一种圆柱凸轮式熔融沉积型3D打印送料装置及其方法与流程

本发明属于3D打印机技术领域，具体涉及一种圆柱凸轮式熔融沉积型3D打印机送料装置。

背景技术：

3D打印是一种将计算机建立的三维模型分层切片，通过逐层堆积打印材料制成产品的技术。熔融沉积成型(FDM)是一种常用的3D打印技术，将热塑性材料丝(ABS、PLA等)通过送料机构送进打印头，在打印头的加热装置中加热至半熔化挤出，半熔化材料在计算机控制下预定的位置与周围材料粘接并迅速固化。

目前市场上大多数的FDM 3D打印机的送料机构都采用一个摩擦轮和一个从动滑轮的方式，摩擦轮与步进电机相连，通过装置对摩擦轮施加压力，摩擦轮转动时，通过摩擦力使丝料向前送进。这种送料装置结构简单，成本较低，得到了广泛的应用。但是它也存在下列不足：1、可提供的力矩小；2、压紧力不易调节3、丝材尺寸不均匀时，可能无法送进导致打印中断；4、摩擦轮在长时间使用磨损后，很容易发生打滑；5、在打印过程中会出现喷头的堵塞。以上任何不足导致的送丝的中断都会使得打印中断，零件报废；

技术实现要素：

本发明针对上述问题，提供了一种圆柱凸轮式熔融沉积型3D打印机送料装置及其方法。

本发明实施例提供的圆柱凸轮式熔融沉积型3D打印送料装置，其特征在于，包括外壳(1)、圆柱凸轮(2)、盖(3)、丝材(4)、步进电机(5)；其特征在于：所述外壳(1)底部与所述步进电机(5)连接，所述步进电机(5)的输出轴从所述外壳(1)底部的孔伸入外壳(1)内；所述圆柱凸轮(2)安装在步进电机(5)的所述输出轴上并固定；所述盖(3)安装在外壳(1)上；所述丝材(4)从所述外壳(1)上的进丝口A进入该送料装置，通过外壳(1)的引导进入圆柱凸轮(2)的送丝槽C内，从所述外壳(1)的出丝口B送出。

较佳地，该送料装置还包括：所述圆柱凸轮(2)的所述送丝槽C与旋转方向呈一定角度，当该圆柱凸轮(2)旋转时，垂直所述送丝槽C方向上的分力提供所述送丝槽C与所述丝材(4)的正压力，使丝材(4)随圆柱凸轮(2)运动。

较佳地，该送料装置还包括：所述圆柱凸轮(2)上的送丝槽C截面形状为梯形。

较佳地，该送料装置还包括：所述丝材(4)进入或离开所述圆柱凸轮(2)送丝槽C的位置在高度方向上是变化的。

较佳地，该送料装置还包括：所述位置的变化按照正弦规律，最高点和最低点分别为所述圆柱凸轮(2)的送丝槽C的最高和最低点。

较佳地，该送料装置还包括：所述外壳(1)在所述进丝口A和出丝口B处以接近所述圆柱凸轮(2)进、出丝位置的切线平滑过渡。

较佳地，该送料装置还包括：所述圆柱凸轮(2)的直径与所选丝材(4)的最小弯曲半径有关。

本发明中记载的送料装置，工作流程如下：1)、将丝材装入送丝机构：从外壳(1)的进丝口A将丝材(4)插入所述送丝机构；2)、步进电机(5)控制圆柱凸轮(2)转动，同时持续将丝材(4)送入所述送丝机构，从而使得所述丝材(4)进入所述圆柱凸轮(2)的送丝槽C内并从外壳(1)的出丝口B伸出；其中，所述丝材(4)进入或离开所述圆柱凸轮(2)送丝槽C的位置在高度方向上是变化的。

较佳地，该流程还包括：所述圆柱凸轮(2)的所述送丝槽C与旋转方向呈一定角度，当该圆柱凸轮(2)旋转时，垂直所述送丝槽C方向上的分力提供所述送丝槽C与所述丝材(4)的正压力，使丝材(4)随圆柱凸轮(2)运动。

较佳地，该流程还包括：所述位置的变化按照正弦规律，最高点和最低点分别为所述圆柱凸轮(2)的送丝槽C的最高和最低点。

与现有技术采用摩擦轮和从动滑轮组合的方式相比，本发明存在以下技术效果：

第一、送丝稳定，不易打滑；

第二、丝料尺寸稍有变化时仍能送进，不变导致打印中断；

第三、送丝速度易于控制；

第四、对于丝线的送出和回抽易于控制；

第五、不会出现打印过程中喷头的堵塞。

附图说明

图1是本发明圆柱凸轮式送料装置的结构示意图；

图2是本发明圆柱凸轮的结构示意图；

附图标记：附图1中的标记说明，1-外壳，2-圆柱凸轮，3-盖，4-丝材，5-电机，A-进丝口，B-出丝口；附图2中的标记说明，C-送丝槽，D-顶丝安装孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

实施例：

参见附图1，本发明的圆柱凸轮式熔融沉积型3D打印送料装置，包括外壳(1)、圆柱凸轮(2)、盖(3)、丝材(4)、电机(5)。

所述外壳(1)底部与电机(5)连接(优选为通过螺钉、铆钉等连接)，电机(5)(优选为步进电机)的输出轴从外壳(1)底部的孔伸入到外壳(1)内；所述圆柱凸轮(2)安装在电机(5)的所述输出轴上，通过顶丝安装孔D用顶丝固定；所述盖(3)安装在外壳(1)上；丝材(4)从外壳(1)上的进丝口A进入送料装置，通过外壳(1)的引导进入圆柱凸轮(2)的送丝槽C内，从外壳(1)的出丝口B送出。

外壳(1)与圆柱凸轮外径具有一定的距离，优选距离约为1mm，可以使得在进丝口和出丝口处以接近圆柱凸轮(2)进、出丝位置的切线平滑过渡。

参见附图2，本发明圆柱凸轮的结构示意图。

圆柱凸轮(2)上具有送丝槽C，该送丝槽C沿圆柱面展开是具有一定周期的正弦曲线，最高点和最低点的距离优选为20mm，周期优选为2826mm；丝材(4)进入或离开圆柱凸轮(2)送丝槽C的位置在高度方向上按照正弦规律变化，其最高点和最低点分别为圆柱凸轮(2)送丝槽C的最高和最低点。

圆柱凸轮(2)的送丝槽C与旋转方向呈一定角度θ，该角度为送丝槽C上某一位置法线与该位置旋转线速度方向的夹角；圆柱凸轮(2)旋转时，垂直送丝槽C方向上的分力F*cosθ提供送丝槽C与丝材(4)的正压力，使丝材(4)在摩擦力作用下随圆柱凸轮(2)运动。

所述圆柱凸轮(2)的直径与所选丝材(4)的最小弯曲半径有关，优选地应为丝材(4)最小弯曲半径的4-8倍，以保证丝材(4)不因弯曲而折断及保证送丝通畅，同时减少送丝机构体积。优选地，对于当前熔融沉积型3D打印机最常用的PLA丝材，最小弯曲半径约为丝材直径的5倍，例如：丝材(4)直径约1.75mm，圆柱凸轮(2)直径可以取为约60mm。

圆柱凸轮(2)上的送丝槽C具有一定的截面形状，优选为梯形，例如：对于直径约1.75mm的丝材(4)，可以选择梯形底边长度约为1.75mm，顶边长度约为2mm，高约为2mm。

上述打印送料装置的工作过程如下：

将丝材装入送丝机构时，从外壳(1)的进丝口A将丝材(4)插入所述送丝机构，缓慢转动圆柱凸轮(2)的同时持续送进丝材(4)，丝材(4)便可进入圆柱凸轮(2)的送丝槽C内并从外壳(1)的出丝口B伸出，随后，在步进电机(5)控制下可稳定送丝。其中，所述丝材(4)进入或离开所述圆柱凸轮(2)送丝槽C的位置在高度方向上是变化的。

尽管己描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。