一种双层共挤发泡材料的3D打印装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术针对3D打印无法直接进行塑料泡沫材料的快速成型问题，发明专利技术了一种双层共挤发泡材料的3D打印装置，实现材料的发泡挤出和3D打印成型一次完成。采用共挤工艺挤出丝状发泡材料，主体材料挤出发泡、熔点较高，表面材料不发泡熔点较低；丝状发泡材料分层打印时由加热装置进行定向加热熔接，加热温度低于主体材料的熔点，但稍高于表面材料的熔点。打印装置主要包括机架、挤出装置、工作台装置和显示控制屏，挤出装置竖向安装，通过电机带动螺杆转动，驱动挤出装置的升降运动。工作台装置实现打印台面的X和Y向运动。打印头头部安装有打印丝裁断装置，清除由于惯性挤出产生乱丝。本实用新型专利技术装置可适用于塑料发泡材料的3D打印成型。

A 3D printing device for double extrusion foamed material

【技术实现步骤摘要】
一种双层共挤发泡材料的3D打印装置
本技术涉及3D打印，主要涉及塑料发泡材料的3D打印装置，特别涉及到一种双层共挤发泡材料的3D打印装置。
技术介绍
塑料泡沫是易碎物品内填充的主要材料，主要有EPS(发泡聚苯乙烯)和EPE(发泡聚乙烯)。EPS通常采用两步法成型，即先制备EPS颗粒进行预发，再将预发的颗粒抽入成型模具中加热成型，从而形成包装衬垫；EPE由低密度聚乙烯(LDPE)配合辅助材料滑石粉、单甘脂和液化丁烷气挤出发泡形成，通常首先得到挤出发泡10mm左右厚度的片材，再进行多层复合、模切和粘合，最后形成包装衬垫，期间需要制作模切板对板材进行模切。这两种材料都是传统的成型工艺，各有优缺点，但都难于在无模具或模切板的条件下直接制成缓冲包装结构。3D打印(3DP，ThreeDimensionalPrinting)是目前最为流行快速成型技术，它以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体。在3D打印工艺中，FDM(熔融沉积成型)是最为普遍、价格最低的一种三维打印成型工艺，将预制的连续丝状材料在喷头内加热熔化，同时喷头按设定轨迹进行运动，熔融挤出后的材料与周围的材料粘结固化，即形成3D打印模型。常用的FDM打印材料有ABS和PLA，这些打印材料本身都为实心结构，还未发现直接采用泡沫多孔材料进行3D打印的报道。技术专利(CN205416379U，201620132256.2一种可升降的3D打印泡沫填充装置，2016.08.03)设计了一种可升降的3D打印泡沫填充装置，该装置可同时填充固体小球和液体泡沫材料，其中固体小球直接与包装箱接触，避免打印液体泡沫与包装箱粘接，其他部位直接用液体泡沫填充成型并将固体小球固定，成型后再用铣削刀具进行切割成型，最终形成所需要的包装内填充结构。该专利名为3D打印，实际在打印过程中需要通过包装箱对打印边界进行限位，完成后还需要再次经过机加工才能形成包装内填充结构，非真正的3D打印。专利技术专利(CN103692653B，201310719206.5，熔体微分三维打印机2015.08.26)专利技术了一种直接将塑料颗粒料进行熔融打印的装置，通过组合微注塑机塑化装置以及针阀式热流道装置实现定量式、间歇式的熔体微滴喷射精确堆积。该装置避免了FDM打印工艺需要提前预制丝状材料的步骤，可直接在微注塑机塑化装置中进行打印材料的配方调整，提高了打印材料配方改进可靠性验证的效率，同时减少了打印材料的加热熔融制丝过程，避免了制丝加热熔融导致的物料老化和降解。但该装置无法实现对塑料泡沫材料的3D打印。综上现有的3D打印技术无法直接进行塑料泡沫材料的应用快速成型，在泡沫材料模型制作时还需要采用雕刻、粘贴等工艺才能完成，限制了包装模型的快速验证。
技术实现思路
本技术针对现有的3D打印技术无法直接进行塑料泡沫材料的应用快速成型问题，设计了一种双层共挤发泡材料的3D打印装置，实现材料的发泡挤出和3D打印成型一次完成。装置采用双层共挤发泡材料3D打印方法，主体材料挤出发泡、熔点较高，表面材料不发泡熔点较低；挤出的丝状发泡材料按照挤出头的高度和打印平台的移动顺序进行排列，排列过程中挤出装置头部的红外加热装置定向对挤出的丝状物料及其接触部位已打印结构进行加热熔接，加热装置的加热温度低于主体材料的熔点，但稍高于表面材料的熔点，保证定向照射处接触的丝状发泡材料通过表面材料互相熔接。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种双层共挤发泡材料的3D打印装置，主要包括机架(1)、挤出装置(2)、工作台装置(3)和显示控制屏(17)，在机架的顶部安装有料筒A(10)、发泡剂加入装置(11)、抗缩剂加入装置(12)和料筒B(13)；挤出装置(2)竖向安装，通过其上的升降导杆(53)与机架(1)横梁上的升降臂(20)、螺杆(16)、电机A(15)和悬臂(21)固定，升降臂(20)与螺杆(16)连接处为螺纹配合；料筒A(10)通过管C(19)与挤出装置(2)上的进口B(57)连接，料筒B(13)通过管D(22)与挤出装置(2)上的主进料口(54)连接，发泡剂加入装置(11)通过管B(18)与挤出装置(2)上的进气口(56)连接，抗缩剂加入装置(12)通过管A(14)与挤出装置(2)上的进口A(55)连接；打印时挤出装置(2)Z向运动，工作台装置(3)实现打印台面的X和Y向运动。所述的工作台装置(3)由导杆A(33)、同步皮带(34)、带扣滑动连接件(35)、滑杆A(36)、电机B(37)、滑动固定装置A(38)、滑动固定装置B(39)、打印台面(40)、滑杆B(41)、导杆B(42)和同步带轮(43)组成，安装于机架(1)的立柱(31)和横杆(32)上；将滑动固定装置A(38)和滑动固定装置B(39)分别安装于滑杆A(36)和滑杆B(41)上，将打印台面(40)固定于滑动固定装置A(38)和滑动固定装置B(39)上；将带扣滑动连接件(35)分别安装于导杆A(33)和导杆B(42)上，将两对导杆A(33)和导杆B(42)利用立柱支座在立柱(31)的内侧面固定；将电机B(37)和同步带轮(43)安装于立柱(31)的内侧，将同步皮带(34)分别与电机B(37)和同步带轮(43)配合并与带扣滑动连接件(35)固定，在机架的四个方向分别进行安装。所述的挤出装置(2)主要由挤出电机(51)、挤出套筒(52)、升降导杆(53)、主进料口(54)、进口A(55)、进气口(56)、进口B(57)、挤出头(58)、伺服电机装置(59)和加热裁断装置(60)组成，其中挤出电机(51)带动挤出装置(2)的螺杆转动，挤出套筒(52)实现对物料的分段加热和降温，升降导杆(53)用于挤出装置(2)在机架(1)上的安装；主进料口(54)为聚乙烯颗粒料的进料口；进口A(55)为单甘酯液体进口；进气口(56)发泡气体丁烷进口；进口B(57)为表面料进口；挤出头(58)漏斗形结构；伺服电机装置(59)控制加热裁断装置(60)的运动。所述的挤出装置(2)通过料筒A(10)、发泡剂加入装置(11)、抗缩剂加入装置(12)和料筒B(13)分别加入表面材料、发泡剂、抗缩剂和主体材料，打开设备电源进行挤出装置(2)预热，预热到主体材料加工温度之前，将打印分层文件通过显示控制屏(17)导入设备，挤出装置(2)的挤出头(58)挤出丝状材料。所述的丝状材料离开挤出头(58)即冷却定形，在挤出装置(2)的端部安装有加热裁断装置(60)，根据打印台面(40)在X和Y向的移动方向，系统控制与其运动方向相反的两块加热板(77)对材料进行红外加热，加热温度为高于打印丝表面材料的熔点温度，保证表面材料熔融并互相粘合，同时保证打印丝主体材料不发生变形及热收缩。所述的伺服电机装置(59)安装于挤出套筒(52)端部，伺服电机装置(59)包括电机架(71)、电机C(72)、凸轮A(73)和凸轮B(74)，其中电机架(71)直接固定于挤出套筒(52)上，电机C(72)安装于电机架(71)中，凸轮A(73)和凸轮B(74)安装在电机C(72)伸出轴上，其中凸轮A(73)为槽形结构，凸轮B(74)盘形结构。所述的加热裁断装置(60)安装于挤出套筒(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双层共挤发泡材料的3D打印装置，其特征在于：主要包括机架(1)、挤出装置(2)、工作台装置(3)和显示控制屏(17)，在机架的顶部安装有料筒A(10)、发泡剂加入装置(11)、抗缩剂加入装置(12)和料筒B(13)；挤出装置(2)竖向安装，通过其上的升降导杆(53)与机架(1)横梁上的升降臂(20)、螺杆(16)、电机A(15)和悬臂(21)固定，升降臂(20)与螺杆(16)连接处为螺纹配合；料筒A(10)通过管C(19)与挤出装置(2)上的进口B(57)连接，料筒B(13)通过管D(22)与挤出装置(2)上的主进料口(54)连接，发泡剂加入装置(11)通过管B(18)与挤出装置(2)上的进气口(56)连接，抗缩剂加入装置(12)通过管A(14)与挤出装置(2)上的进口A(55)连接；打印时挤出装置(2)Z向运动，工作台装置(3)实现打印台面的X和Y向运动。

【技术特征摘要】
1.一种双层共挤发泡材料的3D打印装置，其特征在于：主要包括机架(1)、挤出装置(2)、工作台装置(3)和显示控制屏(17)，在机架的顶部安装有料筒A(10)、发泡剂加入装置(11)、抗缩剂加入装置(12)和料筒B(13)；挤出装置(2)竖向安装，通过其上的升降导杆(53)与机架(1)横梁上的升降臂(20)、螺杆(16)、电机A(15)和悬臂(21)固定，升降臂(20)与螺杆(16)连接处为螺纹配合；料筒A(10)通过管C(19)与挤出装置(2)上的进口B(57)连接，料筒B(13)通过管D(22)与挤出装置(2)上的主进料口(54)连接，发泡剂加入装置(11)通过管B(18)与挤出装置(2)上的进气口(56)连接，抗缩剂加入装置(12)通过管A(14)与挤出装置(2)上的进口A(55)连接；打印时挤出装置(2)Z向运动，工作台装置(3)实现打印台面的X和Y向运动。2.根据权利要求1所述的一种双层共挤发泡材料的3D打印装置，其特征在于：工作台装置(3)由导杆A(33)、同步皮带(34)、带扣滑动连接件(35)、滑杆A(36)、电机B(37)、滑动固定装置A(38)、滑动固定装置B(39)、打印台面(40)、滑杆B(41)、导杆B(42)和同步带轮(43)组成，安装于机架(1)的立柱(31)和横杆(32)上；将滑动固定装置A(38)和滑动固定装置B(39)分别安装于滑杆A(36)和滑杆B(41)上，将打印台面(40)固定于滑动固定装置A(38)和滑动固定装置B(39)上；将带扣滑动连接件(35)分别安装于导杆A(33)和导杆B(42)上，将两对导杆A(33)和导杆B(42)利用立柱支座在立柱(31)的内侧面固定；将电机B(37)和同步带轮(43)安装于立柱(31)的内侧，将同步皮带(34)分别与电机B(37)和同步带轮(43)配合并与带扣滑动连接件(35)固定，在机架的四个方向分别进行安装。3.根据权利要求1所述的一种双层共挤发泡材料的3D打印装置，其特征在于：挤出装置(2)主要由挤出电机(51)、挤出套筒(52)、升降导杆(53)、主进料口(54)、进口A(55)、进气口(56)、进口B(57)、挤出头(58)、伺服电机装置(59)和加热裁断装置(60)组成，其中挤出电机(51)带动挤出装置(2)的螺杆转动，挤出套筒(52)实现对物料的分段加热和降温，升降导杆(53)用于挤出装置(2)在机架(1)上的安装；主进料口(54)为聚乙烯颗粒料的进料口；进口A(55)为单甘酯液体进口；进气口(56)发泡气体丁烷进口；进口B(57)为表面料进口；挤出头(58)漏斗形结构；伺服电机装置(59)控制加热...

【专利技术属性】
技术研发人员：温时宝，李思聪，徐国栋，伍思林，祝文静，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：新型
国别省市：山东,37