[發明專利]一種適用于FDM打印機的錐形螺桿擠出設備

有效

• 申請號: 201610036771.5
• 申請日: 2016-01-20
• 公開（公告）號: CN105479757B
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發明（設計）人: 張杰;王琪;許祥;陳剛;陳寧
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: B29C64/118
• 分類號: B29C64/118;B29C64/20;B29C64/321;B33Y30/00;B33Y40/00
• 代理公司: 成都科海專利事務有限責任公司51202
• 代理人: 唐麗蓉

技術領域

本發明屬于3D打印裝置技術領域，具體涉及一種適用于FDM(熔融沉積成型)打印機的錐形螺桿擠出設備。

背景技術

3D打印是快速成型技術的一種，近幾年發展迅猛。其原理是：首先通過三維建模軟件進行實體建模，再通過切片軟件對模型進行逐層切片。工作時，3D打印機通過讀取每層橫截面的信息，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料進行逐層打印從而制造出三維實體。該技術已在工業設計、汽車、航空航天、模具制造等諸多領域得到了廣泛的應用。

FDM技術是目前3D打印主流技術中的一種，它主要以ABS、PLA等熱熔性塑料絲材作為打印耗材，絲料通過送絲機構送入加熱區加熱融化，靠未熔融絲料自身的一個柱塞推力作用被擠出，再配合擠出噴頭的移動從而進行打印。但這種技術存在以下缺點：對材料的流動性、收縮率、強度等具有較高的要求，導致目前用于FDM技術的材料非常有限；靠近加熱區的絲料端往往由于傳熱而軟化，使得送絲機構在噴頭內產生的壓強不足，導致阻塞而無法正常打印；成絲工藝過程增加了打印成本。針對FDM技術存在的諸多問題，申請號201410441995.5的專利申請，公開了一種適用于FDM打印機的擠出機，該FDM打印機用擠出機采用了螺桿擠出原理，雖可以實現平穩擠出效果，但仍有如下不足：因其擠出螺桿采用的是普通平直螺桿結構，如果要對需要大壓縮比、蓬松的塑料粒料或粉料進行塑化的時候，其塑化效果較差；為了保證物料的輸送、熔融和均化，螺桿就需要較大的長徑比(通常為25～30)，這將導致螺桿長度增加，使擠出設備總體尺寸加大，重量加重，進而驅動困難；物料在該擠出機螺桿中經塑化后被直接擠出時，物料會慣性保持在料筒中的螺旋運動，從而容易引起打印制件變形，降低打印制件形狀和尺寸的精度。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術的不足，提供一種適用于FDM打印機的錐形螺桿擠出設備，以適用于更廣泛的材料，并提高FDM技術打印的穩定性和可靠性。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是一種適用于FDM打印機的錐形螺桿擠出設備，該擠出設備由依次連接的驅動電機、傳動機構和螺桿擠出機構構成，其特征在于螺桿擠出機構中的螺桿為錐形螺桿，錐形螺桿的螺紋部分是由錐形段和平直段構成，且錐形段與平直段的長度比至少為4：1；料筒的內腔也由錐形段和平直段構成，并與錐形螺桿外徑匹配；擠出頭由一連接器和熱熔噴頭構成，連接器的截面形狀呈“T”形，固定于料筒的下端面，其上半部沿軸向開有一漏斗形通孔，并與下半部開有內螺紋的同軸通孔相通；熱熔噴頭通過其外表面上開的螺紋與連接器相連。

以上錐形螺桿擠出設備的螺桿擠出機構中還設置了一塊多孔板，該多孔板安裝在料筒與連接器之間。

以上錐形螺桿擠出設備中所述錐形螺桿錐形段與平直段的長度比為4～6：1。

以上錐形螺桿擠出設備中所述錐形螺桿錐形段的錐角為α為10～45°。

以上錐形螺桿擠出設備中所述錐形螺桿錐形段的螺槽深度是沿擠出方向逐漸變淺的。

上述驅動電機與傳動機構之間還可根據需要配置減速器，這是本領域技術人員公知的常識。

本發明與現有技術相比，具有以下有益效果：

1、由于本發明提供的擠出設備中的螺桿為錐形螺桿，因而能夠在保證足夠長的螺旋線長度前提條件下，大幅度減小整個擠出設備的整體結構尺寸和重量，不僅使該設備驅動運轉更為輕松容易，且還可以降低制備成本。

2、由于本發明提供的擠出設備中錐形螺桿錐形段的長度比平直段的長度至少要長3倍，加之其尺寸是逐漸減小的，在結構上又可自然形成一定的壓縮比，因而不僅能夠充分保證物料，包括需要大壓縮比、蓬松的塑料粒料或粉料的塑化壓縮比，使得塑化熔融效果更佳，且還能夠增加錐形螺桿的強度，提高其使用壽命，一舉兩得。

3、由于本發明提供的擠出設備在錐形螺桿錐形段后設計了一定長度的平直段，因而可保證擠出的物料形態更加穩定。

4、由于本發明提供的擠出設備在料筒與擠出頭之間設置安放了一塊多孔板，加之擠出頭中還有一段平直熔體流道，因而使經螺桿擠出熔融后的物料運動不再是旋轉運動，而是由旋轉運動變為直線運動，并使出料更加均勻，避免了現有技術最終出料時物料的變形，大大提高打印制件的精度和質量的問題。

5、由于本發明提供的擠出設備的擠出頭是由連接器和熱熔噴頭構成，且熱熔噴頭與連接器又為螺紋連接方式，因而方便拆卸，并可針對不同物料的性質裝配不同內徑的熱熔噴頭，擴大了適用范圍。