一种双材料3D打印挤出装置及其使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种双材料3D打印挤出装置及其使用方法，该装置突破了单一材料3D打印的局限，实现了零件的多材质、多功能的一体化制造。包括支撑结构、搅拌机构、混合腔和两个进料机构；进料机构包括步进电机、料筒、螺杆和料斗；步进电机安装在支撑结构上，料筒一端通过料筒后盖密封，另一端与混合腔连通；螺杆同轴设置在料筒内，螺杆一端穿过料筒后盖与步进电机的输出端连接；料斗固定在料筒上，料斗出料口与料筒内部连通；料筒外壁上设置有第一加热元件；两个进料机构结构相同；搅拌机构用于对混合腔内的物料进行搅拌混合；混合腔底部设置有喷嘴，混合腔内设置有第二加热元件。

A bimaterial 3D printing extrusion device and its application

The invention provides a dual material 3D printing extrusion device and a use method thereof. The device breaks through the limitation of single material 3D printing and realizes the integrated manufacturing of multiple materials and functions of parts. It includes support structure, mixing mechanism, mixing chamber and two feeding mechanisms; the feeding mechanism includes stepping motor, barrel, screw and hopper; the stepping motor is installed on the support structure, one end of the barrel is sealed by the back cover of the barrel, and the other end is connected with the mixing chamber; the screw is coaxially arranged in the barrel, one end of the screw is connected with the output end of the stepping motor through the back cover of the barrel; the hopper is fixed On the barrel, the hopper outlet is connected with the inner part of the barrel; the outer wall of the barrel is provided with a first heating element; the structure of the two feeding mechanisms is the same; the mixing mechanism is used to mix the materials in the mixing chamber; the bottom of the mixing chamber is provided with a nozzle, and the mixing chamber is provided with a second heating element.

【技术实现步骤摘要】
一种双材料3D打印挤出装置及其使用方法
本专利技术属于机械增材制造FDM
，涉及一种双材料3D打印挤出装置及其使用方法。
技术介绍
3D打印(3DP)是一种快速成型技术，它是一种以数字模型文件为基础，利用粒状或者丝状塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。常见有熔融沉积成型技术(FDM)、选择性激光烧结技术(SLS)、立体平板印刷技术(SLA)等技术。其中的FDM技术作为3D打印技术中最常用的成型工艺，挤出头设计对产品品质至关重要。当代社会对产品的功能、性能要求逐渐提高，由均质单一材料制造的零件已难以满足市场需求。目前FDM3D打印机多为单螺杆挤出机构带一个打印头工作，打印材料单一，效率低。3D打印机是一种生产设备，市面上现有的基于FDM的3D打印机主要以丝状的塑料为原材料，而丝状塑料的制备是颗粒状的原料通过挤出机挤出为丝状材料，这个过程的中间成本较高，用户向商家支付的费用偏高。
技术实现思路
针对现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的在于解决上述现有技术中的丝料单挤出头问题，提供一种双材料3D打印挤出装置及其使用方法，该装置突破了单一材料3D打印的局限，实现了零件的多材质、多功能的一体化制造。本专利技术是通过以下技术方案来实现：一种双材料3D打印挤出装置，包括支撑结构、搅拌机构、混合腔和两个进料机构；进料机构包括步进电机、料筒、螺杆和料斗；步进电机安装在支撑结构上，料筒一端通过料筒后盖密封，另一端与混合腔连通；螺杆同轴设置在料筒内，螺杆一端穿过料筒后盖与步进电机的输出端连接；料斗固定在料筒上，料斗出料口与料筒内部连通；料筒外壁上设置有第一加热元件；两个进料机构结构相同；搅拌机构用于对混合腔内的物料进行搅拌混合；混合腔底部设置有喷嘴，混合腔内设置有第二加热元件。优选的，搅拌机构包括搅拌电机、连接轴、轴套和螺旋扇叶，搅拌电机固定于混合腔顶部，螺旋扇叶设置在混合腔内，连接轴的一端与搅拌电机的输出端连接，另一端与螺旋扇叶中心轴的一端连接。进一步的，连接轴外套有轴套。优选的，第二加热元件为热电偶。优选的，第一加热元件为带状电阻加热器。优选的，两个进料机构和混合腔形成Y字型结构。优选的，料斗距混合腔的距离为料筒长度的三分之二。优选的，支撑结构包括固定板和电机支架，步进电机安装在电机支架上，两电机支架通过固定板连接固定。所述的双材料3D打印挤出装置的使用方法，将第一热塑性颗粒料放入一进料机构的料斗中，将与第一热塑性颗粒料材质不同的第二热塑性颗粒料放入另一进料机构的料斗中，两种热塑性颗粒料进入螺杆的螺槽部位，通过步进电机控制螺杆的旋转速度，在螺旋挤压力的作用下，两种热塑性颗粒料沿螺槽向下运动，在第一加热元件的加热作用下，逐渐软化、半熔融、熔融，最后两股料流汇入混合腔中，并在搅拌机构作用下混合均匀，最后从喷嘴挤出用于打印。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术的双材料3D打印挤出装置，设置两个进料机构、一个混合腔和搅拌机构，使用时，可以将两种不同材质的材料分别从两个进料机构投入，在进料机构内加热熔化，然后在两种材料的熔融物汇入混合腔，在混合腔内搅拌机构的作用下，混合均匀，从喷嘴挤出用于打印。本专利技术的双材料3D打印挤出头能够打印两种材料混合的制件，如一种主要材料一种改性材料，或打印两种不同功能的材料，使得打印制件的范围更广泛，打印出的产品使用功能更优更能够满足人们的需求。该装置突破了单一材料3D打印的局限，实现了零件的多材质、多功能的一体化制造。另一方面，本专利技术的装置允许直接投入颗粒料，不需要特意采用线状材料，因此省掉制备丝状材料的工序，节约成本，简化工序。本专利技术的方法，采用两种不同的热塑性颗粒料进料，能够实现双材料打印，且使用颗粒料，避免了丝材的制备工序，节约成本和时间。附图说明图1为本专利技术提供的双材料3D打印挤出头的主视图，(b)为(a)中Ⅰ处放大图；图2为本专利技术提供的双材料3D打印挤出头的侧视图，(b)为(a)中Ⅱ处放大图；图3为本专利技术提供的双材料3D打印挤出头的向视图，(b)为(a)中Ⅲ处放大图；图4为本专利技术提供的双材料3D打印挤出头的B-B方向剖视图，(b)为(a)中Ⅳ处放大图；其中：步进电机1，电机架2，料筒后盖3，料筒4，固定板5，料斗6，第一螺钉7，螺杆8，搅拌电机9，第一加热元件10，第二螺钉11，第二加热元件12，喷嘴13，混合腔14，螺旋扇叶15，连接轴16，轴套17，第三螺钉18，第四螺钉19，销钉20。具体实施方式下面结合具体的实施例对本专利技术做进一步的详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。参见图1、3和4，本专利技术一种双材料3D打印挤出头，包括固定板5、搅拌机构、混合腔14和两个进料机构。两个进料机构通过固定板5连接。如图1和4所示，进料机构包括；步进电机1通过第三螺钉18安装在电机架2上，料筒4一端通过料筒后盖3密封，另一端与混合腔14连通。螺杆8通过第一螺钉7同轴固定于料筒4内，螺杆8一端穿过料筒后盖3与步进电机1的输出端连接，用于驱动螺杆8在料筒4内绕轴线转动。料筒4一端通过料筒后盖3密封，方便拆卸，便于料筒修整清理。料斗6通过第二螺钉11固定在料筒4上，料斗6出料口与料筒4内部连通，用于向料筒4内加料，料斗6距混合腔14的距离为料筒4长度的三分之二。料筒4外圈均布有第一加热元件10，第一加热元件10通过销钉20固定于料筒4外壁上，用于对料筒4内的材料进行加热。第一加热元件10优选采用带状电阻加热器。两个电机架2通过固定板5连接固定，从而将两个进料机构连接固定在一起。左右两料筒4一起进入混合腔14内。本实施例中，两个进料机构和混合腔14形成Y字型结构。搅拌机构包括搅拌电机9、连接轴16、轴套17和螺旋扇叶15，搅拌电机9通过螺钉固定在混合腔14的顶部。螺旋扇叶15设置在混合腔14内，连接轴16的一端与搅拌电机9的输出端连接，另一端与螺旋扇叶15中心轴的一端连接，连接轴16外套有轴套17，轴套17通过第四螺钉19固定在连接轴16上。通过搅拌电机9带动连接轴16转动，进一步带动螺旋扇叶15转动，实现搅拌混合的目的。如图2，混合腔14内还设置有第二加热元件12，用于对混合料进行加热，最终混合腔14内的混合料通过喷嘴13安全打印。第二加热元件12优选采用热电偶。在混合腔14内设置第二加热元件12，可以避免熔融的物料在混合过程中固化，能够使物料更好的保持熔融状态。本专利技术提出的一种用于粒料的Y字型螺杆双材料3D打印挤出头采用料斗6进料，使颗粒状料粒能够稳定的进入料筒4，在螺杆8的作用下，塑料熔融堆叠为打印。整体结构采用Y字型设计，该装置的两种材料不分主次关系。该装置的具体工作过程是：开始工作前，由上料机将热塑性颗粒料放进料斗6，进入料斗6的颗粒料在自重的作用下，进入料筒4中，并且进入螺杆8的螺槽部位。通过调节步进电机1转速，步进电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双材料3D打印挤出装置，其特征在于，包括支撑结构、搅拌机构、混合腔(14)和两个进料机构；/n进料机构包括步进电机(1)、料筒(4)、螺杆(8)和料斗(6)；步进电机(1)安装在支撑结构上，料筒(4)一端通过料筒后盖(3)密封，另一端与混合腔(14)连通；螺杆(8)同轴设置在料筒(4)内，螺杆(8)一端穿过料筒后盖(3)与步进电机(11)的输出端连接；料斗(6)固定在料筒(4)上，料斗(6)出料口与料筒(4)内部连通；料筒(4)外壁上设置有第一加热元件(10)；两个进料机构结构相同；/n搅拌机构用于对混合腔(14)内的物料进行搅拌混合；/n混合腔(14)底部设置有喷嘴(13)，混合腔(14)内设置有第二加热元件(12)。/n

【技术特征摘要】
1.一种双材料3D打印挤出装置，其特征在于，包括支撑结构、搅拌机构、混合腔(14)和两个进料机构；
进料机构包括步进电机(1)、料筒(4)、螺杆(8)和料斗(6)；步进电机(1)安装在支撑结构上，料筒(4)一端通过料筒后盖(3)密封，另一端与混合腔(14)连通；螺杆(8)同轴设置在料筒(4)内，螺杆(8)一端穿过料筒后盖(3)与步进电机(11)的输出端连接；料斗(6)固定在料筒(4)上，料斗(6)出料口与料筒(4)内部连通；料筒(4)外壁上设置有第一加热元件(10)；两个进料机构结构相同；
搅拌机构用于对混合腔(14)内的物料进行搅拌混合；
混合腔(14)底部设置有喷嘴(13)，混合腔(14)内设置有第二加热元件(12)。


2.根据权利要求1所述的双材料3D打印挤出装置，其特征在于，搅拌机构包括搅拌电机(9)、连接轴(16)、轴套(17)和螺旋扇叶(15)，搅拌电机(9)固定于混合腔(14)顶部，螺旋扇叶(15)设置在混合腔(14)内，连接轴(16)的一端与搅拌电机(9)的输出端连接，另一端与螺旋扇叶(15)中心轴的一端连接。


3.根据权利要求2所述的双材料3D打印挤出装置，其特征在于，连接轴(16)外套有轴套(17)。


4.根据权利要求1所述的双材料3D打印挤出...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛正浩，常红利，于旻，陈旭辉，赵秋节，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61