[发明专利]一种同向旋转锥形双螺杆熔融沉积成型挤出式3D打印喷头

说明书

本发明提供了一种同向旋转锥形双螺杆熔融沉积成型挤出式3D打印喷头，主要包括依次连接的驱动机构，传动机构和螺杆挤出机构构成，所述螺杆挤出机构包括同向旋转锥形双螺杆组件、料筒及挤出头；该装置主要针对两种或两种以上较高含量的原料组分，可不经熔融共混的预处理工艺步骤，直接添加至本发明同向旋转锥形双螺杆熔融沉积成型挤出式3D打印喷头中进行FDM打印成型制件，从而避免因原材料多次加工(双螺杆共混，单螺杆挤丝，3D打印)所造成的制件性能受损缺陷，同时省略了打印原料的预处理工序，大幅提高了生产效率。

技术领域

本发明属于3D打印装置技术领域，具体涉及一种同向旋转锥形双螺杆熔融沉积成型挤出式3D打印喷头，可应用于熔融沉积成型3D打印技术领域。

背景技术

3D打印是一种科学和工程界越来越重视的制造方法，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层堆叠累积的方式来构造物体的技术。该技术广泛应用于工业设计、航空航天、汽车制造等诸多领域。熔融沉积成型(FDM)是3D打印领域最常见的技术之一，传统FDM打印机的工作原理为：将ABS、PLA等热塑性聚合物制得的丝材在定径后作为打印耗材，通过辊子被送入喷头的加热区进行熔融，上方未熔融的丝材作为柱塞对熔融物料施加推力，使其从喷嘴挤出，逐层沉积到构建板上以生成三维结构。FDM打印技术具有许多优点，例如操作简单，材料成本低，制造环境安全等。

目前传统的FDM打印机大多都是靠输送丝材进行打印，这种打印机具有以下缺点：对材料的流动性、收缩率和强度都有较高的要求，导致用于传统FDM打印机的材料非常有限，常用的只有PLA、ABS等；靠近加热区的聚合物丝材由于传热而软化，对于刚度较差的材料，无法施加一定的推力将熔融物料挤出，从而不能用于FDM成型；并且丝材所需的成丝制备工艺过程增加了原料成本。

针对传统FDM技术存在的这些问题，有研究者根据FDM打印的技术原理特性，提出采用粒料或是粉料替代打印丝材的改良技术方案。例如，通过改进FDM打印机喷头，在喷头内部采用单螺杆挤出的技术原理，可以针对粒料或粉料实现平稳挤出效果。但仍具有如下不足：因其挤出螺杆普遍采用的是普通平直螺杆结构，对需要大压缩比的塑料粒料或粉料的塑化效果较差；为了保证物料的输送、熔融和均化，螺杆需要较大的长径比(通常为25～30)，这将导致螺杆长度增加，使挤出设备总体尺寸和重量增大；物料在该挤出螺杆中经塑化后被直接挤出时，物料会由于惯性保持在料筒中的螺旋运动，从而容易引起打印制件变形，降低打印制件形状和尺寸的精度。

本发明的发明人在先授权专利“一种适用于FDM打印机的锥形螺杆挤出设备”(申请号为201620058778.2)公开了一种适用于FDM打印机的锥形单螺杆挤出设备，其采用了锥形螺杆结构，通过锥形结构大幅度减小所需长径比，并且提升了塑化效果，可适用于需要大压缩比的塑料粒料或粉料。但是，经本发明的发明人长期应用实践发现，上述专利设备因为输送物料依旧依靠螺杆与料筒的摩擦作用，采用粉料作为原料进行打印时效果很差，通常需采用粒料作为原料。而对于复合材料和混合物而言，粒料的制备通常需要采用例如双螺杆挤出机混料造粒的加工过程，加工工序仍较为繁琐，同时在混料造粒的加工过程中还伴有原料损失的问题。

此外，现有技术中也存在类似螺杆挤出式FDM打印喷头的发明创造，例如中国发明专利申请“一种3D打印用双螺杆型材料挤出装置”(申请号为201911158971.8)公开了一种3D打印用双螺杆型材料挤出装置，其结构主要是通过主动螺杆和从动螺杆设置在熔融外壳内并相互啮合，两个螺杆通过同步传动机构连接，主动螺杆与从动螺杆上相邻推力轴承之间设有推力传递机构。通过上述结构其实现了粉料作为原料时的适用性，并可以在主材料中添加各种助剂一同进行挤出打印。