一种高速FDM 3D打印机和打印方法技术

本发明专利技术公开了一种高速FDM 3D打印机和打印方法，属于3D打印机技术领域。其包括壳体，壳体内设置可沿着壳体竖直方向上、下移动的横杆，在壳体内底部设置可以顺时针或逆时针转动的工作平台，在所述横杆上设置可以沿着该横杆左、右移动的挤出头装置，替换传统的绝对值坐标而用极坐标的新算法程序实现3D打印，挤出头包括料筒，在料筒内设置螺杆，该螺杆的进料口处设置斜齿，斜齿为动刀与料筒进料口处的静刀相配合用于将线条切成小颗粒方便螺杆熔化挤出，并采用低温气体对模型进行迅速冷却定型。本技术方案解决了现有3D打印机挤出头容易发生料粒堵塞的问题，同一套设备可实现塑料、橡胶、树脂、陶瓷粘土等流体材料的使用，使FDM 3D打印成品速率成倍提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及3D打印机
，尤其是涉及一种高速FDM3D打印机的。本专利技术还涉及一种打印方法，尤其是涉及一种结合旋转运动和直线运动而实现的3D打印方法。
技术介绍
3D打印并非是新鲜的技术，这个思想起源于19世纪末的美国，并在20世纪80年代得以发展和推广。中国物联网校企联盟把它称作“上上个世纪的思想，上个世纪的技术，这个世纪的市场”。三维打印通常是采用数字技术材料打印机来实现。这种打印机的产量以及销量在二十一世纪以来就已经得到了极大的增长。3D打印是目前一种被广泛应用的快速成型技术，其成型工艺原理是:首先建立目标零件的计算机三维模型，然后用软件将三维模型进行分层切片处理，得到每一个加工层面的数据信息，在计算机控制下，根据切片层面信息进行叠层增材制造，完成目标加工的制造。3D打印的优势在于不受零件形状复杂程度的限制，不需要任何的工装模具，速度快，效率高，能够实现自由形状实体的自动化制造，正在受到越来越广泛的重视。3D打印机即快速成型技术的一种机器，特别是桌面级3D打印机由于其价格低廉易用，得到了相当程度的普及。但用户在使用过程中经常遇到的问题也很多，例如制作模型耗时特别长，成功率较低，有相当DIY机器不成熟，线材线径不稳定，操作人员的熟练程度等等原因，很多用户使用3D打印过程并不获得很愉快的经历，这也在很大程度上限制了 3D打印的普通和推广，一方面成交的现有客户没有积极在推动这项事业，另一方面厂家也在很努力去开发一些陌生用户进到3D打印行业了解。相对于很多用户不知道拿3D打印做什么而言，3D打印技术存在的问题急需解决，其中最让人难以接受的“太慢”的成型效率，FDM类3D打印机打一个300克重的模型需要耗时长达30小时，过慢的速度成为专家评论是否符合为工业4.0中所述的高速高效率的概念 “工业4.0”项目主要分为两大主题，一是“智能工厂”，重点研究智能化生产系统及过程，以及网络化分布式生产设施的实现；二是“智能生产”，主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用等 现有的3D打印机，包括FDM，SLS, SLA, DLP等，都存在3D打印效率低，成型速度慢的特点。FDM类3D打印机以塑料丝为打印材质，通过齿轮挤压，由于塑料在受温条件下会达到软化点和熔化点，为了使其更好的挤压受下往下塑化流动，FDM挤出机的整个通道有很好的冷却通道，避免因为喷嘴高温传热导致塑料丝提前软化而挤压不动，即塑料丝在熔化前最好不要软化。而加热块只在喷嘴的一小部分进行加热，塑料丝受热时间短，受热不充分，挤压速度只能在有限范围提升。即FDM类3D打印挤出机结构受限，通道需要良好的冷却，喷嘴加热部分非常小，熔融挤出效率难以提升。FDM类3D打印机用的塑料丝熔化挤出打成模型，冷却定型需要一定时间。传统塑料加工时，塑料制品熔融挤出后一般需要很好的冷却方式以使产品快速冷却定型。而FDM3D一般是以常温风扇风冷为主，有的3D打印机将风扇对着加热的喷嘴吹风冷却刚挤出的线条，进一步使熔化挤出效率降低，线条从较冷的喷嘴挤出，再经风扇吹冷再层叠堆积在模型上，但由于风扇是跟着挤出机在移动，风扇风冷对线条只是非常短暂的作用，而线条越积越多在模型上，线条的热历史在模型上越堆越多，而冷却并没作用在模型上，整个模型冷却不好则会持续出现水纹，局部下垂，出线走线有偏差等问题。另外让人头疼的问题就是“堵喷嘴”。堵喷嘴就是使用3打印机制作模型过程中，由于种种原因，线材卡在喷嘴喉管不下料，机器还在运转，但模型打到某个程度就再也没有进展，这对于一个耗时少则几个小时，多则几天，甚至I个月的模型，会对使用者对3D打印非常懊恼和失望。虽然有些厂家可以加进“断电续打”，“堵头停机，续打”的功能，也只是事后弥补，治标不治本。3D打印耗材线材生产过程中，很多厂家不能从根本上制线径的100%达标，特别是直径为1.75mm的线材，线径小，出料量少，挤出效率低，更不能像挤出异形材一样增加真空冷却定型的模具装置(否则效率会更低)，成本高。而且3D打印耗材的塑胶边角料也不好回收，直接添加边角料和新料混合从挤出机挤出时，线条表面的突点超过机器容许上偏差的概率极高，几乎每隔I米就有几个突点。由于国内的恶性价格竞争和中间商压价，导致本来高价的3D打印耗材价格直线下降，非常低的利润下，工厂无力投资新装置做优质产品，而3D打印的用户频频使用到堵喷嘴的线材叫苦不喋。主流的3D打印机使用的都是电机齿轮夹紧线材通过喉管熔融进到喷嘴挤出成型，喉管通道的直径一般为1.9-2.0mm,由于线材在挤出电机和齿轮处会有一定压扁，在压扁处轴向直径会变大，进入喉管时如果线径一旦大于可容许上偏差就会卡死在此处.有的3D打印机用铁氟龙材料作喉管相对可容纳范围大一点，而如果用铁管或不锈钢管则非常严格。一旦轻微短暂的卡料，电机齿轮处会继续转动，咬和处将线材磨扁磨细，直至“咬断”。中国专利申请号为201410252767.3的专利技术专利申请，公开了这样的一种技术:包括壳体、挤出机构、升降机构、工作平台和滑轨，所述工作平台通过滑轨安装于壳体内的下部，所述挤出机构通过升降机构安装于壳体内，且所述挤出机构位于工作平台上方；所述挤出机构包括机筒、电机、加料斗和至少一根螺杆，所述机筒包含输送部、过渡部和挤出部，所述输送部、过渡部和挤出部自物料移动方向依次连接；所述输送部和电机均安装于升降机构，所述螺杆安装于输送部的内腔，且所述螺杆的一端与电机的转轴连接，所述加料斗安装于输送部上。该技术也是用的单螺杆作为3D打印机内的输送重要组件，但并未说明此螺杆构造，基本是照抄普通塑料加工螺杆挤出机结构搬到3D打印机上，有如下缺陷: (1)此结构的喂料处是用的是料斗半连续化进料方式，使用的材料一般是颗粒状而非线条状； (2)此3D打印机未说明大小，如果是桌面级的机器，对电机扭矩要求较高，机器设备将会比较庞大，不一定适合桌面级的小型化要求，如果是大型的机器，其在XYZ方向上的运动类似于是做房子； (3)该挤出机在靠近工作平台的弯角设计有和常理不符，普通塑料挤出机在没有螺杆挤出推动的空间再从较小出口喷嘴出来阻力会非常大；(4 )此挤出机仅由单边的固定方式，其移动时晃动会比较大，3D打印对挤出细丝高精确走位要求不符合，难以实现3D打印模型准确输出。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提出一种螺旋杆挤出头，其目的是解决现有3D打印机挤出头容易发生料粒堵塞的问题，并提高FDM3D打印成品速率。为了解决上述的技术问题，本专利技术提出的基本技术方案为:一种高速FDM 3D打印机，包括壳体，壳体内设置一可沿着壳体竖直方向上、下移动的横杆，在壳体内底部设置一可以360°转动的工作平台，在所述横杆上设置一可以沿着该横杆左、右移动的挤出头； 所述挤出头包括料筒，在料筒内设置一螺杆，所述螺杆的上部外周侧设置斜齿，该斜齿转动时所在的曲面正对进料口。进一步的，所述斜齿与螺杆的轴向成一角度设置，该角度范围是1°至90°。进一步的，所述斜齿为渐开线式斜齿，所述斜齿的模数Zm为0.1-20,分度圆直径为 5~20mm。进一步的，所述进料口处设置有一静刀，该静刀与斜齿正对并配合实现对线料的切粒。进一步的，所述进料口处套接有第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高速FDM 3D打印机，包括壳体，其特征在于：壳体内设置一可沿着壳体竖直方向上、下移动的横杆，在壳体内底部设置一可以360°转动的工作平台，在所述横杆上设置一可以沿着该横杆左、右移动的挤出头；    所述挤出头包括料筒，在料筒内设置一螺杆，所述螺杆的上部外周侧设置斜齿，该斜齿转动时所在的曲面正对进料口。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴景阳，
申请(专利权)人：吴景阳，
类型：发明
国别省市：广东;44