本實用新型屬于3D打印技術(shù)領(lǐng)域；涉及一種柔性絲材熔融沉積增材制造的進絲機構(gòu)；具體涉及一種TPU柔性材料增材制造技術(shù)的進絲機構(gòu)，能夠解決TPU柔性材料在熔融沉積法增材制造技術(shù)打印過程中的纏絲、繞絲現(xiàn)象，保證打印過程順利進行。

背景技術(shù)：

目前，公知的熔融沉積法3D打印進絲機構(gòu)(參見圖3)，主要是由電機帶動的主動齒輪21，彈簧25，從動齒輪27，以及相應(yīng)的支架構(gòu)成，這種結(jié)構(gòu)的進絲機構(gòu)，針對ABS、PLA質(zhì)地較硬的材料，可以正常工作，而在打印相對較軟的柔性材料時，比如TPU材料，則很容易發(fā)生纏絲、繞絲現(xiàn)象，造成打印中斷。同時彈簧27在連續(xù)的工作狀態(tài)下，彈力慢慢發(fā)生變化，造成進絲工作中主動齒輪和從動齒輪對絲材的咬合力發(fā)生變化，機器工作狀態(tài)不穩(wěn)定。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型要解決現(xiàn)有熔融沉積法3D打印的進絲機構(gòu)，在打印相對較軟的柔性材料時易產(chǎn)生纏絲、繞絲現(xiàn)象的問題，提供了一種柔性絲材熔融沉積增材制造的進絲機構(gòu)。

本實用新型消除了發(fā)生纏絲、繞絲的空間，并依據(jù)質(zhì)量守恒定律，推導(dǎo)出齒輪旋轉(zhuǎn)角速度和機器噴頭運動速度、打印層厚等參數(shù)之間的數(shù)理關(guān)系，消除打印過程中產(chǎn)生纏絲、繞絲的驅(qū)動力，從根本上解決問題，從而實現(xiàn)了熔融沉積法3D打印TPU等柔性材料。

為解決上述技術(shù)問題，本實用新型的柔性絲材熔融沉積增材制造的進絲機構(gòu)包括主動齒輪3、從動齒輪4和噴嘴6，主動齒輪3與從動齒輪4之間保留有間隙，且主動齒輪3和從動齒輪4對稱設(shè)置在支架7上，主動齒輪3和從動齒輪4之間間隙的正下方設(shè)置有噴嘴6，該進絲機構(gòu)還包括主動齒輪固定外殼1、從動齒輪固定外殼2和喉管5，主動齒輪固定外殼1和從動齒輪固定外殼2對稱固定安裝在支架上，主動齒輪3和從動齒輪4之間設(shè)置有喉管5，喉管5頂面不低于主動齒輪的下邊緣，喉管5由耐熱材料制成，喉管5下部可拆卸連接有儲料器8，儲料器8的底面與喉管5的底面平齊，儲料器8底部靠近喉管5設(shè)置有進料口9，儲料器8底部可拆卸連接有噴嘴6，噴嘴6的頂部與儲料器8的進料口連通。

上述動齒輪3與從動齒輪4之間間隙的間隙值為所打印絲材直徑的0.5～1倍。

所述喉管5頂面與主動齒輪3和從動齒輪4的下邊緣之間的距離不大于所打印絲材直徑的1～2倍。

所述喉管5是由聚四氟乙烯或陶瓷材料加工成的；避免柔性絲材進一步受熱軟化，隔絕熱量傳導(dǎo)。

主動齒輪3與從動齒輪4與支架7之間的安裝方式：主動齒輪3過盈配合安裝支架7上，從動齒輪4通過固定螺栓鏈接且固定安裝在支架7上；或者主動齒輪3通過固定螺栓鏈接且固定安裝支架7上，從動齒輪4過盈配合安裝在支架7上；或者主動齒輪3通過過盈配合安裝支架7上，從動齒輪4過盈配合安裝在支架7上；或者主動齒輪3通過固定螺栓鏈接且固定安裝支架7上，從動齒輪4通過固定螺栓鏈接且固定安裝在支架7上，采用上述安裝方式將主動旋轉(zhuǎn)齒輪固定安裝在進絲機構(gòu)的固定端，一方面可以增加機構(gòu)的相對定位精度，從而保證其外輪半徑位置和進絲路徑的位置精度；進而TPU絲材在FDM打印過程中，必須，也只能，按著進絲機構(gòu)所預(yù)設(shè)的路徑進行走絲，從外界空間上消除了纏絲的可能，另一方面，最為重要的，消除了可能纏絲的發(fā)生空間，依靠進絲機構(gòu)的外力，保證FDM打印工作的順利實施。

在主動齒輪固定外殼1、從動齒輪固定外殼2上與主動齒輪3和從動齒輪4安裝位置相對的側(cè)壁上開口，開口的右側(cè)設(shè)置風(fēng)扇；采用在密封殼體上開口的方式，讓進絲機構(gòu)外部的冷卻風(fēng)扇直接作用在柔性絲材上面，以降低進絲機構(gòu)下端噴嘴可能傳遞熱量導(dǎo)致的齒輪溫升，增加冷卻效果，降低電阻元件加熱帶來的柔性絲材溫度上升造成的軟度增加的可能。

所打印絲材進絲的主動齒輪角速度ω為：

其中Φ_s為噴嘴6直徑，Φ_g為主動齒輪3和從動齒輪4的外直徑，Φ_l為所打印絲材的直徑，v為噴嘴6運動速度，Δh為噴嘴6打印零件的層厚。

所述儲料器8的形狀是長方體或者圓柱。

本實用新型增加一個喉管裝置，消除主動齒輪和從動齒輪與進絲口之間的間隙，使得纏絲、繞絲沒有空間可以發(fā)生。

本實用新型拋棄原先的彈簧設(shè)計，將主動齒輪3和從動齒輪4分別固定在一定尺寸的構(gòu)件上，通過構(gòu)件的配合，控制主動、從動齒輪之間的間隙，從而更精準地控制柔性絲材的進絲過程，提高設(shè)備的工作穩(wěn)定性。

本實用新型將進絲機構(gòu)設(shè)計為密封結(jié)構(gòu)，隔絕外部環(huán)境，如灰塵、顆粒等對進絲機構(gòu)的影響，實現(xiàn)精準進絲。

本實用新型取消手動按壓式進絲，改為由主動齒輪3旋轉(zhuǎn)帶動進絲，減少進絲機構(gòu)的人為操作，增加設(shè)備穩(wěn)定性。

本實用新型可以使得TPU等柔性材料在常見的熔融沉積法3D打印機器上避免纏絲、繞絲現(xiàn)象的發(fā)生，使得柔性材料的3D打印可以順利進行。柔性材料的HA可以低至60，還可以正常打印，對現(xiàn)有技術(shù)中認為硬度值HA低于80打印不能順利進行是一個極大的突破。

附圖說明

圖1是本實用新型的所述柔性增材制造的進絲機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖，

圖2圖1的A-A剖視圖，其中箭頭表示風(fēng)向；

圖1和2中1——主動齒輪固定外殼，2——從動齒輪固定外殼，3——主動齒輪，4——從動齒輪4，5——喉管，6——噴嘴，7——支架，8——儲料器；

圖3是現(xiàn)有技術(shù)中進絲機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖，

圖3中21——主動齒輪，22——絲材，23——連接桿，24——壓板，25——彈簧，26——支撐板，27——從動齒輪，28——噴嘴，29——喉管。

具體實施方式

具體實施方式一：下面結(jié)合圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式所述的柔性絲材熔融沉積增材制造的進絲機構(gòu)包括主動齒輪3、從動齒輪4和噴嘴6，主動齒輪3與從動齒輪4之間保留有間隙，且主動齒輪3和從動齒輪4對稱設(shè)置在3D打印的支架7上，間隙值為所打印絲材直徑的0.9倍，主動齒輪3和從動齒輪4之間間隙的正下方設(shè)置有噴嘴6，該進絲機構(gòu)還包括主動齒輪固定外殼1、從動齒輪固定外殼2和喉管5，主動齒輪固定外殼1和從動齒輪固定外殼2對稱固定安裝在支架上，主動齒輪3和從動齒輪4之間設(shè)置有喉管5，所述喉管5頂面與主動齒輪3下邊緣之間的距離小于所打印絲材直徑的1.5倍，喉管5由陶瓷材料制成，喉管5下部通過螺紋連接有儲料器8，儲料器8的底面與喉管5的底面平齊，儲料器8底部靠近喉管5設(shè)置有進料口9，儲料器8底部通過螺紋連接有噴嘴6，噴嘴6的頂部與儲料器8的進料口連通。

所述主動齒輪3與從動齒輪4與支架7之間的安裝方式：主動齒輪3過盈配合安裝支架7上，從動齒輪4通過固定螺栓安裝在支架7上。

在主動齒輪固定外殼1、從動齒輪固定外殼2上與主動齒輪3和從動齒輪4安裝位置相對的側(cè)壁上開孔，開孔的右側(cè)設(shè)置風(fēng)扇。

所打印絲材進絲的主動齒輪角速度ω為：

其中Φ_s為噴嘴6直徑，Φ_g為主動齒輪(3)和從動齒輪(4)的外直徑，Φ_l為所打印絲材的直徑，v為噴嘴6運動速度，Δh為噴嘴6打印零件的層厚。

本實施方式中拋棄了現(xiàn)有技術(shù)中的彈簧設(shè)計，通過主動齒輪3過盈配合安裝支架7上，從動齒輪4通過固定螺栓安裝在支架7上，通過構(gòu)件的配合，控制主動、從動齒輪之間的間隙，從而更精準地控制柔性絲材的進絲過程，提高設(shè)備的工作穩(wěn)定性，并且保證了齒輪半徑位置和進絲路徑的位置精度，同時消除了可能纏絲的發(fā)生空間，從而主動、從動齒輪的相對位置也精確固定，TPU絲材在FDM打印過程中，只能按著進絲機構(gòu)所預(yù)設(shè)的路徑進行走絲向下進入噴嘴，從外界空間上消除了纏絲的可能，保證FDM打印工作的順利實施。

本實施方式增加的喉管5，有效減小了主動齒輪3和從動齒輪4與噴嘴6進絲口之間的間隙，使得纏絲、繞絲沒有空間可以發(fā)生；喉管5采用絕熱材料制作，能夠避免柔性絲材進一步受熱軟化，將所打印柔性絲材在進入噴嘴6之前隔絕熱量傳導(dǎo)；在主動、從動齒輪固定外殼上設(shè)置通風(fēng)開口，讓機構(gòu)外部的冷卻風(fēng)直接作用在柔性絲材上，增加冷卻效果，降低了電阻元件加熱帶來的柔性絲材溫度上升造成的軟度增加的程度。

本實用新型中在柔性絲材連續(xù)進料時，柔性絲材熔化過多的情況下，多余的熔料可以暫時儲存在儲料器中，這樣不會對絲材造成較大的反作用力。

本實施方式所述進絲機構(gòu)可設(shè)計為密封結(jié)構(gòu)，隔絕外部環(huán)境，如灰塵、顆粒等對進絲機構(gòu)的影響，實現(xiàn)精準進絲。其由主動齒輪旋轉(zhuǎn)帶動進絲，減少進絲機構(gòu)的人為操作，能夠增加設(shè)備穩(wěn)定性。

對于所打印絲材進絲的主動齒輪角速度ω的計算，一般情況下，機構(gòu)完成設(shè)計后，其噴頭直徑Φ_s，齒輪外直徑Φ_g，以及線材直徑Φ_l也都是確定值，則齒輪旋轉(zhuǎn)的角速度和噴頭的打印速度v，層厚Δh成正比關(guān)系，即噴頭運動速度v越大，層厚越大，齒輪旋轉(zhuǎn)也越快，以補充噴頭相同時間內(nèi)消耗的熔融絲材的體積。