[發明專利]一種可切換打印頭的三維打印機螺桿式擠出系統

有效

• 申請號: 201810835355.0
• 申請日: 2018-07-26
• 公開（公告）號: CN108621429B
• 公開（公告）日: 2019-03-22
• 發明（設計）人: 張海強;杜俊斌
• 申請（專利權）人: 中科院廣州電子技術有限公司
• 主分類號: B29C64/20
• 分類號: B29C64/20;B29C64/209;B33Y30/00
• 代理公司: 廣州科粵專利商標代理有限公司 44001
• 代理人: 周友元;黃培智

本發明公開了一種可切換打印頭的三維打印機螺桿式擠出系統，包括固定打印頭組件和在至少第一狀態和第二狀態之間可定位的活動打印頭組件；當活動打印頭組件定位在第一狀態時，活動打印頭組件的噴嘴低于固定打印頭組件的噴嘴；當活動打印頭組件定位在第二狀態時，活動打印頭組件的噴嘴高于固定打印頭組件的噴嘴。本發明設計“一動一定”兩個打印擠出頭，僅通過切換活動打印頭的高度，即可實現兩個打印頭之間的高度差切換，容易保證兩個打印頭切換的精度。

技術領域

本發明涉及基于熔融堆積快速成型工藝的三維打印機，具體涉及一種可切換打印頭的三維打印機螺桿式擠出系統。

背景技術

基于熔融堆積快速成型工藝的三維打印機是使用直徑為1～2mm左右的塑料絲料，通過計算機控制的打印擠出頭將塑料絲料熔融擠壓成0.2～0.4mm左右的細絲并逐層打印堆積成三維物體。通常，熔融堆積快速成型工藝在制造有懸臂結構的物件時需要添加支撐。若三維打印機擠出頭只有單熔融流道設計結構，打印的物體和支撐只能用同一種材料來構建。盡管在打印過程中，可以通過控制擠出頭的運行方式使得支撐部分變得較為疏松以達到便于剝離的目的，但由于是使用同一種材料，打印完成后在物體和支撐的邊界難以辨認造成剝離困難，支撐剝離時也容易造成物體精細結構損傷。為了解決該問題，目前，基于熔融堆積快速成型工藝的三維打印機打印擠出頭多采用雙流道結構，其中一個流道用于熔融擠出ABS塑料等模型成型材料，另一個流道用于熔融擠出可容易物理剝離或化學剝離的支撐材料，剝離時不會損傷已成型的模型。

發明專利(ZL200780020529.8)公開了一種具有多個擠出線的單電動機擠出頭，使用一個驅動電機，通過一套復雜的機械機構使熔融擠出頭及被動送料壓輪以擺動的方式實現成型材料和支撐材料兩種絲料的打印頭流道和送料驅動切換控制，其切換機構復雜且增加了擠出頭組件的重量，不利于擠出頭的高速打印運動，在打印較短線段時，容易使擠出頭定位不準，誤差大。

實用新型專利(ZL 200820206342.9)公開了一種用于熔融堆積快速成型的微型柱塞式擠出系統，通過兩個驅動電機分別對成型材料和支撐材料單獨驅動，并以機械升降移動的方式實現流道噴嘴的切換控制。由于高聚物成型時所需的驅動力較大，驅動力大的電機體積和重量較大，增加了擠出頭組件的成本、體積和重量；其次，流道噴嘴切換的方式和效果完全依賴于絲料對流道的推力、機械部件的加工和裝配精度等，另外，兩個噴嘴在打印不同材料時，不同材料對流道的推力是不同的，勢必影響兩個噴嘴切換高度的精度，同時還受溫度變化的影響。

上述公開的兩種設計在進行擠出頭流道的切換時，兩個噴嘴的機械位置都需要移動和復位，移動過程極易產生機械定位誤差從而影響打印物體的尺寸精度，甚至出現廢品。除了上述打印擠出頭切換結構的不足，還存在以下缺點：

(1)液化器內的流道較長，容易出現加熱不均的現象，增大了絲料進入流道的阻力，也易出現溢流現象。另外，ABS等高聚物成型時粘性大，流動性差，欲使絲料順利進入流道并擠出成型，絲料就要有足夠的摩擦力，對驅動電機提出了較高要求，使其既具備較大驅動力又要有較小的體積和重量，這兩者是矛盾的。

(2)驅動輪為圓形并具有“V”型齒狀結構，與絲料接觸的齒較少，欲使絲料順利進入流道并擠出成型，需具備較大的摩擦力，就必須增大被動輪上的壓緊力F，當F達到一定值時，驅動輪上的齒狀結構就會嚴重壓傷甚至刮傷絲料，破壞驅動電機轉速與擠出絲料體積的匹配，刮下的絲料粉末也會灑落在成型的模型上，嚴重影響模型的成型精度。當F達不到特定值時，絲料不會被推進流道內。所以，在這種工作原理中，絲料順利擠出成型與減少絲料刮傷是矛盾的。

目前也有雙流道打印擠出頭等高的設計，兩個擠出頭無需切換，避免了擠出頭切換產生機械定位不準問題而影響打印物體的尺寸精度。但這種結構的兩個打印擠出頭調平困難，容易刮傷打印的模型，并且噴嘴的流涎會嚴重影響工件的表面質量。

發明內容