本發(fā)明屬于3d打印設(shè)備領(lǐng)域，主要涉及垂直螺桿出料型3d擠出成型裝置與成型工藝。

背景技術(shù)：

目前主流的3d打印成型技術(shù)有熔融沉積制造(fdm)技術(shù)、選擇性激光燒結(jié)(sla)技術(shù)、光固化成型(sla)技術(shù)與分層實體制造(lom)等，只有fdm是針對熱熔性材質(zhì)的3d打印技術(shù)，該技術(shù)具有以下局限性：

(1)僅適用于絲狀材料，對于粉狀、顆粒狀熱熔性物料無法打?。?/p>

(2)載料平臺固定不動，打印頭在xyz方向進行三維移動，對于螺桿擠出式這種重量大的出料單元移動精度無法控制；

(3)擠出頭尺寸固定，無法更換；

(4)采用點式電加熱，溫度高達200℃以上，而且加熱溫度無法控制。

所以，對于中低熔點、顆粒狀或粉狀熱熔性物料，目前已公開的熱熔型3d打印機無法成型。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，實現(xiàn)顆粒狀或粉狀熱熔性物料(包括中低熔點熱熔型物料)連續(xù)穩(wěn)定的3d打印擠出成型，為該種物料提供全新的3d打印技術(shù)手段，利用本發(fā)明的裝置與工藝，顆粒狀與粉狀物料不用成絲工序即可直接作為3d打印的材料。

本發(fā)明涉及的垂直螺桿出料型3d擠出成型裝置包括支撐單元、出料單元、運動單元、載料平面。支撐單元包括主支架與支撐支架，主支架為整個裝置提供框架與支撐，支撐支架為出料單元與垂直運動單元的連接提供支撐。出料單元包括出料電機、加料漏斗、夾套進出水口、機筒、輸送螺桿、夾套、電加熱絲、擠出頭連接件、擠出頭。運動單元包括xy向直線驅(qū)動器與z向伺服電機、z向滾珠絲杠、z向?qū)к墶⑦B接板等，其中xy向直線驅(qū)動器內(nèi)部均具有獨立的滾珠絲杠、導(dǎo)軌、伺服電機與聯(lián)軸器。

所述載料平面在x、y向移動，出料單元整體在z向移動，并通過連接板與運動單元固定；xyz三個方向的移動均通過滾珠絲杠精確控制移送位移，絲杠兩層各設(shè)置一條導(dǎo)軌從而使載料平面與出料單元的移動更加穩(wěn)定，防止振動，xyz三維運動穩(wěn)定精確。

所述輸送螺桿采用單螺桿，轉(zhuǎn)速1-13r/min可調(diào)，與載料平面垂直布置；機筒上部設(shè)置夾套控制物料輸送溫度，夾套上下對角位置設(shè)置換熱水進出口，電加熱絲用于加熱物料使其熔融出料，設(shè)置在緊挨擠出頭的上端，采用先控溫后加熱的換熱方式保證物料連續(xù)輸送以及控制出料黏度，同時防止原料過早熔融粘結(jié)輸送螺桿降低輸送力，根據(jù)實際物料情況確定通冷卻水或加熱水，根據(jù)實際物料的軟化溫度確定控溫水的流量。

在本發(fā)明中，所述垂直螺桿出料型3d擠出成型裝置，出料絲材最小尺寸可達0.05mm，比目前主流的熱熔性3d打印的0.1mm要細，可更換不同口徑的擠出頭，出料直徑范圍0.05-0.5mm，出料速率可調(diào)，調(diào)節(jié)范圍0-5mm/s，適用物料范圍廣，

在本發(fā)明中，所述垂直螺桿出料型3d擠出成型裝置，可作為擠出式3d打印系統(tǒng)的核心組件，完成預(yù)先設(shè)定任何復(fù)雜形狀制件的3d打印制造。

在本發(fā)明中，所述垂直螺桿出料型3d擠出成型工藝，包括以下步驟：

步驟一：原料加入加料漏斗，給夾套通水控制機筒的溫度，根據(jù)不同原料的特性選擇熱水或者冷卻水，調(diào)節(jié)閥門開度控制夾套水溫度，調(diào)溫范圍0-90℃，電加熱絲通電加熱，調(diào)溫范圍90-200℃

步驟二：啟動出料電機的變頻器，設(shè)定輸送螺桿轉(zhuǎn)速，物料在機筒內(nèi)軟化，在輸送螺桿的作用下填充、擠壓、推送，連續(xù)從擠出頭出料。

步驟三：根據(jù)3d成型物件形狀，利用repetier-host軟件編制算法，出料的同時程序控制載料平面在xy方向以及出料單元在z方向的有規(guī)律精確移動，實現(xiàn)不同形制件的3d疊層增材成型。

該工藝適用于粉狀或顆粒狀熱塑性原料的3d成型，由于夾套水與電加熱絲溫度可控可調(diào)節(jié)，特別適用于熔點小于100℃的熱熔性物料的3d成型。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點體現(xiàn)在：

(1)可實現(xiàn)粉狀與顆粒狀熱塑性物料的3d打印擠出成型；

(2)載料平臺在xy平面移動，出料單元整體在z向移動，載料平面與出料單元相互配合實現(xiàn)三維運動控制，對于螺桿擠出式出料單元具有更高的控制精度。

(3)采用先控溫后加熱的機筒換熱方式，夾套控溫使物料達到軟化溫度，利于填充與輸送，采用電機熱從而使物料迅速熔融，縮短加熱段的長度，特別適用于中低熔點熱塑性物料的3d打印擠出成型。

(4)擠出頭可根據(jù)具體需求加工多套，可更換，可進行不同擠出頭尺寸的3d打印試驗。

附圖說明

圖1是垂直螺桿出料型3d擠出成型裝置主視圖。

圖2是適垂直螺桿出料型3d擠出成型裝置xy運動單元俯視圖。

1.主支架，2.支撐支架，3.出料電機，4.加料漏斗，5.夾套出水口，6.輸送螺桿，7.機筒，8.夾套，9.夾套進水口，10.電加熱絲，11.擠出頭連接件，12.擠出頭，13.載料平面，14.x向直線驅(qū)動器，15.y向直線驅(qū)動器，16.z向伺服電機，17.連接板，18.z向?qū)к墸?9.z向滾珠絲杠。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及優(yōu)選實施例對本發(fā)明作進一步的詳述。

在本發(fā)明中，所述的一種垂直螺桿出料3d擠出成型裝置包括支撐單元、出料單元、運動單元、載料平面。支撐單元包括主支架與支撐支架，主支架為整個裝置提供框架與支撐，支撐支架為出料單元與垂直運動單元的連接提供支撐。出料單元包括出料電機、加料漏斗、夾套進出水口、機筒、輸送螺桿、夾套、電加熱絲、擠出頭連接件、擠出頭。運動單元包括xy向直線驅(qū)動器與z向伺服電機、z向滾珠絲杠、z向?qū)к?、連接板等，其中xy向直線驅(qū)動器內(nèi)部均具有獨立的滾珠絲杠、導(dǎo)軌、伺服電機與聯(lián)軸器。

所述載料平面在x、y向移動，出料單元整體在z向移動，并通過連接板與運動單元固定；xyz三個方向的移動均通過滾珠絲杠精確控制移送位移，絲杠兩層各設(shè)置一條導(dǎo)軌從而使載料平面與出料單元的移動更加穩(wěn)定，防止振動，xyz三維運動穩(wěn)定精確。

所述輸送螺桿采用單螺桿，轉(zhuǎn)速1-13r/min可調(diào)，與載料平面垂直布置；機筒上部設(shè)置夾套控制物料輸送溫度，夾套上下對角位置設(shè)置換熱水進出口，電加熱絲用于加熱物料使其熔融出料，設(shè)置在緊挨擠出頭的上端，采用先控溫后加熱的換熱方式保證物料連續(xù)輸送以及控制出料黏度，同時防止原料過早熔融粘結(jié)輸送螺桿降低輸送力，根據(jù)實際物料情況確定通冷卻水或加熱水，根據(jù)實際物料的軟化溫度確定控溫水的流量。

在本發(fā)明中，所述垂直螺桿出料型3d擠出成型裝置，出料絲材最小尺寸可達0.05mm，比目前主流的熱熔性3d打印的0.1mm要細，可更換不同口徑的擠出頭，出料直徑范圍0.05-0.5mm，出料速率可調(diào)，調(diào)節(jié)范圍0-5mm/s，適用物料范圍廣。

在本發(fā)明中，所述垂直螺桿出料型3d擠出成型裝置，可作為擠出式3d打印系統(tǒng)的核心組件，完成預(yù)先設(shè)定任何復(fù)雜形狀制件的3d打印制造。

在本發(fā)明中，所述垂直螺桿出料型3d擠出成型工藝，包括以下步驟：

步驟一：原料加入加料漏斗，給夾套通水控制機筒的溫度，根據(jù)不同原料的特性選擇熱水或者冷卻水，調(diào)節(jié)閥門開度控制夾套水溫度，調(diào)溫范圍0-90℃，電加熱絲通電加熱，調(diào)溫范圍90-200℃

步驟二：啟動出料電機的變頻器，設(shè)定輸送螺桿轉(zhuǎn)速，物料在機筒內(nèi)軟化，在輸送螺桿的作用下填充、擠壓、推送，連續(xù)從擠出頭出料。

步驟三：根據(jù)3d成型物件形狀，利用repetier-host軟件編制算法，出料的同時程序控制載料平面在xy方向以及出料單元在z方向的有規(guī)律精確移動，實現(xiàn)不同形制件的3d疊層增材成型。

該工藝適用于粉狀或顆粒狀熱塑性原料的3d成型，由于夾套水與電加熱絲溫度可控可調(diào)節(jié)，特別適用于熔點小于100℃的熱熔性物料的3d成型。

下面結(jié)合本發(fā)明優(yōu)選實施例闡述本發(fā)明的作用過程。利用垂直螺桿出料型3d擠出成型裝置打印一個具有五角星內(nèi)孔的藥柱，外觀尺寸φ30×30mm，內(nèi)孔φ15mm。選擇eva粉料作為試驗物料，物料粒徑200μm，熔點67℃，軟化點小于40℃。在實際試驗過程中還包括模溫機、工控機、控制軟件與各類管線。將0.1mm口徑的擠出頭12通過擠出頭連接件11固定安裝在機筒7上，在控制軟件repetier-host中建立需打印制件三維模型，進行打印程序設(shè)置。夾套進水口9接模溫機出水口，夾套出水口5接模溫機進水口，控制模溫機閥門開度使溫度達到35℃。將eva放入加料漏斗4，啟動出料電機3，輸送螺桿6帶動物料向下輸送的同時物料軟化，物料經(jīng)過電加熱絲10迅速融入。當開始出料時在控制軟件上點擊打印按鈕，開始打印流程，出料單元與載料平面13在工控機程序的控制下開始在xyz三個方向有規(guī)律的精確運動。

所得擠出eva型材呈細絲狀，利用游標卡尺測量直徑為0.102mm，與擠出頭尺寸相對偏差為2％；經(jīng)過約30min的打印，具有五角星內(nèi)孔的藥柱打印完成，經(jīng)過測量，該藥柱實際尺寸為φ30.01×29.98mm，精度相對偏差最大為0.067％，藥柱符合設(shè)計的精度要求，打印操作結(jié)束。