[發(fā)明專(zhuān)利]單噴頭熔融擠壓式三維打印機(jī)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110454137.0
• 申請(qǐng)日: 2011-12-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103182781A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-07-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王運(yùn)贛;王宣
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海富奇凡機(jī)電科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): B29C69/02
• 分類(lèi)號(hào): B29C69/02;B29C47/12;B29C47/34;B29C47/08;B29C53/56;B29C47/92
• 代理公司: 上海專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 31100
• 代理人: 施浩

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及三維打印機(jī)，尤其涉及一種用單噴頭擠壓熔融材料的三維打印機(jī)。

背景技術(shù)

熔融擠壓式三維打印機(jī)又稱(chēng)為熔融擠壓式快速成形機(jī)，這種打印機(jī)的噴頭將塑料絲材加熱為熔融態(tài)，然后根據(jù)計(jì)算機(jī)發(fā)出的工件圖形控制指令，通過(guò)噴頭中的小噴嘴將熔融料擠出并選擇性地沉積在下方的工作臺(tái)基板上，構(gòu)成工件的第一層二維圖形截面。此層成形完成后，噴頭上升一小層高度，按照第一層的類(lèi)似過(guò)程進(jìn)行第二層二維圖形截面的成形，此層疊加在上一層上，且彼此粘接為一體。如此一層層重復(fù)二維成形，直到整個(gè)三維工件成形完成。

上述成形工藝屬于加成制造法，無(wú)需傳統(tǒng)的切削加工機(jī)床和工模具，在計(jì)算機(jī)的控制下，根據(jù)工件的三維CAD模型可直接成形三維實(shí)體，因而稱(chēng)為自由成形，非常適合新產(chǎn)品的研制，能大大節(jié)省工時(shí)與成本。

目前傳統(tǒng)的熔融擠壓式三維打印機(jī)有以下兩個(gè)特點(diǎn)：(1)采用滾輪副通過(guò)摩擦力將塑料絲材送進(jìn)噴頭加熱熔融并使其從噴嘴擠出；(2)采用兩個(gè)噴頭，其中一個(gè)噴頭熔融擠壓沉積工件的成形材料，構(gòu)成工件；另一個(gè)噴頭擠壓沉積支撐材料并構(gòu)成支撐結(jié)構(gòu)，以免工件在成形過(guò)程中發(fā)生坍塌和翹曲變形。由此導(dǎo)致的缺點(diǎn)是：(1)滾輪與絲材之間的摩擦力有限，因此擠出力和擠出流量有限，難于實(shí)現(xiàn)高密度工件的高效成形；(2)在每一成形層，兩個(gè)噴頭必須輪流工作和頻繁定位，成形工藝復(fù)雜，顯著降低成形效率；(3)每臺(tái)成形機(jī)必須有兩個(gè)噴頭、兩個(gè)料盤(pán)和兩套絲材送進(jìn)機(jī)構(gòu)，使機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)更復(fù)雜。

圖1示出了傳統(tǒng)的熔融擠壓式三維打印機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。請(qǐng)參見(jiàn)圖1，傳統(tǒng)的熔融擠壓式三維打印機(jī)由兩套噴頭和送料機(jī)構(gòu)及工作臺(tái)組成，具體包括：料盤(pán)1’和12’、塑料絲材9’和13’、電機(jī)8’和14’、滾輪副7’和15’、噴頭6’和11’、噴嘴5’和10’、工作臺(tái)2’和基板3’。工作時(shí)，根據(jù)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(未圖示)的指令，圖1右側(cè)的噴頭6’首先運(yùn)動(dòng)至工作臺(tái)2’上方的適當(dāng)位置，電機(jī)8’驅(qū)動(dòng)由一對(duì)滾輪構(gòu)成的滾輪副7’，通過(guò)滾輪副7’與夾持其中絲材9’的摩擦力，帶動(dòng)來(lái)自料盤(pán)1’的絲材9’進(jìn)入噴頭6’，在噴頭6’中電加熱棒(未圖示)的作用下，進(jìn)入噴頭6’的絲材9’受熱而呈熔融態(tài)，并在后續(xù)絲材9’的推動(dòng)下，從小噴嘴5’擠出，沉積于基板3’上，逐步固化形成工件4’一層截面的支撐結(jié)構(gòu)。

然后，圖1左側(cè)的一套噴頭運(yùn)動(dòng)至工作臺(tái)2’上方的適當(dāng)位置，電機(jī)14’驅(qū)動(dòng)滾輪副15’，通過(guò)滾輪副15’與夾持其中絲材13’的摩擦力，帶動(dòng)來(lái)自料盤(pán)12’的絲材13’進(jìn)入噴頭11’，在噴頭11’中電加熱棒(未圖示)的作用下，進(jìn)入噴頭11’的絲材13’受熱而呈熔融態(tài)，并在后續(xù)絲材13’的推動(dòng)下，從小噴嘴10’擠出，沉積于基板3’上，逐步固化形成工件4’一層截面的結(jié)構(gòu)。

顯然，上述傳統(tǒng)的熔融擠壓式三維打印機(jī)成形工件時(shí)，兩個(gè)噴頭必須輪流工作和頻繁定位，成形工藝復(fù)雜，顯著降低成形效率，而且滾輪與絲材之間的摩擦力有限，擠出力和擠出流量有限且不易穩(wěn)定，難于實(shí)現(xiàn)高密度工件的高效成形。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于解決上述問(wèn)題，提供了一種單噴頭熔融擠壓式三維打印機(jī)，成形效率高、工件密實(shí)，成形機(jī)的結(jié)構(gòu)更緊湊。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：本發(fā)明揭示了一種單噴頭熔融擠壓式三維打印機(jī)，包括噴頭、供料裝置、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、活動(dòng)橫梁、工作臺(tái)、機(jī)身、計(jì)算機(jī)控制與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中：

所述噴頭用于加熱和擠出成形用絲材，包括螺桿；

所述供料裝置用于儲(chǔ)存與送進(jìn)絲材，包括滾輪副；

所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)用于驅(qū)動(dòng)所述螺桿與所述滾輪副；

所述活動(dòng)橫梁與所述機(jī)身相連，用于承載所述噴頭與所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，使噴頭相對(duì)所述活動(dòng)橫梁作左右水平運(yùn)動(dòng)，又相對(duì)所述機(jī)身作上下運(yùn)動(dòng)，以便調(diào)節(jié)所述噴頭相對(duì)于所述工作臺(tái)的距離，并在成形工件的一層截面后，帶動(dòng)該噴頭上升一個(gè)層高，再成形工件的下一層截面；

所述工作臺(tái)位于所述噴頭的下方，與所述機(jī)身相連，用于承載成形工件，并相對(duì)所述機(jī)身作前后的水平運(yùn)動(dòng)；

所述機(jī)身承載整個(gè)三維打印機(jī)；

所述計(jì)算機(jī)控制與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)用于整機(jī)的自動(dòng)控制與驅(qū)動(dòng)；

所述三維打印機(jī)通過(guò)自由成形工藝優(yōu)化使單個(gè)噴頭分別成形工件和支撐結(jié)構(gòu)，成形完成后工件易于與支撐結(jié)構(gòu)分離。

根據(jù)本發(fā)明的單噴頭熔融擠壓式三維打印機(jī)的一實(shí)施例，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括步進(jìn)電機(jī)、齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)和超越離合器，其中：

所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)用所述齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)所述擠料螺桿和所述進(jìn)料滾輪副；

所述超越離合器，防止所述步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)而導(dǎo)致絲材從所述噴頭中退出。