一种多材料变径螺杆挤出3D打印装置的制作方法

一种多材料变径螺杆挤出3d打印装置
技术领域
1.本发明属于3d打印机技术领域，具体涉及一种多材料变径螺杆挤出3d打印装置。


背景技术：

2.3d打印技术又称增材制造技术，是20世纪80年代后期发展起来的一项集机械、数控、计算机和材料于一体的新型先进制造技术。3d打印是一种通过简单的二维逐层增加材料的方式直接成型三维复杂结构的数字制造技术。其可以直接制造出内部结构任意复杂、外部形状和几何尺寸不受限制的零件和结构，而且在逐点、逐线、逐层数字打印制造过程中，还可以灵活地数字控制零件不同部位材料和性质，从而赋予构件以传统单一材料完全不具备的超常性能。
3.现有3d打印大多仅能实现单材料打印，尤其是还不具备打印高粘度材料，如陶瓷粘土、高固含量材料、粘性聚合物等。已开发的多材料3d打印机大多数拥有多个喷头，存在诸多的不足和局限性：配置喷头数量有限，多喷头结构和操作复杂，而且多个喷头需要频繁切换，从而使得打印效率降低。现有的多材料3d打印技术基本上都是采用材料被动混合的方法，无法实现多材料各组分的主动混合和精确控制，存在多材料混合不均匀、混合效率低、可控性能差。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种多材料变径螺杆挤出3d打印装置，通过电缸推杆来实现多材料精确进给，通过变径螺杆实现多材料的均匀混合及挤出，进而有助于实现高粘度材料的功能梯度打印。
5.本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
6.一种多材料变径螺杆挤出3d打印装置，其特征在于：包括底板及垂直设置于底板上的竖板，所述底板上设置有x轴驱动单元，所述x轴驱动单元上设置与y轴驱动单元，所述y轴驱动单元上方连接有打印平台，所述x轴驱动单元单元及y轴驱动单元驱动打印平台进行水平移动；所述竖板上安装有进料单元及z轴驱动单元，所述z轴驱动单元上连接有打印单元，所述进料单元与打印单元连接，所述z轴驱动单元驱动打印单元进行竖直升降。
7.而且，所述进料单元个数为两个，且对称设置于所述竖板两端，所述进料单元包括箱体及同轴设置于箱体内的电缸推杆、注射器，所述箱体通过螺栓安装于所述竖板上，所述电缸推杆与注射器之间设置有压力传感器，所述电缸推杆推动注射器完成浆料进料。
8.而且，所述打印单元包括左安装板、右安装板、中间连接板及料筒，所述左安装板、右安装板、中间连接板均通过螺栓连接至所述z轴驱动单元的滑块上，所述左安装板、右安装板及中间连接板内侧安装有混料腔，所述混料腔两侧对称设置有气动连接头，所述混料腔通过气动连接头连接至所述进料单元，所述混料腔的底端连接至所述料筒，所述料筒及混料腔内贯通同轴设置有变径螺杆，所述变径螺杆与混料腔通过密封滚珠轴承密封连接，所述料筒下端依次连接有转接头及喷嘴，所述料筒上端两侧的凹槽内均卡装连接有l型安
装支架，所述l型安装支架的侧面通过螺栓连接有电机支撑板，所述电机支撑板上安装步进减速电机，所述步进减速电机通过联轴器连接至所述变径螺杆顶端。
9.而且，所述料筒、转接头及喷嘴均通过螺纹连接。
10.而且，所述竖板为铝合金型材。
11.而且，所述变径螺杆自上而下直径依次变大。
12.而且，所述竖板与底板之间设置有加强筋。
13.而且，所述x轴驱动单元个数为2个，且均匀分布于所述y轴驱动单元下方。
14.而且，所述箱体对应所述注射器位置处设置有观察窗。
15.本发明的优点及有益效果为：
16.1、本发明的多材料变径螺杆挤出3d打印装置，将浆料经进料管以对冲的方向加入到混料腔，提升浆料在刚进入混合腔内时初次混合效果；螺杆采用变内径不等深螺槽设计，浆料在经过变径螺杆混合时，浆料的流动方向不断被打乱，从而进一步提升浆料的混合效果；变径螺杆在加料段和混合段螺槽与料筒内壁之间的间隙逐渐减小，挤压力不断增大，挤出段间隙不在变化，保证了高粘度材料挤出的均匀性和稳定性。
17.2、本发明的多材料变径螺杆挤出3d打印装置，可以实现浆料的实时混合与挤出，在多材料3d打印工艺中存在明显优势。
18.3、本发明的多材料变径螺杆挤出3d打印装置，进料单元采用电缸推杆，相比气泵方式进料压力更加平稳，调控更加方便精准，电缸推杆夹具的设计，保证了推杆运动稳定，
19.4、本发明的多材料变径螺杆挤出3d打印装置，竖板为铝合金型材，相比于铝板，减轻了重量，成本也更低廉。
附图说明
20.图1为本发明的结构示意图；
21.图2为本发明打印单元的剖视图；
22.图3为本发明进料单元的结构示意图。
23.附图标记说明
24.1-底板，2-y轴滚珠丝杠、3-x轴滚珠丝杠、4-左安装板、5-中间连接板、6-z轴滑块、7-z轴滚珠丝杠、8-竖板、9-电缸推杆、10-箱体、11-压力传感器、12-注射器、13-步进减速电机、14-电机支撑板、15-右安装板、16-混料腔、17-气动连接头、18-l型安装支架、19-料筒、20-转接头、21-喷嘴、22-变径螺杆、23-密封滚珠轴承、24-联轴器、25-打印平台、26-加强筋、27-观察窗。
具体实施方式
25.下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
26.一种多材料变径螺杆挤出3d打印装置，其创新之处在于：包括底板1及垂直设置于底板1上的竖板8，所述底板1上设置有x轴驱动单元，所述x轴驱动单元上设置与y轴驱动单元，所述y轴驱动单元上方连接有打印平台25，所述x轴驱动单元单元及y轴驱动单元驱动打印平台25进行水平移动；所述竖板8上安装有进料单元及z轴驱动单元，所述z轴驱动单元上
连接有打印单元，所述进料单元与打印单元连接，所述z轴驱动单元驱动打印单元进行竖直升降。
27.进料单元个数为两个，且对称设置于所述竖板8两端，所述进料单元包括箱体10及同轴设置于箱体10内的电缸推杆9、注射器12，所述箱体10通过螺栓安装于所述竖板8上，所述电缸推杆9与注射器12之间设置有压力传感器11，所述电缸推杆9推动注射器12完成浆料进料，所述进料模块通过箱体10安装在铝合金型材竖板8上，铝合金型材相对于铝板可以减轻重量和降低成本，电缸推杆9和注射器12通过箱体10进行夹紧和固定，电缸推杆9和注射器12之间安装有压力传感器11，用于监测电缸推杆9挤出压力，来精确控制浆料挤出压力，通过电缸推杆9推动注射器12的活塞杆来挤出浆料。
28.打印单元包括左安装板4、右安装板15、中间连接板5及料筒19，所述左安装板4、右安装板15、中间连接板5均通过螺栓连接至所述z轴驱动单元的z轴滑块6上，所述左安装板4、右安装板15及中间连接板5内侧安装有混料腔16，所述混料腔16两侧对称设置有气动连接头17，所述混料腔16通过气动连接头17连接至所述进料单元，所述混料腔16的底端连接至所述料筒19，所述料筒19及混料腔16内贯通同轴设置有变径螺杆22，所述变径螺杆22与混料腔16通过密封滚珠轴承23密封连接，所述料筒19下端依次连接有转接头20及喷嘴21，所述料筒19上端两侧的凹槽内均卡装连接有l型安装支架18，所述l型安装支架18的侧面通过螺栓连接有电机支撑板14，所述电机支撑板14上安装步进减速电机13，所述步进减速电机13通过联轴器24连接至所述变径螺杆22顶端。
29.混料腔16两侧对称设置有气动连接头17，该气动连接头17与混料腔16轴向相垂直，这样能够使以一定的流速喷射进入混料腔16的浆料夹角最大，对冲作用力最大，浆料在对流时产生的剪切作用最大，混料腔16内的紊流现象最大，从而使混合效果最好。
30.变径螺杆22采用变内径不等深螺槽设计，包括加料段、混合段和挤出段，入料口螺槽较深有利于浆料流入，增大螺槽储料能力，随着螺槽深度逐渐变小，挤压力不断增大，浆料伴随螺杆转动混合的同时平稳向前输送，挤出口速度波动小，输送效率提高。
31.料筒19、转接头20及喷嘴21均通过螺纹连接，拆装方便，便于不同规格喷嘴21的替换。
32.竖板8与底板1之间设置有加强筋26，增强连接强度，保证装置的稳定工作。
33.x轴驱动单元个数为2个，且均匀分布于所述y轴驱动单元下方，提高打印平台25的移动稳定性，提高打印效果。
34.箱体10对应所述注射器12位置处设置有观察窗27，减轻重量，同时便于观察注射器12内部浆料的出料情况。
35.本发明的工作原理为：
36.通过x轴驱动单元的x轴滚珠丝杠和y轴驱动单元的y轴滚珠丝杠将打印平台位置调整在挤出喷嘴的正下方，通过z轴驱动单元的电机及z轴滚珠丝杠7将打印单元的纵向位置调整好；
37.将配置好的高粘度材料装入注射器后，利用电缸推杆推动注射器的活塞杆，活塞推动浆料进入进料管，通过压力传感器来检测挤出压力，电缸推杆及注射器的进料速度由外部电机驱动控制，控制多材料进料比例；浆料经进料管以对冲的方向经过气动连接头进入混合腔，提升浆料在刚进入混料腔内时初次混合效果；减速步进电机通过调节变径螺杆
转速，来对浆料进行二次混合和轴向挤出，最后通过喷头进行打印。
38.尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。