[發明專利]一種用于直寫成型3D打印的氣動螺桿復合擠出系統

在審

• 申請號: 201810265272.2
• 申請日: 2018-03-28
• 公開（公告）號: CN108248013A
• 公開（公告）日: 2018-07-06
• 發明（設計）人: 劉凱;鄧凌峰;孫華君;黃尚宇;黃愷云
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: B29C64/106
• 分類號: B29C64/106;B29C64/321;B33Y40/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 崔友明

本發明公開了一種用于直寫成型3D打印設備的氣動螺桿復合擠出系統，包括氣動進料系統和機械擠出系統，氣動進料系統主要包括料筒、活塞、空氣壓縮機、進氣管和料筒蓋，活塞內置于料筒，且活塞的外周面與料筒內壁面緊貼，活塞將料筒分隔為氣腔和物料腔，所述氣腔的端頭設有料筒蓋，所述物料腔內填充物料，并在物料腔的端部開設有與機械擠出系統連通的物料出口；所述空氣壓縮機的出口與進氣管的入口連通，進氣管的出口穿過料筒蓋與氣腔連通；機械擠出系統包括擠出腔體、噴嘴、送料螺桿和電機。本發明的有益效果為：物料的擠出由旋轉的送料螺桿直接實現，擠出速度均勻，擠出動作能夠快速中斷和快速回抽、易于實現程序控制，能有效避免從噴嘴擠出氣泡的問題。

技術領域

本發明涉及3D打印技術領域，具體涉及一種用于直寫成型3D打印的氣動螺桿復合擠出系統。

背景技術

直寫成型技術(DIW，Direct Ink Writing)是3D打印技術的一個重要分支，于1980s年代中后期由美國科學家發明，與其他3D打印技術如熔融沉積造型(FDM)、立體光刻(SLA)、選擇性激光燒結(SLS)幾乎是同一時期發展起來的。經過30多年的發展，直寫成型技術在結構陶瓷、壓電陶瓷、光催化材料、光子晶體、生物兼容材料、金屬材料、陶土、瓷土等材料的三維結構制備方面獲得了廣泛的應用和長足的進步。

現有技術中，用于直寫成型技術的設備多是在原有FDM打印機的基礎上改裝得到的，也有少數實驗室(如清華大學李亞運等人)自主設計了直寫成型設備。這些直寫成型設備的機械結構有較大的差異，但擠出結構基本可以分為以下兩類：1)氣動式單擠出結構。將壓縮氣體通入料筒，壓縮氣體提供推力推動活塞，使懸浮液直接從噴嘴擠出。這種擠出結構的擠出速度對懸浮液固液相含量的均勻性要求較高，當固液相含量發生變化時，懸浮液流動阻力隨之發生變化，相同的擠出壓力下，導致擠出速度也會發生變化，直寫成型過程中固液分離現象(會導致固液相含量的變化)很難避免，氣動式單擠出結構普遍具有均勻的擠出速度難以持續維持的問題；另外，由于擠出壓力由壓縮氣體提供，擠出動作較難實現快速中斷、快速回抽和程序控制。2)機械式單擠出結構。擠出壓力由步進電機提供，具體地說，步進電機旋轉，通過與之相連的螺桿將旋轉運動轉化為螺桿上柱塞的直線運動，柱塞推動料筒中的懸浮液直接從噴嘴擠出或者通過一段送料管后再通過噴嘴擠出(部分擠出結構中料筒和噴嘴相互分離，由一根送料管連接)，這類擠出系統可以提供持續均勻的擠出速度，擠出壓力由步進電機提供，也方便進行程序控制，但快速中斷和快速回抽的效果欠佳；同時，由于懸浮液從噴嘴擠出前，填料時夾雜在料筒中的氣體沒有溢出的空間，不可避免地只能從噴嘴擠出，此為從噴嘴擠出氣泡現象，這一現象輕則導致擠出過程暫時中斷局部打印軌跡無材料填充，重則對成型坯體造成破壞性影響造成坯體變形甚至坍塌。

發明內容

本發明的目的在于，針對現有技術的不足，提供一種擠出速度均勻、實時監控的用于直寫成型3D打印的氣動螺桿復合擠出系統。

本發明采用的技術方案為：一種用于直寫成型3D打印設備的氣動螺桿復合擠出系統，包括氣動進料系統和機械擠出系統，氣動進料系統主要包括料筒、活塞、空氣壓縮機、進氣管和料筒蓋，活塞內置于料筒，且活塞的外周面與料筒內壁面緊貼，活塞將料筒分隔為氣腔和物料腔，所述氣腔的端頭設有料筒蓋，所述物料腔內填充物料，并在物料腔的端部開設有與機械擠出系統連通的物料出口；所述空氣壓縮機的出口與進氣管的入口連通，進氣管的出口穿過料筒蓋與氣腔連通；機械擠出系統包括擠出腔體、噴嘴、送料螺桿和電機，擠出腔體開設進料孔，進料孔與氣動進料系統中的物料出口連通；所述擠出腔體的底部設有噴嘴；所述送料螺桿內置于擠出腔體，且與擠出腔體相適配，送料螺桿的上端與電機相連。

按上述方案，送料螺桿的螺紋線與擠出腔體的內壁形成物料的擠出通道，擠出通道整體呈螺旋狀；所述噴嘴設于擠出通道的底部。

按上述方案，送料螺桿的螺紋角度和噴嘴的噴射方向與豎直方向的夾角相同

按上述方案，送料螺桿通過聯軸器與電機相連.