三维打印机的挤出装置及其清洁机构的制作方法

本发明涉及一种挤出装置，尤其涉及一种三维打印机的挤出装置及其清洁机构。

背景技术：

近年来随着3D打印(3D printing)，又称增材制造(Additive Manufacturing，AM)的普及化，其中熔融沉积式(Fused deposition modeling，FDM)增材制造广泛应用于众多机台的中，此种类型的增材制造主要原理为以三轴工具机配合挤出喷头来挤出塑胶或其他材料成形，挤出喷头大都使用棘轮夹持材料线材，利用摩擦力带动线状热熔性材料往喷嘴推进，并在喷嘴端加热至一定温度，可使线状热熔性材料熔化成熔融状态，经由细小喷嘴喷出细线，将细线填满工件切层区域，如此层层堆叠成形。

由于熔融沉积式增材制造(FDM)的成形方式是以细线成形，成形时间较其他增材制造的成形方式长，故目前熔融沉积式增材制造(FDM)面临的一大课题便是如何加快成形速度。但欲加快熔融沉积式增材制造的打印速度，除需克服喷头移动速度限制与线状热熔性材料熔化速度限制外，因线状热熔性材料是由棘轮带动，在高速带动下，棘轮与线状热熔性材料间的摩擦力，容易造成些许磨粉，虽然此磨粉占挤出线状热熔性材料比例极小，不影响成形品质，但此磨粉经由长时间的累积，容易沾粘于棘轮之中，造成棘轮摩擦力降低，使线状热熔性材料打滑，影响成形品质。

故此，如何发展一种能在旧有的设计中，有效补足其不足之处，并避免在长时间高速打印时磨粉累积造成的打滑现象，以达到高速打印目的的三维打印机的挤出装置及其清洁机构，实为目前尚待解决的问题。

技术实现要素：

本发明的主要目的为提供一种三维打印机的挤出装置及其清洁机构，以 解决并改善前述先前技术的问题与缺点。

本发明的另一目的为提供一种三维打印机的挤出装置及其清洁机构，借由清洁机构的设置，挠性元件可于棘轮旋转时，通过棘轮旋转的驱动力以及自身的反弹力对棘轮的沟槽进行清洁，使得棘轮的沟槽中因与热熔性材料摩擦产生的磨粉可有效地被清除，进而避免在高速打印时磨粉累积造成的打滑现象，并确实达到高速打印的目的。

本发明的另一目的为提供一种三维打印机的挤出装置及其清洁机构，通过清洁机构采用的挠性元件，并利用重力及挠性元件的反弹力，可于棘轮带动热熔性材料的带料、停料及退料等作业时，双向清洁棘轮的沟槽，进而可长效性维持棘轮的最佳运作状态，进而达到使成形品质稳定并降低打印成本等功效。

为达上述目的，本发明的一较佳实施态样为提供一种三维打印机的挤出装置，包括：一座体；一滑块，设置于该座体下方，用以承载该座体；一加热装置，设置于该滑块下方；一喷头，与该加热装置相连接；一棘轮，设置于该座体内；一导引元件，设置于该座体并部分地外露于该座体，用以导引一热熔性材料并使该热熔性材料与该棘轮接触；一加压惰轮，邻设于该棘轮，用以对该热熔性材料加压以提供一正向力，并使该热熔性材料与该棘轮紧密接触；以及一清洁机构，包括：一固定座，设置于该座体的底部；以及一挠性元件，部分地固设于该固定座并与该棘轮相抵顶；其中，当该棘轮旋转时，该挠性元件通过该棘轮旋转的驱动力以及自身的反弹力，对该棘轮的沟槽进行清洁，且该热熔性材料受该正向力造成的摩擦力推进至该加热装置，并受该加热装置加热呈熔融状态，再通过该喷头挤出。

为达上述目的，本发明的另一较佳实施态样为提供一种清洁机构，适用于一三维打印机的挤出装置，该三维打印机的挤出装置包括一座体、一棘轮及一导引元件，该棘轮设置于该座体内，该导引元件设置于该座体以导引一热熔性材料并使该热熔性材料与该棘轮接触，该热熔性材料受该棘轮旋转产生的摩擦力带动，该清洁机构包括：一固定座，设置于该座体的底部；以及一挠性元件，部分地固设于该固定座并与该棘轮相抵顶，其中当该棘轮旋转时，该挠性元件通过该棘轮旋转的驱动力以及自身的反弹力，对该棘轮的沟槽进行清洁。

附图说明

图1显示本发明较佳实施例的三维打印机的挤出装置的结构示意图。

图2显示本发明较佳实施例的三维打印机的挤出装置的前视图。

图3A显示图2所示的清洁机构于棘轮进行带料作业时的作动示意图。

图3B显示图2所示的清洁机构于棘轮暂停带料作业时的作动示意图。

图3C显示图2所示的清洁机构于棘轮进行退料作业时的作动示意图。

图3D显示图2所示的清洁机构于棘轮再次进行带料作业时的作动示意图。

其中，附图标记说明如下：

1：三维打印机的挤出装置

10：底座

100：外盖

101：轴体

11：滑块

12：加热装置

13：喷头

14：棘轮

15：导引元件

16：加压惰轮

17：加压力臂

171：延伸部

172：连接部

1721：插梢

173：转轴部

18：弹性元件

19：按压键

2：清洁机构

20：固定部

21：挠性元件

211：前端

3：热熔性材料

4：磨粉

具体实施方式

体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的态样上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上当作说明之用，而非架构于限制本发明。

请参阅图1及图2，其中图1显示本发明较佳实施例的三维打印机的挤出装置的结构示意图，以及图2显示本发明较佳实施例的三维打印机的挤出装置的前视图。如图1及图2所示，本发明三维打印机的挤出装置1包括座体10、滑块11、加热装置12、喷头13、棘轮14、导引元件15、加压惰轮16及清洁机构2。其中，滑块11设置于座体10的下方，用以承载座体10。加热装置12设置于滑块11的下方，且喷头13与加热装置12相连接。棘轮14设置于座体10内。导引元件15设置于座体10并部分地外露于座体10，用以导引热熔性材料3，例如但不限于一线状热熔性材料，并使热熔性材料3与棘轮14接触。加压惰轮16邻设于棘轮14，用以对热熔性材料3加压以提供一正向力，并使热熔性材料3与棘轮14紧密接触，其中当棘轮14旋转时，热熔性材料3受该正向力造成的摩擦力推进至加热装置12，且热熔性材料3受加热装置12加热呈熔融状态，并通过喷头13挤出。此外，加压惰轮16受棘轮14及热熔性材料3带动与棘轮14进行反向旋转。

清洁机构2包括固定座20及挠性元件21，挠性元件可为一挠性刮片或一挠性刷，但不以此为限，其中固定座20设置于座体10的底部，挠性元件21部分地固设于固定座20并与棘轮14相抵顶，其中当棘轮14旋转时，挠性元件21通过棘轮14旋转的驱动力以及自身的反弹力，对棘轮14的沟槽进行清洁。简言之，于棘轮14旋转带动热熔性材料3的过程中，因棘轮14与热熔性材料3彼此间的摩擦力，会于棘轮14的沟槽内累积磨粉，本发明的清洁机构2的挠性元件21即是设计来清除该等磨粉，使该等磨粉可有效地被清除，进而避免在高速打印时磨粉累积造成的打滑现象，并确实达到高速打印 的目的。

于一些实施例中，座体10更包括外盖100，外盖100与座体10接合以容收棘轮14、加压惰轮16及清洁机构2，且导引元件15穿设于外盖100并部分地外露于外盖100。此外，座体10具有轴体101，且轴体101与棘轮14及加压惰轮16的旋转轴平行设置。

根据本发明的构想，三维打印机的挤出装置1更包括加压力臂17，加压力臂17包括延伸部171、连接部172及转轴部173，其中转轴部173枢设于轴体101，用以连接延伸部171及连接部172，以使延伸部171与连接部172相对于转轴部173呈一固定夹角，且加压惰轮16以插梢1721枢设于连接部172，但不以此为限。

进一步地，本发明的三维打印机的挤出装置1可包括弹性元件18，弹性元件18与座体10及加压力臂17相抵顶，以通过加压力臂17的延伸部171放大弹性元件18的弹力；同时，三维打印机的挤出装置1可更包括按压键19，按压键19设置于加压力臂17的延伸部171并至少部分地外露于座体10，其中当按压按压键19时，弹性元件18对加压力臂17的弹力被释放，且加压惰轮16受加压力臂17的连接部172的带动脱离热熔性材料3。

请参阅图3A，图3A显示图2所示的清洁机构于棘轮进行带料作业时的作动示意图。如图3A所示，本发明三维打印机的挤出装置1的加压力臂17的延伸部171受弹性元件18的弹力，带动加压力臂17的转轴部173及连接部172沿轴体101旋转，使加压惰轮16往棘轮14靠近，并夹住热熔性材料3。因加压力臂17的杠杆原理，可放大弹性元件18的弹力，以对加压惰轮16进行加压，并施予正向力于热熔性材料3，借此增加棘轮14与热熔性材料3之间的摩擦力。进行第一次带动热熔性材料3(以下简称“带动热熔性材料3”为“带料”)作业前，三维打印机的挤出装置1中以及棘轮14的沟槽中并无磨粉；开始带料作业时，棘轮14开始受驱动而进行逆时针旋转，热熔性材料3往下方推进，挠性元件21的前端211会往棘轮14的旋转方向移动并倾斜一特定角度，此时挠性元件21因其自身的挠性，前端211会与棘轮14有一定压力贴紧，当棘轮14长时间且快速的磨擦热熔性材料3后，会产生磨粉4(于图3A至图3D中以星状体示出)，并随着棘轮14的旋转方向前进。由于挠性元件21的前端211与棘轮14间的压力，会使磨粉4停留在挠性元 件21的前端211，保持棘轮14接触热熔性材料3时，为无沾黏磨粉状态，摩擦力不会减小，故不会造成棘轮14与热熔性材料3间打滑的现象。

请参阅图3B，图3B显示图2所示的清洁机构于棘轮暂停带料作业时的作动示意图。如图3B所示，当三维打印机于打印过程中需暂停挤出热熔性材料3时，本发明三维打印机的挤出装置1会暂停带料。在暂停带料前，棘轮14会先行稍微反转，亦即进行微幅的顺时针旋转，以释放喷嘴端的压力，此时热熔性材料3会稍微往上方移动，挠性元件21的前端211亦会往棘轮14的旋转方向移动并反向倾斜一特定角度。原本累积在挠性元件21上的磨粉4，会因重力往下方掉落，使得累积在挠性元件21上的磨粉4被有效地清除，可使下次带料时，更有效率的清洁棘轮14的沟槽内的磨粉。

请参阅图3C，图3C显示图2所示的清洁机构于棘轮进行退料作业时的作动示意图。如图3C所示，当本发明三维打印机的挤出装置1进行退出热熔性材料3(以下简称“退出热熔性材料3”为“退料”)作业时，棘轮14会反向旋转，亦即进行一顺时针旋转，此时亦可能产生磨粉4，热熔性材料3受带动往上方移动，挠性元件21的前端211亦会往棘轮14的旋转方向移动，若有磨粉4产生，如同图3A所示的作动方式，由于挠性元件21的前端211与棘轮14间的压力，会使磨粉4停留在挠性元件21的前端211，保持棘轮14接触热熔性材料3时，为无沾黏磨粉状态，摩擦力不会减小，故不会造成棘轮14与热熔性材料3间打滑的现象。

请参阅图3D，图3D显示图2所示的清洁机构于棘轮再次进行带料作业时的作动示意图。如图3D所示，当本发明三维打印机的挤出装置1再次带料时，棘轮14再次受驱动而进行逆时针旋转，如同图3A所示的作动方式，由于挠性元件21的前端211与棘轮14间的压力，会使磨粉4停留在挠性元件21的前端211，保持棘轮14接触热熔性材料3时，为无沾黏磨粉状态，摩擦力不会减小，故不会造成棘轮14与热熔性材料3间打滑的现象。同时，原本累积于挠性元件21的前端211另一侧的磨粉4，亦会因重力往下方掉落，使得累积在挠性元件21上的磨粉4被有效地清除，可使下次带料时，更有效率的清洁棘轮14的沟槽内的磨粉。

综上所述，本发明提供一种三维打印机的挤出装置及其清洁机构，以解决并改善先前技术的问题与缺点。故此，本发明借由清洁机构的设置，挠性 元件可于棘轮旋转时，通过棘轮旋转的驱动力以及自身的反弹力对棘轮的沟槽进行清洁，使得棘轮的沟槽中因与热熔性材料摩擦产生的磨粉可有效地被清除，进而避免在高速打印时磨粉累积造成的打滑现象，并确实达到高速打印的目的。同时，通过清洁机构采用的挠性元件，并利用重力及挠性元件的反弹力，可于棘轮带动热熔性材料的带料、停料及退料等作业时，双向清洁棘轮的沟槽，进而可长效性维持棘轮的最佳运作状态，进而达到使成形品质稳定并降低打印成本等功效。

纵使本发明已由上述的实施例详细叙述而可由本领域普通技术人员任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱如附权利要求所欲保护的范围。