一种用于螺杆熔融挤出打印的定量供料装置及供料方法.pdf

本发明提供一种用于螺杆熔融挤出打印的定量供料装置，属于熔融堆积3D打印领域，包括储料罐、定量给料机构和受料机构。储料罐用于储存打印材料；定量给料机构包括进料板、定量板、给料板和驱动模块；受料机构包括受料筒和料位传感器；同时本发明还提供基于该定量供料装置的供料方法。本发明能够实现打印过程的不间断供料，材料适用范围广，减轻打印头的重量，提高打印速度，易于实现打印机的大型化。

1.  一种用于螺杆熔融挤出打印的定量供料装置，其特征在于，包括储料罐(1)、定量给料机构和受料机构；
所述储料罐(1)底部开有落料口(101)，用于储存材料；
所述定量给料机构包括进料板(2)、定量板(3)、给料板(4)和驱动模块(5)；定量给料机构位于储料罐(1)下方，进料板(2)、定量板(3)和给料板(4)从上到下依次平行放置，进料板(2)和给料板(4)固定不动，驱动模块(5)驱动定量板(3)在进料板(2)和给料板(4)之间运动；进料板(2)上开有1个进料口(201)，与储料罐(1)的落料口(101)对准，定量板(3)上开有上下相通的定量筒(301)，给料板(4)上方开有1个给料口(401)；
所述受料机构包括受料筒(6)和料位传感器(7)，受料筒(6)下端出料口(604)与螺杆挤出打印头(8)的导料口(801)相连；料位传感器(7)位于受料筒(6)中部，受料筒(6)由料位传感器(7)分为受料筒上段(602)和受料筒下段(603)。

2.  如权利要求1所述的用于螺杆熔融挤出打印的定量供料装置，其特征在于，所述驱动模块(5)驱动定量板(3)做直线往复运动时，定量板(3)往返于两个位置：定量筒(301)上口对准进料口(201)，定量筒(301)下口对准给料口(401)，同一个定量筒(301)的上、下口不能同时对准进料口(201)和给料口(401)；所述驱动模块(5)驱动定量板(3)做单向旋转运动时：定量板(3)通过驱动模块(5)的驱动绕其自身的轴心作单向旋转，定量板(3)在圆周方向上等距阵列有n(n≥1)个上下相通的定量筒(301)，定量板(3)每次旋 转角度为360°/n。

3.  如权利要求1或2所述的用于螺杆熔融挤出打印的定量供料装置，其特征在于，所述的受料筒上段(602)、受料筒下段(603)和定量筒(301)容纳的材料量均大于打印一层需要的材料量，定量筒(301)的容积不大于受料筒上段(602)的容积。

4.  如权利要求3所述的用于螺杆熔融挤出打印的定量供料装置，其特征在于，所述的驱动模块(5)由气缸或电机驱动。

5.  如权利要求1或2或4所述的用于螺杆熔融挤出打印的定量供料装置，其特征在于，所述的材料为颗粒或粉末状态。

6.  如权利要求1所述的用于螺杆熔融挤出打印的定量供料装置的定量供料方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，将所需材料装入储料罐(1)中；
第二步，3D打印机的螺杆挤出打印头(8)运行至打印平台(10)之外，使受料筒(6)的受料口(601)对准给料板(4)的给料口(401)；
第三步，驱动模块(5)带动定量板(3)运动，使定量筒(301)的上口对准进料口(201)，材料落入定量筒(301)中，定量筒(301)被材料填满后，驱动模块(5)带动定量板(3)运动，使定量筒(301)的下口对准给料口(401)，定量筒(301)中的材料全部落入受料筒(6)中；
第四步，3D打印机的螺杆挤出打印头(8)运行至打印平台(10)内，开始零件(9)第一层的打印；
第五步，当前层打印结束之后，3D打印机的打印平台(10)下降 一个层厚的高度，料位传感器(7)检测受料筒(6)料位高低，如果料位高于料位传感器(7)，继续下一层的打印，如果料位低于料位传感器(7)，重复第二步、第三步，进行一次定量供料，进行下一层的打印；
第六步，重复第五步，直至打印结束。

一种用于螺杆熔融挤出打印的定量供料装置及供料方法
技术领域
本发明属于熔融堆积3D打印(简称FDM)领域，涉及一种用于螺杆熔融挤出打印的定量供料装置，适用于热塑性颗粒或粉末材料的按需定量供料。
背景技术
3D打印技术以增材制造为原理，通过计算机CAD模型驱动，无需专用的工装，利用3D打印机快速高效的制得产品。
熔融堆积3D打印(简称FDM)技术是目前典型3D打印技术，该技术因设备造价及材料成本较低而得到广泛应用。目前市面上基于该技术的设备，一般使用丝材作为原材料打印，存在以下的缺点：(1)使用前需要制得FDM打印机所要求的丝材，提高了材料的使用成本；(2)丝材盘绕在线盘上为FDM打印机供料，打印前需要确保线盘上的丝材量是足够的，在打印的过程中很难实现材料的接续，因此造成了材料的浪费或者限制了大尺寸零件的打印；(3)线盘一般固定在打印机上，打印头拉着丝材进行工作幅面上的打印，当打印机的加工幅面加大时，容易造成丝材的拉力过大，影响了挤出打印的力度，从而影响打印质量甚至不能打印。
目前也已经出现了使用颗粒材料螺杆熔融挤出的FDM打印方法，但是如何实现该技术的连续供料，并保持打印头的结构简单，尺寸小巧且重量轻，还没有较为可行的办法。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种用于螺杆熔融挤出打印的定量供料装置及供料方法，本发明通过以下技术方案实现：
一种用于螺杆熔融挤出打印的定量供料装置包括储料罐、定量给料机构和受 料机构。
所述储料罐底部开有落料口，用于储存颗粒或粉末材料；
所述定量给料机构包括进料板、定量板、给料板和驱动模块；定量给料机构位于储料罐下方，进料板、定量板和给料板从上到下依次平行放置，进料板和给料板固定不动，定量板通过驱动模块的驱动在进料板和给料板之间运动；进料板上开有1个进料口，与储料罐的落料口对准，定量板上开有上下相通的定量筒，给料板上开有1个给料口。所述驱动模块由气缸或电机驱动，驱动模块驱动定量板做直线往复运动或单向旋转运动。当定量板做直线往复运动时定量板往返于两个位置：定量板的定量筒上口对准进料板的进料口，定量板的定量筒下口对准给料板的给料口，同一个定量筒的上、下口不能同时对准进料口和给料口；当定量板做单向旋转运动时，定量板通过驱动模块的驱动绕其自身的轴心作单向旋转，定量板在圆周方向上等距阵列有n(n≥1)个上下相通的定量筒，定量板每次旋转角度为360°/n。
所述受料机构包括受料筒和料位传感器，受料机构与3D打印机的螺杆挤出打印头固定在一起，即受料筒下端出料口与螺杆挤出打印头的导料口相连；料位传感器位于受料筒的中部，受料筒由料位传感器分为受料筒上段和受料筒下段，受料筒上段、受料筒下段和定量筒所容纳的材料量均大于3D打印机打印一层需要的材料量，定量筒的容积不大于受料筒上段的容积。
该定量供料装置位于3D打印机的打印平台之外。
基于上述用于螺杆熔融挤出打印的定量供料装置的定量供料方法，包括以下步骤：
第一步，将所需的材料装入储料罐中；
第二步，3D打印机的螺杆挤出打印头运行至打印平台之外，使受料筒的受 料口对准给料板的给料口；
第三步，驱动模块带动定量板运动，使定量筒的上口对准进料板的进料口，此时材料落入定量筒中，待定量筒被填满之后，驱动模块带动定量板运动，使定量筒的下口对准给料板的给料口，定量筒中的材料全部落入受料筒中；
第四步，3D打印机的螺杆挤出打印头运行至打印平台内，开始零件的第一层打印；
第五步，当前层打印结束之后，3D打印机的打印平台下降一个层厚的高度，料位传感器检测受料筒中料位高低，如果料位高于料位传感器7，继续下一层的打印，如果料位低于料位传感器，重复第二步、第三步，进行一次定量供料，然后进行下一层的打印；
第六步，重复第五步，直至打印结束。
本发明提供的供料装置及方法能够实现打印过程的不间断供料，材料适用范围广，减轻螺杆挤出打印头的重量，提高打印速度，易于实现FDM打印机的大型化。
附图说明
图1为定量供料装置及打印机的剖视结构示意图。
图2为受料筒及螺杆挤出打印头的放大剖视图。
图3为实施例2的定量供料装置的剖视结构示意图。
图4为实施例2的定量给料机构的放大图。
图中：1、储料罐，2、进料板，3、定量板，4、给料板，5、驱动模块，6、受料筒，7、料位传感器，8、螺杆挤出打印头，9、零件，10、打印平台，101、落料口，201、进料口，301、定量筒，401、给料口，601、受料口，602、受料筒上段，603、受料筒下段，604、出料口，801、导料口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行说明。
实施例1
如图1、图2所示的用于螺杆熔融挤出打印的定量供料装置包括储料罐1、定量给料机构和受料机构。
储料罐1底部开有落料口101，用于储存颗粒或粉末材料
定量给料机构包括进料板2、定量板3、给料板4和驱动模块5，所述定量给料机构位于储料罐1下方，进料板2、定量板3、给料板4从上到下依次平行放置，进料板2上开有1个进料口201，与所述储料罐1的落料口101对准，定量板3上开有1个上下相通的定量筒301，给料板4上开有1个给料口401。本实施例中的驱动模块5可以为气缸驱动作直线往复运动；也可以为电机驱动，电机驱动的情况下通过齿轮齿条或者丝杆等方式将电机的旋转转化为直线运动。该定量板3做直线往复运动，往返于两个位置：定量板3的定量筒301上口对准进料板2的进料口201，定量板3的定量筒301下口对准给料板4的给料口401，同一个定量筒301的上、下口不能同时对准进料口201和给料口401。
受料机构包括受料筒6和料位传感器7，受料机构与3D打印机的螺杆挤出打印头8固定在一起，即受料筒下端出料口604与螺杆挤出打印头的导料口801相连；料位传感器7位于受料筒6的中部，受料筒6由料位传感器7分为受料筒上段602和受料筒下段603，受料筒上段602、受料筒下段603和定量筒301所容纳的材料量均大于3D打印机打印一层需要的材料量，定量筒301的容积不大于受料筒上段602的容积。该定量供料装置位于3D打印机的打印平台10之外，所供材料为颗粒或粉末状态。
基于上述用于螺杆熔融挤出打印的定量供料方法，包括以下步骤：
第一步，将所需的材料装入储料罐1中；
第二步，3D打印机的螺杆挤出打印头8运行至打印平台10之外，使受料筒6的受料口601对准给料板4的给料口401；
第三步，驱动模块带动定量板3运动，使定量筒301的上口对准进料板2的进料口201，此时材料落入定量筒301中，待定量筒301被填满之后，驱动模块5带动定量板3运动，使定量筒301的下口对准给料板4的给料口401，定量筒301中的材料全部落入受料筒6中；
第四步，3D打印机的螺杆挤出打印头8运行至打印平台10内，开始零件9的第一层打印；
第五步，当前层打印结束之后，3D打印机的打印平台10下降一个层厚的高度，料位传感器7检测受料筒6中料位高低，如果料位高于料位传感器7，继续下一层的打印，如果料位低于料位传感器7，重复第二步、第三步，进行一次定量供料，然后进行下一层的打印；
第六步，重复第五步，直至打印结束。
实施例2
如图3、图4所示，用于螺杆熔融挤出打印的定量供料装置中的定量给料机构可以为此结构：
该定量给料机构，包括进料板2、定量板3、给料板4和驱动模块5，该定量给料机构位于储料罐1下方，进料板2、定量板3、给料板4从上到下平行放置，为大小相等的圆盘形。进料板2上开有1个进料口201，与所述储料罐1的落料口101对准，定量板3在圆周方向上等距阵列有n(n≥1)个上下相通的定量筒301，给料板4上开有1个给料口401，进料板2、给料板4固定不动，定量板3通过驱动模块5的驱动绕其自身的轴心作单向旋转。
所述进料口201、给料口401布置在定量筒的同一圆周上，当进料口201对准其中某一定量筒301上口时，给料口401对准另外一个定量筒301的下口。驱动模块5带动定量板3作单向旋转运动：每次定量板3向同一方向旋转360°/n，位于进料口201旋转方向后方的定量筒301对准进料口201，使该定量筒301装满材料；位于给料口401旋转方向后方的定量筒301对准给料口401，该定量筒301中的料通过给料口401落入受料筒6中。
该实施例中的驱动模块5可以由电机直接驱动，也可以将电机通过皮带或齿轮等间接驱动，作单向旋转。
基于上述用于螺杆熔融挤出打印的定量供料方法，包括以下步骤：
第一步，将所需的材料装入储料罐1中；
第二步，3D打印机的螺杆挤出打印头8运行至打印平台10之外，使受料筒6的受料口601对准给料板4的给料口401；
第三步，驱动模块5带动定量板3运动，使定量筒301的上口对准进料板2的进料口201，此时材料落入定量筒301中，待定量筒301被填满之后，驱动模块5带动定量板3运动，使定量筒301的下口对准给料板4的给料口401，定量筒301中的材料全部落入受料筒6中；
第四步，3D打印机的螺杆挤出打印头8运行至打印平台10内，开始零件9的第一层打印；
第五步，当前层打印结束之后，3D打印机的打印平台10下降一个层厚的高度，料位传感器7检测受料筒6中料位高低，如果料位高于料位传感器7，继续下一层的打印，如果料位低于料位传感器7，重复第二步、第三步，进行一次定量供料，然后进行下一层的打印；
第六步，重复第五步，直至打印结束。
上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。