一種三維打印機(jī)流體擠出系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于三維打印機(jī)的流體物料擠出裝置，具體地講，是涉及一種可以連續(xù)加料的三維打印機(jī)流體擠出系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]三維打印，也稱3D打印，是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或線型塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。三維打印技術(shù)根據(jù)不同的成型材料在技術(shù)原理上有所不同，較常見的有熔融沉積(FDM)、選擇性激光燒結(jié)(SLS)、激光立體印刷(SLA)、數(shù)字光照(DLP)、粉末粘接(3DP)等等。
[0003]流體材料的三維打印技術(shù)是在FDM(熔融沉積成型)基礎(chǔ)上發(fā)展而來的一種新型三維打印技術(shù)，其原理是通過X、Y、Z軸運(yùn)動和材料擠出的精確控制，把粘稠流體物質(zhì)擠出并層層堆疊形成三維實體。流體材料在擠出后，根據(jù)不同材料性質(zhì)，通過自身凝固、加添加劑、風(fēng)干、加熱、冷卻等方法，使實體快速固化成型。
[0004]流體材料三維打印技術(shù)目前國內(nèi)外尚無很成熟產(chǎn)品。擠出裝置是流體材料三維打印機(jī)輸出成型物料的關(guān)鍵部件，現(xiàn)有的技術(shù)普遍采用兩種方式:一種是注射器式，通過電動或氣動裝置來推動注射器活塞，把注射器中事先裝入的流體材料擠出成型。這種方式的缺點是受到注射器容量限制，當(dāng)材料擠完后必須停機(jī)裝料，對打印質(zhì)量和可操作性產(chǎn)生不良影響。并且，為了增加注射器容量而增大注射器截面積時，由于與擠出噴嘴的截面積比值大幅增加，導(dǎo)致微弱推動活塞噴嘴也有較多材料擠出，嚴(yán)重影響成型精度。另一種是料斗式，料斗下方與螺桿機(jī)筒上端連接成一體，螺桿貫穿螺桿機(jī)筒并進(jìn)入料斗，電機(jī)驅(qū)動螺桿直接把料斗內(nèi)的材料帶入機(jī)筒并從機(jī)筒下端的噴嘴擠出。這種方式的缺點是料斗及材料跟隨整個擠出機(jī)構(gòu)運(yùn)動，運(yùn)動系統(tǒng)負(fù)荷大，打印速度慢；在料斗移動中加料的可操作性差；材料進(jìn)入螺桿機(jī)筒僅靠流體重力和螺桿旋轉(zhuǎn)帶入，沒有外加壓力，對流動性差的材料難以做到密實，而當(dāng)采用有壓縮段的螺桿時，又存在難以精確計量的問題，均造成成型精度不可控。上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，不利于流體材料三維打印的成型體積大型化、操作簡便化、計量精確化，限制了擠出裝置的適用范圍，進(jìn)而影響到三維打印機(jī)在以混凝土、陶瓷土、巧克力、面粉漿等粘稠流體為成型材料的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服上述缺陷，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、實現(xiàn)方便的三維打印機(jī)流體擠出系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)無需停機(jī)連續(xù)加料，并且能實現(xiàn)高速、精確流量控制，能適應(yīng)中小型物體大批量打印，以及大型物體如混凝土建筑、景觀雕塑的打印。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
一種三維打印機(jī)流體擠出系統(tǒng)，包括送料機(jī)構(gòu)、擠出機(jī)構(gòu)和用于控制送料機(jī)構(gòu)、擠出機(jī)構(gòu)的送料控制系統(tǒng)，所述送料機(jī)構(gòu)與所述擠出機(jī)構(gòu)分離，所述送料機(jī)構(gòu)的輸出端遠(yuǎn)程連接所述擠出機(jī)構(gòu)的輸入端，所述送料控制系統(tǒng)連接電源并通過缺料信號線與三維打印機(jī)控制板(電路板)或擠出電機(jī)外置驅(qū)動電路連接；
進(jìn)一步的，所述送料機(jī)構(gòu)包括送料栗電機(jī)、料斗和送料螺桿機(jī)構(gòu)；在所述料斗內(nèi)設(shè)置有帶有絞龍葉片的連接軸，所述送料栗電機(jī)的輸出軸與所述連接軸一端連接，所述連接軸的另一端與所述送料螺桿機(jī)構(gòu)連接，所述送料螺桿機(jī)構(gòu)的輸出端通過輸料管連接所述擠出機(jī)構(gòu)的輸入端。
[0007]進(jìn)一步的，在所述輸料管上靠近所述擠出機(jī)構(gòu)的輸入端處還設(shè)置有壓力變送器，所述壓力變送器與所述送料控制系統(tǒng)連接。
[0008]進(jìn)一步的，所述送料控制系統(tǒng)包括信號處理器，送料栗調(diào)速電路或送料栗開關(guān)電路。
[0009]進(jìn)一步的，所述擠出機(jī)構(gòu)包括擠出機(jī)支架、擠出栗電機(jī)和擠出螺桿機(jī)構(gòu)；所述擠出栗電機(jī)用于驅(qū)動擠出螺桿機(jī)構(gòu)，所述擠出螺桿機(jī)構(gòu)安裝在所述擠出機(jī)支架上，所述擠出機(jī)支架安裝在三維打印機(jī)擠出機(jī)連接板上，所述擠出栗電機(jī)與三維打印機(jī)控制板或擠出電機(jī)外置驅(qū)動電路連接；所述輸料管的輸出端與所述擠出螺桿機(jī)構(gòu)連接。
[0010]進(jìn)一步的，所述輸料管的輸出端通過三通管連接所述擠出螺桿機(jī)構(gòu)，所述三通管的另一端口接入所述壓力變送器。
[0011]進(jìn)一步的，所述擠出螺桿機(jī)構(gòu)包括螺桿栗轉(zhuǎn)子、定子、定子外壁、連接軸、傳動軸、萬向節(jié)；所述螺桿栗轉(zhuǎn)子通過所述萬向節(jié)與所述連接軸一端連接，所述連接軸另一端與所述傳遞軸連接；所述傳動軸與所述擠出栗電機(jī)連接；
或者，所述擠出螺桿機(jī)構(gòu)包括機(jī)筒和設(shè)置在機(jī)筒內(nèi)的擠出螺桿；所述擠出螺桿與所述擠出栗電機(jī)連接。
[0012]進(jìn)一步的，所述送料螺桿機(jī)構(gòu)包括送料螺桿栗轉(zhuǎn)子、定子及定子外壁、連接軸、傳動軸；其中，所述連接軸位于所述料斗內(nèi)；所述絞龍葉片的推進(jìn)量大于送料螺桿栗轉(zhuǎn)子、定子的輸送量；
或者，所述送料螺桿機(jī)構(gòu)由機(jī)筒和設(shè)置在機(jī)筒內(nèi)的送料螺桿組成。
[0013]進(jìn)一步的，所述料斗與所述送料螺桿機(jī)構(gòu)固定為一體并傾斜于水平面設(shè)置，使所述料斗底部高于所述送料螺桿機(jī)構(gòu)輸出端。
[0014]進(jìn)一步的，在所述送料螺桿機(jī)構(gòu)的輸出端還設(shè)置有壓力表。
[0015]三維打印機(jī)流體擠出系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，包括以下步驟:
(O啟動送料栗電機(jī)，送料機(jī)構(gòu)將物料通過輸料管輸送至擠出機(jī)構(gòu)的步驟；
(2)啟動擠出栗電機(jī)，擠出機(jī)構(gòu)工作，擠出物料的步驟；
(3)壓力變送器反饋流體物料輸送壓力的電壓或電流信號至送料控制系統(tǒng)的步驟；
(4)送料控制系統(tǒng)根據(jù)反饋的信號判斷物料輸送壓力，若壓力值大于設(shè)定值，則控制送料栗電機(jī)減速或關(guān)斷；若壓力值小于設(shè)定值，則控制送料栗電機(jī)提速或啟動，以此保持輸料管路壓力保持穩(wěn)定。
[0016]送料控制系統(tǒng)根據(jù)反饋的信號判斷物料輸送壓力和時間，若壓力值小于設(shè)定值，且該狀態(tài)超過了設(shè)定時間，表明輸料管路中缺少物料供應(yīng)，則反饋信號至三維打印機(jī)控制板或擠出電機(jī)外置驅(qū)動電路，關(guān)閉擠出栗電機(jī)。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
(I)本發(fā)明采用送料機(jī)構(gòu)與擠出機(jī)構(gòu)分離的物料輸送方式，送料機(jī)構(gòu)既可以安裝在三維打印機(jī)主體結(jié)構(gòu)上，也可以獨(dú)立外置，安置方式靈活；送料機(jī)構(gòu)不跟隨擠出機(jī)構(gòu)運(yùn)動，便于實現(xiàn)高速打印。
[0018](2)本發(fā)明送料機(jī)構(gòu)采用開放式料斗，能夠?qū)崿F(xiàn)加料時不用暫停打印，隨時隨意加料，操作簡單方便，可滿足多種物料的輸送要求，極大地擴(kuò)展了整個擠出設(shè)備的適用范圍，尤其適應(yīng)需要長時間作業(yè)的情況、打印大體積物體的情況。
[0019](3)本發(fā)明設(shè)置有送料控制系統(tǒng)，結(jié)合壓力變送器，由此對物料輸送過程中的壓力進(jìn)行實時監(jiān)控，根據(jù)物料輸送壓力的變化，適應(yīng)性地調(diào)整送料栗電機(jī)、擠出栗電機(jī)的工作狀態(tài)，使得物料輸送壓力始終維持在一個合理的范圍內(nèi)，能夠確保物體成型均勻密實，克服了現(xiàn)有技術(shù)中粘稠物料輸送存在的弊端。
[0020](4)本發(fā)明的送料控制系統(tǒng)與三維打印機(jī)控制系統(tǒng)相對獨(dú)立，能與現(xiàn)有三維打印機(jī)控制系統(tǒng)配合工作。由于現(xiàn)有三維打印機(jī)控制板一般為電源電壓24v以下的低壓電路，本發(fā)明的獨(dú)立送料控制系統(tǒng)能夠驅(qū)動高壓、大功率電機(jī)，送料栗電機(jī)選型十分靈活，因而能實現(xiàn)低流動性物料輸送和超長距離送料，具有廣泛的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖2為本發(fā)明的原理示意圖。
[0023]圖3為本發(fā)明的工作流程示意圖。
[0024]圖4為本發(fā)明中料斗與送料螺桿機(jī)構(gòu)傾斜設(shè)置的示意圖。
[0025]圖5為本發(fā)明中料斗與送料螺桿機(jī)構(gòu)接近垂直安置的示意圖。
[0026]圖6為本發(fā)明采用一種擠出螺桿機(jī)構(gòu)的局部示意圖。
[0027]圖7為本發(fā)明采用另一種擠出螺桿機(jī)構(gòu)的局部示意圖。
[0028]上述附圖中，附圖標(biāo)記對應(yīng)的部件名稱如下:
1-送料栗電機(jī)，2-料斗，3-送料螺桿機(jī)構(gòu)，4-輸料管，5-壓力變送器，6-擠出機(jī)支架，7-擠出栗電機(jī)，8-擠出螺桿機(jī)構(gòu)，9-送料控制系統(tǒng)，I O-三通管，11 -三維打印機(jī)控制板或擠出電機(jī)外置驅(qū)動電路，12-三維打印機(jī)擠出機(jī)連接板，13-噴嘴，21-絞龍葉片，22-連接軸，81-螺桿栗轉(zhuǎn)子，82-定子，83-定子外壁，84-連接軸，85-傳動軸，86-機(jī)筒，87-擠出螺桿。
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，本發(fā)明的實施方式包括但不限于下列實施例。
實施例
[0030]如圖1-圖7所示，本實施例提供了一種三維打印機(jī)流體擠出系統(tǒng)，該擠出系統(tǒng)主要由三部分組成:擠出機(jī)構(gòu)、送料機(jī)構(gòu)和送料控制系統(tǒng)。上述三部分協(xié)作完成在三維立體打印過程中的送料和擠料作業(yè)，同時，送料控制系統(tǒng)根據(jù)物料輸送的壓力反饋信號調(diào)節(jié)送料和擠料狀態(tài)。
[0031 ] 送料機(jī)構(gòu)包括安裝支架、送料栗電機(jī)及其配套傳動機(jī)構(gòu)、料斗和送料螺桿機(jī)構(gòu)。本實施例中，送料螺桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)有兩種可選方式: 其一，送料螺桿機(jī)構(gòu)由螺桿栗轉(zhuǎn)子、定子、定子外壁、連接軸、傳動軸、萬向節(jié)、軸封及其它配套附屬構(gòu)件組成；送料栗電機(jī)的輸出軸經(jīng)聯(lián)軸器連接傳動軸，傳動軸由軸承座支撐，傳動軸穿過料斗處設(shè)有軸封。在料斗內(nèi)設(shè)置有帶有絞龍葉片的連接軸，連接軸兩端均有萬向節(jié)(或銷接)，一端與傳動軸連接，另一端與送料螺桿機(jī)構(gòu)的螺桿栗轉(zhuǎn)子連接。送料螺桿機(jī)構(gòu)的輸出端通過輸料管連接擠出機(jī)構(gòu)的輸入端。電機(jī)驅(qū)動傳動軸，帶動連接軸，絞龍葉片隨著連接軸一起轉(zhuǎn)動，攪拌料斗里的物料同時將物料向前推進(jìn)。送料螺桿栗轉(zhuǎn)子從動于連接軸，物料進(jìn)入送料螺桿機(jī)構(gòu)其內(nèi)后，被送料螺桿帶動向前運(yùn)輸。此方式輸送性能強(qiáng)，壓力波動很小，為本實施例優(yōu)選方式。
[0032]其二，送料螺桿機(jī)構(gòu)由機(jī)筒和設(shè)置在機(jī)筒內(nèi)的送料螺桿組成。送料栗電機(jī)的輸出軸經(jīng)聯(lián)軸器連接傳動軸，傳動軸由軸承座支撐，傳動軸穿過料斗處設(shè)有軸封。傳動軸在料斗范圍內(nèi)設(shè)置有絞龍葉片，傳動軸另一端與送料螺桿端部剛性連接，或者傳