一种用于3d打印的定量混料输送装置
阅读说明：本技术 一种用于3d打印的定量混料输送装置 (A quantitative compounding conveyor for 3D prints ) 是由 龙海明 郝俊杰 郭志猛 王海英 裴广林 于 2020-12-14 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于3D打印的定量混料输送装置,包括：混合送料器、混料输料导管、针头式挤出喷嘴；混合送料器包括：混合送料壳体、密封垫片、混合送料螺杆、混合送料电机、进料口、定量送料机壳体、定量送料螺杆、定量送料电机、混合器底盘；混料输料导管包括：导管接头、输料导管、输料弹簧；针头式挤出喷嘴包括：连接机构、挤出螺旋、打印针头、挤出头、密封垫片、对接法兰。本发明解决了制造过程中送料挤出不稳定、料浆固液分离、浆料输送过程堵塞的问题,可实现长时间连续稳定的3D打印,变组分、多组分料浆的定量输入,可实现变组分、多组分材料、梯度材料打印,整体结构简化。(The invention relates to a quantitative mixing and conveying device for 3D printing, which comprises: a mixing feeder, a mixing and conveying conduit and a needle head type extrusion nozzle; the mixing feeder includes: the device comprises a mixing feeding shell, a sealing gasket, a mixing feeding screw, a mixing feeding motor, a feeding port, a quantitative feeding shell, a quantitative feeding screw, a quantitative feeding motor and a mixer chassis; defeated material pipe of compounding includes: the device comprises a guide pipe joint, a material conveying guide pipe and a material conveying spring; the needle-type extrusion nozzle includes: coupling mechanism, extrusion spiral, printing syringe needle, extrude head, seal gasket, butt flange. The invention solves the problems of unstable feeding extrusion, solid-liquid separation of slurry and blockage in the slurry conveying process in the manufacturing process, can realize long-time continuous and stable 3D printing, quantitative input of variable-component and multi-component slurry, and printing of variable-component, multi-component and gradient materials, and has simplified integral structure.)
技术领域
本发明涉及3D打印领域，具体为一种用于3D打印的定量混料输送装置。
背景技术
3D打印技术又称增材制造技术(AM)，属于一种快速成型技术（RP），是以构建的数字化模型文件为基础，运用粉末状金属、陶瓷或高分子材料等可粘合材料，通过逐层打印并叠加不同形状的连续层，构造三维物体。与传统的铸造工艺相比，3D打印的最大优势在于可以直接从原料中自由制造复杂零件的能力，无需涉及诸如挤压、锻造、铸造和二次加工等传统制造方法即可获得所需的形状，且原料的利用率近100%。
基于材料挤出型的打印方法有代表性的是熔融沉积成型法（FDM），FDM是“FusedDeposition Modeling”的缩写，即熔积成型法，是一种将各种丝材（如工程塑料ABS、聚碳酸酯PC 等）加热熔化进而堆积成型方法。基于FDM原理，现已发展出用于陶瓷及金属的3D打印技术。即使用陶瓷或金属料浆（陶瓷或金属粉末与溶剂、粘结剂等调制的有一定流动性的半固态浆体），陶瓷及金属FDM工作原理是：加热挤出机构及喷头（针头）在计算机的控制下，根据产品零件的截面轮廓信息，作X-Y 平面运动，通过输送及挤出机构，将料浆送至挤出喷头（针头），并被挤压出来，有选择性的涂覆在工作台上，快速固化后形成一层薄片轮廓。一层截面成型完成后工作台下降一定高度，再进行下一层的沉积，好像一层层"画出"截面轮廓，如此循环，最终形成三维产品零件。
基于FDM技术的陶瓷或金属的送料装置，一般为螺杆挤出式或气压挤出式。螺杆挤出式的通过带有螺旋的旋转螺杆将料浆推进并送至喷头。螺杆装料桶较小，每次可用于打印的料浆量有限。如需要加料，一般用软管将螺旋挤出器连接到加料桶，料浆靠料桶与挤出器间的高度差，在重力作用下，流入挤出器。软管较细或料浆粘度较大、固相含量较高时输送困难。气压活塞挤出式，类似注射器的注射的原理，只是将推力换成了压缩气体。这种方式的送料及挤出靠压缩气体的压力调控，不太稳定，料浆容易固液分离，且气压挤出桶的容量有限，不能长时间连续打印。因此，对于陶瓷、金属的FDM增材制造工艺，急需一种能够稳定输送，稳定挤出，长时间连续打印的送料挤出机构。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于3D打印的定量混料输送装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于3D打印的定量混料输送装置包括：混合送料器、混料输料导管、针头式挤出喷嘴；混合送料器包括：混合送料壳体、密封垫片、混合送料螺杆、混合送料电机、进料口、定量送料机壳体、定量送料螺杆、定量送料电机、混合器底盘；混料输料导管包括：导管接头、输料导管、输料弹簧；针头式挤出喷嘴包括：连接机构、挤出螺旋、打印针头、挤出头、密封垫片、对接法兰。所述混合送料器与混料输料导管连接，所述混料输料导管与针头式挤出喷嘴连接；所述混合送料壳体与混合送料电机之间装有密封垫片，所述混合送料螺杆安装在混合送料壳体内部，所述混合送料螺杆通过固定连接方式与混合送料电机连接，所述进料口安装在定量送料机壳体上方，所述定量送料机壳体与混合送料壳体连接，所述定量送料螺杆安装在定量送料机壳体内部，所述混合送料螺杆通过固定连接方式与定量送料电机连接；所述输料导管通过导管接头分别与混合送料器和针头式挤出喷嘴连接，所述输料弹簧与混合送料螺杆连接，所述输料弹簧通过连接机构与挤出螺旋连接，所述挤出螺旋安装在打印针头和挤出头的内部，所述打印针头与挤出头连接，所述挤出头与对接法兰连接且之间装有密封垫片。
其中，所述混合送料壳体、混合送料螺杆、定量送料机壳体、定量送料螺杆、混合器底盘、挤出螺旋、打印针头、挤出头、对接法兰的材质包括：不锈钢。
其中，所述混合送料螺杆螺旋叶片与轴留有间隙，起到搅拌混匀料浆及推进输送的作用，且带动输料弹簧转动。
其中，所述密封垫片起到密封的作用。
其中，所述密封垫片的材质包括：氟橡胶。
其中，所述固定连接方式包括：轴承、焊接、卡扣。
其中，所述混合器送料电机和定量送料电机使用步进电机，可稳定调节螺杆及输料弹簧的转速，以达到稳定搅拌送料及挤出。
其中，所述输料导管为塑料软管，起连接混合送料器和针头式挤出喷嘴，输送料浆的作用，材质包括：PE、尼龙、PU。
其中，所述输料弹簧为中空柔性弹簧，既有输送料浆的作用，也起到搅拌混匀作用，可有效输送，且防止料浆在输料导管内固液分离、堵塞。弹簧为弹性材料，与软管配合和柔性弯折而不影响料浆输送，材质包括：60CrMnBA。
其中，所述导管接头为与混合送料器及针头式挤出喷嘴的对接接口
其中，所述打印针头为料浆最终出口，通过选用不同的打印针头的出口直径及挤出螺旋参数，以及与3D打印机程序联动，可控制料浆的挤出速度。
其中，所述挤出螺旋为料浆在挤出头及打印针头内的挤出动力之一，挤出螺旋以一定速度转动，带动料浆从针头内挤出。
其中，所述连接机构包括：锡焊结、环氧树脂AB胶。
其中，所述对接法兰为针头式挤出喷嘴与3D打印机对接的预留接口。
与现有技术比，本发明达到的有益效果是：
1、使用有空心弹簧的输料导管，解决了FDM法增材制造过程中送料、挤出不稳定；解决了FDM法增材制造过程中料浆固液分离问题；解决了FDM法增材制造，对接加料装置时，浆料输送过程堵塞问题；
2、预留对接口可增加加料装置，实现长时间连续稳定的3D打印过程；
3、使用定量混合送料机构，可实现变组分、多组分料浆的定量输入，混料、调匀、输送；混料输送机构配合挤出打印机构，可实现变组分、多组分材料、梯度材料的打印。
4、使用针头式挤出喷嘴，相较于其它挤出喷嘴机构结构简化，在打印机上只占用一个针头的空间。
附图说明
图1为本发明定量混料输送装置整体图；
图2为本发明混合送料器刨面图；
图3为本发明混合送料器俯视图；
图4为本发明混料输料导管整体图；
图5为本发明针头式挤出喷嘴刨面图；
其中：1-混合送料器、2-混料输料导管、3-针头式挤出喷嘴、4-混合送料壳体、5-密封垫片、6-混合送料螺杆、7-混合送料电机、8-进料口、9-定量送料机壳体、10-定量送料螺杆、11-定量送料电机、12-混合器底盘、13-导管接头、14-输料导管、15-输料弹簧、16-连接机构、17-挤出螺旋、18-打印针头、19-挤出头、20-对接法兰。
具体实施方式
为了能够更加详尽地了解本发明的特点与技术内容，下面结合附图对本发明的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本发明。
参照图1-5的一种用于3D打印的定量混料输送装置，包括：混合送料器1、混料输料导管2、针头式挤出喷嘴3；混合送料器1包括：混合送料壳体4、密封垫片5、混合送料螺杆6、混合送料电机7、进料口8、定量送料机壳体9、定量送料螺杆10、定量送料电机11、混合器底盘12；混料输料导管2包括：导管接头13、输料导管14、输料弹簧15；针头式挤出喷嘴3包括：连接机构16、挤出螺旋17、打印针头18、挤出头19、密封垫片5、对接法兰20。所述混合送料器1与混料输料导管2连接，所述混料输料导管2与针头式挤出喷嘴3连接；所述混合送料壳体4与混合送料电机7之间装有密封垫片5，所述混合送料螺杆6安装在混合送料壳体4内部，所述混合送料螺杆6通过固定连接方式与混合送料电机7连接，所述进料口8安装在定量送料机壳体9上方，所述定量送料机壳体9与混合送料壳体4连接，所述定量送料螺杆10安装在定量送料机壳体9内部，所述混合送料螺杆6通过固定连接方式与定量送料电机11连接；所述输料导管14通过导管接头13分别与混合送料器1和针头式挤出喷嘴3连接，所述输料弹簧15与混合送料螺杆6连接，所述输料弹簧15通过连接机构16与挤出螺旋17连接，所述挤出螺旋17安装在打印针头18和挤出头19的内部，所述打印针头18与挤出头19连接，所述挤出头19与对接法兰20连接且之间装有密封垫片5。
本发明基于螺旋送料、螺旋搅拌及螺旋挤出原理。使用螺旋叶片与轴紧密相连的定量送料螺杆10，作为定量送料动力源，将料浆、粉末颗粒定量的送入混合送料器1中。使用螺旋叶片与轴有间隙的混料输送螺杆，作为混料搅拌，以及料浆从混合送料器1到挤出喷嘴的动力源。使用弹簧及软管作为料浆输送的传动部件，可实现料浆从混合送料器1到挤出喷嘴的稳定传送。输料导管14，在输送料浆、粉末的同时，可对软管内的粉末进行二次搅拌混匀。混合送料器1的螺杆带动空心弹簧转动，转动的空心弹簧给料浆提供压力，使料浆在输料导管14中传递，并将料浆从打印针头18挤出，实现打印过程。
其中，所述混合送料壳体4、混合送料螺杆6、定量送料机壳体9、定量送料螺杆10、混合器底盘12、挤出螺旋17、打印针头18、挤出头19、对接法兰20的材质为不锈钢。
其中，所述混合送料螺杆6螺旋叶片与轴留有间隙，起到搅拌混匀料浆及推进输送的作用，且带动输料弹簧15转动。
其中，所述密封垫片5起到密封的作用。
其中，所述密封垫片5的材质为氟橡胶。
其中，所述规定连接方式为轴承或焊接或卡扣。
其中，所述混合器送料电机和定量送料电机11使用步进电机，可稳定调节螺杆及输料弹簧15的转速，以达到稳定搅拌送料及挤出，根据挤出机构大小选用直流24V电机，功率10~200W
其中，所述输料导管14为塑料软管，起连接混合送料器1和针头式挤出喷嘴3，输送料浆的作用，材质为PE或尼龙或PU。
其中，所述输料弹簧15为中空柔性弹簧，既有输送料浆的作用，也起到搅拌混匀作用，可有效输送，且防止料浆在输料导管14内固液分离、堵塞。弹簧为弹性材料，与软管配合和柔性弯折而不影响料浆输送，材质为60CrMnBA。
其中，所述导管接头13为与混合送料器1及针头式挤出喷嘴3的对接接口
其中，所述打印针头18为料浆最终出口，通过选用不同的打印针头18的出口直径及挤出螺旋17参数，以及与3D打印机程序联动，可控制料浆的挤出速度，针头出口直径0.5~2mm。
其中，所述挤出螺旋17为料浆在挤出头19及打印针头18内的挤出动力之一，挤出螺旋17以一定速度转动，带动料浆从针头内挤出。
其中，所述挤出螺旋17制作工艺有2种。一是使用与针头直径相应的螺旋空心弹簧，如针头直径φ1.5mm，空心弹簧外径φ1.2mm，内径φ0.8mm（使用线径φ0.2mm金属丝材绕制）。一是使用与针头直径相应的精细螺纹钻头（钻头去掉无螺纹部分），如针头直径φ1.0mm，螺纹钻头直径φ0.8mm。
其中，所述连接机构16为锡焊结或环氧树脂AB胶。
其中，所述对接法兰20为针头式挤出喷嘴3与3D打印机对接的预留接口。
需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
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