一种柔性丝材熔融沉积增材制造的进丝机构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种柔性丝材熔融沉积增材制造的进丝机构,属于3D打印技术领域。本实用新型专利技术解决了现有熔融沉积法3D打印的进丝机构，在打印相对较软的柔性材料时易产生缠丝、绕丝现象的问题。本实用新型专利技术的进丝机构将主动齿轮和从动齿轮分别采用过盈配合或者固定螺栓进行精确定位，主动齿轮和从动齿轮之间设置有喉管，喉管顶面不低于主动齿轮的下边缘，喉管由绝热材料制成，喉管下部可拆卸连接有储料器，储料器底部靠近喉管设置有进料口，储料器底部可拆卸连接有喷嘴，喷嘴的顶部与储料器的进料口连通。本实用新型专利技术使得TPU等柔性材料在常见的熔融沉积法3D打印机器上避免缠丝、绕丝现象的发生，使得柔性材料的3D打印可以顺利进行。柔性材料的HA可以低至60仍能正常打印。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性丝材熔融沉积增材制造的进丝机构
本技术属于3D打印
；涉及一种柔性丝材熔融沉积增材制造的进丝机构；具体涉及一种TPU柔性材料增材制造技术的进丝机构，能够解决TPU柔性材料在熔融沉积法增材制造技术打印过程中的缠丝、绕丝现象，保证打印过程顺利进行。
技术介绍
目前，公知的熔融沉积法3D打印进丝机构(参见图3)，主要是由电机带动的主动齿轮21，弹簧25，从动齿轮27，以及相应的支架构成，这种结构的进丝机构，针对ABS、PLA质地较硬的材料，可以正常工作，而在打印相对较软的柔性材料时，比如TPU材料，则很容易发生缠丝、绕丝现象，造成打印中断。同时弹簧27在连续的工作状态下，弹力慢慢发生变化，造成进丝工作中主动齿轮和从动齿轮对丝材的咬合力发生变化，机器工作状态不稳定。
技术实现思路
本技术要解决现有熔融沉积法3D打印的进丝机构，在打印相对较软的柔性材料时易产生缠丝、绕丝现象的问题，提供了一种柔性丝材熔融沉积增材制造的进丝机构。本技术消除了发生缠丝、绕丝的空间，并依据质量守恒定律，推导出齿轮旋转角速度和机器喷头运动速度、打印层厚等参数之间的数理关系，消除打印过程中产生缠丝、绕丝的驱动力，从根本上解决问题，从而实现了熔融沉积法3D打印TPU等柔性材料。为解决上述技术问题，本技术的柔性丝材熔融沉积增材制造的进丝机构包括主动齿轮3、从动齿轮4和喷嘴6，主动齿轮3与从动齿轮4之间保留有间隙，且主动齿轮3和从动齿轮4对称设置在支架7上，主动齿轮3和从动齿轮4之间间隙的正下方设置有喷嘴6，该进丝机构还包括主动齿轮固定外壳1、从动齿轮固定外壳2和喉管5，主动齿轮固定外壳1和从动齿轮固定外壳2对称固定安装在支架上，主动齿轮3和从动齿轮4之间设置有喉管5，喉管5顶面不低于主动齿轮的下边缘，喉管5由耐热材料制成，喉管5下部可拆卸连接有储料器8，储料器8的底面与喉管5的底面平齐，储料器8底部靠近喉管5设置有进料口9，储料器8底部可拆卸连接有喷嘴6，喷嘴6的顶部与储料器8的进料口连通。上述动齿轮3与从动齿轮4之间间隙的间隙值为所打印丝材直径的0.5～1倍。所述喉管5顶面与主动齿轮3和从动齿轮4的下边缘之间的距离不大于所打印丝材直径的1～2倍。所述喉管5是由聚四氟乙烯或陶瓷材料加工成的；避免柔性丝材进一步受热软化，隔绝热量传导。主动齿轮3与从动齿轮4与支架7之间的安装方式：主动齿轮3过盈配合安装支架7上，从动齿轮4通过固定螺栓链接且固定安装在支架7上；或者主动齿轮3通过固定螺栓链接且固定安装支架7上，从动齿轮4过盈配合安装在支架7上；或者主动齿轮3通过过盈配合安装支架7上，从动齿轮4过盈配合安装在支架7上；或者主动齿轮3通过固定螺栓链接且固定安装支架7上，从动齿轮4通过固定螺栓链接且固定安装在支架7上，采用上述安装方式将主动旋转齿轮固定安装在进丝机构的固定端，一方面可以增加机构的相对定位精度，从而保证其外轮半径位置和进丝路径的位置精度；进而TPU丝材在FDM打印过程中，必须，也只能，按着进丝机构所预设的路径进行走丝，从外界空间上消除了缠丝的可能，另一方面，最为重要的，消除了可能缠丝的发生空间，依靠进丝机构的外力，保证FDM打印工作的顺利实施。在主动齿轮固定外壳1、从动齿轮固定外壳2上与主动齿轮3和从动齿轮4安装位置相对的侧壁上开口，开口的右侧设置风扇；采用在密封壳体上开口的方式，让进丝机构外部的冷却风扇直接作用在柔性丝材上面，以降低进丝机构下端喷嘴可能传递热量导致的齿轮温升，增加冷却效果，降低电阻元件加热带来的柔性丝材温度上升造成的软度增加的可能。所打印丝材进丝的主动齿轮角速度ω为：其中Φs为喷嘴6直径，Φg为主动齿轮3和从动齿轮4的外直径，Φl为所打印丝材的直径，v为喷嘴6运动速度，Δh为喷嘴6打印零件的层厚。所述储料器8的形状是长方体或者圆柱。本技术增加一个喉管装置，消除主动齿轮和从动齿轮与进丝口之间的间隙，使得缠丝、绕丝没有空间可以发生。本技术抛弃原先的弹簧设计，将主动齿轮3和从动齿轮4分别固定在一定尺寸的构件上，通过构件的配合，控制主动、从动齿轮之间的间隙，从而更精准地控制柔性丝材的进丝过程，提高设备的工作稳定性。本技术将进丝机构设计为密封结构，隔绝外部环境，如灰尘、颗粒等对进丝机构的影响，实现精准进丝。本技术取消手动按压式进丝，改为由主动齿轮3旋转带动进丝，减少进丝机构的人为操作，增加设备稳定性。本技术可以使得TPU等柔性材料在常见的熔融沉积法3D打印机器上避免缠丝、绕丝现象的发生，使得柔性材料的3D打印可以顺利进行。柔性材料的HA可以低至60，还可以正常打印，对现有技术中认为硬度值HA低于80打印不能顺利进行是一个极大的突破。附图说明图1是本技术的所述柔性增材制造的进丝机构的结构示意图，图2图1的A-A剖视图，其中箭头表示风向；图1和2中1——主动齿轮固定外壳，2——从动齿轮固定外壳，3——主动齿轮，4——从动齿轮4，5——喉管，6——喷嘴，7——支架，8——储料器；图3是现有技术中进丝机构的结构示意图，图3中21——主动齿轮，22——丝材，23——连接杆，24——压板，25——弹簧，26——支撑板，27——从动齿轮，28——喷嘴，29——喉管。具体实施方式具体实施方式一：下面结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述的柔性丝材熔融沉积增材制造的进丝机构包括主动齿轮3、从动齿轮4和喷嘴6，主动齿轮3与从动齿轮4之间保留有间隙，且主动齿轮3和从动齿轮4对称设置在3D打印的支架7上，间隙值为所打印丝材直径的0.9倍，主动齿轮3和从动齿轮4之间间隙的正下方设置有喷嘴6，该进丝机构还包括主动齿轮固定外壳1、从动齿轮固定外壳2和喉管5，主动齿轮固定外壳1和从动齿轮固定外壳2对称固定安装在支架上，主动齿轮3和从动齿轮4之间设置有喉管5，所述喉管5顶面与主动齿轮3下边缘之间的距离小于所打印丝材直径的1.5倍，喉管5由陶瓷材料制成，喉管5下部通过螺纹连接有储料器8，储料器8的底面与喉管5的底面平齐，储料器8底部靠近喉管5设置有进料口9，储料器8底部通过螺纹连接有喷嘴6，喷嘴6的顶部与储料器8的进料口连通。所述主动齿轮3与从动齿轮4与支架7之间的安装方式：主动齿轮3过盈配合安装支架7上，从动齿轮4通过固定螺栓安装在支架7上。在主动齿轮固定外壳1、从动齿轮固定外壳2上与主动齿轮3和从动齿轮4安装位置相对的侧壁上开孔，开孔的右侧设置风扇。所打印丝材进丝的主动齿轮角速度ω为：其中Φs为喷嘴6直径，Φg为主动齿轮(3)和从动齿轮(4)的外直径，Φl为所打印丝材的直径，v为喷嘴6运动速度，Δh为喷嘴6打印零件的层厚。本实施方式中抛弃了现有技术中的弹簧设计，通过主动齿轮3过盈配合安装支架7上，从动齿轮4通过固定螺栓安装在支架7上，通过构件的配合，控制主动、从动齿轮之间的间隙，从而更精准地控制柔性丝材的进丝过程，提高设备的工作稳定性，并且保证了齿轮半径位置和进丝路径的位置精度，同时消除了可能缠丝的发生空间，从而主动、从动齿轮的相对位置也精确固定，TPU丝材在FDM打印过程中，只能按着进丝机构所预设的路径进行走丝向下进入喷嘴，从外界空间上消除了缠丝的可能，保证FDM打印工作的顺利实施。本实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柔性丝材熔融沉积增材制造的进丝机构，它包括主动齿轮(3)、从动齿轮(4)和喷嘴(6)，主动齿轮(3)和从动齿轮(4)对称设置在3D打印的支架(7)上，且主动齿轮(3)与从动齿轮(4)之间保留有间隙，主动齿轮(3)和从动齿轮(4)之间间隙的正下方设置有喷嘴(6)；其特征在于该进丝机构还包括主动齿轮固定外壳(1)、从动齿轮固定外壳(2)、喉管(5)和储料器(8)，主动齿轮固定外壳(1)和从动齿轮固定外壳(2)对称固定安装在支架(7)上，主动齿轮(3)和从动齿轮(4)之间设置有喉管(5)，喉管(5)顶面不低于主动齿轮的下边缘，喉管(5)由绝热材料制成，喉管(5)下部可拆卸连接有储料器(8)，储料器(8)的底面与喉管(5)的底面平齐，储料器(8)底部靠近喉管(5)设置有进料口(9)，储料器(8)底部可拆卸连接有喷嘴(6)，喷嘴(6)的顶部与储料器(8)的进料口连通。

【技术特征摘要】
1.一种柔性丝材熔融沉积增材制造的进丝机构，它包括主动齿轮(3)、从动齿轮(4)和喷嘴(6)，主动齿轮(3)和从动齿轮(4)对称设置在3D打印的支架(7)上，且主动齿轮(3)与从动齿轮(4)之间保留有间隙，主动齿轮(3)和从动齿轮(4)之间间隙的正下方设置有喷嘴(6)；其特征在于该进丝机构还包括主动齿轮固定外壳(1)、从动齿轮固定外壳(2)、喉管(5)和储料器(8)，主动齿轮固定外壳(1)和从动齿轮固定外壳(2)对称固定安装在支架(7)上，主动齿轮(3)和从动齿轮(4)之间设置有喉管(5)，喉管(5)顶面不低于主动齿轮的下边缘，喉管(5)由绝热材料制成，喉管(5)下部可拆卸连接有储料器(8)，储料器(8)的底面与喉管(5)的底面平齐，储料器(8)底部靠近喉管(5)设置有进料口(9)，储料器(8)底部可拆卸连接有喷嘴(6)，喷嘴(6)的顶部与储料器(8)的进料口连通。2.根据权利要求1所述的一种柔性丝材熔融沉积增材制造的进丝机构，其特征在于喉管(5)顶面与主动齿轮(3)和从动齿轮(4)的下边缘之间的距离不大于所打印丝材直径的1～2倍。3.根据权利要求1所述的一种柔性丝材熔融沉积增材制造的进丝机构，其特征在于所述喉管(5)是由聚四氟乙烯或陶瓷材料加工成的。4.根据权利要求1所述的一种柔性丝材熔融沉积增材制造的进丝机构，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓华，贾国钊，付晓爽，陈晓桐，黄子鸿，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：新型
国别省市：黑龙江,23