一种含能材料桌面级3D打印立式双螺杆挤出装置

一种含能材料桌面级3d打印立式双螺杆挤出装置
技术领域
1.本发明属于含能材料3d打印领域，具体涉及一种含能材料桌面级3d打印立式双螺杆挤出装置。


背景技术：

2.3d打印成型技术又称为增材制造技术，以数字模型文件为基础，运用金属、塑料等可黏合的特殊材料制成的熔融体、粉末、丝或片等进行逐层堆积粘合，堆叠加成三维实体。3d打印技术无需机械加工或任何模具，直接从计算机数据中生成任何形状的零件，具有良好的适应性，能极大地缩短产品的研发周期，提高生产率和降低生产成本，逐渐被应用于模具建筑、航空航天、生物医疗等行业。
3.含能材料是一类具有爆炸性基团或具有氧化剂和可燃物，在外界一定的能量刺激下，能独立地进行化学反应并释放大量能量、气体和热的化合物或混合物。含能材料在军事领域起着不可或缺的作用，广泛应用于各种武器火力系统的反作用推进、爆炸做功与压力推进。将3d打印技术应用到含能材料成型领域，将含能材料的适应特点和3d打印的成型原理相结合，能够实现在无模具化成型的同时解决传统含能材料成型工艺对于复杂异型药柱适应性差的缺陷，能够适应各种形状的含能材料药型。
4.目前含能材料3d打印以柱塞式挤出和单螺杆挤出为主。含能材料3d打印柱塞式挤出成型主要缺点是不能连续性挤出，中途需要换料，并且换料前需要清洗。成型较小能量输出的含能材料，如某些类型的火药或低敏感度爆炸物含能材料件时，一般采用螺杆桌面级挤出装置，当含能材料3d打印单螺杆挤出成型时，虽然可以实现连续挤出，但粘性较大的材料在进行挤出时容易出现挤出力不足而导致料筒堵塞的情况。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种含能材料桌面级3d打印立式双螺杆挤出装置，可以同时满足连续挤出和挤出力足，减少由于挤出力不足而导致的喷头堵塞的情况。
6.实现本发明目的的技术解决方案为：一种含能材料桌面级3d打印立式双螺杆挤出装置，包括驱动电机，齿轮传动机构，传送带，料筒，设置在料筒内的非共轭异向双螺杆；
7.齿轮传动机构的主动轴一端和驱动电机连接，一端和非共轭异向双螺杆中的一个螺杆的一端连接；主动轴通过齿轮带动从动轴ⅰ转动，从动轴ⅰ通过传动带带动从动轴ⅱ转动，从动轴ⅱ的一端和非共轭异向双螺杆中的另一个螺杆的一端连接。
8.进一步的，还包括横梁，设置在横梁上相对的立板ⅰ和立板ⅱ，设置在立板ⅰ和立板ⅱ之间的上固定板，中固定板，下固定板和设置在下固定板上方的从动轴ⅱ固定板；
9.主动轴一端通过联轴器和驱动电机连接，主动轴依次穿过中固定板、从动轴ⅱ固定板和下固定板后和螺杆一端连接，主动轴通过轴承和中固定板连接；从动轴ⅰ上、下两端分别通过轴承ⅲ、轴承ⅰ与上固定板、下固定板连接；从动轴ⅱ上、下两端分别通过轴承ⅳ、轴承ⅱ和从动轴ⅱ固定板、下固定板连接。
10.进一步的，还包括漏斗扣和进料漏斗；
11.进料漏斗固定在漏斗扣上，漏斗扣与横梁连接；进料漏斗向料筒内输送含能材料。
12.进一步的，横梁下方设置下厚板，料筒和下厚板连接，下厚板下方设置下筋板。
13.进一步的，一对非共轭异向双螺杆通过定位圆柱销与主动轴和从动轴ⅱ连接。
14.进一步的，还包括带控温系统可拆卸喷头，带控温系统可拆卸喷头包括加热棒、测温探头和挤出喷头。
15.进一步的，还包括从上到下依次设置在料筒外周的输送段电热丝加热装置，熔融端电热丝加热装置和计量段电热丝加热装置；
16.输送段电热丝加热装置上端和料筒之间设置隔热套ⅰ，输送段电热丝加热装置和熔融端电热丝加热装置之间设置隔热套ⅱ，熔融端电热丝加热装置和计量段电热丝加热装置之间设置隔热套ⅲ，计量段电热丝加热装置和带控温系统可拆卸喷头之间设置隔热底板。
17.进一步的，还包括料筒清洗装置，料筒清洗装置包括清洗输送管道和水管。
18.本发明与现有技术相比，其显著优点在于：
19.(1)本发明采用双螺杆代替了单螺杆，双螺杆挤出力远高于单螺杆挤出力，提高了挤出效率；采用增加一个从动轴和传送带方式，主动轴和从动轴ⅰ之间的距离可以不受双螺杆的间距影响，使得传动轴之间可以设置的齿轮尺寸相应的变大，更大的齿轮耐磨损能力更强，提高齿轮寿命，降低维护成本。
20.(2)3d打印完成后，料筒清洗装置可以快速对料筒清洗，以方便再次进行打印或进行其他含能材料的打印。
附图说明
21.图1是本发明含能材料3d打印立式双螺杆挤出传动部分爆炸图的结构示意图。
22.图2是本发明含能材料3d打印立式双螺杆挤出装置爆炸图的结构示意图。
23.图3是本发明一种含能材料3d打印立式双螺杆挤出正视图的结构示意图。
24.附图标记说明
25.1-立板ⅰ，2-轴承ⅰ，3-轴承ⅱ，4-漏斗扣，5-定位圆柱销，6-进料漏斗，7-下厚板，8-非共轭异向双螺杆，9-下筋板，10-隔热套ⅰ，11-隔热套ⅱ，12.隔热套ⅲ，13-隔热底板，14-料筒，15-带控温系统可拆卸喷头，16-驱动电机，17-轴承ⅲ，18-上固定板，19-联轴器，20-从动轴ⅰ，21-主动轴，22-从动齿轮，23-主动齿轮，24-中固定板，25-立板ⅱ，26-轴承ⅳ，27-从动轴ⅱ固定板，28-传送带，29-从动轴ⅱ，30-水管，31-下固定板，32-清洗输送管道，33-横梁，34-输送段电热丝加热装置，35-熔融端电热丝加热装置，36-计量段电热丝加热装置。
具体实施方式
26.下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
27.本发明公开了一种含能材料3d打印立式双螺杆挤出装置，为了更好说明本挤出装置作用，简要说明其组成和工作情况。
28.含能材料3d打印立式双螺杆挤出装置主要组成如下：如图1和图2所示，含能材料3d打印立式双螺杆挤出装置包括齿轮皮带传动装置、进料漏斗装置、一对非共轭异向双螺
杆、料筒、三段机筒电热丝加热装置、带控温系统可拆卸喷头和料筒清洗装置。齿轮皮带传动装置包括驱动电机16通过联轴器19与主动轴21连接，主动轴21与主动齿轮23固定，从动轴ⅰ20与从动齿轮22固定，从动轴ⅰ20与底部的轴承ⅰ2配合，从动轴ⅰ20也与顶部的轴承ⅲ17配合，从动轴ⅰ20和从动轴ⅱ29通过皮带28传动，从动轴ⅱ29与底部的轴承ⅱ3配合，从动轴ⅱ29与顶部的轴承ⅳ26配合。进料漏斗装置包括漏斗扣4和进料漏斗6，进料漏斗6固定在漏斗扣4上，漏斗扣4与横梁33连接。一对非共轭异向双螺杆8通过定位圆柱销5与主动轴21和从动轴ⅱ30连接。料筒14与下厚板7连接，下筋板9与输送段电热丝加热装置34连接，料筒14与三段机筒电热丝加热装置连接。料筒14与隔热套ⅰ10、隔热套ⅱ11、隔热套ⅲ12和隔热底板13连接。三段机筒电热丝加热装置包括输送段电热丝加热装置34、熔融端电热丝加热装置35和计量段电热丝加热装置36。带控温系统可拆卸喷头15包括加热棒、测温探头和挤出喷头。料筒清洗装置包括清洗输送管道32与水管30连接。
29.如图1和图2所示，含能材料3d打印立式双螺杆挤出装置电机16旋转带动主动轴21旋转，与主动轴21固定的主动齿轮23旋转，主动齿轮23和从动齿轮22啮合，带动了从动齿轮22旋转。从动齿轮22和从动轴ⅰ20固定，带动了从动轴ⅰ20旋转。从动轴ⅰ20与从动轴ⅱ29通过传送带28传递转矩，带动从动轴ⅱ29转动。主动轴21与右螺杆通过定位圆柱销固定，从动轴ⅱ29与左螺杆通过定位圆柱销5固定。在电机的带动下非共轭异向双螺杆8可以异向旋转搅拌物料。桌面级的双螺杆之间距离小，如果采用齿轮直接啮合，齿轮直径和齿数受限制，小齿轮寿命短。齿轮皮带传动装置可以使用大齿轮，提高齿轮寿命。
30.如图2所示，包裹在料筒外4段隔热套是为了减少热量流失，减少能耗。输送段电热丝加热装置34、熔融端电热丝加热装置35和计量段电热丝加热装置36通过对电热丝通过电流大小的控制来实现含能材料在料筒中搅拌时完全熔融而不发生爆炸。最后经过带控温系统可拆卸喷头15对挤出温度精确控制，保证成型精度。带控温系统可拆卸喷头15可以更换喷头直径以适配不同的打印精度要求。
31.如图3所示，在含能材料打印结束后料筒中会残留含能材料。在打印结束后，使用清洗装置注水到料筒中，非共轭异向双螺杆8同时转动，残留在料筒中的含能材料即可流出，实现快速清理以方便下次打印。
32.本发明的工作过程为：将stl格式的三维模型使用切片软件进行切片生成g-code代码，将g-code代码传入开发板内进行含能材料3d打印。颗粒或粉末含能材料经过送料机构送入物料入口，经过双螺杆机构搅拌，经过料筒加热变成熔融状，经过控温喷头在热床上挤出含能材料，使其冷却速度稳定，最后完成含能材料3d打印成型。3d打印完成后，料筒清洗装置可以快速对料筒清洗。
33.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种含能材料桌面级3d打印立式双螺杆挤出装置，其特征在于，包括驱动电机(16)，齿轮传动机构，传送带(28)，料筒(14)，设置在料筒(14)内的非共轭异向双螺杆(8)；齿轮传动机构的主动轴(21)一端和驱动电机(16)连接，一端和非共轭异向双螺杆(8)中的一个螺杆的一端连接；主动轴(21)通过齿轮带动从动轴ⅰ(20)转动，从动轴ⅰ(20)通过传动带(28)带动从动轴ⅱ(29)转动，从动轴ⅱ(29)的一端和非共轭异向双螺杆(8)中的另一个螺杆的一端连接。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括横梁(33)，设置在横梁(33)上相对的立板ⅰ(1)和立板ⅱ(25)，设置在立板ⅰ(1)和立板ⅱ(25)之间的上固定板(18)，中固定板(24)，下固定板(31)和设置在下固定板(31)上方的从动轴ⅱ固定板(27)；主动轴(21)一端通过联轴器(19)和驱动电机(16)连接，主动轴(21)依次穿过中固定板(24)、从动轴ⅱ固定板(27)和下固定板(31)后和螺杆一端连接，主动轴(21)通过轴承和中固定板(24)连接；从动轴ⅰ(20)上、下两端分别通过轴承ⅲ(17)、轴承ⅰ(2)与上固定板(18)、下固定板(31)连接；从动轴ⅱ(29)上、下两端分别通过轴承ⅳ(26)、轴承ⅱ(3)和从动轴ⅱ固定板(27)、下固定板(31)连接。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，还包括漏斗扣(4)和进料漏斗(6)；进料漏斗(6)固定在漏斗扣(4)上，漏斗扣(4)与横梁(33)连接；进料漏斗(6)向料筒(14)内输送含能材料。4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，横梁(33)下方设置下厚板(7)，料筒(14)和下厚板(7)连接，下厚板(7)下方设置下筋板(9)。5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，一对非共轭异向双螺杆(8)通过定位圆柱销(5)与主动轴(21)和从动轴ⅱ(29)连接。6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括带控温系统可拆卸喷头(15)，带控温系统可拆卸喷头(15)包括加热棒、测温探头和挤出喷头。7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括从上到下依次设置在料筒(14)外周的输送段电热丝加热装置(34)，熔融端电热丝加热装置(35)和计量段电热丝加热装置(36)；输送段电热丝加热装置(34)上端和料筒(14)之间设置隔热套ⅰ(10)，输送段电热丝加热装置(34)和熔融端电热丝加热装置(35)之间设置隔热套ⅱ(11)，熔融端电热丝加热装置(35)和计量段电热丝加热装置(36)之间设置隔热套ⅲ(12)，计量段电热丝加热装置(36)和带控温系统可拆卸喷头(15)之间设置隔热底板(13)。8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括料筒清洗装置，料筒清洗装置包括清洗输送管道(32)和水管(30)。

技术总结
本发明属于含能材料3D打印领域，具体涉及一种含能材料桌面级3D打印立式双螺杆挤出装置。包括驱动电机，齿轮传动机构，传送带，料筒，设置在料筒内的非共轭异向双螺杆；齿轮传动机构的主动轴一端和驱动电机连接，一端和非共轭异向双螺杆中的一个螺杆的一端连接；主动轴通过齿轮带动从动轴Ⅰ转动，从动轴Ⅰ通过传动带带动从动轴Ⅱ转动，从动轴Ⅱ的一端和非共轭异向双螺杆中的另一个螺杆的一端连接。本发明具有良好的挤出能力、混合能力、低能耗和连续挤出打印能力，能够打印原材料为颗粒或粉末状的含能材料，可连续进料、挤出力足、高精度打印含能材料和快速清理料筒。材料和快速清理料筒。材料和快速清理料筒。


技术研发人员：汪畅 严欣月 黄玲 黄学安
受保护的技术使用者：南京理工大学
技术研发日：2023.07.21
技术公布日：2023/9/13