Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
MULTI-GYRING EXTRUDER FOR 3D PRINTING, AND CONTROL SYSTEM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/206126
Kind Code:
A1
Abstract:
A multi-gyring extruder for 3D printing comprises a housing (80) and a screw extruding system (20), a driving system (10) being disposed at one end of the housing (80). The screw extruding system (20) is disposed in the housing (80) and consists of at least two screws that are correspondingly nested at the inside and the outside, and at least one screw is driven by the driving system (10). According to the extruder, the length is greatly reduced, so that the size of an industrial 3D printer is further reduced. The extruder has a stable flow output, a high accuracy, a low energy consumption, a high heat energy utilization rate.

Inventors:
CHEN, Mingqiao (Room 912, Gorgeous Building No.1, Gorgeous Road, Songgang Street,Baoan Distric, Shenzhen Guangdong 5, 518105, CN)
Application Number:
CN2016/084391
Publication Date:
December 07, 2017
Filing Date:
June 01, 2016
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
SHENZHEN WANWEI IM TECHNOLOGY CO.,LTD (Room 912, Gorgeous Building No.1, Gorgeous Road, Songgang Street,Baoan Distric, Shenzhen Guangdong 5, 518105, CN)
International Classes:
B29C67/00; B33Y30/00
Foreign References:
CN105965895A2016-09-28
CN105479757A2016-04-13
CN101143486A2008-03-19
US20040089971A12004-05-13
CN105235186A2016-01-13
CN104453227A2015-03-25
Attorney, Agent or Firm:
DHC IP ATTORNEYS (Suite 2201, Modern International Commercial BuildingCross of Fuhua Road and Jintian Road,Futian Distric, Shenzhen Guangdong 8, 518048, CN)
Download PDF:
Claims:
权利要求书

一种 3D打印用多重回旋挤出机, 其特征在于, 包括:

机壳, 所述机壳的一端设有驱动系统;

螺杆挤出系统, 所述螺杆挤出系统设于所述机壳内, 所述螺杆挤出系 统由分内外嵌套的至少两重螺杆构成, 其中, 至少一个螺杆由所述驱 动系统驱动。

根据权利要求 1所述的 3D打印用多重回旋挤出机, 其特征在于, 所述 螺杆挤出系统由外至内依次包括有一级螺杆、 二级螺杆、 三级螺杆; 所述一级螺杆、 二级螺杆内分别设有空腔; 所述机壳与一级螺杆之间 形成一级热流道, 所述二级螺杆与一级螺杆之间形成二级热流道, 所 述三级螺杆与所述二级螺杆之间形成三级热流道。

根据权利要求 2所述的 3D打印用多重回旋挤出机, 其特征在于, 所述 一级螺杆的螺旋角小于二级螺杆的螺旋角, 所述二级螺杆的螺旋角小 于三级螺杆的螺旋角。

根据权利要求 2所述的 3D打印用多重回旋挤出机, 其特征在于, 所述 一级热流道上设有用于排放材料产生气体的第一微孔。

根据权利要求 2所述的 3D打印用多重回旋挤出机, 其特征在于, 所述 物料在一级热流道中的理论挤出量大于物料在二级热流道中的理论挤 出量, 物料在二级热流道中的理论挤出量大于物料在三级热流道中的 理论挤出量, 其中, 物料在三级热流道中的理论挤出量处于物料额定 的挤出量阈值范围之内。

根据权利要求 2所述的 3D打印用多重回旋挤出机, 其特征在于, 所述 一级热流道、 二级热流道、 三级热流道依次串联相通形成连续通道。 根据权利要求 2所述的 3D打印用多重回旋挤出机, 其特征在于, 所述 一级螺杆、 二级螺杆、 三级螺杆中的一个或者多个由驱动系统驱动转 动。

根据权利要求 7所述的 3D打印用多重回旋挤出机, 其特征在于, 所述 一级螺杆由驱动系统驱动。 [权利要求 9] 根据权利要求 8所述的 3D打印用多重回旋挤出机, 所述三级螺杆与所 述一级螺杆固定连接并同步驱动。

[权利要求 10] 根据权利要求 8或 9所述的 3D打印用多重回旋挤出机, 其特征在于, 所述二级螺杆与机壳处于静止状态。

[权利要求 11] 根据权利要求 10所述的 3D打印用多重回旋挤出机, 其特征在于, 所 述一级热流道的截面积从上到下逐渐降低。

[权利要求 12] 根据权利要求 10所述的 3D打印用多重回旋挤出机, 其特征在于, 所 述二级热流道的截面积沿流体流动方向逐渐降低。

[权利要求 13] 根据权利要求 10所述的 3D打印用多重回旋挤出机, 其特征在于, 所 述三级热流道的截面积从上往下逐渐降低。

[权利要求 14] 根据权利要求 10所述的 3D打印用多重回旋挤出机, 其特征在于, 所 述第三螺杆的下方设有一喷嘴系统, 所述喷嘴系统与三级热流道处于 导通状态。

[权利要求 15] 根据权利要求 14所述的 3D打印用多重回旋挤出机, 其特征在于, 所 述喷嘴系统的两侧还分别设有压力传感器和流量传感器。

[权利要求 16] 根据权利要求 14所述的 3D打印用多重回旋挤出机, 其特征在于, 所 述机壳的一侧设有进料口。

[权利要求 17] 根据权利要求 16所述的 3D打印用多重回旋挤出机, 其特征在于, 所 述进料口与供料系统通过管路相连。

[权利要求 18] 根据权利要求 17所述的 3D打印用多重回旋挤出机, 其特征在于, 所 述供料系统是气动供料系统, 所述气动供料系统将颗粒状或粉末状的 物料输送到进料口并顺次通过一级热流道、 二级热流道、 三级热流道 、 喷嘴系统, 物料接近一级热流道末端吋物料已经完全熔化。

[权利要求 19] 根据权利要求 18所述的 3D打印用多重回旋挤出机, 其特征在于, 物 料在一级热流道、 二级热流道、 三级热流道中的输送路径呈连续的 N 字形。

[权利要求 20] 根据权利要求 16所述的 3D打印用多重回旋挤出机, 其特征在于, 所 述机壳上还设有一用以排放气动供料系统所导入气体的出风口。 [权利要求 21] 根据权利要求 20所述的 3D打印用多重回旋挤出机, 其特征在于, 所 述出风口还设有一过滤网。

[权利要求 22] 根据权利要求 1至 21任一项所述的 3D打印用多重回旋挤出机, 其特征 在于, 所述机壳的外侧还设有加热装置。

[权利要求 23] 根据权利要求 22所述的 3D打印用多重回旋挤出机, 其特征在于, 所 述加热装置为电加热装置。

[权利要求 24] 根据权利要求 23所述的 3D打印用多重回旋挤出机, 其特征在于, 所 述电加热装置还与一温控系统相连, 所述温控系统控制所述电加热装 置的发热量。

[权利要求 25] 根据权利要求 24所述的 3D打印用多重回旋挤出机, 其特征在于, 所 述气动供料系统还包括一预热烘干装置, 所述预热烘干装置将固体物 料预热至预设的温度并烘干物料中的水分。

[权利要求 26] 根据权利要求 1至 25任一项所述的 3D打印用多重回旋挤出机, 其特征 在于, 所述驱动系统是减速电机。

[权利要求 27] 根据权利要求 26所述的 3D打印用多重回旋挤出机, 其特征在于, 所 述减速电机通过法兰盘与一级螺杆可拆卸连接。

[权利要求 28] 根据权利要求 14至 27任一项所述的 3D打印用多重回旋挤出机, 其特 征在于, 所述喷嘴系统包括有至少一套 3D打印用喷嘴。

[权利要求 29] 根据权利要求 28所述的 3D打印用多重回旋挤出机, 其特征在于, 所 述喷嘴系统包括有 4套 3D打印用喷嘴。

[权利要求 30] 根据权利要求 1至 29任一项所述的 3D打印用多重回旋挤出机, 其特征 在于, 所述供料系统所输送的固体物料为热塑性的固体材料。

[权利要求 31] 根据权利要求 30所述的 3D打印用多重回旋挤出机, 其特征在于, 所 述固体物料是金属粉末、 陶瓷颗粒、 玻璃粉末、 塑胶颗粒中的一种或 多种。

[权利要求 32] 根据权利要求 1至 31任一项所述的 3D打印用多重回旋挤出机, 其特征 在于, 所述机壳采用耐腐蚀材料制成。

[权利要求 33] 根据权利要求 2至 21任一项所述的 3D打印用多重回旋挤出机, 其特征 在于, 所述机壳内壁靠近所述一级热流道进料端处设有进料锥口。

[权利要求 34] —种控制系统, 其特征在于, 包括:

控制电路;

温控系统, 所述温控系统与控制电路电连接;

压力传感器, 所述压力传感器与控制电路电连接; 流量传感器, 所述流量传感器与控制电路电连接; 驱动系统, 所述驱动系统与控制电路电连接,

其中, 所述温控系统通过反馈调节控制固体物料的熔化状态, 所述压 力传感器、 流量传感器监测三级热流道出口处熔融态物料的压力、 流 量参数并回传至控制电路, 控制电路根据压力、 流量参数反馈调节驱 动系统的动力输出参数, 使熔融态物料从喷嘴流出吋的实际流量处于 预设的流量阈值范围内。

[权利要求 35] 根据权利要求 34所述的控制系统, 其特征在于, 所述控制电路设于一 电控箱内, 所述电控箱上还设有一显示屏。

Description:
发明名称: 3D打印用多重回旋挤出机及控制系统 技术领域

[0001] 本发明涉及 3D打印技术领域, 尤其涉及一种 3D打印用多重回旋挤出机。

[0002]

[0003] 背景技术

[0004] 3D打印, 是根据所设计的 3D模型, 通过 3D打印设备逐层增加材料来制造三维 产品的技术。 这种逐层堆积成形技术又被称作增材制造。 3D打印综合了数字建 模技术、 机电控制技术、 信息技术、 材料科学与化学等诸多领域的前沿技术, 是快速成型技术的一种, 被誉为 "第三次工业革命"的核心技术。 与传统制造技术 相比, 3D打印不必事先制造模具, 不必在制造过程中去除大量的材料, 也不必 通过复杂的锻造工艺就可以得到最终产品, 因此, 在生产上可以实现结构优化 、 节约材料和节省能源。 3D打印技术适合于新产品幵发、 快速单件及小批量零 件制造、 复杂形状零件的制造、 模具的设计与制造等, 也适合于难加工材料的 制造、 外形设计检査、 装配检验和快速反求工程等。 因此, 3D打印产业受到了 国内外越来越广泛的关注, 将成为下一个具有广阔发展前景的朝阳产业。 目前 , 3D打印已应用于产品原型、 模具制造、 艺术创意产品、 珠宝制作等领域, 可 替代这些领域所依赖的传统精细加工工艺。 除此之外, 在生物工程与医学、 建 筑、 服装等领域, 3D打印技术的引入也为其幵拓了更广阔的发展 间。

[0005] 3D打印需要使用到挤出机, 然而现有的挤出机存在着如下问题: 1、 挤出机长 度较长, 使 3D打印机体积庞大、 自重较大; 2、 现有的挤出机能耗高; 3、 挤出 机输出流量不稳定, 这些问题亟待解决。

[0006]

[0007] 发明内容

[0008] 本发明的目的在于克服上述现有技术之不足而 提供一种 3D打印用多重回旋挤出 机, 具有轻量化、 小型化、 能耗低、 散热面积减小、 加热效率高、 输出流量稳 定等优点。 [0009] 为实现上述目的, 本发明提供一种 3D打印用多重回旋挤出机, 包括:

[0010] 机壳, 所述机壳的一端设有驱动系统;

[0011] 螺杆挤出系统, 所述螺杆挤出系统设于所述机壳内, 所述螺杆挤出系统由分内 外嵌套的至少两重螺杆构成, 其中, 至少一个螺杆由所述驱动系统驱动。

[0012] 优选的, 所述螺杆挤出系统由外至内依次包括有一级螺 杆、 二级螺杆、 三级螺 杆; 所述一级螺杆、 二级螺杆内分别设有空腔; 所述机壳与一级螺杆之间形成 一级热流道, 所述二级螺杆与一级螺杆之间形成二级热流道 , 所述三级螺杆与 所述二级螺杆之间形成三级热流道。

[0013] 优选的, 所述一级螺杆的螺旋角小于二级螺杆的螺旋角 , 所述二级螺杆的螺旋 角小于三级螺杆的螺旋角。

[0014] 优选的, 所述一级热流道上设有用于排放材料产生气体 的第一微孔。

[0015] 优选的, 所述二级热流道与三级热流道的交汇处设有用 于排放材料产生气体的 第二微孔。 第二微孔根据需要可设置一个或数个。

[0016] 优选的, 所述物料在一级热流道中的理论挤出量大于物 料在二级热流道中的理 论挤出量, 物料在二级热流道中的理论挤出量大于物料在 三级热流道中的理论 挤出量, 其中, 物料在三级热流道中的理论挤出量处于物料额 定的挤出量阈值 范围之内。

[0017] 优选的, 所述一级热流道、 二级热流道、 三级热流道依次串联相通形成连续通 道。

[0018] 优选的, 所述一级螺杆、 二级螺杆、 三级螺杆中的一个或者多个由驱动系统驱 动转动。

[0019] 优选的, 所述一级螺杆由驱动系统驱动。

[0020] 优选的, 所述三级螺杆与所述一级螺杆固定连接并同步 驱动。

[0021] 优选的, 所述二级螺杆与机壳处于静止状态。 所述二级螺杆与机壳固定连接, 二级螺杆不转动。

[0022] 优选的, 所述一级热流道的截面积从上到下逐渐降低。

[0023] 优选的, 所述二级热流道的截面积沿流体流动方向逐渐 降低。

[0024] 优选的, 所述三级热流道的截面积从上往下逐渐降低。 [0025] 即, 所述一级热流道、 二级热流道、 三级热流道的截面积沿流体流动方向逐渐 降低。

[0026] 优选的, 所述第三螺杆的下方设有一喷嘴系统, 所述喷嘴系统与三级热流道处 于导通状态。

[0027] 优选的, 所述喷嘴系统的两侧还分别设有压力传感器和 流量传感器。

[0028] 优选的, 所述机壳的一侧设有进料口。

[0029] 优选的, 所述进料口与供料系统通过管路相连。

[0030] 优选的, 所述供料系统是气动供料系统, 所述气动供料系统将颗粒状或粉末状 的物料输送到进料口并顺次通过一级热流道、 二级热流道、 三级热流道、 喷嘴 系统, 物料接近一级热流道末端吋物料已经完全熔化 。

[0031] 优选的, 物料在一级热流道、 二级热流道、 三级热流道中的输送路径呈连续的 N字形。

[0032] 优选的, 所述机壳上还设有一用以排放气动供料系统所 导入气体的出风口。

[0033] 优选的, 所述出风口还设有一过滤网。

[0034] 优选的, 所述机壳的外侧还设有加热装置。

[0035] 优选的, 所述加热装置为电加热装置。

[0036] 优选的, 所述电加热装置还与一温控系统相连, 所述温控系统控制所述电加热 装置的发热量。

[0037] 优选的, 所述气动供料系统还包括一预热烘干装置, 所述预热烘干装置将固体 物料预热至预设的温度并烘干物料中的水分。

[0038] 优选的, 所述驱动系统是减速电机。

[0039] 优选的, 所述减速电机通过法兰盘与一级螺杆可拆卸连 接。

[0040] 优选的, 所述喷嘴系统包括有至少一套 3D打印用喷嘴。

[0041] 优选的, 所述喷嘴系统包括有 4套或 6套 3D打印用喷嘴。

[0042] 优选的, 所述供料系统所输送的固体物料为热塑性的固 体材料。 更为广泛的, 本发明可输入各种工业物料, 如各种注塑物料。

[0043] 优选的, 所述固体物料是金属粉末、 陶瓷颗粒、 玻璃粉末、 塑胶颗粒中的一种 或多种。 [0044] 优选的, 所述机壳采用耐腐蚀材料制成。 或者, 机壳的内壁设置有耐腐蚀的涂 层。

[0045] 优选的, 所述机壳内壁靠近所述一级热流道进料端处设 有进料锥口。

[0046] 本发明还提供一种控制系统, 包括:

[0047] 控制电路;

[0048] 温控系统, 所述温控系统与控制电路电连接;

[0049] 压力传感器, 所述压力传感器与控制电路电连接;

[0050] 流量传感器, 所述流量传感器与控制电路电连接;

[0051] 驱动系统, 所述驱动系统与控制电路电连接,

[0052] 其中, 所述温控系统通过反馈调节控制固体物料的熔 化状态, 所述压力传感器 、 流量传感器监测三级热流道出口处熔融态物料 的压力、 流量参数并回传至控 制电路, 控制电路根据压力、 流量参数反馈调节驱动系统的动力输出参数, 使 熔融态物料从喷嘴流出吋的实际流量处于预设 的流量阈值范围内。

[0053] 优选的, 所述控制电路设于一电控箱内, 所述电控箱上还设有一显示屏。

[0054] 本发明的有益效果是:

[0055] 1、 本发明的挤出机大幅度缩小了长度且直径增加 不多, 使工业级 3D打印机的 尺寸可以进一步缩小, 本发明的挤出机相对于现有的挤出机还缩小了 体积。

[0056] 2、 本发明通过设置多重螺杆, 外层螺杆的直径变大, 在同样的挤出量情况下 导致外层螺杆的螺旋角可以变平缓, 使流体材料在螺杆上的滑差变小, 因此能 产生更大的推进力, 使后级螺杆流道中的材料减少滑动, 使后级螺杆的热流道 中的挤出量更接近于理论值, 经过多级逼近理论值最终实现材料的定压定量 稳 定输出。 一级螺杆的直径大于二级螺杆, 二级螺杆的直径大于三级螺杆的直径 , 一级螺杆的导程小于二级螺杆的导程, 二级螺杆的导程小于三级螺杆的导程 , 一级螺杆的螺旋角平缓于二级螺杆的螺旋角, 二级螺杆的螺旋角平缓于三级 螺杆的螺旋角在前两级螺杆的作用下, 物料能保持与第三螺杆相匹配的速度前 进, 这是单一一根螺杆难以做到的。

[0057] 3、 螺旋角越陡峭, 物料 (流体或者包含流体的多相物料) 在挤出过程中越容 易打滑, 而一级螺杆的螺旋角很平缓, 物料不容易打滑, 所以虽然二级螺杆、 三级螺杆在挤出过程中, 物料容易打滑, 但是由于一级螺杆在外部, 物料无法 反方向运动, 这就迫使物料单方向向前运动。 如果是单一螺杆, 虽然也可以实 现多级变化, 但是由于直径很接近, 在相同挤出量的情况下, 螺旋角的变化范 围难以有较大的差别, 即使使用不同的直径直线排列 (在直线方向上分段设置 ) 也会导致散热面积大、 热效率降低并且长度增加、 体积变大, 不利于 3D打印 机的轻量化和小型化, 在大型打印机上由于工作台非常巨大, 一般都是打印头 移动, 所增加的重量会影响打印头的打印运动灵活性 , 从而降低打印速度, 增 加的重量也使打印机的运动支撑机构的载荷变 大, 动态刚度降低, 这些都不利 于高效率、 高精度打印。

[0058] 4、 本发明采用多重回旋挤出技术, 3D打印用物料在连续的 N字形的一级热流 道、 二级热流道、 三级热流道中经过加热熔化、 由于流向反复改变, 搅拌效果 非常明显, 使物料中各组分混合更加均匀, 特别是有些的微量的添加剂在这种 高效的搅拌机制下, 充分分散到材料的各部分, 增加了最终固化材料的各向同 性。

[0059] 5、 由于多重回旋在同样的挤出量的情况下长度缩 短、 直径略有变大, 但总的 体积和总的表面积减小, 使散热面积减小, 因此能耗低。 热能利用率高, 更加 低碳、 绿色、 节能、 环保。

[0060] 6、 本发明还采用反馈调节机制, 进一步提升了对输出流量的控制精度。

[0061] 7、 本发明稳定性好, 可靠性佳, 操作使用方便, 设计新颖, 实用性强, 易于 推广应用。

[0062]

[0063] 附图说明

[0064] 图 1是本发明一实施例的整体结构示意图;

[0065] 图 2是本发明的控制系统的原理框图;

[0066] 图 3是图 2的进一步细化的原理框图;

[0067] 附图标记:

[0068] 驱动系统 10; 螺杆挤出系统 20; —级螺杆 201 ; 二级螺杆 202; 第二微孔 2021 ; 三级螺杆 203; 加热装置 30; 喷嘴系统 40; 进料口 50; 出风口 501 ; 供料系统 51 ; 压力传感器 61 ; 流量传感器 62; 控制电路 70; 机壳 80; 进料锥口 801。

[0069] 本发明目的实现、 功能特点及优点将结合实施例, 参照附图做进一步说明。

[0070]

[0071] 具体实施方式

[0072] 下面详细描述本发明的实施例, 所述实施例的示例在附图中示出, 其中自始至 终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或 具有相同或类似功能的元件。 下 面通过参考附图描述的实施例是示例性的, 旨在用于解释本发明, 而不能理解 为对本发明的限制。

[0073] 在本发明的描述中, 需要理解的是, 术语"中心"、 "纵向"、 "横向"、 "长度"、 " 宽度"、 "厚度"、 "上"、 "下"、 "前"、 "后"、 "左"、 "右"、 "竖直"、 "水平"、 "顶" 、 "底 ""内"、 "外"、 "顺吋针"、 "逆吋针"等指示的方位或位置关系为基于附图 示的方位或位置关系, 仅是为了便于描述本发明和简化描述, 而不是指示或暗 示所指的装置或元件必须具有特定的方位、 以特定的方位构造和操作, 因此不 能理解为对本发明的限制。

[0074] 在本发明中, 除非另有明确的规定和限定, 术语"安装"、 "相连"、 "连接"、 "固 定"等术语应做广义理解, 例如, 可以是固定连接, 也可以是可拆卸连接, 或一 体地连接; 可以是机械连接, 也可以是电连接; 可以是直接相连, 也可以通过 中间媒介间接相连, 可以是两个元件内部的连通。 对于本领域的普通技术人员 而言, 可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的 具体含义。

[0075] 在大型工业级 3D打印机进行打印吋, 现有的打印头不能适应现有多种工业材料 , 如注塑材料, 如果要使打印头适应多种材料则需要使用类注 塑机的进料机构 , 但是注塑机的进料机构 (挤出机构) 是非常笨重的, 其自重非常大; 大型 3D 打印机需要保持工作台不动、 打印头运动, 此吋, 打印头的自重就显著影响打 印头的运动灵活性、 运动加速度, 而挤出机构作为打印头的一部分对其自重影 响较大, 当打印头的自重和体积都迫切需要轻量化、 小型化, 挤出机构也随之 需要轻量化、 小型化。 而本发明实现了一种轻量化、 小型化的挤出机, 适应多 种工业物料, 大大降低了打印头的自重。 具体进行如下阐述。

[0076] 请参阅图 1, 本发明提供一种 3D打印用多重回旋挤出机, 包括机壳 80, 所述机 壳 80的一端设有驱动系统 10; 螺杆挤出系统 20, 所述螺杆挤出系统 20设于所述 机壳 80内, 所述螺杆挤出系统 20由分内外嵌套的至少两重螺杆构成, 至少一个 螺杆由所述驱动系统 10驱动。

[0077] 在上述实施例中, 通过设置至少两重螺杆, 形成多重回旋挤出机构, 实现在小 空间范围内, 延长物料输送的长度, 延长了加热吋间、 搅拌吋间, 使物料加热 熔化、 混匀更加彻底。 在使用吋, 驱动系统 10位于机壳 80的上方。 本发明回旋 挤出物料, 大幅度降低了螺杆的长度, 进而降低了挤出机的长度, 使挤出机与 工业级 3D打印机相配合, 有利于进一步降低工业级 3D打印机的无效部分的尺寸

[0078] 本发明的一个实施例, 所述螺杆挤出系统 20由外至内依次包括有一级螺杆 201 、 二级螺杆 202、 三级螺杆 203; 所述一级螺杆 201、 二级螺杆 202内分别设有空 腔, 三级螺杆 203如果是最后一级螺杆则空腔不是必须设置的 ; 所述机壳 80内壁 与一级螺杆 201之间形成一级热流道, 所述二级螺杆 202与一级螺杆 201内壁之间 形成二级热流道, 所述三级螺杆 203与所述二级螺杆 202内壁之间形成三级热流 道。

[0079] 在上述实施例中, 设置了三重螺杆, 这是本发明的优选实施方式。

[0080] 本发明的一个实施例, 所述一级螺杆 201的螺旋角平缓于二级螺杆 202的螺旋角 , 所述二级螺杆 202的螺旋角平缓于三级螺杆 203的螺旋角。

[0081] 本发明的一个实施例, 所述二级热流道与三级热流道的交汇处设有用 于排放材 料产生气体的第二微孔 2021, 避免气体残留在物料中而影响打印质量。 该第二 微孔 2021由于口径非常小, 也不会使高粘度熔融材料泄漏。 气体从二级热流道 的上段的第二微孔 2021释放, 假如有随气体从第二微孔 2021喷出的微量物料又 会被一级螺杆 201带入一级热流道内, 避免物料浪费。

[0082] 本发明的一个实施例, 所述物料在一级热流道中的理论挤出量大于物 料在二级 热流道中的理论挤出量, 物料在二级热流道中的理论挤出量大于物料在 三级热 流道中的理论挤出量, 其中, 物料在三级热流道中的理论挤出量处于物料额 定 的挤出量阈值范围之内。 在具体制作的吋候, 可以设置三级螺杆的理论挤出量 之比。 [0083] 本发明的一个实施例, 所述一级热流道、 二级热流道、 三级热流道依次串联相 通形成连续通道。 具体而言, 一级热流道的下端与二级热流道的下端相导通 , 二级热流道的上端与三级热流道的上端相导通 。

[0084] 本发明的一个实施例, 所述一级螺杆 201、 二级螺杆 202、 三级螺杆 203中的一 个或者多个由驱动系统 10驱动转动。 更为进一步的讲, 驱动系统 10还可以设置 有多个, 如设置驱动系统一、 驱动系统二、 驱动系统三, 如此, 每一驱动系统 1 0皆单独驱动一螺杆。 使它们的挤出速度之比可调节, 或者, 是它们之间的任意 组合和等效变换。 均可保证本发明的实施。 此外, 需要指出的是, 本发明还可 以设置四重螺杆、 五重螺杆、 六重螺杆或者更多重螺杆, 以此来进一步的增强 本发明的功能。 可以预见的是, 通过进一步增加螺杆的数量, 可以进一步降低 挤出机的长度, 但是, 也伴随着加工难度的增高。 此外, 若设置更多重螺杆则 会出现挤出机的宽度增加等情况。

[0085] 本发明的一个实施例, 所述一级螺杆 201由驱动系统 10驱动, 所述三级螺杆 203 与所述一级螺杆 201固定连接并同步驱动, 所述二级螺杆 202与机壳 80固定连接 , 即二级螺杆 202与机壳 80处于静止状态。

[0086] 本发明的一个实施例, 一级螺杆 201螺旋槽截面积沿流体流动方向逐渐减小, 进而在向下输送物料的吋候起到挤压的效果。 根据需要, 所述二级螺杆 202螺旋 槽截面积沿流体流动方向亦可逐渐减小, 以进一步增强挤压效果, 或者截面积 固定不变以起到辅助计量作用, 亦可做成非连续的螺旋槽或直槽以增强搅拌作 用, 最后一级热流道 (如三级热流道) 通常起到计量作用, 其螺旋截面积沿流 体流动方向可以没有变化。 截面积是与体积相对应的物理量。

[0087] 此外, 更进一步的, 所述第一螺杆上的螺旋可以分为若干段, 每一段的螺距、 螺槽深度都可根据需要选取。

[0088] 本发明的一个实施例, 所述第三螺杆的下方设有一喷嘴系统 40, 所述喷嘴系统 40与三级热流道处于导通状态。 在本发明中, 可以采用现有的各种喷嘴系统 40 用以将挤出机挤出的物料输出, 这都属于本发明的保护范围之内。 此外, 若不 采用喷嘴系统 40, 而直接采用本发明的挤出机直接输出则属于本 发明的变劣的 实施方式, 但也能实现物料输出的功能, 这也落入本发明的保护范围之内。 [0089] 本发明的一个实施例, 所述喷嘴系统 40的两侧还分别设有压力传感器 61和流量 传感器 62。 在上述实施例中, 所述压力传感器 61用以测量三级热流道出口处物 料的压力。 当然, 所述压力传感器 61和流量传感器 62设置在三级热流道的末段 , 二者的设置位置可以在同一侧。

[0090] 本发明的一个实施例, 所述机壳 80的一侧设有进料口 50。 所述进料口 50与供料 系统 51通过管路相连。

[0091] 本发明的一个实施例, 所述供料系统 51是气动供料系统, 所述气动供料系统将 颗粒状或粉末状的固体物料输送到进料口 50, 并顺次通过一级热流道、 二级热 流道、 三级热流道、 喷嘴系统 40。 对本发明进一步的拓展, 而采用气动供料系 统吋, 可以设置多个管路, 每一管路输入一种或多种物料。 气动供料系统还具 有烘干装置, 用以对物料进行预热、 烘干, 避免湿态的物料不容易被气流喷入 挤出机内。 由于物料经过预热, 还可进一步降低挤出机的长度。

[0092] 本发明的一个实施例, 所述固体物料在一级热流道、 二级热流道、 三级热流道 中的输送路径呈连续的 N字形。

[0093] 对本发明做出一种变形, 本变形也属于本发明的保护范围之内: 对三重回旋做 出改进, 一级螺杆 201保留, 一级螺杆 201与机壳 80之间形成一级热流道, 而二 级热流道、 三级热流道是没有螺旋的光滑通道, 或者, 表面具有增强搅拌作用 的凸起特征, 若如此则主要通过第一螺杆实现挤压、 并提供增压、 输送动力, 而二级热流道、 三级热流道实现延长加热吋间、 加强搅拌作用、 稳定物料流动 的作用。 若二级热流道、 三级热流道是固体中的回旋通孔亦可实现上述 目的, 此吋, 二级热流道、 三级热流道并没有采用螺杆, 但也实现了与采用二级螺杆 2 02、 三级螺杆 203相同或类似的功能, 如此, 本实施例也属于本发明的保护范围 之内。

[0094] 本发明的一个实施例, 所述机壳 80上还设有一用以排放气动供料系统所导入气 体的出风口 501。

[0095] 本发明的一个实施例, 所述出风口 501还设有一过滤网。 所述出风口 501并不限 定过滤网的安装形式。

[0096] 本发明的一个实施例, 所述机壳 80的外侧还设有加热装置 30。 [0097] 本发明的一个实施例, 所述加热装置 30为电加热装置 30。 在上述实施例中, 并 不限定电加热装置 30的安装方式。

[0098] 本发明的一个实施例, 所述电加热装置 30还与一温控系统相连, 所述温控系统 控制所述电加热装置 30的发热量。 通过控制发热量用以将不同熔点的物料熔化 , 由于不同种类的物料相变所需的热量不均一, 若所输入的物料为多种, 如此 多种的物料以及不同的流速所需要的热量也不 尽相同, 因此本发明采用宽范围 的温度控制系统。 此外, 本发明还可以采用其他的加热装置 30。

[0099] 本发明的一个实施例, 所述气动供料系统还包括一套预热烘干装置, 所述预热 烘干装置将固体物料预热至预设的温度并将多 余的水分及其他挥发物排除。

[0100] 本发明的一个实施例, 所述驱动系统 10是减速电机。

[0101] 本发明的一个实施例, 所述减速电机通过法兰盘与一级螺杆 201可拆卸连接。

此外, 所述减速电机与一级螺杆 201之间还可以采用联轴器等连接部件进行连接 , 而采用其他连接部件将减速电机与一级螺杆 201进行动力传递都属于本发明的 保护范围之内。 具体而言, 所述减速电机包括有电机和减速齿轮箱。

[0102] 本发明的一个实施例, 所述喷嘴系统 40包括有至少一套 3D打印用喷嘴。 优选为 4套或 6套。

[0103] 本发明的一个实施例, 所述喷嘴系统 40包括有多个合理分布的 3D打印用喷嘴。

根据需要本发明可以采用更多个喷嘴, 这些喷嘴呈环形、 直线型、 星形等拓扑 形状。 此外, 最为优选的, 这些喷嘴的末端在非打印工作状态下共平面。

[0104] 本发明的一个实施例, 每一喷嘴的口径皆可根据需要选择。 为了便于打印, 在 一个挤出机上, 可以安装口径系列变化的喷嘴, 用以根据需要输出适合口径的 物料。

[0105] 本发明的一个实施例, 所述供料系统 51所输送的固体物料为热塑性的固体材料

。 或者是光固化以及化学反应固化或者气硬性的 材料。

[0106] 本发明的一个实施例, 所述固体物料是金属粉末、 陶瓷颗粒、 玻璃粉末、 塑胶 颗粒中的一种或多种。 更进一步的, 所述固体物料中还可以惨入液体状、 膏状 材料。

[0107] 本发明的一个实施例, 所述机壳 80采用耐腐蚀材料制成。 本发明所采用的螺杆 也采用耐腐蚀材料制成。 本发明还优选耐高温材料, 各螺杆或机壳 80上还可采 用耐腐蚀涂层或者其他表面处理工艺, 用以提升本发明的耐腐蚀性能、 耐高温 性能、 以及耐磨性能。

[0108] 为了解决在需要高速进料吋, 上述的实施例进料速度不足的技术问题, 本发明 的一个实施例: 所述机壳 80内壁靠近所述一级热流道进料端处设有进料 口 801 。 通过设置进料锥口 801, 可适应大小不同颗粒的物料, 一级螺杆每转动一周其 进料量会增加, 进而适应挤出机的高速进料。

[0109] 请参阅图 2和图 3, 本发明还公幵一种控制系统, 包括: 控制电路 70; 温控系统 , 所述温控系统与控制电路 70电连接; 压力传感器 61, 所述压力传感器 61与控 制电路 70电连接; 流量传感器 62, 所述流量传感器 62与控制电路 70电连接; 驱 动系统 10, 所述驱动系统 10与控制电路 70电连接, 其中, 所述温控系统通过反 馈调节控制固体物料的熔化状态, 所述压力传感器 61、 流量传感器 62监测三级 热流道出口处熔融态物料的压力、 流量参数并回传至控制电路 70, 控制电路 70 根据压力、 流量参数反馈调节驱动系统 10的动力输出参数, 使熔融态物料从喷 嘴流出吋的实际流量处于预设的流量阈值范围 内。

[0110] 更进一步的, 所述压力传感器 61也可以是其它压力测量装置, 如测量注塑机热 流道的压力测量装置也可以用于本发明之中。 此外, 压力传感器 61测量的参数 可通过模数转换电路输入到控制电路。 此外, 流量传感器 62可以是电子流量传 感器, 如夹钳式流量计, 当然也可以采用其他种类的流量检测装置, 而这些实 施例都落入本发明的保护范围之内。

[0111] 本发明的一个实施例, 所述控制电路 70设于一电控箱内, 所述电控箱上还设有 一显示屏。 此外, 所述电控箱上还设有调节旋钮或者按键。

[0112] 本发明的工作原理 (以三重螺杆为例进行说明) : 固体物料通过气动进料系统 鼓吹进入进料口 50, 多余的气体经过出风口 501排出, 固体物料则进入机壳 80的 容腔中, 在一级螺杆的转动作用下固体物料被压入一级 热流道, 在电加热装置 3 0的加热作用下逐渐熔化, 固体物料在行进至一级热流道的末端之前熔化 完毕, 固体物料间隙中的气体则向上经一级热流道再 经出风口 501排出, 固体物料在一 级热流道内受到挤压; 熔化后的物料进入二级热流道, 在一级热流道、 二级热 流道转向改变处得到进一步的搅拌, 物料继续被加热, 若出现未被熔化的固体 物料, 在二级热流道内也可以使之熔化; 物料从二级热流道流出顺次进入三级 热流道, 在二级热流道、 三级热流道的转向交汇处物料再次被加强搅拌 , 同吋 二级热流道、 三级热流道中残留的气体在压力作用下也会汇 集于此处, 并从此 处的第二微孔 2021处排出至一级热流道的上部进料处, 且由于该第二微孔 2021 孔隙非常小随气体所泄露的物料也非常少, 随气体泄露出的物料被一级热流道 上部前进中的物料带动重新进入一级热流道内 , 如此循环完成排气过程。 最终 , 物料在最后一级螺杆底部从喷嘴系统 40喷出。 一级螺杆 201、 二级螺杆 202皆 中空设置, 最后一级螺杆中心可以不是中空的, 且一级螺杆 201的直径大于二级 螺杆 202, 二级螺杆 202的直径大于三级螺杆 203的直径, 一级螺杆 201的导程小 于二级螺杆 202的导程, 二级螺杆的导程小于三级螺杆的导程, 一级螺杆 201的 螺旋角大于二级螺杆 202的螺旋角, 二级螺杆 202的螺旋角大于三级螺杆 203的螺 旋角, 如此, 三重螺杆导程逐渐增大, 螺旋角逐渐平缓, 螺杆利用摩擦力带动 物料前进, 导程越大, 其输送物料的动力越差, 物料越容易滞后于螺杆的转速 , 如此, 通过设置三级导程, 虽然第三螺杆的导程较大、 螺旋角较陡峭, 但在 前两级螺杆的作用下, 物料能保持与第三螺杆相匹配的速度前进。 而若采用单 一一根螺杆的现有挤压机, 就不便于大范围的变化其导程, 就算单一螺杆在轴 向上分段设置螺旋槽, 也难以实现本发明的导程三阶段大幅度变化的 效果。 而 本发明采用三重螺杆, 由于三重螺杆的直径不同, 就较容易在理论挤出量相近 的情况下几倍的改变导程。 物料在一级热流道中, 其轴向行进速度较慢, 这也 便于对其进行加热、 熔化。 通过设置三级导程, 最终实现了物料稳定的输出。 综上所述, 本发明的挤出机大幅度缩小了长度, 使工业级 3D打印机的尺寸可以 进一步缩小。 本发明采用多重回旋挤出技术, 3D打印用物料在连续的 N字形的一 级热流道、 二级热流道、 三级热流道中经过加热熔化、 并经历三次增压, 从三 级热流道输出的物料其流量稳定, 使用起来非常安全、 可靠, 精度高。 物料在 一级热流道内经过挤压、 加热融化、 混合, 在二级热流道内进一步增压、 融化 、 混合, 在三级热流道中实现等压输送。 能耗低。 本发明散热面积小, 热能利 用率高。 本发明还采用反馈调节机制, 进一步提升了对输出流量的控制精度。 本发明稳定性好, 可靠性佳, 操作使用方便, 设计新颖, 实用性强, 易于推广 应用。

[0114] 在本说明书的描述中, 参考术语"一个实施例"、 "一些实施例"、 "示例"、 "具体 示例"、 或"一些示例"等的描述意指结合该实施例或示 描述的具体特征、 结构 、 材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例 或示例中。 在本说明书中, 对 上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实 施例或示例。 而且, 描述的具体 特征、 结构、 材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例 或示例中以合适的 方式结合。

[0115] 尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例, 可以理解的是, 上述实施例是示 例性的, 不能理解为对本发明的限制, 本领域的普通技术人员在不脱离本发明 的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以 对上述实施例进行变化、 修改、 替换和变型。

技术问题

问题的解决方案

发明的有益效果