[发明专利]一种用于直写成型3D打印的气动螺杆复合挤出系统

说明书

本发明公开了一种用于直写成型3D打印设备的气动螺杆复合挤出系统，包括气动进料系统和机械挤出系统，气动进料系统主要包括料筒、活塞、空气压缩机、进气管和料筒盖，活塞内置于料筒，且活塞的外周面与料筒内壁面紧贴，活塞将料筒分隔为气腔和物料腔，所述气腔的端头设有料筒盖，所述物料腔内填充物料，并在物料腔的端部开设有与机械挤出系统连通的物料出口；所述空气压缩机的出口与进气管的入口连通，进气管的出口穿过料筒盖与气腔连通；机械挤出系统包括挤出腔体、喷嘴、送料螺杆和电机。本发明的有益效果为：物料的挤出由旋转的送料螺杆直接实现，挤出速度均匀，挤出动作能够快速中断和快速回抽、易于实现程序控制，能有效避免从喷嘴挤出气泡的问题。

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，具体涉及一种用于直写成型3D打印的气动螺杆复合挤出系统。

背景技术

直写成型技术(DIW，Direct Ink Writing)是3D打印技术的一个重要分支，于1980s年代中后期由美国科学家发明，与其他3D打印技术如熔融沉积造型(FDM)、立体光刻(SLA)、选择性激光烧结(SLS)几乎是同一时期发展起来的。经过30多年的发展，直写成型技术在结构陶瓷、压电陶瓷、光催化材料、光子晶体、生物兼容材料、金属材料、陶土、瓷土等材料的三维结构制备方面获得了广泛的应用和长足的进步。

现有技术中，用于直写成型技术的设备多是在原有FDM打印机的基础上改装得到的，也有少数实验室(如清华大学李亚运等人)自主设计了直写成型设备。这些直写成型设备的机械结构有较大的差异，但挤出结构基本可以分为以下两类：1)气动式单挤出结构。将压缩气体通入料筒，压缩气体提供推力推动活塞，使悬浮液直接从喷嘴挤出。这种挤出结构的挤出速度对悬浮液固液相含量的均匀性要求较高，当固液相含量发生变化时，悬浮液流动阻力随之发生变化，相同的挤出压力下，导致挤出速度也会发生变化，直写成型过程中固液分离现象(会导致固液相含量的变化)很难避免，气动式单挤出结构普遍具有均匀的挤出速度难以持续维持的问题；另外，由于挤出压力由压缩气体提供，挤出动作较难实现快速中断、快速回抽和程序控制。2)机械式单挤出结构。挤出压力由步进电机提供，具体地说，步进电机旋转，通过与之相连的螺杆将旋转运动转化为螺杆上柱塞的直线运动，柱塞推动料筒中的悬浮液直接从喷嘴挤出或者通过一段送料管后再通过喷嘴挤出(部分挤出结构中料筒和喷嘴相互分离，由一根送料管连接)，这类挤出系统可以提供持续均匀的挤出速度，挤出压力由步进电机提供，也方便进行程序控制，但快速中断和快速回抽的效果欠佳；同时，由于悬浮液从喷嘴挤出前，填料时夹杂在料筒中的气体没有溢出的空间，不可避免地只能从喷嘴挤出，此为从喷嘴挤出气泡现象，这一现象轻则导致挤出过程暂时中断局部打印轨迹无材料填充，重则对成型坯体造成破坏性影响造成坯体变形甚至坍塌。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种挤出速度均匀、实时监控的用于直写成型3D打印的气动螺杆复合挤出系统。

本发明采用的技术方案为：一种用于直写成型3D打印设备的气动螺杆复合挤出系统，包括气动进料系统和机械挤出系统，气动进料系统主要包括料筒、活塞、空气压缩机、进气管和料筒盖，活塞内置于料筒，且活塞的外周面与料筒内壁面紧贴，活塞将料筒分隔为气腔和物料腔，所述气腔的端头设有料筒盖，所述物料腔内填充物料，并在物料腔的端部开设有与机械挤出系统连通的物料出口；所述空气压缩机的出口与进气管的入口连通，进气管的出口穿过料筒盖与气腔连通；机械挤出系统包括挤出腔体、喷嘴、送料螺杆和电机，挤出腔体开设进料孔，进料孔与气动进料系统中的物料出口连通；所述挤出腔体的底部设有喷嘴；所述送料螺杆内置于挤出腔体，且与挤出腔体相适配，送料螺杆的上端与电机相连。

按上述方案，送料螺杆的螺纹线与挤出腔体的内壁形成物料的挤出通道，挤出通道整体呈螺旋状；所述喷嘴设于挤出通道的底部。

按上述方案，送料螺杆的螺纹角度和喷嘴的喷射方向与竖直方向的夹角相同

按上述方案，送料螺杆通过联轴器与电机相连.