[發明專利]一種分段加熱的聚合物3D打印輕量化螺桿擠出裝置

在審

• 申請號: 202310041470.1
• 申請日: 2023-01-13
• 公開（公告）號: CN116118178A
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 趙丹陽;段飛
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B29C64/106
• 分類號: B29C64/106;B29C64/209;B29C64/295;B29C64/20;B29C64/393;B28B1/00;B33Y30/00;B33Y50/02
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 關慧貞

本發明一種分段加熱的聚合物3D打印輕量化螺桿擠出裝置，屬于聚合物3D打印機成型技術領域，涉及一種分段加熱的聚合物3D打印輕量化螺桿擠出裝置。該裝置由螺桿擠出組件、儲料倉組件和轉接頭組件組成，該裝置中利用料腔加熱片、熱端板、加熱棒、針筒加熱片、轉接頭加熱片獨立加熱件分別安裝在螺桿擠出組件、儲料倉組件和轉接頭組件中，采用分段加熱方式，通過3D打印機PID溫控系統，實現聚合物在儲料倉、轉接頭、料腔和擠出頭內的分段加熱。該裝置采用隔熱措施和輕量化設計理念，合理調控聚合物的粘度和流動性，還可在儲料倉通壓縮空氣提高供料效率。該裝置結構緊湊，通用性強，可直接匹配主流3D打印機系統，用于聚合物顆粒和漿料等成型。

技術領域

本發明屬于3D打印機成型技術領域，涉及一種分段加熱的聚合物3D打印輕量化螺桿擠出裝置。

背景技術

液體擠出沉積成型，其原理是根據制品的三維模型，在計算機的控制下通過打印頭泵送擠出粘性液體，逐層沉積固化成型。該成型技術能消除昂貴模具的使用，簡化生產流程，實現快速成型，大幅提高生產效率；還能對打印材料的微觀結構進行精確控制，制造高度優化但幾何復雜的結構，顯著提高設計的靈活性，被廣泛的應用于原型制作、規模化定制和按需打印等場合，成為目前備受青睞的3D打印技術之一。

根據擠出原理不同，液體擠出3D打印擠出裝置主要可分為線材熔融擠出(FDM)、活塞擠出和螺桿擠出等三類，其中的螺桿擠出裝置目前主要應用于陶泥3D打印領域，如專利CN?215038456?U公開了一種陶瓷3D打印機的螺桿擠出裝置，但該裝置不具備加熱功能，僅能擠出常溫狀態的高粘態陶泥，還需配套的電動推桿進料系統以克服陶泥進料的高阻力。

發明內容

本發明要解決的技術難題是克服現有技術的不足，發明一種具備分段加熱功能的輕量化螺桿擠出裝置。該裝置為儲料倉、轉接頭、料腔和熱端板設計了獨立的加熱部件，并進行了輕量化設計，將需要高效傳熱的料腔和熱端板、高強度要求的聯軸器上、下法蘭選用高強度鋁合金材質。隔熱定位套、隔熱環和隔熱螺釘等零件采用了輕質的PEEK材質，減小了螺桿擠出裝置的重量。該擠出裝置以步進電機作為擠出動力源，結構簡單，通用性強，可適用多數主流3D打印設備。

本發明的具備分段加熱功能的螺桿擠出裝置，不僅可通過調整物料溫度降低粘度，克服擠出阻力，簡化裝置。還可應用于顆粒、粉末或者高粘度聚合物的成型領域，極大拓展螺桿擠出裝置的應用領域。螺桿擠出裝置中采用分段加熱零部件，必然帶來高效傳熱和區域隔熱等難題，本發明為克服上述難題采用隔熱材質制作的隔熱板、隔熱環、隔熱螺釘等隔熱措施，很好的解決了這些難題。

本發明采用的技術方案是一種分段加熱的聚合物3D打印輕量化螺桿擠出裝置，其特征是，該裝置由螺桿擠出組件、儲料倉組件和轉接頭組件組成；

所述螺桿擠出組件中，步進電機1下端安裝有上隔熱墊2，通過4個中空的隔熱定位套3與上端安裝的下隔熱墊9的料腔10相連，并用上隔熱螺釘4緊固；料腔10與擠出螺桿12為間隙配合，通過料腔10頂端的自潤滑軸承11對二者進行同軸度定位；步進電機傳動軸通過聯軸器部分與擠出螺桿12連接，聯軸器部分由同軸的上法蘭5、隔熱環6和下法蘭7構成，通過中隔熱螺釘8緊固；上、下法蘭(5、7)與電機軸和擠出螺桿12間設置有防松頂絲，將步進電機的轉矩傳遞給擠出螺桿；料腔10下端設有定位孔，通過同軸的過渡套14與熱端板15裝配，并用下隔熱螺釘18緊固；集成了加熱電阻和熱敏電阻的料腔加熱片13包覆在料腔10中部外表面上，熱端板15上加工有安裝孔，用來安裝加熱棒19和熱敏電阻20；通過3D打印機PID溫控系統可實現料腔10和熱端板15的獨立加熱；熱端板15下端通過螺紋結構與擠出頭16連接，其周向裝有保溫套17；

所述儲料倉組件由氣管21、快拆氣動接頭22、針筒蓋23、活塞24、魯爾口不銹鋼針筒25和針筒加熱片26組成，針筒蓋23與針筒25和氣動接頭22采用螺紋連接，在針筒蓋23與針筒25間安裝有確保兩者間氣密性的氟膠墊30；針筒加熱片26集成了加熱電阻和熱敏電阻包覆在針筒25外圓上，通過3D打印機PID溫控系統,實現儲料倉組件的獨立加熱；