阅读说明：本技术 熔融挤出装置、3d打印机、3d打印机控制方法及应用 (Melt extrusion device, 3D printer control method and application ) 是由 魏青松 南亚琪 孙殷昊 李继康 冯琨皓 李辽毅 曹子怡 于 2020-11-03 设计创作，主要内容包括：本发明公开了熔融挤出装置、3D打印机、3D打印机控制方法及应用。所述熔融挤出装置,用于3D打印机的原料熔融挤出,该熔融挤出装置包括螺杆组件、与螺杆组件连接的喷头组件,所述螺杆组件包括壳体和设置在壳体内的至少两个螺杆,相邻螺杆的螺纹相互啮合,通过螺杆的同向转动将原料混合均匀并熔融,通过喷头组件将熔融原料挤出。本发明采用至少两个螺杆相互啮合同向转动,原料在螺杆的转动剪切下逐渐熔融,在啮合处熔融体剪切速率和剪切应力较大,且产生了较好的返混,极大提高多种原材料的分布混合能力。(The invention discloses a melt extrusion device, a 3D printer control method and application. The melting extrusion device is used for melting and extruding the raw materials of the 3D printer, and comprises a screw component and a spray head component connected with the screw component, wherein the screw component comprises a shell and at least two screws arranged in the shell, threads of the adjacent screws are mutually meshed, the raw materials are uniformly mixed and melted through the rotation of the screws in the same direction, and the melted raw materials are extruded through the spray head component. The invention adopts at least two screws to mutually mesh and rotate in the same direction, the raw materials are gradually melted under the rotating shearing of the screws, the shearing rate and the shearing stress of a molten mass at the meshing position are higher, better back mixing is generated, and the distribution mixing capability of various raw materials is greatly improved.)

熔融挤出装置、3D打印机、3D打印机控制方法及应用

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，更具体地，涉及熔融挤出装置、3D打印机、3D打印机控制方法及应用。

背景技术

近几年，3D打印技术发展迅猛，根据成形方式的不同，可主要分为熔融沉积成形(FDM)、激光选区熔化(SLM)、激光熔覆成形(LENS)、激光选区烧结(SLS)、光固化成形(SLA)、三维喷印成形(3DP)等。其中FDM技术因其成本低、原理简单、设备体积小而获得了最为广泛的应用。目前FDM技术主要使用PLA、ABS等热塑性高分子丝材作为原材料，由送丝机构将其送入200～240℃的高温熔融腔内，最终由喷头在热床装置的特定位置喷出，以此逐层堆积成形出三维实物。但该技术仍存在以下问题：

一、市面上目前使用最广的耗材是均匀丝材，其在打印之前已经历了一次拉丝的热成型过程，故力学强度有所下降。在打印时丝材易氧化折断，堵塞喷头等，一旦某一层出现此类问题，将使整个打印过程前功尽弃，造成材质和时间浪费；

二、丝材一旦拉制成丝，其材质成分便永久固定下来，利用其所打印成形的模型各区域材质也便均一，无法根据个人需求逐点逐线逐层地定制材质的成分比例，即无法成形复合材料、异质梯度材料等功能性零部件，限制了该技术的应用前景。

针对以上问题，已有部分公开专利对传统FDM技术进行改进。例如专利CN201410469682.0、CN201810973383.9、CN201810407488.8、CN201910562463.X等设计出新型挤出机构，变传统丝材进料为颗粒进料，利用单螺杆的形式将颗粒料熔融挤出，能够实现高分子逐层堆积成形，但单螺杆的混炼能力不强，经喷头挤出的熔融体含较多气泡，致密度不高，挤出方向任意扭曲无法控制，且成形过程中无法实现每一点的材质比例控制，即无法成形出复合、异质梯度功能材料，同时上述专利未给出整机的设计方案，螺杆若沿XYZ三轴做运动，将因其较重，惯性大而使整机颤动，成形过程不稳定性甚至无法成形；专利CN201910178883.8提到了利用旋转叶片阀控制两种或多种颗粒料的进料比例，挤出系统同样采用上述单螺杆旋转熔融，理论上能够克服上述问题一和问题二，但叶片阀的控制精度有限，且单螺杆依然存在上述弊端；专利CN201510449256.5采用转盘式喷头切换和螺杆进料的方式实现多种材料的复合打印，但所适用的材料为具有一定流动性的浆料，对高分子材料等不具备普适性，且多喷头切换过程复杂，成形效率低。

因此，需要一种可适应高分子多材料的熔融挤出装置和3D打印机，能够满足逐点逐线逐层材料成分比例的控制。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了熔融挤出装置、3D打印机、3D打印机控制方法及应用，其目的在于实时控制打印过程中的逐点逐线逐层的材料成分比例，实现复合材料、异质梯度材料等复杂结构-功能一体化成形，由此解决现有技术中挤出的熔融体含较多气泡，致密度不高，挤出方向任意扭曲无法控制，且无法满足逐点逐线逐层材料成分比例的控制的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种熔融挤出装置，用于3D打印机的原料熔融挤出，其特征在于，该熔融挤出装置包括螺杆组件、与螺杆组件连接的喷头组件，所述螺杆组件包括壳体和设置在壳体内的至少两个螺杆，相邻螺杆的螺纹相互啮合，通过螺杆的同向转动将原料混合均匀并熔融，通过喷头组件将熔融原料挤出。

优选地，所述螺杆为等径渐变式螺杆，按照从原料进入至离开壳体的方向，螺杆螺槽深度逐渐减小；螺杆的长径比为10～16，相邻螺杆间螺棱进入另一根螺杆螺槽的深度为0.6～1.7倍最小螺槽深度。

优选地，所述螺杆组件还包括设置在壳体外壁上的加热组件和面向所述加热组件设置的冷却组件。

优选地，所述螺杆包括进料段、压缩段和计量段，所述加热组件包括3个加热圈，该3个加热圈设置在分别与进料段、压缩段和计量段相对应的壳体外壁上，在该3个加热圈之间设置散热片；所述冷却组件包括面向所述3个加热圈设置的三个冷却风扇。

优选地，所述螺杆组件还包用于带动该至少两个螺杆同向同相位转动的动力组件；所述动力组件包括输入电机、与该输入电机连接的传动轴、设置在传动轴上的主动齿轮和固定在螺杆上的传动齿轮，所述主动齿轮与传动齿轮啮合。

按照本发明的另一方面，提供了一种3D打印机，包括进料混料装置、如上文所述的熔融挤出装置、热床装置、运动装置和用于支撑固定以上装置的机架；

其中，所述进料混料装置与熔融挤出装置连接，该进料混料装置能够为所述熔融挤出装置提供混合的至少两种原料；所述热床装置设置在喷头组件下方，所述运动装置用于带动热床装置在X轴、Y轴和Z轴方向上移动。

优选地，所述进料混料装置包括至少两个进料组件和与该至少两个进料组件连通的混料组件；

所述进料组件包括原料桶、设置在原料桶底部的转动拨盘、与转动拨盘连接的步进电机；所述转动拨盘外圈为齿梳结构，所述原料桶底部与齿梳结构相对应的位置开有进料孔，该进料孔与所述混料组件连通；所述原料桶内有设置在进料孔上方的半圆倾斜面，通过步进电机控制转动拨盘(12)的转动，以此控制原料桶中原料进入混料组件的量；

所述混料组件包括混料漏斗和与该混料漏斗连接的出料螺杆；该出料螺杆用于将进入混料漏斗的原料混合后通入熔融挤出装置。

优选地，所述进料组件还包括设置在所述原料桶底部的重量传感器和设置在混料漏斗出口处的激光对射传感器；在所述原料桶的侧壁上安装有透明窗。

优选地，所述运动装置包括X轴运动结构、Y轴运动结构和Z轴运动结构；所述热床装置与所述Y轴运动结构固定连接，所述X轴运动结构和Y轴运动结构用于驱动热床装置做水平运动，所述Z轴运动结构用于驱动热床装置做上下运动；

所述打印机还包括设置在热床装置上的CCD相机和激光调平传感器。

按照本发明的另一方面，提供了一种如上文所述的3D打印机的控制方法，所述方法包括：

通过步进电机控制至少两个进料组件中转动拨盘以不同的转动速度转动，为所述挤出装置实时提供不同配比混合的至少两种原料；

使熔融挤出装置中输入电机转动，带动至少两个螺杆同向同相位转动，开启加热组件，使原料混合均匀并熔融，通过喷头组件将熔融原料挤出到热床装置上，同时通过运动装置带动热床装置在X轴、Y轴和Z轴方向上移动，以完成打印；

在打印过程中，接收CCD相机获取的照片信息，与三维模型的该层CAD尺寸进行对比得到尺寸偏差，在尺寸偏差超过设定阈值时，发出提示修正信息或停止打印。

按照本发明的再一方面，提供了一种如上文所述的3D打印机的应用，应用于颗粒状高分子材料的3D打印。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，至少能够取得下列有益效果。

(1)本发明提供的熔融挤出装置中采用至少两个螺杆相互啮合同向转动，原料(尤其是高分子颗粒料)在螺杆的转动剪切下逐渐熔融，在啮合处熔融体剪切速率和剪切应力较大，且产生了较好的返混，极大提高多种原材料的分布混合能力。并且，至少两个螺杆转动熔融可以输送多种原材料颗粒，避免了传统丝材的制备复杂流程，一定程度上扩大了可使用材料的范围，降低了生产成本。

(2)本发明提供的3D打印机，通过进料混料装置能够实时控制打印过程中的逐点逐线逐层的材料成分比例，实现复合材料、异质梯度材料等复杂结构-功能一体化成形的目的。

(3)本发明提供的3D打印机中将熔融挤出装置固定于机架上，不做空间运动，而采用热床装置固定在Y轴模组的滑块上，可做XYZ三维空间运动，承接三维模型的逐层堆积成形。避免了螺杆式熔融挤出装置较重不稳定，导致打印质量差的问题。

(4)本发明中严格限制螺杆为等径渐变式螺杆，且长径比范围在10～16，相较于小长径比螺杆，物料停留在料桶内时间长，有利于物料混合塑化，提高熔体压力以及消除逆流和漏流现象。

(5)本发明中提供的3D打印机中进料混料装置通过调节转动拨盘的转速控制多种原材料的进料量，可实现实时调控不同原料以任意配比进行精确混合，并且半圆倾斜面的设置可以有效避免转动拨盘在不使用的情况下原料漏出问题。原料桶侧壁安装有透明窗，可在不打开原料桶的情况下观察原料桶内剩余物料量。

(6)本发明中在每个原料桶下均配备一个重量传感器；可以监测两种或多种颗粒料的进料重量，激光对射传感器与混料漏斗出口相连，监测颗粒料是否及时输出，从而精确控制原料进料。

(7)本发明中熔融挤出装置设置的3个加热圈设置位置与进料段、压缩段和计量段对应，且该3个加热圈可以被设定为不同的加热温度，以实现在进料段将固体物料迅速加热到黏流态，使物料进入压缩段中可以充分排出气体；在压缩段保证熔体流动性，在计量段保证物料从喷嘴挤出后具有较好的成形性。同时冷却风扇和散热片的设置可以降温以保护其余相邻组件。

(8)本发明中螺杆式多材料3D打印机的控制方法可以实现利用CCD相机监测每层的打印质量，并在打印出现质量问题时及时发出提示。

(9)本发明公开的3D打印机对大部分高分子材料具有广泛的适用性，且对材料本身的状态没有特殊要求，可成形颗粒状、粉状材料等，克服了传统丝材熔融成形的逐点逐道逐层材质不可控、可用材料种类少、生产成本高的缺点。

附图说明

图1是本发明实施例提供的螺杆式多材料3D打印机结构示意图；

图2是本发明实施例提供的螺杆式多材料3D打印机结构中进料混料装置剖视图；

图3是本发明实施例提供的螺杆式多材料3D打印机结构中进料混料装置仰视图；

图4是本发明实施例提供的螺杆式多材料3D打印机结构中进料混料装置俯视图；

图5是本发明实施例提供的螺杆式多材料3D打印机结构中熔融挤出装置结构示意图；

图6是本发明实施例提供的螺杆式多材料3D打印机结构中熔融挤出装置剖视图；

图7是本发明实施例提供的螺杆式多材料3D打印机结构中运动装置和热床装置结构示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-进料混料装置；1A-进料组件；1B-混料组件；11-转动拨盘压盖；12-转动拨盘；13-转动拨盘固定圈；14-联轴器；15-电机固定板；16-步进电机；17-混料漏斗；18-激光对射传感器；19-混料螺杆；110-混料接头；111-原料桶；112-混料底板；113-混料步进电机；114-混料螺杆轴承座；115-混料螺杆机筒；116-重量传感器；117-斜面；118-透明窗；

2-熔融挤出装置；2A-螺杆组件；2B-喷头组件；2C-螺杆；21-输入电机；22-电机固定折弯件；23-电机轴齿轮；24-传动箱输入大齿轮；224-传动箱内第一大齿轮；227-传动箱内第二大齿轮；25-上传动箱；26-中传动箱；27-下传动箱；28-喷头支撑板；29-进料筒；210-进料隔热板；211-螺杆机筒；212，214，215-加热圈；213-散热片；216-隔热海绵；217-加热喷嘴；218-喷头固定折弯件；219-冷却风扇；220-传动箱压盖；221-角接触球轴承；222，223，228，229-定位套；225-传动箱内第一小齿轮；226-传动箱内第二小齿轮；230-O型密封圈；231-法兰垫片；232-右螺杆；233-左螺杆；234-挡流板；235-合流芯；236-轴承端压盖；237-传动轴；

3-热床装置；31-MK3铝基板热床；32-热床保温棉；33-热床支撑板；34-激光调平传感器；35-加热线圈；36-调平螺母。

4-运动装置；41-Y轴运动滑块；42-Y轴运动模组；43-X轴运动滑块；44-X轴运动模组；45-Z轴运动滑块；46-Z轴运动模组；

5-CCD相机；

6-机架；61-底板；62-尼龙地脚；63-触摸屏；64-触摸屏固定板。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明实施例提供一种熔融挤出装置，用于3D打印机的原料熔融挤出，该熔融挤出装置2包括螺杆组件2A、与螺杆组件2A连接的喷头组件2B，所述螺杆组件2A包括壳体和设置在壳体内的至少两个螺杆2C，相邻螺杆2C的螺纹相互啮合，通过螺杆2C的同向转动将原料混合均匀并熔融，通过喷头组件2B将熔融原料挤出。在本发明实施例一种可行的方式中，所述螺杆2C为等径渐变式螺杆，按照从原料进入至离开壳体的方向，螺杆2C螺槽深度逐渐减小；螺杆2C的长径比为10～16，相邻螺杆2C间螺棱进入另一根螺杆2C螺槽的深度为0.6～1.7倍最小螺槽深度。本实施例采用的等径渐变式螺杆具有较大的长径比，相较于小长径比螺杆，物料停留在料桶内时间长，有利于物料混合塑化，提高熔体压力以及消除逆流和漏流现象。螺杆左右旋方向皆可，对最终挤出熔体的性能没有影响。因采用同向转动且互相啮合的装配方式，螺杆的轴向转动相位需保持一致，否则无法工作。螺杆间螺棱进入另一根螺杆螺槽的深度为0.6～1.7倍最小螺槽深度范围内，示例性地，对于本实施例约等于0.5～1.4mm。

参见图5和图6，本发明实施例中以螺杆组件2A中螺杆2C为两个进行举例说明，可以理解的是，螺杆2C的个数还可以例如为3个、4个、5个等，例如可以为平行同向的三根螺杆，存在两个啮合区域，(双螺杆有一个啮合区)，因此啮合分散效果提高一倍以上，塑化效果好，分散更均匀。螺杆2C的数量越多，啮合分散效果越好，但螺杆组件2A的重量也会相应地增加。

所述螺杆组件2A还包括设置在壳体外壁上的加热组件和面向所述加热组件设置的冷却组件。所述螺杆2C包括进料段、压缩段和计量段，螺杆沿进料方向依次为进料段、压缩段、计量段，各段长度依据物料种类而定，本打印机适用物料为无定型聚合物，进料段长度占比螺杆总工作长度10％～25％，压缩段占比螺杆总工作长度50％～65％，计量段长度占比螺杆总工作长度20％～30％，螺杆总工作长度＝(12～16)×螺杆外径，本实施例螺杆直径选取13mm，范围在10～20mm皆可。

所述加热组件包括3个加热圈212，214，215，该3个加热圈212、214、215设置在分别与进料段、压缩段和计量段相对应的壳体外壁上，在该3个加热圈212，214，215之间设置散热片213；所述冷却组件包括面向所述3个加热圈设置的三个冷却风扇219。所述螺杆组件2A还包用于带动该至少两个螺杆2C同向同相位转动的动力组件；所述动力组件包括输入电机21、与该输入电机连接的传动轴237、设置在传动轴237上的主动齿轮和固定在螺杆2C上的传动齿轮，所述主动齿轮与传动齿轮啮合。

更具体地，熔融挤出装置2包括以下组件：输入电机21；电机固定折弯件22；电机轴齿轮23；传动箱输入大齿轮24；传动箱内第一大齿轮224；传动箱内第二大齿轮227；上传动箱25；中传动箱26；下传动箱27；喷头支撑板28；进料筒29；进料隔热板210；螺杆机筒211；加热圈212、214、215；散热片213；隔热海绵216；加热喷嘴217；喷头固定折弯件218；冷却风扇219；传动箱压盖220；角接触球轴承221；定位套222，223，228，229；传动箱内第一小齿轮225；传动箱内第二小齿轮226；O型密封圈230；法兰垫片231；右螺杆232；左螺杆233；挡流板234；合流芯235；轴承端压盖236；传动轴237。

其中，输入电机21固定在电机固定折弯件22上，电机轴齿轮23固定在电机21的传动轴237上；由进料筒29和螺杆机筒211构成壳体。上传动箱25、中传动箱26、下传动箱27通过螺钉组装成传动箱体，传动轴237上固连传动箱输入大齿轮24、传动箱内第一大齿轮224和传动箱内第二大齿轮227，左螺杆233和右螺杆232分别固连传动箱内第一小齿轮225和传动箱内第二小齿轮226；传动箱输入大齿轮24与电机轴齿轮23啮合，传动箱内第一大齿轮224与传动箱内第一小齿轮225啮合，传动箱内第二大齿轮227与传动箱内第二小齿轮226啮合，使得输入电机21驱动左右两根螺杆同向同相位转动。

在本发明实施例一种可行的方式中，左螺杆233上装有定位套223和228以及角接触球轴承221，右螺杆232上装有定位套222和229以及角接触球轴承221，均为同轴过盈配合。下传动箱27固定于喷头固定折弯件218上，并通过螺钉与电机固定折弯件22、喷头支撑板28固连，箱体下端设有轴承端压盖236，上端设有传动箱压盖220，防止螺杆产生轴向的位移。进料筒29内设有O型密封圈230，进料口处设有隔热板210，隔热板210与上述混料接头110固连，进料筒29与螺杆机筒211通过螺钉固连，连接处设有法兰垫片231。螺杆机筒211外壁上安装有散热片213和加热圈212，214，215，该些加热圈为云母加热圈，喷头固定折弯件218上安装有冷却风扇219用于冷却，通过电子元件实现双螺杆的温度控制。

对于加热圈212，214，215，加热温度对于不同物料有不同参数值，三个加热圈温度设置也有区分，进料段处设置的加热圈212设定温度约为物料黏流温度以上20～30℃，需要将固体物料迅速加热到黏流态，使物料进入压缩段中可以充分排出气体；压缩段处设置的加热圈214设定温度在物料黏流温度±10℃，保证熔体流动性；计量段处设置的加热圈215温度相对较低约在玻璃化温度以上20～50℃，保证物料从喷嘴挤出后具有较好的成形性。

另外，螺杆机筒211与合流芯235通过螺钉相固连，连接处设有挡流板234和法兰垫片231，合流芯235外壁使用隔热海绵216包覆，合流芯235头部开有螺纹孔，与加热喷嘴217尾部的外螺纹配合，螺纹啮合处粘有生料带以防止流体泄露，加热喷嘴217上设置有热电偶和热敏电阻，熔融体通过挡流板234使旋转运动转化为直线运动，并最终通过合流芯235汇聚融合一起由加热喷嘴217喷出。

需要说明的是，熔融挤出装置2中，输入电机21输出轴向转动，通过电机轴齿轮23与传动箱输入大齿轮24的啮合运动副，将转动运动传递给传动轴237，传动轴237通过传动箱内第一大齿轮224与传动箱第一小齿轮225的啮合运动副驱动左螺杆233，通过传动箱内第二大齿轮227与传动箱第二小齿轮226的啮合运动副驱动右螺杆232，由于两组运动副传动比相同，左右螺杆转速相同，且输入电机21输出的角速度即为左螺杆233和右螺杆232的角速度。

在实际使用过程中，本发明实施例中输入电机21的工作速度需根据原料颗粒的高分子链长度及结构来决定，对于分子链长且复杂的聚合物材料，如TPE、PA等，需使用较小的转动速度5～12转/分钟，产生较大的剪切力，促进分子链重心有效位移，部分抵消链段的无序运动，有利于解除物理缠结，使物料具有较好的流动性；对于分子链短且简单的聚合物材料，如PC、PCL等，使用较大的转动速度10～20转/分钟，加快打印机工作速度。

本发明另一个实施例提供一种3D打印机，该3D打印机为螺杆式多材料3D打印机。参见图1，包括进料混料装置1、上文所述的熔融挤出装置2、热床装置3、运动装置4和用于支撑固定以上装置的机架6；

其中，所述进料混料装置1与熔融挤出装置2连接，该进料混料装置1能够为所述熔融挤出装置2提供混合的至少两种原料；所述热床装置3设置在喷头组件2B下方，所述运动装置4用于带动热床装置3在X轴、Y轴和Z轴方向上移动。

参见图2-4，所述进料混料装置1包括至少两个进料组件1A和与该至少两个进料组件1A连通的混料组件1B；所述进料组件1A包括原料桶111、设置在原料桶111底部的转动拨盘12、与转动拨盘12连接的步进电机16；所述转动拨盘12外圈为齿梳结构，齿梳结构的齿宽与进料孔相同，所述原料桶111底部与齿梳结构相对应的位置开有进料孔，该进料孔与所述混料组件1B连通；所述原料桶111内有设置在进料孔上方的半圆倾斜面117，通过步进电机16控制转动拨盘12的转动，以此控制原料桶111中原料进入混料组件1B的量。

本实施例中以进料组件1A为两个进行举例说明，但可以理解的是，进料组件的个数可以根据实际情况进行调整。

进一步地，转动拨盘12设置在转动拨盘固定圈13内，间隙同轴装配于原料桶111底部，联轴器14两端分别连接转动拨盘压盖11和步进电机16，由步进电机16控制转动拨盘12转动，以此控制颗粒原料的进料量；原料桶111、转动拨盘压盖11、混料底板112、电机固定板15、步进电机16由上而下依次安装固定。

所述混料组件1B包括混料漏斗17和与该混料漏斗17连接的出料螺杆19；该出料螺杆19用于将进入混料漏斗17的原料混合后通入熔融挤出装置2。其中，混料漏斗17安装在混料底板112下方，承接由转动拨盘12输送出的原料(尤其是颗粒状原料)，原料经混料漏斗113流入混料螺杆机筒115；混料步进电机113、混料螺杆轴承座114、混料螺杆机筒115依次相连，原料与混料螺杆机筒115同轴装配，螺杆出料端安装有混料接头110。

所述进料组件1A还包括设置在所述原料桶111底部的重量传感器116和设置在混料漏斗17出口处的激光对射传感器18；在所述原料桶111的侧壁上安装有透明窗118。

原料桶111内的原料颗粒受重力作用进入拨盘齿隙(即齿梳结构)，单个齿隙容纳定量的颗粒，拨盘转动带动齿隙间物料运动，运动过程中重量传感器116监测单位时间内经过的物料，实现在线监测功能。随后颗粒从原料桶中底部小孔漏出，通过混料漏斗17进入出料螺杆19，出料螺杆19转动完成原料颗粒的初步混合及输送。对于大颗粒原料(颗粒直径1.5mm以上)，拨盘12采用低转速，防止转速过高导致的齿隙间未进入颗粒的无效搬运。对于小颗粒物料(颗粒直径1.5mm以下)则拨盘12可采用高转速，提高工作效率。

在本发明实施例一种可行的方式中，参见图7，所述运动装置4包括X轴运动结构、Y轴运动结构和Z轴运动结构；所述热床装置3与所述Y轴运动结构固定连接，所述X轴运动结构和Y轴运动结构用于驱动热床装置3做水平运动，所述Z轴运动结构用于驱动热床装置3做上下运动；具体地，X轴运动结构包括X轴运动滑块43和X轴运动模组44，Y轴运动结构包括Y轴运动滑块41和Y轴运动模组42，Z轴运动结构包括Z轴运动滑块45和Z轴运动模组46。

X轴运动模组44、Y轴运动模组42和Z轴运动模组46包含步进电机、同步皮带、带轮、直线导轨等，运动滑块与直线导轨间隙配合，能够沿导轨直线运动；其中，X轴运动滑块43装配在X轴运动模组44上，X轴运动模组44底部固定在Z轴运动滑块45上；Y轴运动滑块41装配在Y轴运动模组42上，Y轴运动模组42安装在X轴运动滑块43上；Z轴运动模组46通过螺钉固定于底板61和机架6上，Z轴运动滑块45装配在Z轴运动模组46上，通过滑块在运动模组上的滑动，实现热床装置的XYZ三维空间运动；热床支撑板33固定在Y轴运动滑块41上，可做X、Y、Z轴三方向运动，实现熔融挤出装置2挤出的熔融原料落到热床装置3上，从而实现三维模型的逐层堆积成形。

X、Y、Z轴运动模组44和42和46采用滚珠丝杆滑块结构，内部设有精密滚珠丝杆和精密直线导轨，滑块运动直线度高、位置精度高，X、Y、Z轴滑块43和41和45采用整体封闭式滑动架，防止外界杂质进入模组内，影响滚珠丝杆精度。

热床装置3包括MK3铝基板热床装置31、热床保温棉32、热床支撑板33、激光调平传感器34、加热线圈35、调平螺母36。整体结构同传统FDM打印机热床相似，通过螺钉由上到下依次将MK3铝基板热床装置31、热床保温棉32、热床支撑板33相固连。加热线圈35位于MK3铝基板31下方，可加热温度最高100℃；激光调平传感器34位于热床装置3上方，调平螺母36共四个，分别位于热床支撑板33下方四角，通过调平传感器34无接触测量热床装置四个点的高度，手动调节调平螺母36使四个点的高度和最大高度一致，即可实现热床装置的调平。

所述打印机还包括设置在热床装置3上的CCD相机5。CCD相机5在热床装置上方两侧，左右各设置一个，对每层打印表面进行实时拍照，基于双目视觉理论和相关图像处理算法提取边界轮廓曲线，并与三维模型的该层CAD尺寸进行对比，若尺寸偏差超过设定阈值，便提示操作者进行修正或停止打印，以此监测每层的打印质量。

机架6由40×40型材通过T型螺母、螺钉、角件装配而成，还包括底板61、尼龙地脚62、触摸屏63、触摸屏固定板64。作为一种可行的方式，上述对于进料混料装置中每个进料组件的进料速度、熔融挤出装置中螺杆的转动速度、加热组件的加热温度、运动装置的移动、通过重量传感器和激光对射传感器在线监测原料情况、在线监测每层的打印质量过程等均可以通过与相应部件电连接的控制系统完成，该控制系统例如可以为单片机、芯片等可以于触摸屏集成为一体的具有控制功能的部件，也可以为终端等。

本发明另一个实施例提供了一种螺杆式多材料3D打印机的控制方法，具体地，所述方法包括：通过步进电机控制至少两个进料组件中转动拨盘以不同的转动速度转动，为所述挤出装置提供混合的至少两种原料；使熔融挤出装置中输入电机转动，带动至少两个螺杆同向同相位转动，开启加热组件，使原料混合均匀并熔融，通过喷头组件将熔融原料挤出到热床装置上，同时通过运动装置带动热床装置在X轴、Y轴和Z轴方向上移动，以完成打印；在打印过程中，接收CCD相机获取的照片信息，与三维模型的该层CAD尺寸进行对比得到尺寸偏差，在尺寸偏差超过设定阈值时，发出提示修正信息或停止打印。

更具体地，3D打印的整个成形过程包括如下步骤：S1采用UG、Pro/E等建模软件建立三维模型并定义各区域材料成分比例，然后利用切片软件对该模型进行分层切片，获取模型的每层轮廓和不同区域的材料成分等数据信息；S2将上述数据信息导入控制软件/系统中，根据逐层切片的材料和路径规划数据，生成包含拨盘转动、出料螺杆转动、双螺杆挤出转动、热床三轴运动、温度控制等驱动程序；S3将上述驱动程序导入所述3D打印机中，开始逐点逐道逐层堆积成形，成形过程中，控制转动拨盘的转速和双螺杆的转速来控制每一点每一层的材料成分，每成形一层，下降一个设定层厚的高度，然后喷头在已成形层沉积下一层，如此逐层循环堆叠，直至完成整个模型的成形；S4对上述成形初坯进行去支撑、表面打磨等后处理，即可获得所需的复合材料、异质梯度材料零件。

本发明再一个实施例提供了一种螺杆式多材料3D打印机的应用，应用于颗粒状高分子材料的3D打印。解决了现有技术中3D打印机不适用于多种颗粒状高分子材料的打印，经喷头挤出的熔融体含较多气泡，致密度不高，挤出方向任意扭曲无法控制，且成形过程中无法实现每一点的材质比例控制等的问题。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。