一种熔融沉积3D打印用线材接线器组件的制作方法

本实用新型涉及一种熔融沉积3D打印用线材接线器组件，属于FDM （熔融沉积成型）3D打印领域。

背景技术：

3D打印技术，也被称为AM（增材制造）,目前已被广泛用于科学研究、工业生产和高精尖加工等领域。该技术基本过程为：预先设计好将CAD（计算机辅助设计）模型，利用3D 打印控制系统（计算机）对其进行离散化处理，获得对应于三维模型的一组二维数据信息；然后用二维数据信息驱动3D打印机，通过叠层堆积的方式最终获得完整的三维实体。FDM打印技术属于挤出式3D打印技术大类，是一种常见而且广泛应用的3D打印技术。该技术通常是将热塑性线材经供丝系统输送至挤出喷头处，在喷头中加热至半熔态，然后挤出并在工作平台上构筑三维实体。

目前市场上主流的热塑性线材包括：PLA（聚乳酸）、ABS（丙烯腈-苯乙烯塑料）、PC（聚碳酸酯）、HIPS（高冲击强度聚苯乙烯）和PA（尼龙）等，也包括一部分用于特殊用途的功能化的线材。线材的主要直径有1.75mm和3.00mm，与常见的FDM打印系统匹配。

FDM打印在模具、工艺品模型、机械零部件等方面广泛应用，但是成型速度较慢，线材耗费量大，使得其在大型物件的构筑过程中面临巨大的挑战。此外，FDM多材料打印也逐渐成为市场需求，但是目前的FDM主要是单喷头和双喷头，要满足多材料打印也存在一定的困难。而解决上述问题的关键在于FDM线材之间能够实现简便灵活的对接。一般的解决办法有直接将线材末端切平，通过直接加热或者胶水粘接的方式进行连接，然后再用刀片或者砂纸进行切削打磨，以适应于FDM挤出头。该方法操作不便，线材对接处质量差，容易断裂，影响打印产品的质量。目前有报道一些用于FDM线材对接的工具，比如一种类似于老虎钳的加热夹具，能够实现线材对接，但是其操作不便，工艺过程繁琐，最终线材的对接处仍然需要打磨处理。专利CN201610488811.X公开了一种FDM 3D打印机耗材连接装置及其使用方法。该发明具体包括可拆卸的第一固定部和第二固定部，所述的第一固定部和第二固定部拼接固定在一起后构成可供3D打印线材穿过的第一通道和第二通道，第一通道和第二通道之间为可供加热线材对接端的工作区域。该发明虽然可以实现较好的线材连接，但是线材对接处是在暴露的情况下进行加热，采用明火或者其他的加热方式，直至熔化，最后需要手动推至相应的通道中进行冷却，对接好的线材还需要后期稍微修整至合适的尺寸用于FDM打印。整个操作工艺较为繁琐，不便作为FDM打印机配套的工具，明火的加热方式使得其在使用过程中存在安全隐患。此外，由于不同材料的熔融温度存在差异，从而限制了利用该方法实现不同种线材对接。

综上，现在迫切需要一种一体化、工具化的FDM线材连接装置，同时要求操作简便，安全性高，能够满足多种线材连接要求，适合向市场推广应用。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种熔融沉积3D打印用线材接线器组件。

本实用新型所述接线器组件是一种一体化封装的FDM线材连接装置，具备操作简单，安全可靠的工作特性，能够快速、高效的实现不同线材对接，同时该接线器内套可以定制为1.75 mm和3.00 mm，能够通过接线器内套的更换来简单地实现目前市场上主流FDM线材的连接。本实用新型可以作为工具型的产品向市场推广应用。

一种熔融沉积3D打印用线材接线器组件，其特征在于该接线器组件包括接线器内套和加热器；所述接线器内套包括设有限位槽的第一固定部、第二固定部、第三固定部和第四固定部；第一固定部和第二固定部拼接固定在一起后构成第一通道，对需要对接的两种线材进行一体化封装；第三固定部和第四固定部拼接固定在一起后构成第二通道，该孔道直径略小于线材直径，拼接闭合后对线材产生夹持作用；第一固定部和第三固定部通过弹簧螺杆组合连接，第二固定部和第四固定部通过弹簧螺杆组合连接；所述加热器类似于老虎钳，钳头的内侧设有平面形缺口和半圆形缺口；平面形缺口与第一固定部限位槽的尺寸一致，且其背面加置PTC（正温度系数）加热片，所设限位槽为加热工作区；半圆形缺口的尺寸和第二固定部的外尺寸一致。

所述第一固定部和第二固定部为镜面对称结构，第三固定部和第四固定部为镜面对称结构。

所述第一固定部上设有四个连接孔、一个与第三固定部上设置的贯穿连接孔通过弹簧螺杆组合相连的固定孔和第一滑槽；所述第二固定部上设置有与第一滑槽拼接构成第一通道的第二滑槽，一个与第四固定部上设置的贯穿连接孔通过弹簧螺杆组合相连的固定孔；第一固定部设置的四个连接孔通过四个螺杆连接第二固定部的四个固定孔；所述第三固定部上设有第三滑槽以及两个连接孔；所述第四固定部上设有与第三滑槽拼接构成第二通道的第四滑槽；第三固定部设置的两个连接孔通过两个螺杆连接第四固定部的两个固定孔。

所述接线器内套第一滑槽、第二滑槽、第三滑槽和第四滑槽的横截面均为半圆形。

所述第一通道和第二通道的横截面均为圆形。第一通道的直径为1.75mm 或者3.00mm(针对两种线材尺寸设计)。第二通道的直径为1.70mm或者2.95mm第二通道的直径略小于线材直径，第三固定部和第四固定部拼接闭合后可以对线材进行夹持。

两根线材的末端在第一通道的中部对接，所处位置对应于接线器内套第一固定部限位槽中部。

所述所有连接孔均为无内螺纹直孔；所述所有固定孔均为内螺纹孔。

所述接线器内套的所有部件均为不锈钢，加热熔融连接完毕的线材不会和第一通道的表面发生粘接，并且保证了线材表面光洁度良好，可以直接用于FDM打印，线材连接头处完全不需打磨切削后处理。此外，不锈钢耐磨性好，接线器内套使用寿命长。

所述加热器的材质为碳素钢；在手柄上加装隔热保护套，保护套材质为聚四氟乙烯。

所述PTC加热片用耐高温环氧树脂进行封装。

加热器的平面形缺口和第一固定部的限位槽尺寸一致，从而实现对两根线材对接处的定点加热，提高线材接合质量；半圆形缺口的尺寸和第二固定部的外尺寸一致，确保夹持的稳定性。

本实用新型通过调节弹簧螺杆组合的松紧程度向线材对接的方向施加和卸载外力，避免高温情况下人工外力向线材施加推力，确保安全，安装完毕后不需要将此部分拆卸。

所述熔融沉积3D打印用线材接线器组件工作时，按照如下步骤进行：

（1）将需要对接的两种线材封装在第一通道内；

（2）第二通道对外部一侧线材进行夹持，调节弹簧螺杆组合对线材施加一定的外力；

（3）将加热器夹在接线器内套的限位槽中，加热20秒左右，撤掉加热器，使接线器内套自然冷却至室温；

（4）拧松接线器内套一侧的螺杆（三个）并将另一侧的螺杆（3个）打开，即可将固定部分开，取下连接好的FDM线材，直接用于FDM打印。

所述的加热器类似于老虎钳，在其钳头部位设计安装一个PTC加热片，加热片通过温控电路控制，能够实现多温度区控制，在100-200℃范围内实现不同温区恒温加热。所述的加热器在钳口处的缺口和接线器内套加热工作区相匹配，能够对线材对接处进行局部定点加热。

所述第一滑槽和第二滑槽拼接形成第一通道，通道的横截面为封闭的圆形，该通道的直径和FDM线材的直径一致；第三滑槽和第四滑槽拼接形成第二通道，通道的横截面为封闭的圆形，该通道的直径比FDM线材的直径略小，在第三、第四固定部拼接闭合后，固定部对线材具有一定的夹持作用。

本实用新型与现有的FDM线材连接方法和装置相比具有的优点：本实用新型能够实现FDM线材一体化封装连接过程，操作简便，安全性高，线材对接处平滑，不用后处理可直接用于打印，能够满足不同熔融温度线材的连接要求，同时可以作为FDM打印机的配套工具。本实用新型填补了FDM线材接线装置领域的空白，拓宽了FDM打印技术的应用。

附图说明

图1 为本实用新型所述熔融沉积3D打印接线器组件的结构示意图。

图2为本实用新型所述接线器内套的结构爆炸示意图。

图3为本实用新型所述接线器内套的结构示意图。

图4为本实用新型所述加热器的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种熔融沉积3D打印线材接线器组件，包接线器内套Ⅰ和加热器Ⅱ。如图2所示，接线器内套Ⅰ的第一固定部1和第二固定部2通过四个螺杆5、6、7、8实施可拆卸连接，第一固定部1和第二固定部2拼接后构成可供FDM线材穿过的第一通道；接线器内套Ⅰ的第三固定部3和第四固定部4通过两个螺杆9、10实施可拆卸连接，第三固定部3和第四固定部4拼接后构成可供FDM线材穿过的第二通道，该通道的直径略小于线材的直径，固定部闭合后对线材具有夹持作用；两个带弹簧螺杆11、12穿过第三固定部3的连接孔3-4和第四固定部4的连接孔4-4，分别连接第一固定部1的固定孔1-7和第二固定部2的固定孔2-6，为可拆卸连接。通过第一固定部1和第二固定部2对线材进行一体化封装，第三固定部3和第四固定部4配合两个弹簧螺杆组合11、12向线材对接头方向施加外力，代替人工加载外力。加热器Ⅱ直接夹在接线器内套Ⅰ的加热工作区限位槽1-1，使得线材对接处加热熔融，然后经自然冷却，完成线材连接。

第一固定部1设置有限位槽1-1，该限位槽1-1为加热工作区；设置有四个连接孔1-2、1-3、1-4、1-5，设置有横截面为半圆形的第一滑槽1-6，设置有固定孔1-7。

第二固定部2，设有五个固定孔2-1、2-2、2-3、2-4、2-6，设有横截面为半圆形的第二滑槽2-5。

第三固定部3，设有第三滑槽3-1，设置有两个连接孔3-2和3-3，设置有贯穿的连接孔3-4。

第四固定部4，设置有第四滑槽4-1，设置有两个固定孔4-2和4-3，设置有贯穿的连接孔4-4。

第一滑槽1-6和第二滑槽2-5拼接构成第一通道，第三滑槽3-1和第四滑槽4-1拼接构成第二通道；第一通道和第二通道的横截面均为圆形。

第一固定部1上的限位槽1-1为加热工作区，两根线材的末端在第一通道的中间对接，所处位置对应在限位槽1-1中部。

弹簧螺杆组合11穿过连接孔3-4和固定孔1-7实施可拆卸连接；弹簧螺杆组合12穿过连接孔4-4和固定孔2-6实施可拆卸连接。

所有固定孔1-7、2-1、2-2、2-3、2-4、2-6、4-2和4-3均为内螺纹孔，与对应的螺杆配套使用。所述的螺杆5、6、7、8、9和10为相应规格的标准件。所有的连接孔1-2、1-3、1-4、1-5、3-2、3-3、3-4 和4-4均为无内螺纹直孔。

接线器内套Ⅰ的所有部件均为不锈钢。

第一固定部1和第二固定部2为镜面对称结构，第三固定部3和第四固定部4为镜面对称结构。

接线器内套拼接后如图3所示。

如图4所示，加热器Ⅱ类似于老虎钳。一侧手柄钳头13的内侧设置平面形缺口13-1，平面形缺口13-1的背面加置一枚PTC加热片16，并用耐高温环氧树脂进行封装。另一侧手柄钳头14的内侧设置半圆形缺口14-1。所述的平面形缺口13-1和第一固定部1的限位槽1-1尺寸一致，从而实现对两根线材对接处的定点加热，提高线材接合质量；半圆形缺口14-1的尺寸和第二固定部2的尺寸一致，确保夹持的稳定性。

加热器的材质为常用的碳素钢，在手柄13和14上加装隔热保护套15，保护套15材质为聚四氟乙烯。

FDM接线器组件工作时，按照上述安装顺序，将需要对接的两种线材封装在接线器内套Ⅰ第一通道内，然后调节弹簧螺杆组合11和12对一侧线材施加一定的外力，在受热熔融的时候增强结合作用，提高线材接合质量。然后将加热器Ⅱ夹在接线器内套Ⅰ的限位槽1-1中，加热20秒左右，撤掉加热器Ⅱ，使接线器内套Ⅰ自然冷却定型至室温。然后将接线器内套Ⅰ一侧的螺杆（3个）拧松，另一侧的螺杆（3个）打开，即可将固定部分开，取下连接好的FDM线材，直接用于FDM打印。

本实用新型填补了本技术领域的空白。该组件能够方便快捷的实现不同FDM线材之间的连接，在连接过程中对线材进行了一体化封装，通道直径和线材直径保持一致，连接完毕的线材可直接用于FDM打印，不需要任何打磨切削处理，整个工艺过程安全可靠。此外，加热器的控温电路能够实现不同温度加热，为不同熔融温度的热塑性线材的连接提供可能。该实用新型为FDM技术打印大尺寸物件和多种材料打印提供了可能。