一种双螺杆颗粒粉末3D打印机

一种双螺杆颗粒粉末3d打印机
技术领域
1.本实用新型涉及3d打印机技术领域，特别是涉及一种双螺杆颗粒粉末3d打印机。


背景技术：

2.目前市面上可成型粉末颗粒材料的熔融沉积式(fdm)3d打印机主要有可打印丝材和大颗粒(大于0.5mm)两种类型，前者通过单螺杆或双螺杆挤出机将大颗粒或粉末塑料或其复合材料颗粒制备成1.75mm的丝状材料，才能通过3d打印机打印进行零件打印。后者可直接打印大颗粒材料，不需制备丝材，但仅能打印大颗粒塑料。
3.由于丝材3d打印机需制备丝材，其丝材制备装置单螺杆或双螺杆挤出机还需配备定径、冷却、牵引、切割等装置，生产线长达十多米，需占据较大的场地面积，同时经费投入较高。这一情况严重限制了3d打印材料种类和研发的步伐，如进行塑料基复合材料丝材制备时，对于填料的粒径、含量及其在基体中分布的均匀性均要求较高，否则极易导致挤出的丝材直径不均，并进一步导致3d打印喷头堵塞、丝材断裂等打印问题。而大颗粒3d打印机显然无法处理颗粒较细小的粉末材料。因此，需要设计一种新的3d打印机。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供一种双螺杆粉末颗粒3d打印机，以解决上述现有技术存在的问题，无需制备丝材，可直接通过对塑料及其复合材料颗粒进行混炼、熔融、塑化、排气以提高颗粒3d打印机的打印精度，可直接加工粉末和颗粒塑料及其复合材料，解决了目前市面上的熔融沉积式(fdm)3d打印机需制备丝材以及颗粒3d打印机无法打印粉末材料的问题。
5.为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：本实用新型提供一种双螺杆颗粒粉末3d打印机，包括
6.料筒，所述料筒包括密封拼合的左料筒和右料筒，所述左料筒和右料筒上分别连通有进料机构；以及
7.螺杆，所述螺杆包括分别设置于左料筒和右料筒内且结构相同的左螺杆和右螺杆，所述左螺杆和右螺杆相互啮合且做相对方向的旋转运动；以及
8.料筒拉板，所述料筒拉板包括左料筒拉板和右料筒拉板，所述左料筒和右料筒的顶部分别焊接有所述左料筒拉板和右料筒拉板；以及
9.隔板，所述隔板包括左隔板和右隔板，所述左料筒拉板和右料筒拉板上分别安装有左隔板和右隔板，所述左螺杆和右螺杆的驱动机构安装在所述隔板上；以及
10.加热器，所述加热器包括加热圈，在所述料筒的外侧裹有所述加热圈，所述加热圈与料筒之间留有间隙；以及
11.喷头，所述料筒的下端面以螺钉连接有喷头固定板，所述喷头以螺纹旋在所述喷头固定板上，根据送料速度和颗粒大小可选择不同直径的所述喷头；以及
12.外料筒，所述料筒的外侧套设有外料筒，所述外料筒的外周安装在打印机的机架
上并在打印机的驱动下进行打印喷料。
13.在其中一个实施例中，所述左螺杆的总长为20-25mm，且左螺杆的直径不小于8mm。
14.在其中一个实施例中，所述左螺杆和右螺杆均由三段组成，所述左螺杆上从上向下依次为加料段、压缩段和熔融段，且三段的螺槽宽度和深度逐渐减小；加料段、压缩段和熔融段左螺杆的宽度尺寸范围分别为2-3mm、1-2mm和0.3-1mm；加料段、压缩段和熔融段左螺杆的深度尺寸范围分别为1-2mm、0.5-1mm和0.2-0.5mm；所述左螺杆上相邻两段的过渡区均削去1/2圈螺纹。
15.在其中一个实施例中，所述左螺杆的顶部固定端外侧套有轴承和齿轮，所述左螺杆外侧的齿轮与电动机一传动连接；所述右螺杆的顶部固定端外侧也套有轴承和齿轮，所述右螺杆外侧的齿轮与电动机二传动连接。
16.在其中一个实施例中，所述隔板用螺钉安装在所述料筒拉板上，所述左隔板与右隔板的配合面以凹槽和凸块相配合，所述左隔板与右隔板的相对位置可调；所述左料筒拉板和右料筒拉板的配合面以阶梯状凸凹结构相配合，所述左料筒拉板和右料筒拉板的相对位置可调；所述左料筒和右料筒的配合面以阶梯状凸凹结构相配合，所述左料筒和右料筒的相对位置可调。
17.在其中一个实施例中，所述左料筒的侧面开设有进料口，所述进料口通过进料口连接器与加料软管连接，所述进料口连接器的内孔下端面做成45度斜面，所述加料软管的另一端连接有料斗。
18.在其中一个实施例中，所述料筒的上端穿过外料筒上端面的孔并以料筒拉板的下表面与外料筒的上端面连接固定。
19.在其中一个实施例中，所述加热圈为电感应加热，且所述加热圈与所述螺杆的三段设置相对应，所述加热圈的密度由上至下逐渐变密，加热温度由上向下逐渐增高。
20.在其中一个实施例中，所述加热圈的外侧设有隔热套筒，所述隔热套筒采用陶瓷材料制成。
21.本实用新型相对于现有技术取得了以下有益技术效果：
22.本实用新型中的双螺杆颗粒粉末3d打印机，包括料筒、螺杆、料筒拉板、隔板、加热器、喷头和外料筒，料筒内设置双螺杆，将颗粒或粉末材料通过料斗加入，再经过加料软管进入料筒，由于从加料口到喷头一直建立的压力，随着螺杆的旋转，物料不断向喷头方向输送，在螺杆的剪切摩擦和料筒外加热器共同作用下，物料逐渐熔融塑化，并通过喷头挤出到工作台上。该打印机的料筒和螺杆设置了内外两个安装位置，以此来调节两根螺杆之间的距离，从而实现打印颗粒状塑料和粉末状材料的目的。
附图说明
23.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为双螺杆颗粒粉末3d打印机的整体结构示意图；
25.图2为双螺杆颗粒粉末3d打印机的内部结构剖视图；
26.其中，1加料软管；2进料口连接器；3拉板；4陶瓷限位隔片；5上部加热线圈；6外料筒；7下部加热线圈；8喷头固定板；9喷头；10喷头引风；11风扇二；12风扇一；13密封盖；14卡轴；15螺杆；16齿轮三；17齿轮二；18齿轮一；19隔板；20料筒拉板；21电动机；22料筒固定架；23料筒。
具体实施方式
27.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
28.本实用新型的目的是提供一种双螺杆粉末颗粒3d打印机，以解决上述现有技术存在的问题，无需制备丝材，可直接通过对塑料及其复合材料颗粒进行混炼、熔融、塑化、排气以提高颗粒3d打印机的打印精度，可直接加工粉末和颗粒塑料及其复合材料，解决了目前市面上的熔融沉积式(fdm)3d打印机需制备丝材以及颗粒3d打印机无法打印粉末材料的问题。
29.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
30.如图1-图2所示，本实用新型提供一种双螺杆颗粒粉末3d打印机，包括
31.料筒23，料筒23包括密封拼合的左料筒和右料筒，左料筒和右料筒上分别连通有进料机构；以及
32.螺杆15，螺杆15包括分别设置于左料筒和右料筒内且结构相同的左螺杆和右螺杆，左螺杆和右螺杆相互啮合且做相对方向的旋转运动；以及
33.料筒拉板20，料筒拉板20包括左料筒拉板和右料筒拉板，左料筒和右料筒的顶部分别焊接有左料筒拉板和右料筒拉板；以及
34.隔板19，隔板19包括左隔板和右隔板，左料筒拉板和右料筒拉板上分别安装有左隔板和右隔板，左螺杆和右螺杆的驱动机构安装在隔板19上；以及
35.加热器，加热器包括加热线圈，在料筒23的外侧裹有加热线圈，加热圈线与料筒23之间留有间隙；以及
36.喷头9，料筒23的下端面以螺钉连接有喷头固定板8，喷头9以螺纹旋在喷头固定板8上，根据送料速度和颗粒大小可选择不同直径的喷头9；以及
37.外料筒6，料筒23的外侧套设有外料筒6，外料筒6的外周安装在打印机的机架上并在打印机的驱动下进行打印喷料。
38.本实用新型螺杆15为双螺杆，左螺杆和右螺杆分别在两个电动机21的带动下做相对方向的旋转运动，从而将物料向料筒23下端(喷头9端)输送。
39.螺杆15总长为20-25mm，太短不利于物流混炼，太长会使整个喷头9装置过大、重量加重，从而影响运动精度，螺杆15直径不小于8mm，以保证足够的刚度。左螺杆和右螺杆均由三段组成，螺杆15从上向下依次为加料段、压缩段和熔融段，且三段的螺槽宽度和深度逐渐减小，尺寸范围分别为：2-3mm，1-2mm；1-2mm，0.5-1mm；0.3-1mm，0.2-0.5mm。三段过渡区均削去1/2圈螺纹，以便于让物流在过渡区稍微松弛，以便于排出物流中夹杂的空气。螺杆15
螺纹从外向内做成微小弧度，且螺纹表面小圆角过渡，以便于物料输送，且不至于剪切摩擦过大，从而导致物流过早熔融或降解。
40.左螺杆和右螺杆及它们的固定驱动装置均一样，故此只表述其中一个。螺杆固定端为圆柱体，其中一面为平面，外面套有轴承和齿轮三16。由电动机21依次驱动齿轮一18和齿轮二17从而使得齿轮三16向内做旋转运动。齿轮以18和齿轮二17放置在隔板19上端，其中齿轮一18装配在电动机21的输出轴上，齿轮二17通过卡轴14固定在隔板19上，齿轮二17可绕卡轴14做旋转运动。
41.隔板19用螺钉固定在料筒拉板20上，料筒拉板20以焊接的方式与料筒23连接。在隔板19的顶面安装有密封盖13，密封盖13分为左密封盖和右密封盖，左密封盖和右密封盖分别安装在左隔板和右隔板的顶部，且密封盖13将卡轴14和齿轮均罩设在内部，左密封盖和右密封盖的搭接处有重合区域，保证在隔板的两个档位移动过程中，两侧的密封盖之间不留空隙。隔板19上面开设有a、b两个档位(相当于两组连接孔)，初始时隔板19的左右两半完全闭合，左隔板与右隔板的配合面以凹槽和凸块相配合，此时通过隔板19的a档位与料筒拉板20连接，料筒23左右两半距离最小，左螺杆和右螺杆间距最小。将左隔板和右隔板向两边拉开，此时通过隔板19的b档位与料筒拉板20连接，料筒23左右两半距离最大，左螺杆和右螺杆间距最大。大间距易于打印直径较大的颗粒料，小间距适合粉末材料打印。本领域的技术人员可根据需要设置可调范围的大小。
42.料筒拉板20和料筒23均由左右两半拼合而成，两半的配合面采用阶梯状凸凹结构。料筒23上端穿过外料筒6上端面的孔，并以料筒固定架22与外料筒6的上端面连接固定。
43.料筒23的左右侧面开设有进料口，通过进料口连接器15与加料软管1连接，进料口连接器15内孔下端面做成45度斜面，以便物流加入，且可防止物流滞留在加料口。加料软管1的另一端连接有较大口径的料斗，以便加料。
44.外料筒6周向设有一个平面，采用螺钉固定在x轴方向的滑块上，由滑块带着整个喷头装置做x方向运动。滑块上设有两组(每组3个，上面2个，下面1个)滚轮，x轴设有皮带，皮带穿过滚轮中间，在电机的驱动下，带动滚轮及滑块沿着x轴的滑槽导轨滑动，做x方向运动。x轴的导轨为双导轨，以提高x轴的运动精度。整个x轴两端搭在y轴的滑架上，并以直线导轨的形式做y方向的运动，z方向的运动由电机驱动丝杠，驱动工作台来实现。
45.在料筒23外侧裹有加热线圈，为便于调整料筒23的直径大小，加热线圈与料筒23之间保持一定距离(大于料筒23的可调范围)。加热线圈为电感应加热，只加热线圈内的塑料。与螺杆的三段设置相对应，加热线圈分为上部加热线圈5和下部加热线圈7，加热线圈由上至下逐渐变密，加热温度由上向下越来越高。加热线圈外侧设有隔热套筒，以保护感应线圈，同时防止加工时的烫伤。隔热套筒采用陶瓷材料制成，以起到隔热作用。
46.在料筒23中下段的左右两侧各设置有一个陶瓷限位隔片4，以螺钉连接，一是便于定位a、b两个位置，二是可以和料筒拉板20一起向外拉动将料筒23和螺杆15由位置a拉至位置b。在隔热护套上同样设置有拉板3，其位置与陶瓷限位隔片4相对应，拉板3穿过隔热护套，与陶瓷限位隔片4相配合。
47.隔热护套外侧安装有风扇一12，其风口对着加料口送风，以防止来自料筒23、左螺杆和右螺杆的热量软化加料口的塑料，导致加料口堵塞。喷头固定板板8的外侧安装有风扇二11，风扇二11与喷头引风10连通用于为喷头9处进行引风及喷射角度调整。
48.料筒23下端面以螺钉连接有喷头固定板8，其内孔为上大下小的锥孔，上锥孔的直径大于料筒23的直径，喷头固定板8下端口的直径与喷头9的外径相同，喷头9以螺纹旋在喷头固定板8上，喷头9的挤丝直径介于0.2-1.0mm之间，可根据送料速度和颗粒大小选择不同直径的喷头9。
49.本实用新型提出的双螺杆颗粒粉末3d打印机通过对料筒23直径、螺杆15配合间隙进行调节，既可实现颗粒状塑料打印，又可打印小于0.5mm的粉末状塑料，解决了目前丝材3d打印机需要制丝、以及颗粒3d打印机无法打印粉末材料的问题。本实用新型提出的双螺杆颗粒3d打印机不需制备丝材，既可打印颗粒状塑料、也可打印直径小于0.5mm的粉末状塑料及其复合材料。
50.需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
51.本实用新型中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

技术特征：
1.一种双螺杆颗粒粉末3d打印机，其特征在于：包括料筒，所述料筒包括密封拼合的左料筒和右料筒，所述左料筒和右料筒上分别连通有进料机构；以及螺杆，所述螺杆包括分别设置于左料筒和右料筒内且结构相同的左螺杆和右螺杆，所述左螺杆和右螺杆相互啮合且做相对方向的旋转运动；以及料筒拉板，所述料筒拉板包括左料筒拉板和右料筒拉板，所述左料筒和右料筒的顶部分别焊接有所述左料筒拉板和右料筒拉板；以及隔板，所述隔板包括左隔板和右隔板，所述左料筒拉板和右料筒拉板上分别安装有左隔板和右隔板，所述左螺杆和右螺杆的驱动机构安装在所述隔板上；以及加热器，所述加热器包括加热圈，在所述料筒的外侧裹有所述加热圈，所述加热圈与料筒之间留有间隙；以及喷头，所述料筒的下端面以螺钉连接有喷头固定板，所述喷头以螺纹旋在所述喷头固定板上，根据送料速度和颗粒大小可选择不同直径的所述喷头；以及外料筒，所述料筒的外侧套设有外料筒，所述外料筒的外周安装在打印机的机架上并在打印机的驱动下进行打印喷料。2.根据权利要求1所述的双螺杆颗粒粉末3d打印机，其特征在于：所述左螺杆的总长为20-25mm，且左螺杆的直径不小于8mm。3.根据权利要求1所述的双螺杆颗粒粉末3d打印机，其特征在于：所述左螺杆和右螺杆均由三段组成，所述左螺杆上从上向下依次为加料段、压缩段和熔融段，且三段的螺槽宽度和深度逐渐减小；加料段、压缩段和熔融段左螺杆的宽度尺寸范围分别为2-3mm、1-2mm和0.3-1mm；加料段、压缩段和熔融段左螺杆的深度尺寸范围分别为1-2mm、0.5-1mm和0.2-0.5mm；所述左螺杆上相邻两段的过渡区均削去1/2圈螺纹。4.根据权利要求1所述的双螺杆颗粒粉末3d打印机，其特征在于：所述左螺杆的顶部固定端外侧套有轴承和齿轮，所述左螺杆外侧的齿轮与电动机一传动连接；所述右螺杆的顶部固定端外侧也套有轴承和齿轮，所述右螺杆外侧的齿轮与电动机二传动连接。5.根据权利要求1所述的双螺杆颗粒粉末3d打印机，其特征在于：所述隔板用螺钉安装在所述料筒拉板上，所述左隔板与右隔板的配合面以凹槽和凸块相配合，所述左隔板与右隔板的相对位置可调；所述左料筒拉板和右料筒拉板的配合面以阶梯状凸凹结构相配合，所述左料筒拉板和右料筒拉板的相对位置可调；所述左料筒和右料筒的配合面以阶梯状凸凹结构相配合，所述左料筒和右料筒的相对位置可调。6.根据权利要求1所述的双螺杆颗粒粉末3d打印机，其特征在于：所述左料筒的侧面开设有进料口，所述进料口通过进料口连接器与加料软管连接，所述进料口连接器的内孔下端面做成45度斜面，所述加料软管的另一端连接有料斗。7.根据权利要求1所述的双螺杆颗粒粉末3d打印机，其特征在于：所述料筒的上端穿过外料筒上端面的孔并以料筒拉板的下表面与外料筒的上端面连接固定。8.根据权利要求3所述的双螺杆颗粒粉末3d打印机，其特征在于：所述加热圈为电感应加热，且所述加热圈与所述螺杆的三段设置相对应，所述加热圈的密度由上至下逐渐变密，加热温度由上向下逐渐增高。9.根据权利要求1所述的双螺杆颗粒粉末3d打印机，其特征在于：所述加热圈的外侧设
有隔热套筒，所述隔热套筒采用陶瓷材料制成。

技术总结
本实用新型公开一种双螺杆颗粒粉末3D打印机，包括料筒、螺杆、料筒拉板、隔板、加热器、喷头和外料筒，料筒内设置双螺杆，将颗粒或粉末材料通过料斗加入，再经过加料软管进入料筒，由于从加料口到喷头一直建立的压力，随着螺杆的旋转，物料不断向喷头方向输送，在螺杆的剪切摩擦和料筒外加热器共同作用下，物料逐渐熔融塑化，并通过喷头挤出到工作台上。该打印机的料筒和螺杆设置了内外两个安装位置，以此来调节两根螺杆之间的距离，从而实现打印颗粒状塑料和粉末状材料的目的。粒状塑料和粉末状材料的目的。粒状塑料和粉末状材料的目的。


技术研发人员：宋小辉 覃海定 韦沛新 吴远震 杨政炜 王明干 黄周平
受保护的技术使用者：桂林航天工业学院
技术研发日：2023.04.18
技术公布日：2023/8/8