(chǎn)速率和總長度。

圖1中，儲(chǔ)線模塊中儲(chǔ)線裝置采用電磁離合器實(shí)現(xiàn)恒張力控制。采用水平布置儲(chǔ)線裝置，安裝于冷卻裝置的上方，其最大儲(chǔ)線長度為100m。

圖1中，線徑測量模塊中采用雙軸測徑儀，在測量3d打印耗材直徑的同時(shí)可以分析3d打印耗材截面形狀的圓度。測量最大量程為10mm，測量精度0.001mm，最高耐溫為60℃。

圖1中，料條收卷模塊中收卷裝置具有兩個(gè)收卷工位，均采用伺服電機(jī)進(jìn)行控制。該裝置采用線盤氣動(dòng)鎖緊機(jī)構(gòu)，可有效降低操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高收卷效率。

實(shí)施例2

圖4給出了一種使用具有冷卻定型功能的擠出模頭的3d打印耗材制備裝置的成套總成示意圖。由物料配混模塊、干燥脫水模塊、混煉模塊、穩(wěn)壓模塊、擠出機(jī)頭模塊、冷卻模塊、牽引模塊、儲(chǔ)線模快和料條收卷模塊組成。該制備裝置可生產(chǎn)耗材根數(shù)為1，產(chǎn)量在5-15kg/h，可保障料條直徑在1.75±0.02mm范圍內(nèi)的精度要求。

本實(shí)施例所包括的設(shè)備特征和參數(shù)基本與實(shí)施例1一致。與實(shí)施例1不同的是，由于擠出模頭模塊中使用了具有冷卻定型功能的擠出模頭，所以實(shí)施例2中提出的成套總成方案中不包括線徑測量模塊，同時(shí)也避免了復(fù)雜的聯(lián)動(dòng)控制算法。但是需要采用精確和靈敏的溫度控制系統(tǒng)來對擠出模頭進(jìn)行溫度控制，以既能保證物料在擠出模頭中的冷卻定型，又能保證物料被順利擠出。圖5給出了具有冷卻定型功能的擠出模頭結(jié)構(gòu)示意圖，其中包括3個(gè)定型塊和1個(gè)機(jī)頭連接體。其中202、203、204為定型塊，201為機(jī)頭連接體。沿著擠出方向，定型塊的內(nèi)徑從4mm逐漸減小到1.75mm。銜接位置有過渡倒角，避免流動(dòng)死角。圖6給出了具有冷卻定型功能的擠出模頭中定型塊的結(jié)構(gòu)，其中2001為內(nèi)套，2002為外套，兩者通過焊接方式進(jìn)行組合，形成冷卻介質(zhì)流通通道。定型塊和機(jī)頭連接體上均安裝加熱器和熱電偶。溫控儀表接收來自熱電偶的溫度信號，并采用pid算法進(jìn)行加熱冷卻控制。此外，由于耗材已在擠出模頭中定型，其直徑是由定型段直徑?jīng)Q定的，無需再使用復(fù)雜的聯(lián)動(dòng)控制算法來保證3d打印耗材線徑。在線材生產(chǎn)過程中可采用離線抽檢的方式檢測線徑數(shù)據(jù)，如發(fā)生3d打印耗材線徑超出規(guī)定范圍的現(xiàn)象，說明模具定型段磨損，需要進(jìn)行更換。

實(shí)施例3

圖7給出了一種適合于生產(chǎn)peek材質(zhì)3d打印耗材制備裝置的成套總成。由物料配混模塊、干燥脫水模塊、混煉模塊、穩(wěn)壓模塊、擠出機(jī)頭模塊、冷卻模塊、牽引模塊、儲(chǔ)線?？臁⒕€徑測量模塊和料條收卷模塊組成。

本實(shí)施例所包括的設(shè)備特征和參數(shù)基本與實(shí)施例1一致。與實(shí)施例1不同的是，為了避免高溫peek熔體遇水后降解、收縮及產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，實(shí)施例3的冷卻模塊沒有配置初冷裝置(恒溫水槽)。

以上所示是本發(fā)明的實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。