[发明专利]一种适用于3D打印丝盘的振动防松器及其使用方法

说明书

本发明公开了一种适用于3D打印丝盘的振动防松器及其使用方法，该振动防松器由垂直防松机构、旋转防松机构、导向基座和盖板构成。针对航空航天等领域振动工况中3D打印成形的需求，通过垂直防松机构和旋转防松机构协同的弹性随动防松设计，既限制丝盘除旋转方向外的运动自由度，又保障送丝机构工作时丝盘正向旋转出丝，避免丝盘剧烈晃动以及逆向回转造成丝材松弛、掉落甚至扭曲变形，提高振动工况下3D打印丝材供料的连续性与稳定性。通用于各规格丝盘，适合各类3D打印丝材，含聚合物及其复合材料、金属及其复合材料、金属与聚合物复合材料等。被动式设计无需额外动力源、结构紧凑且便于安装使用，满足低耗、可靠的实际应用需求。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，具体涉及一种适用于3D打印丝盘的振动防松器及其使用方法。

背景技术

丝材是3D打印的典型原料之一，基于丝材的3D打印快速成形，在工业生产中的应用日益广泛，伴随航空航天等领域重大应用需求的迭代更新，出现了非静止工况中3D打印成形的新要求。如美国国家宇航局主导的Spider Fab在轨制造，由机器人辅助太空3D打印机，以丝材为原料，在空间移动过程中打印并装配百千米级空间大型结构；各国积极开展的3D打印抛物线失重飞行试验，将3D打印装备搭载于飞机内，在抛物线飞行过程中完成丝材的熔融/熔化成形等。

而无论随机器人移动或是搭载抛物线飞机飞行，都不可避免地给丝盘带来外部振动干扰。以抛物线失重飞行为例，为获得丝材打印过程的短时微重力，除起飞降落的短时剧烈震动以及气流等引起的随机颠振外，3D打印全程还将经历多次“常重力-超重-失重-超重-常重力”的周期性变重力干扰。

常规3D打印中，外部通常相对静止或低扰动，丝盘通过中心孔以大间隙方式悬挂于丝盘轴上，利用丝盘及丝盘中丝材的自身重力，保证丝盘不会大幅晃动；送丝机构工作时丝盘仅旋转运动，随之拉出丝材送入打印头。但在抛物线飞行等振动工况中，外部干扰大，若仍按常规方式固定，丝盘将剧烈晃动并伴随逆向回转，原本紧密排列的丝材从丝盘上松开、掉落，且受送丝滚轮持续向外拖拽力的影响，丝材极易交叉缠绕甚至扭曲锁死；尤其丝材为镁合金、铝合金等易变形轻金属(直径小于1mm)时，该问题更为突出，将导致出丝失败，最终打印中止。另也有丝盘中心孔内置轴承等改进方式，可减小丝盘与固定轴的配合间隙，一定程度上改善外部振动干扰下丝盘的剧烈晃动，但仍不能解决其逆向回转造成的丝材松散以及无序缠绕变形问题。该缺陷严重影响了3D打印丝材供料的连续性与稳定性，已成为振动工况中决定丝材3D打印能否持续进行的关键技术瓶颈之一。

发明内容

本发明提供一种适用于3D打印丝盘的振动防松器及其使用方法，在航空航天等相关工业领域，着力解决振动工况中，丝盘因外部振动晃动或逆向回转，引起丝材松弛、掉落甚至扭曲变形，从而导致3D打印无法连续稳定进行的技术难题。为此，本发明采用以下技术方案：

本发明的技术方案之一是一种适用于3D打印丝盘的振动防松器，包括垂直防松机构、旋转防松机构、导向基座和盖板。所述垂直防松机构连接旋转防松机构，沿导向基座内部导向槽垂直伸缩，旋转防松机构随动丝盘，盖板固定在导向基座两端，导向基座连接调节安装块，调节安装块固定于底板；

所述盖板防止垂直防松机构和旋转防松机构脱出导向基座；垂直防松机构和旋转防松机构既限制丝盘除旋转外的自由度，又防止其逆向回转，避免振动工况造成的丝材松弛、掉落甚至扭曲变形，提高振动工况下3D打印丝材供料的连续性与稳定性；

当振动防松器处于非工作状态时，垂直防松机构的上限位弹簧I、上限位弹簧II、下限位弹簧I和下限位弹簧II伸展，旋转防松机构的上滚动摩擦轮和下滚动摩擦轮接触；

当振动防松器处于工作状态时，丝盘单侧挡边滑入旋转防松机构的上滚动摩擦轮和下滚动摩擦轮之间，垂直防松机构的上限位弹簧I、上限位弹簧II、下限位弹簧I和下限位弹簧II压缩，上滚动摩擦轮和下滚动摩擦轮挤压丝盘挡边两侧。

本发明中，所述垂直防松机构分为上下对称的垂直防松机构上部和垂直防松机构下部，其中：