[发明专利]一种适用于FDM打印机的锥形螺杆挤出设备

说明书

技术领域

本发明属于3D打印装置技术领域，具体涉及一种适用于FDM(熔融沉积成型)打印机的锥形螺杆挤出设备。

背景技术

3D打印是快速成型技术的一种，近几年发展迅猛。其原理是：首先通过三维建模软件进行实体建模，再通过切片软件对模型进行逐层切片。工作时，3D打印机通过读取每层横截面的信息，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料进行逐层打印从而制造出三维实体。该技术已在工业设计、汽车、航空航天、模具制造等诸多领域得到了广泛的应用。

FDM技术是目前3D打印主流技术中的一种，它主要以ABS、PLA等热熔性塑料丝材作为打印耗材，丝料通过送丝机构送入加热区加热融化，靠未熔融丝料自身的一个柱塞推力作用被挤出，再配合挤出喷头的移动从而进行打印。但这种技术存在以下缺点：对材料的流动性、收缩率、强度等具有较高的要求，导致目前用于FDM技术的材料非常有限；靠近加热区的丝料端往往由于传热而软化，使得送丝机构在喷头内产生的压强不足，导致阻塞而无法正常打印；成丝工艺过程增加了打印成本。针对FDM技术存在的诸多问题，申请号201410441995.5的专利申请，公开了一种适用于FDM打印机的挤出机，该FDM打印机用挤出机采用了螺杆挤出原理，虽可以实现平稳挤出效果，但仍有如下不足：因其挤出螺杆采用的是普通平直螺杆结构，如果要对需要大压缩比、蓬松的塑料粒料或粉料进行塑化的时候，其塑化效果较差；为了保证物料的输送、熔融和均化，螺杆就需要较大的长径比(通常为25～30)，这将导致螺杆长度增加，使挤出设备总体尺寸加大，重量加重，进而驱动困难；物料在该挤出机螺杆中经塑化后被直接挤出时，物料会惯性保持在料筒中的螺旋运动，从而容易引起打印制件变形，降低打印制件形状和尺寸的精度。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种适用于FDM打印机的锥形螺杆挤出设备，以适用于更广泛的材料，并提高FDM技术打印的稳定性和可靠性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种适用于FDM打印机的锥形螺杆挤出设备，该挤出设备由依次连接的驱动电机、传动机构和螺杆挤出机构构成，其特征在于螺杆挤出机构中的螺杆为锥形螺杆，锥形螺杆的螺纹部分是由锥形段和平直段构成，且锥形段与平直段的长度比至少为4：1；料筒的内腔也由锥形段和平直段构成，并与锥形螺杆外径匹配；挤出头由一连接器和热熔喷头构成，连接器的截面形状呈“T”形，固定于料筒的下端面，其上半部沿轴向开有一漏斗形通孔，并与下半部开有内螺纹的同轴通孔相通；热熔喷头通过其外表面上开的螺纹与连接器相连。

以上锥形螺杆挤出设备的螺杆挤出机构中还设置了一块多孔板，该多孔板安装在料筒与连接器之间。

以上锥形螺杆挤出设备中所述锥形螺杆锥形段与平直段的长度比为4～6：1。

以上锥形螺杆挤出设备中所述锥形螺杆锥形段的锥角为α为10～45°。

以上锥形螺杆挤出设备中所述锥形螺杆锥形段的螺槽深度是沿挤出方向逐渐变浅的。

上述驱动电机与传动机构之间还可根据需要配置减速器，这是本领域技术人员公知的常识。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

1、由于本发明提供的挤出设备中的螺杆为锥形螺杆，因而能够在保证足够长的螺旋线长度前提条件下，大幅度减小整个挤出设备的整体结构尺寸和重量，不仅使该设备驱动运转更为轻松容易，且还可以降低制备成本。

2、由于本发明提供的挤出设备中锥形螺杆锥形段的长度比平直段的长度至少要长3倍，加之其尺寸是逐渐减小的，在结构上又可自然形成一定的压缩比，因而不仅能够充分保证物料，包括需要大压缩比、蓬松的塑料粒料或粉料的塑化压缩比，使得塑化熔融效果更佳，且还能够增加锥形螺杆的强度，提高其使用寿命，一举两得。

3、由于本发明提供的挤出设备在锥形螺杆锥形段后设计了一定长度的平直段，因而可保证挤出的物料形态更加稳定。

4、由于本发明提供的挤出设备在料筒与挤出头之间设置安放了一块多孔板，加之挤出头中还有一段平直熔体流道，因而使经螺杆挤出熔融后的物料运动不再是旋转运动，而是由旋转运动变为直线运动，并使出料更加均匀，避免了现有技术最终出料时物料的变形，大大提高打印制件的精度和质量的问题。

5、由于本发明提供的挤出设备的挤出头是由连接器和热熔喷头构成，且热熔喷头与连接器又为螺纹连接方式，因而方便拆卸，并可针对不同物料的性质装配不同内径的热熔喷头，扩大了适用范围。