本發(fā)明涉及3D打印機(jī)擠出系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其涉及一種適合大中型3D打印機(jī)的快拆式擠出系統(tǒng)及其工作方法。

背景技術(shù)：

在FDM工藝形式3D打印機(jī)打印過(guò)程中，傳統(tǒng)的小型3D打印系統(tǒng)，其擠出系統(tǒng)打印工藝在300mm³成型尺度，打印速度及質(zhì)量表現(xiàn)良好。但當(dāng)打印體積增加至1000mm³，即大中型3D打印機(jī)存在以下幾點(diǎn)問(wèn)題：

1、由于打印尺度增加，擠出噴嘴在實(shí)際作業(yè)過(guò)程中受到各方向擾動(dòng)將增加數(shù)倍。在傳統(tǒng)的3D打印機(jī)的擠出系統(tǒng)中喉管為單只，串接快拆加熱塊與送絲系統(tǒng)總成，為減少熱量上傳，導(dǎo)致喉管上部溫度過(guò)高，3D打印耗材軟化，影響送料。常采用中間薄壁管形式，增加熱阻，一般中間段外徑6mm、內(nèi)徑4mm，壁厚不超過(guò)1mm，甚至部分喉管中間薄壁部分外側(cè)為6mm的螺紋。因此極易在3D打印的高頻次移動(dòng)與打印件剮蹭中疲勞失效并斷裂。

2、大尺寸打印機(jī)要求，擠出噴嘴應(yīng)當(dāng)可以快速切換小件精密打印以及快速大件打印模式。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中擠出噴嘴與喉管共同固定于加熱塊。一般安裝過(guò)程中需進(jìn)行高溫密封膠脂密封，極難拆卸。即使重新拆卸安裝，也無(wú)法快速有效更換擠出噴嘴。一般需半小時(shí)以上拆裝調(diào)試。且容易產(chǎn)生漏液，影響打印質(zhì)量。

3、傳統(tǒng)擠出系統(tǒng)打印流量不超過(guò)14ml/s,因其加熱熔腔過(guò)小，加熱能力區(qū)域不足，打印效率不高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中3D打印機(jī)擠出系統(tǒng)存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種適合大中型3D打印機(jī)的快拆式擠出系統(tǒng)及其工作方法，采用模塊化3D打印擠出系統(tǒng)，在保證系統(tǒng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度下，加強(qiáng)散熱與隔熱，該系統(tǒng)有效適應(yīng)大尺寸打印機(jī)型性能特點(diǎn)，有效提高打印穩(wěn)定性及打印速度，具有較高的實(shí)用性。

一種適合大中型3D打印機(jī)的快拆式擠出系統(tǒng)，其特征在于，所述擠出系統(tǒng)包括送絲系統(tǒng)總成、喉管和擠出噴嘴，所述送絲系統(tǒng)總成通過(guò)所述喉管與所述擠出噴嘴相連，其特征在于，所述喉管由熱端喉管和分布式隔熱復(fù)合喉管支架組成；

所述分布式隔熱復(fù)合喉管支架通過(guò)螺紋緊固連接在所述送絲系統(tǒng)總成的下端出料口端部，所述分布式隔熱復(fù)合喉管支架下端套合螺紋緊固安裝所述熱端喉管，所述熱端喉管下端螺紋安裝所述擠出噴嘴；

所述擠出系統(tǒng)還包括快拆加熱塊，所述快拆加熱塊套合于所述熱端喉管外部，并通過(guò)螺紋預(yù)緊，在所述快拆加熱塊上還固定安裝有加熱器及溫度控制器，所述加熱器及溫度控制器用于控制所述快拆加熱塊加熱所述熱端喉管內(nèi)的3D打印耗材。

進(jìn)一步地，所述分布式隔熱復(fù)合喉管支架為多點(diǎn)分布式結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步地，所述分布式隔熱復(fù)合喉管支架由高熱阻材料制成。

進(jìn)一步地，所述高熱阻材料采用高強(qiáng)度不銹鋼。

進(jìn)一步地，所述熱端喉管上端中心設(shè)有鐵氟龍塑膠管，所述鐵氟龍塑膠管與所述分布式隔熱復(fù)合喉管支架串接。

進(jìn)一步地，所述擠出系統(tǒng)還包括散熱鋁柵，所述散熱鋁柵螺紋連接在所述分布式隔熱復(fù)合喉管支架上靠近下端位置處。

以上任一項(xiàng)所述的適合大中型3D打印機(jī)的快拆式擠出系統(tǒng)的工作方法，其特征在于，所述擠出系統(tǒng)按照如下工作步驟進(jìn)行工作：

步驟1、工作時(shí)，所述送絲系統(tǒng)總成對(duì)3D打印耗材進(jìn)行驅(qū)動(dòng),送入所述分布式隔熱復(fù)合喉管支架，經(jīng)過(guò)所述鐵氟龍塑膠管，直至所述熱端喉管；

步驟2、所述加熱器及溫度控制器控制所述快拆加熱塊為所述熱端喉管供熱至200～230攝氏度；

步驟3、在連續(xù)送料3D打印擠絲過(guò)程中，熱量經(jīng)所述分布式隔熱復(fù)合喉管支架向上傳遞，此時(shí)所述散熱鋁柵進(jìn)行散熱保證擠出系統(tǒng)的溫度維持于合適溫度，使3D打印耗材始終在所述熱端喉管內(nèi)呈液態(tài)，在所述分布式隔熱復(fù)合喉管支架內(nèi)3D打印耗材呈硬質(zhì)固態(tài)，固液相區(qū)域始終位于串接所述熱端喉管與所述分布式隔熱復(fù)合喉管支架的所述鐵氟龍塑膠管內(nèi)，從而形成針筒式柱塞結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的有益效果在于：

一、熱端喉管和擠出噴嘴可快速拆卸及安裝。

在本方案中拆卸快拆加熱塊后，可保證加熱器及溫度控制器的線束原有位置接頭不變，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單旋鈕松解螺紋即可拆除更換熱端喉管和擠出噴嘴。熱端喉管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作方便、成本低，可與擠出噴嘴一同作為快速更換備件。

二、滿足基本散熱功能，并且結(jié)構(gòu)強(qiáng)、耐沖擊。

在本方案中，將傳統(tǒng)一體式喉管，拆解為分布式隔熱復(fù)合喉管支架與熱端喉管。

就散熱而言：

1、分布式隔熱復(fù)合喉管支架采用的是多點(diǎn)分布式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行底端螺紋位置支撐，依托小截面的高熱阻特性，減緩熱量上傳。

2、相對(duì)薄壁管，增加了散熱面積。

3、同時(shí)高強(qiáng)度不銹鋼的高熱阻材料特性，也減少了熱量的上傳。

就強(qiáng)度而言：

1、截面面積有增加，連接強(qiáng)度增加。

2、工作受沖擊時(shí)，作用扭矩相對(duì)減少。在本方案中沖擊扭矩半徑為噴頭至分布式隔熱復(fù)合喉管支架最薄弱處距離，其遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)一體式喉管為擠出噴頭至薄壁管處距離。

綜上所述，本系統(tǒng)相較傳統(tǒng)3D打印成型擠出系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、可快速更換擠出噴嘴和熱端喉管、維護(hù)簡(jiǎn)便、打印速度快等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明適合大中型3D打印機(jī)的快拆式擠出系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明適合大中型3D打印機(jī)的快拆式擠出系統(tǒng)組裝后立體示意圖。

其中：

101、送絲系統(tǒng)總成，102、散熱鋁柵，103、快拆加熱塊，104、加熱器及溫度控制器，105、熱端喉管，106、擠出噴嘴，107、分布式隔熱復(fù)合喉管支架，108、鐵氟龍塑膠管。

具體實(shí)施方式

為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本申請(qǐng)的技術(shù)方案，以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

該實(shí)施例提供了一種適合大中型3D打印機(jī)的快拆式擠出系統(tǒng)，如圖1和圖2所示，該擠出系統(tǒng)包括送絲系統(tǒng)總成101、快拆加熱塊103、喉管和擠出噴嘴106，送絲系統(tǒng)總成101通過(guò)喉管與擠出噴嘴106相連，快拆加熱塊103套合在喉管外部，其中喉管由熱端喉管105和分布式隔熱復(fù)合喉管支架107組成。

分布式隔熱復(fù)合喉管支架107通過(guò)螺紋緊固連接在送絲系統(tǒng)總成101的下端出料口端部，分布式隔熱復(fù)合喉管支架107采用多點(diǎn)分布式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如圖1所示，分布式隔熱復(fù)合喉管支架107的多點(diǎn)分布式結(jié)構(gòu)是中間均布多個(gè)通孔的薄壁管，所用薄壁管厚度通常約為1～1.5mm，該結(jié)構(gòu)利用小截面的高熱阻特性，可減緩熱量上傳；這種利用通孔減少傳熱途徑的結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)擠出系統(tǒng)利用減小部分壁厚減少傳熱途徑的結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于增大了薄壁管的最小截面面積，使得分布式隔熱復(fù)合喉管支架107能承受較大扭矩，增強(qiáng)抗疲勞強(qiáng)度，延長(zhǎng)擠出系統(tǒng)的使用壽命。

另外，分布式隔熱復(fù)合喉管支架107采用高熱阻材料制成，如高強(qiáng)度不銹鋼，亦可減少熱量的上傳。

分布式隔熱復(fù)合喉管支架107下端套合螺紋緊固安裝熱端喉管105，熱端喉管105上端中心設(shè)有鐵氟龍塑膠管108，鐵氟龍塑膠管108與分布式隔熱復(fù)合喉管支架107串接，熱端喉管105下端螺紋安裝擠出噴嘴106。在需更換熱端喉管105和擠出噴嘴106時(shí)經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單旋鈕松解螺紋即可拆除。

快拆加熱塊103套合于熱端喉管105外部，并通過(guò)螺紋預(yù)緊，在快拆加熱塊103上還固定安裝有加熱器及溫度控制器104，用于控制快拆加熱塊103加熱熱端喉管105內(nèi)的3D打印耗材。在拆裝快拆加熱塊103時(shí)，加熱器及溫度控制器104連同快拆加熱塊103一起被拆裝，無(wú)需再挪動(dòng)或切斷加熱器及溫度控制器104的線束，可保證加熱器及溫度控制器104的線束原有位置接頭不變。

由于分布式隔熱復(fù)合喉管支架107采用多點(diǎn)分布式結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了該擠出系統(tǒng)的抗扭力，因此可增大快拆加熱塊103的加熱區(qū)域，熱端喉管105作為3D打印耗材的加熱熔腔增加其受熱面積，增加傳熱效率，使3D打印耗材更有效的在加熱區(qū)域融化并擠出。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證3D打印耗材的最大流量可達(dá)17ml/s，相較傳統(tǒng)的3D打印耗材的最大流量14ml/s，流量提升約20％。

另外為保證該擠出系統(tǒng)維持在預(yù)定的溫度，避免溫度過(guò)高，需增強(qiáng)散熱，該擠出系統(tǒng)還設(shè)有散熱鋁柵102，散熱鋁柵102外表面具有多個(gè)散熱片，能夠自主散熱，散熱鋁柵102螺紋連接在分布式隔熱復(fù)合喉管支架107上靠近下端位置處。為加強(qiáng)散熱功能，還可在擠出系統(tǒng)的安裝支座上的適當(dāng)位置安裝散熱風(fēng)扇，增強(qiáng)散熱鋁柵102的散熱功能。

該實(shí)施例還提供了適合大中型3D打印機(jī)的快拆式擠出系統(tǒng)的工作方法，具體包括以下步驟：

步驟1、工作時(shí)，送絲系統(tǒng)總成101對(duì)3D打印耗材進(jìn)行驅(qū)動(dòng),送入分布式隔熱復(fù)合喉管支架107，經(jīng)過(guò)鐵氟龍塑膠管108，直至熱端喉管105。

步驟2、加熱器及溫度控制器104控制快拆加熱塊103為熱端喉管105供熱至200～230攝氏度。

步驟3、在連續(xù)送料3D打印擠絲過(guò)程中，熱量經(jīng)分布式隔熱復(fù)合喉管支架107傳遞至上層結(jié)構(gòu)，此時(shí)散熱鋁柵102作用進(jìn)行散熱保證擠出系統(tǒng)溫度維持于合適溫度，使3D打印耗材始終在熱端喉管105內(nèi)呈液態(tài)，在分布式隔熱復(fù)合喉管支架107內(nèi)3D打印耗材呈硬質(zhì)固態(tài)，固液相區(qū)域始終位于串接熱端喉管105與分布式隔熱復(fù)合喉管支架107的鐵氟龍塑膠管108內(nèi)，從而形成針筒式柱塞結(jié)構(gòu)，保證3D打印耗材順暢并持續(xù)經(jīng)擠出噴嘴106擠出。

在需更換熱端喉管105和擠出噴嘴106時(shí)，將新的熱端喉管105和擠出噴嘴106提前螺紋連接備用，并可在螺紋處填涂耐高溫螺紋膠，避免工作時(shí)產(chǎn)生漏液，待螺紋膠干固后即可進(jìn)行更換，更換后即可進(jìn)行打印，大大縮短了備件更換時(shí)間。

雖然上面結(jié)合本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的原理進(jìn)行了詳細(xì)的描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，上述實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的示意性實(shí)現(xiàn)方式的解釋，并非對(duì)本發(fā)明包含范圍的限定。實(shí)施例中的細(xì)節(jié)并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明范圍的限制，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，任何基于本發(fā)明技術(shù)方案的等效變換、簡(jiǎn)單替換等顯而易見(jiàn)的改變，均落在本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。