一種三維打印機(jī)流體擠出系統(tǒng)及其實(shí)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(shí)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(guò)逐層打印的方式來(lái)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(jiàn)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(lái)的一種新型三維打印技術(shù)，其原理是通過(guò)X、Y、Z軸運(yùn)動(dòng)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(shí)體。流體材料在擠出后，根據(jù)不同材料性質(zhì)，通過(guò)自身凝固、加添加劑、風(fēng)干、加熱、冷卻等方法，使實(shí)體快速固化成型。
[0004]流體材料三維打印技術(shù)目前國(guó)內(nèi)外尚無(wú)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(guò)電動(dòng)或氣動(dòng)裝置來(lái)推動(dòng)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(diǎn)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(duì)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(shí)，由于與擠出噴嘴的截面積比值大幅增加，導(dǎo)致微弱推動(dòng)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(dòng)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(diǎn)是料斗及材料跟隨整個(gè)擠出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)負(fù)荷大，打印速度慢；在料斗移動(dòng)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(méi)有外加壓力，對(duì)流動(dòng)性差的材料難以做到密實(shí)，而當(dāng)采用有壓縮段的螺桿時(shí)，又存在難以精確計(jì)量的問(wèn)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(jiǎn)便化、計(jì)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(jiǎn)單、實(shí)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(wú)需停機(jī)連續(xù)加料，并且能實(shí)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(shí)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(guò)缺料信號(hào)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(dòng)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(guò)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(hào)處理器，送料栗調(diào)速電路或送料栗開(kāi)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(dòng)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(dòng)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(guò)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(dòng)軸、萬(wàn)向節(jié)；所述螺桿栗轉(zhuǎn)子通過(guò)所述萬(wàn)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(dòng)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(dòng)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(shí)現(xiàn)方法，包括以下步驟:
(O啟動(dòng)送料栗電機(jī)，送料機(jī)構(gòu)將物料通過(guò)輸料管輸送至擠出機(jī)構(gòu)的步驟；
(2)啟動(dòng)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(hào)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(hào)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(dòng)，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(hào)判斷物料輸送壓力和時(shí)間，若壓力值小于設(shè)定值，且該狀態(tài)超過(guò)了設(shè)定時(shí)間，表明輸料管路中缺少物料供應(yīng)，則反饋信號(hào)至三維打印機(jī)控制板或擠出電機(jī)外置驅(qū)動(dòng)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(dòng)，便于實(shí)現(xiàn)高速打印。
[0018](2)本發(fā)明送料機(jī)構(gòu)采用開(kāi)放式料斗，能夠?qū)崿F(xiàn)加料時(shí)不用暫停打印，隨時(shí)隨意加料，操作簡(jiǎn)單方便，可滿足多種物料的輸送要求，極大地?cái)U(kuò)展了整個(gè)擠出設(shè)備的適用范圍，尤其適應(yīng)需要長(zhǎng)時(shí)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(duì)物料輸送過(guò)程中的壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)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(gè)合理的范圍內(nèi)，能夠確保物體成型均勻密實(shí)，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(duì)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(dòng)高壓、大功率電機(jī)，送料栗電機(jī)選型十分靈活，因而能實(shí)現(xiàn)低流動(dòng)性物料輸送和超長(zhǎng)距離送料，具有廣泛的應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)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(duì)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(dòng)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(dòng)軸，86-機(jī)筒，87-擠出螺桿。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，本發(fā)明的實(shí)施方式包括但不限于下列實(shí)施例。
實(shí)施例
[0030]如圖1-圖7所示，本實(shí)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(guò)程中的送料和擠料作業(yè)，同時(shí)，送料控制系統(tǒng)根據(jù)物料輸送的壓力反饋信號(hào)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(dòng)機(jī)構(gòu)、料斗和送料螺桿機(jī)構(gòu)。本實(shí)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(dòng)軸、萬(wàn)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(dòng)軸，傳動(dòng)軸由軸承座支撐，傳動(dòng)軸穿過(guò)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(wàn)向節(jié)(或銷接)，一端與傳動(dòng)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(guò)輸料管連接擠出機(jī)構(gòu)的輸入端。電機(jī)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)軸，帶動(dòng)連接軸，絞龍葉片隨著連接軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，攪拌料斗里的物料同時(shí)將物料向前推進(jìn)。送料螺桿栗轉(zhuǎn)子從動(dòng)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(dòng)向前運(yùn)輸。此方式輸送性能強(qiáng)，壓力波動(dòng)很小，為本實(shí)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(dòng)軸，傳動(dòng)軸由軸承座支撐，傳動(dòng)軸穿過(guò)料斗處設(shè)有軸封。傳動(dòng)軸在料斗范圍內(nèi)設(shè)置有絞龍葉片，傳動(dòng)軸另一端與送料螺桿端部剛性連接，或者傳