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1、(10)申请公布号 CN 103222528 A (43)申请公布日 2013.07.31 CN 103222528 A *CN103222528A* (21)申请号 201310165946.9 (22)申请日 2013.05.06 A23G 1/04(2006.01) (71)申请人 兰雄兵 地址 324403 浙江省衢州市龙游县溪口镇人 民政府 (72)发明人 兰雄兵 (74)专利代理机构 北京同辉知识产权代理事务 所 ( 普通合伙 ) 11357 代理人 刘洪勋 (54) 发明名称 3D 打印设备及其送料系统 (57) 摘要 本发明提供了一种 3D 打印设备的送料系统， 尤其适用于巧克。
2、力送料， 本系统可以选择两种送 料方式， 气压式和活塞式。所述送料系统包括 ： 储 料罐 ； 设置于所述储料罐上， 以加热所述储料罐 内物料 （8） 至熔融状态的加热装置 ； 以及设置在 所述储料罐的出料口 （15） 以对打印模型进行冷 却的喷气冷却装置 ； 以及， 与储料罐相连， 以驱动 所述储料罐内熔融状态物料被排出的排料驱动设 备。 本发明提供的3D打印设备的送料系统拓展了 3D 打印的应用领域。本发明还提供了一种 3D 打 印设备。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明。
3、书5页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103222528 A CN 103222528 A *CN103222528A* 1/1 页 2 1.3D 打印设备的送料系统， 包括储料罐 ； 其特征在于， 还包括 ： 设置于所述储料罐上， 以加热所述储料罐内物料 （8） 至熔融状态的加热装置 ； 设置在 所述储料罐的出料口 （15） 以对打印模型进行冷却的喷气冷却装置 ； 以及， 与所述储料罐相 连， 以驱动所述储料罐内熔融状态物料被排出的排料驱动设备。 2. 根据权利要求 1 所述的送料系统， 其特征在于， 所述排料驱动设备为与所述储料罐 的内腔相连通， 以向所述内腔中输送设定压力物料挤出气。
4、体的气体输送设备。 3. 根据权利要求 2 所述的送料系统， 其特征在于， 所述气体输送设备包括 ： 与所述储料 罐连通的气缸体 （12） 、 与所述气缸体 （12） 密封配合， 且能够在竖直方向上滑动的气缸活塞 （16） 、 设置于所述气缸体 （12） 以连接气源的单向阀 （11） 及设置于所述气缸活塞 （16） 以维 持所述气缸体 （12） 内气体压力恒定的加重块 （13） 。 4. 根据权利要求 3 所述的送料系统， 其特征在于， 所述气体输送设备为气泵或者高压 空气瓶。 5. 根据权利要求 1 所述的送料系统， 其特征在于， 所述排料驱动设备为活塞输料设备， 所述活塞输料设备包括 ： 。
5、设置在所述储料罐中的步进电机 （19） ； 与所述步进电机 （19） 的驱动端相连， 在所述驱动端推动下伸缩的螺杆 （18） ； 设置在所述螺杆 （18） 上， 且与所述储料罐的内壁密封贴合的送料活塞 （20） ； 与所述步进电机 （19） 相连以控制其工作的电机控制器 （21） 。 6. 根据权利要求 1 所述的送料系统， 其特征在于， 所述储料罐内设置有电动搅拌装置。 7. 根据权利要求 1-6 中任意一项所述的送料系统， 其特征在于， 所述加热装置包括 ： 检测储料罐温度的温度传感器 （6） ； 对所述储料罐加热的电加热棒 （9） ； 以及 与所述温度传感器 （6） 和电加热棒 （9） 。
6、相连， 根据其检测温度小于预设温度值以控制 所述电加热棒 （9） 启动的电加热棒控制器。 8. 根据权利要求 7 所述的送料系统， 其特征在于， 还包括设置于所述储料罐外壁的保 温棉层 （4） 。 9. 根据权利要求 1-6 中任意一项所述的送料系统， 其特征在于， 所述喷气冷却装置为 设置于所述储料罐的出料口 （15） 一侧， 与干冰源或液氮源连通的冷却气管 （10） 。 10.3D 打印设备， 包括安装机架 （5） 和送料系统， 所述送料系统的储料罐设置于所述安 装机架 （5） 上， 其特征在于， 所述送料系统为如权利要求 1-9 中任意一项所述的送料系统。 权 利 要 求 书 CN 10。
7、3222528 A 2 1/5 页 3 3D 打印设备及其送料系统 技术领域 0001 本发明涉及 3D 打印技术， 尤其涉及一种 3D 打印设备及其送料系统。 背景技术 0002 随着打印技术的快速发展， 单纯的二维打印技术已经无法满足人们的需求。为了 满足人们的需求， 3D 打印技术已经得到了快速发展， 由于 3D 打印技术是一种立体打印技 术， 能够打印出三维实物模型。所以越来越受到生产厂家的欢迎。 0003 请参考附图 1， 该图为 3D 打印技术的一种原理示意图。如图所示， 在打印的过程 中， 打印头 01 受电脑控制， 在皮带轮的带动下， 根据电脑存储的模型信息沿 x 轴或 y 轴。
8、移 动， 并喷出一定量的打印物料， 进而逐层画出图形。工作平台 02 受到电脑控制， 每打印完一 层， 则沿 z 轴按照预定方向移动设定距离。通过上述运动的复合， 进而实现 3D 产品的打印。 0004 在 3D 打印的过程中， 打印物料通常在熔融的状态下从出料口排出， 出料口随着打 印头在电脑的控制下移动， 进而实现逐层打印， 但是目前现有的送料系统是使用诸如 ABS 塑料丝等丝状材料， 依靠齿轮夹紧往前推送实现融化和固化， 对于比较脆的材料 （比如巧克 力） 就无法采用齿轮夹紧往前推送的办法， 进而不能实现巧克力等易破碎材料的 3D 打印。 发明内容 0005 有鉴于此， 本发明的目的在于。
9、提供一种 3D 打印设备的送料系统， 以实现胶状物或 熔融后胶状物的 3D 打印， 本发明可提供两种送料方式， 气压式和活塞式， 从而拓展 3D 打印 产品的应用领域。 0006 为达到上述目的， 本发明提供的 3D 打印设备的送料系统， 包括储料罐 ； 还包括 ： 储 料罐 ； 还包括 ： 0007 设置于所述储料罐上， 以加热所述储料罐内物料至熔融状态的加热装置 ； 设置在 所述储料罐的出料口以对打印模型进行冷却的喷气冷却装置 ； 以及， 与所述储料罐相连， 以 驱动所述储料罐内熔融状态物料被排出的排料驱动设备。 0008 优选的， 上述送料系统中， 所述排料驱动设备为与所述储料罐的内腔相。
10、连通， 以向 所述内腔中输送设定压力物料挤出气体的气体输送设备。 0009 优选的， 上述送料系统中， 所述气体输送设备包括 ： 与所述储料罐连通的气缸体、 与所述气缸体密封配合， 且能够在竖直方向上滑动的气缸活塞、 设置于所述气缸体以连接 气源的单向阀及设置于所述气缸活塞以维持所述气缸体内气体压力恒定的加重块。 0010 优选的， 上述送料系统中， 所述气体输送设备为气泵或者高压空气瓶。 0011 优选的， 上述送料系统中， 所述排料驱动设备为活塞输料设备， 所述活塞输料设备 包括 ： 0012 设置在所述储料罐中的步进电机 ； 0013 与所述步进电机的驱动端相连， 在所述驱动端推动下伸缩。
11、的螺杆 ； 0014 设置在所述螺杆上， 且与所述储料罐的内壁密封贴合的送料活塞 ； 说 明 书 CN 103222528 A 3 2/5 页 4 0015 与所述步进电机相连以控制其工作的电机控制器。 0016 优选的， 上述送料系统中， 所述储料罐内设置有电动搅拌装置。 0017 优选的， 上述送料系统中， 所述加热装置包括 ： 0018 检测储料罐温度的温度传感器 ； 0019 对所述储料罐加热的电加热棒 ； 以及 0020 与所述温度传感器和电加热棒相连， 根据其检测温度小于预设温度值以控制所述 电加热棒启动的电加热棒控制器。 0021 优选的， 上述送料系统中， 还包括设置于所述储料。
12、罐外壁的保温棉层。 0022 优选的， 上述送料系统中， 所述喷气冷却装置为设置于所述储料罐的出料口一侧， 与干冰源或液氮源连通的冷却气管。 0023 基于本发明提供的3D打印设备， 本发明还提供了一种3D打印设备， 包括安装机架 和送料系统， 所述送料系统的储料罐设置于所述安装机架上， 所述送料系统为如上任意一 项所述的送料系统。 0024 本发明提供的 3D 打印设备的送料系统具有以下优点 ： 0025 加热装置对储料罐内的物料进行加热， 直到物料处于熔融状态， 排料驱动设备 （可 以为气压式输送物料方式， 也可以为活塞式输送物料方式） 驱动储料罐内熔融状态物料被 排出， 进而实现出料， 。
13、进而进行 3D 打印。本发明提供的技术方案物料通过加热实现熔融， 并 通过喷气冷却装置的冷却后实现固化， 实现了对较脆易碎材料的3D打印， 从而拓展了3D打 印的应用领域。 附图说明 0026 为了更清楚地说明本发明实施例， 下面对实施例或现有技术描述中使用的附图作 简单地介绍， 显而易见地， 下面描述中的附图是本发明的一些实施例， 对于本领域普通技术 人员来讲， 在不付出创造性劳动的前提下， 还可以根据这些附图获得其它的实施例图示。 0027 图 1 是 3D 打印技术的一种原理示意图。 0028 图 2 为本发明实施例提供的 3D 打印设备的送料系统的结构示意图 ； 0029 图 3 为本。
14、发明实施例提供的 3D 打印设备的送料系统的另一种结构示意图。 0030 图 1- 图 3 中 ： 0031 打印头 01、 工作平台 02 ； 0032 快速接头 1、 罐盖 2、 罐体 3、 保温棉层 4、 安装机架 5、 温度传感器 6、 电加热棒控制 器7、 物料8、 电加热棒9、 冷却气管10、 单向阀11、 气缸体12、 加重块13、 软管14、 出料口15、 气缸活塞 16、 提拉扣 17、 螺杆 18、 步进电机 19、 送料活塞 20， 电机控制器 21。 具体实施方式 0033 为使本发明实施例的目的、 技术方案和优点更加清楚， 下面将结合本发明实施例 中的附图， 对本发明。
15、实施例中的技术方案进行清楚、 完整地描述， 显然， 所描述的实施例是 本发明的一部分实施例， 而不是全部的实施例。 基于本发明中的实施例， 本领域普通技术人 员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例， 都属于本发明保护的范围。 0034 请参考附图 2， 该图示出了本发明实施例提供的 3D 打印设备的送料系统结构。 说 明 书 CN 103222528 A 4 3/5 页 5 0035 本发明实施例提供了一种 3D 打印设备的送料系统， 包括储料罐、 加热装置、 喷气 冷却装置和排料驱动设备， 其中 ： 0036 储料罐， 是容纳打印物料的器具， 物料 8 在其内腔中熔融后， 从其出。
16、料口 15 被挤 出， 进而在打印头的带动下由电脑控制实现打印。 0037 加热装置， 设置在储料罐上， 用于加热储料罐内的物料 8 至熔融状态， 加热装置可 以为电加热装置， 也可以采用加热炉等， 可以根据物料 8 的种类及具体的应用环境、 生产效 率等方面综合考虑加热装置。 0038 喷气冷却装置， 设置在储料罐的出料口 15， 用于对出料口 15 喷出的物料 8 形成的 打印模型进行快速冷却， 当然在实际的工作过程中， 喷气冷却装置所用的冷却气体种类、 冷 却气体的喷出速度及冷却气体的喷出量， 均可以根据待冷却的打印模型的打印物料的种类 而定。 0039 排料驱动设备， 与储料罐相连， 。
17、以驱动储料罐内熔融状态物料被排出， 排料驱动设 备驱动储料罐内的熔融状态的物料排出。 0040 本发明实施例提供的 3D 打印设备的送料系统具有以下优点 ： 加热装置对储料罐 内的物料进行加热， 直到物料处于熔融状态， 排料驱动设备 （可以为气压式输送物料方式， 也可以为活塞式输送物料方式） 驱动储料罐内熔融状态物料被排出， 进而实现出料， 进而进 行 3D 打印。本发明提供的技术方案物料通过加热实现熔融， 并通过喷气冷却装置的冷却后 实现固化， 实现了对较脆易碎材料的 3D 打印， 从而拓展了 3D 打印的应用领域。 0041 本发明实施例提供的排料驱动设备中， 排料驱动设备可以为多种形式，。
18、 只要能够 实现储料罐中的熔融状态的物料被排出即可， 具体的， 请参考附图 2， 排料驱动设备可以为 气体输送设备， 其与储料罐的内腔相连通， 用于向储料罐的内腔中输送设定压力物料挤出 气体， 一般气体输送设备通过管道与储料罐的内腔相连通， 为了方便设备的组装， 以及提高 设备的组装效率， 管道的两端均通过快速接头 1 分别与储料罐和气体输送设备相连通。当 然， 为了提高设备安置的灵活性， 上述管道优选为软管14。 具体的， 可以采用不锈钢软管、 波 纹软管、 橡胶软管等。 具体的， 也可以设置在储料罐和气体输送设备之间气管上的电磁阀以 及与所述电磁阀相连， 以控制所述气管内物料挤出气体通断的。
19、电磁阀控制器， 能够实现物 料挤出气体的通断。 0042 在工作过程中气体输送装置向储料罐的内腔内输送设定压力气体， 该部分气体压 力恒定， 熔融状态的物料 8 在设定压力物料挤出气体的作用下， 从储料罐的出料口 15 被挤 出， 熔融状态的物料在设定压力气体的作用下速度较为恒定地从出料口 15 被挤出， 进而进 行 3D 打印， 不仅实现了对较脆易碎材料的 3D 打印， 从而拓展了 3D 打印的应用领域， 还实现 设定压力气体的作用下速度较为恒定地从出料口 15 被挤出， 实现更加均匀地出料， 进而能 够提高 3D 打印产品的质量。 0043 在物料 8 被加热的过程中， 由于物料从固态变成。
20、熔融的液态， 液态物料中不可避 免存在气泡， 最终这些气泡会通过出料口随熔融的物料排出， 会影响 3D 打印产品的质量， 为此， 本发明实施例提供的送料系统中， 还包括设置在储料罐内的电动搅拌装置。 0044 上述实施例提供的送料系统中， 气体输送设备的作用是提供可以将熔融状态下的 物料 8 挤出的设定压力物料挤出气体， 该气体输送设备可以通过多种形式实现， 具体的可 以为气泵、 高压空气瓶或者类似的活塞充气装置 ； 可以通过螺杆电机推动活塞进而将熔融 说 明 书 CN 103222528 A 5 4/5 页 6 状态的物料直接从出料口 15 挤出， 螺杆电机也可以受电磁阀控制器的控制， 当然。
21、气体输送 设备也可以为其他的气体输送设备， 本发明实施例提供了一种具体的气体输送设备， 所述 气体输送设备包括气缸体12、 气缸活塞16、 单向阀11及加重块13。 其中 ： 气缸体12与储料 罐的内腔相连通， 气缸活塞 16 与气缸体 12 密封配合， 且能够在竖直方向上滑动， 单向阀 11 设置于气缸体 12 上以连接气源， 加重块 13 设置于气缸活塞上以维持气缸体 12 内气体压力 恒定。气体的压力调节可以根据加重块 13 的重量改变。由于加重块 13 的重量一定， 所以 一旦选定加重块后， 气缸体 12 内的气体压力恒定， 因此驱动储料罐内的熔融状态下物料挤 出的速度也基本恒定。停止。
22、送料时， 直接将加重块 13 移除即可。 0045 为了方便对气缸活塞 16 的操作， 上述气缸活塞 16 顶面还设置有提拉扣 17。 0046 对储料罐进行加热可以保证储料罐内腔具有实现打印物料熔融的温度， 上面提及 到实现对储料罐加热的加热装置有很多种。 下面介绍本实施例提供的一种具体结构的加热 装置， 该加热装置包括温度传感器 6、 电加热棒 9 和电加热棒控制器 7， 其中 ： 温度传感器 6 检测储料罐的温度， 电加热棒控制器 7 与温度传感器 6 相连接接收温度传感器 6 的检测温 度， 电加热棒控制器 7 还与电加热棒 9 连接， 根据温度传感器 6 检测温度值小于预设温度值 时。
23、， 控制电加热棒 9 启动的电加热棒控制器 7。该种加热装置可以实现对储料罐温度的恒 定， 只要储料罐的温度小于预设温度值， 则加热进行热量补充。 0047 为了减小储料罐较多的热量散失， 优选的方案为， 在储料罐外壁设置保温棉层 4， 具体的可以采用保温棉。 0048 为了进一步优化上述技术方案， 在储料罐的侧壁上设置有第一容纳槽， 电加热棒 9 设置在第一容纳槽中， 该种设置方式不仅仅减小了电加热棒 9 热量的散失， 同时也能够节 省空间。同样道理， 还可以在储料罐与第一容纳槽相对的侧壁上设置第二容纳槽， 温度传 感器 6 设置在第二容纳槽中， 第一容纳槽、 第二容纳槽为与储料罐的内腔密封。
24、隔离的容纳 槽。当然加热部件可以有多种， 也可以选择使用加热瓦包裹储料罐外面来实现对储料罐的 加热。 0049 本发明实施例提供的送料系统中， 储料罐可以包括罐体 3 和与其密封配合的罐盖 2。具体的， 两者可以通过设置相互配合的密封螺纹实现密封连接。具体的密封结构可以有 多种， 本领域技术人员可以采用一些常规的密封手段实现， 不限于此。 0050 优选的， 本发明实施例提供的送料系统的喷气冷却装置为设置于储料罐出料口 15 的一侧， 与干冰源或液氮源连通的冷却气管 10。该种设置于一侧的冷却气管方便对打印模 型的快速冷却。当然冷却源还可以采用其他种类， 并不一定限于干冰源或者液氮源。 005。
25、1 另外， 本发明实施例还提供了一种排料驱动设备， 请参考附图 3,， 排料驱动设备为 活塞输料设备， 包括步进电机19、 螺杆18、 送料活塞20和电机控制器21， 其中 ： 步进电机19 设置在储料罐中， 螺杆 18 与步进电机 19 的驱动端相连， 在驱动端的推动下推动螺杆 18 伸 缩， 送料活塞20设置在螺杆18上， 与储料罐的内壁密封贴合， 电机控制器21与步进电机19 相连以控制其工作。 具体的工作过程中， 电机控制器21控制步进电机19工作， 步进电机19 带动螺杆 18 伸缩进而驱动送料活塞 20 在储料罐中移动， 进而排出储料罐中处于熔融状态 的物料。该种排料方式通过步进电。
26、机 19 驱动送料活塞 20 排出熔融状态的物料实现打印， 排料稳定、 可靠。具体的， 步进电机 19 可以安装在储料罐的安装机架 5 上， 螺杆 18 推动送 料活塞 20 可实现往复运动， 步进电机的速度和方向受电机控制器 21 控制。当然， 本发明申 说 明 书 CN 103222528 A 6 5/5 页 7 请也可以通过减速或加速齿轮实现对螺杆的带动， 进而实现螺杆对送料活塞不同的推进速 度。 0052 基于上述发明实施例提供的 3D 打印设备的送料系统， 本发明实施例还提供了一 种 3D 打印设备， 包括安装机架 5 和送料系统， 所述送料系统的储料罐设置于安装机架 5， 其 中，。
27、 送料系统为上述实施例中任意一项所述的送料系统。 0053 需要说明的是， 本发明实施例提供的 3D 打印设备的送料系统所输送的打印物料 可以为常规的工业产品适合打印的物料， 也可以采用一些食物物料， 例如巧克力， 本发明提 供的 3D 打印设备用于食品加工的情况下， 改变巧克力传统的通过模压制作的方式， 实现个 性化的巧克力外形制作， 并且可以制作出形状结构复杂的传统模压制作无法实现的个性化 巧克力。在蛋糕店、 巧克力生产厂家、 3D 打印设计爱好人群会广受喜爱。在 3D 爱好者的不 断推陈出新下， 可以创造出各种生动的巧克力模型。当然本专利的打印物料可以拓展到其 他的流动性原料。 0054。
28、 需要说明的是， 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述， 每个实施例重点说 明的都是与其他实施例的不同之处， 各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。 0055 对所公开的实施例的上述说明， 使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的， 本文中所定义的 一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下， 在其它实施例中实现。 因此， 本发明 将不会被限制于本文所示的这些实施例， 而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一 致的最宽的范围。 说 明 书 CN 103222528 A 7 1/2 页 8 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103222528 A 8 2/2 页 9 图 3 说 明 书 附 图 CN 103222528 A 9 。