本发明专利技术公开一种硅橡胶液体3D打印供料及挤出装置以及3D打印设备，包括动力系统、供料系统，动力系统包括：步进电机、滚珠丝杠副、固定卡箍、活塞、支撑板、支撑柱、底部固定板、喷嘴和混合缸，混合缸与支撑板固定连接，支撑柱一端穿过支撑板与底部固定板连接，支撑柱另一端与固定卡箍固定连接，固定卡箍装夹在步进电机的外壁上，步进电机驱动滚珠丝杠做直线运动，滚珠丝杠的端部与活塞固定连接，活塞可滑动地嵌入在混合缸中，供料系统包括设置在喷嘴上的出料单向阀以及至少一个供料单元，任一供料单元依次以流量计、供料单向阀、储料桶的顺序与混合缸的进料口连接。本发明专利技术的步进电机和滚珠丝杠作为推进机构，避免了气压驱动出料不精确的缺点。的缺点。的缺点。
【技术实现步骤摘要】
硅橡胶液体3D打印供料及挤出装置以及3D打印设备
[0001]本专利技术涉及一种硅橡胶液体3D打印供料及挤出装置以及3D打印设备，属于硅橡胶3D打印成型领域。
技术介绍
[0002]硅橡胶是航空密封制品中用量最大的胶种，因为其弹性优良，耐高低温、耐腐蚀、耐候性好，在航空密封件制造业具有重要的应用价值。然而硅橡胶成型工艺方法单一，单一截面的结构可以采用挤出成型，复杂结构必须使用模压成型。传统模压成型有模具制造周期长、模具价格昂贵、复杂件模具复杂、工艺流程自动化程度低等诸多缺点，而3D打印的成型方式可以克服传统模压成型中的不利因素，实现硅橡胶结构件的灵活、自动成型。
[0003]在硅橡胶液体3D打印中，难点主要集中在：
[0004]1、多组分的精确配比。
[0005]2、物料的自动化输送。
[0006]3、硅橡胶乳液的粘度在线监测与调控。
[0007]4、硅橡胶乳液的温度监测与调控。
[0008]5、硅橡胶乳液的精确挤出。
[0009]硅橡胶乳液的粘度是液体直写3D打印的关键参数，决定了成型的质量。因此对硅橡胶乳液的粘度调节是硅橡胶3D打印成型的重点，也是难点。添加剂成分和浓度决定了硅橡胶乳液初始状态的粘度，而硅橡胶乳液的硫化速率决定了粘度随时间变化的规律。硅橡胶乳液的硫化速率又受到添加剂成分和浓度、硫化剂浓度、温度、压力和剪切速率等多个因素的综合影响，而且多个因素的影响程度都是非线性的。尤其是温度和剪切速率对粘度的影响最大。
[0010]综上所述，目前针对硅橡胶3D打印成型技术存在以下局限性或问题：
[0011]1、使用螺杆剪切只考虑了硅橡胶乳液的剪切变稀效应，未考虑温度对粘度的动态影响。
[0012]2、实现了硅橡胶3D打印挤出机构的专利采用气动加螺杆剪切，提高了制造成本和机械复杂性，且高压气源具有一定的危险性。
[0013]3、没有在线粘度监测与调节，缺乏对成型过程的控制。
[0014]4、没有实现多组分的高通量制备功能。
技术实现思路
[0015]为解决以上问题，本专利技术提供一种硅橡胶液体3D打印供料及挤出装置，该装置包括动力系统、供料系统，其中，
[0016]所述动力系统包括：步进电机、滚珠丝杠副、固定卡箍、活塞、支撑板、支撑柱、底部固定板、喷嘴和温度可控型混合缸，
[0017]所述底部固定板与3D打印平台机头连接，使得喷嘴从3D打印平台机头中穿过，所
述温度可控型混合缸与支撑板固定连接，多根支撑柱的一端穿过支撑板与底部固定板连接，多根支撑柱的另一端与固定卡箍固定连接，所述温度可控型混合缸通过支撑板固定在支撑柱上，所述固定卡箍装夹在步进电机的外壁上，步进电机将运动输出给滚珠丝杠副，驱动滚珠丝杠做直线运动，所述滚珠丝杠的端部与活塞固定连接，所述活塞可滑动地嵌入在温度可控型混合缸中，
[0018]所述供料系统包括设置在喷嘴上的出料单向阀以及至少一个供料单元，任一供料单元都包括储料桶、供料单向阀、流量计，任一供料单元依次以流量计、供料单向阀、储料桶的顺序与温度可控型混合缸的进料口连接。
[0019]优选地，还包括控制系统，所述控制系统包括电连接的上位机和控制板，所述控制板与步进电机的驱动器电连接以及出料单向阀、各供料单向阀、各流量计电连接，所述上位机发出控制指令，通过串口通信传达至控制板，控制板向步进电机驱动器发出控制脉冲驱动步进电机带动活塞工作，并且，控制板向供料单向阀、出料单向阀发出控制指令，配合步进电机完成挤出和进料的功能。
[0020]优选地，还包括电磁搅拌系统，电磁搅拌系统包括中空旋转步进电机和磁力搅拌子，中空旋转步进电机套在温度可控型混合缸外，永磁铁固定于中空旋转步进电机内侧，磁力搅拌子放置在温度可控型混合缸内，中空旋转步进电机与控制板电连接，磁力搅拌子在中空旋转步进电机和永磁铁形成的旋转磁场的驱动下，在温度可控型混合缸内对硅橡胶乳液进行混合搅拌。
[0021]优选地，还包括温度测量反馈系统，温度测量反馈系统包括温度传感器、电热丝、半导体制冷片，所述电热丝缠绕在温度可控型混合缸的外壁，半导体制冷片套设在温度可控型混合缸的外壁，电热丝以及半导体制冷片都分别与控制板电连接，控制板根据获得的反馈温度实时调节电热丝或半导体制冷片工作。
[0022]优选地，还包括粘度测量反馈系统，粘度测量反馈系统包括中空旋转步进电机内置的力矩传感器，所述力矩传感器与控制板电连接，控制板根据获得的反馈粘度实时调节中空旋转步进电机的旋转磁场强度以及控制电热丝或半导体制冷片工作。
[0023]优选地，所述滚珠丝杠副包括滚珠丝杠以及与其配合的螺母，活塞抽回时除活塞以外的滚珠丝杠部分完全收缩回与其配合的螺母内。
[0024]优选地，所述固定卡箍设置有径向的紧定调节螺栓，通过紧定调节螺栓调节固定卡箍夹持在步进电机上的位置。
[0025]优选地，还包括减速箱，所述步进电机经过减速箱将运动输出给滚珠丝杠副。
[0026]本专利技术还提供一种3D打印设备，包括打印平台机头，还包括如上所述的硅橡胶液体3D打印供料及挤出装置，所述底部固定板与3D打印平台机头连接，使得喷嘴从3D打印平台机头中穿过。
[0027]本专利技术与现有硅橡胶液体直写3D打印供料及挤出装置相比，具有以下优点及突出性效果：
[0028](1)本专利技术动力部分控制精确，使用步进电机和滚珠丝杠作为推进机构，结构形式简单。使用步进电机作为动力，避免了气压驱动出料不精确的缺点。混合缸可方便进行更换，具有很强的可维护性和使用灵活性；
[0029](2)通过可编程电磁单向阀及流量计实现了硅橡胶乳液多组分的可编程式高通量
混合，简单高效；
[0030](3)通过搭配使用半导体制冷片和电热丝的混合使用，达到了对硅橡胶乳液的冷热双向主动控制，温度控制精确；
[0031](4)使用中空旋转步进电机和磁力搅拌子共同作用，磁力搅拌子外形规则，容易取出，相比螺杆搅拌的混合缸，更容易清理残胶，同时利用力矩传感器得到胶料粘度信息反馈给控制板，形成搅拌速度控制的闭合回路。
附图说明
[0032]通过结合下面附图对其实施例进行描述，本专利技术的上述特征和技术优点将会变得更加清楚和容易理解。
[0033]图1是硅橡胶液体3D打印供料及挤出装置原理图；
[0034]图2是硅橡胶液体3D打印供料及挤出装置构成示意图；
[0035]图3是图2中A部分的放大图。
[0036]图中：1-步进电机；2-减速箱；3-滚珠丝杠；4-固定卡箍；5-活塞；6-紧定调节螺栓；7-支撑板；8-A系列储料桶；9-B系列储料桶；10-A口流量计；11-B口流量计；12-A系列单向阀；13-B系列单向阀；14-A进料口；15-B进料口；16-支撑柱；17-A系列物料管；18-B系列物料管；19-单向阀；20-底部固定板；21-3D打印平台机头；22-喷嘴；23-温度可控型混合缸；24-中空旋转步进电本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种硅橡胶液体3D打印供料及挤出装置，其特征在于，该装置包括动力系统、供料系统，其中，所述动力系统包括：步进电机(1)、滚珠丝杠副、固定卡箍(4)、活塞(5)、支撑板(7)、支撑柱(16)、底部固定板(20)、喷嘴(22)和温度可控型混合缸(23)，所述温度可控型混合缸与支撑板固定连接，多根支撑柱的一端穿过支撑板与底部固定板连接，多根支撑柱的另一端与固定卡箍固定连接，所述温度可控型混合缸通过支撑板固定在支撑柱上，所述固定卡箍装夹在步进电机的外壁上，步进电机将运动输出给滚珠丝杠副，驱动滚珠丝杠做直线运动，所述滚珠丝杠的端部与活塞固定连接，所述活塞可滑动地嵌入在温度可控型混合缸中，所述供料系统包括设置在喷嘴上的出料单向阀以及至少一个供料单元，任一供料单元都包括储料桶、供料单向阀、流量计，任一供料单元依次以流量计、供料单向阀、储料桶的顺序与温度可控型混合缸的进料口连接。2.根据权利要求1所述的硅橡胶液体3D打印供料及挤出装置，其特征在于，还包括控制系统，所述控制系统包括电连接的上位机和控制板，所述控制板与步进电机的驱动器以及出料单向阀、各供料单向阀、各流量计电连接，所述上位机发出控制指令，通过串口通信传达至控制板，控制板向步进电机驱动器发出控制脉冲驱动步进电机带动活塞工作，并且，控制板向供料单向阀、出料单向阀发出控制指令，配合步进电机完成挤出和进料的功能。3.根据权利要求2所述的硅橡胶液体3D打印供料及挤出装置，其特征在于，还包括电磁搅拌系统，电磁搅拌系统包括中空旋转步进电机和磁力搅拌子，中空旋转步进电机套在温度可控型混合缸外，永磁铁固定于中空旋转步进电机内侧，磁力搅拌子放置在温度可控型混合缸内，中空旋转步...
【专利技术属性】
技术研发人员：姚学锋，袁李，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：
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