一种可控式自动3D打印线材制备设备的制作方法

本实用新型涉及3D打印技术领域,具体涉及一种可控式自动3D打印线材制备设备。

背景技术：

3D打印是一种综合了数字建模技术、机电控制技术、信息技术、材料科学与化学等诸多领域的前沿技术，具有很高的科技含量。它是快速成型技术的一种，被誉为“第三次工业革命”的核心技术。随着3D打印需求的日益增加，可用的材料种类逐渐增多，从最初的树脂、塑料拓展到金属、陶瓷等。目前，3D打印材料主要包括工程塑料、光敏树脂、橡胶类材料、金属材料和陶瓷材料等。除此之外，彩色石膏材料、人造骨粉、细胞生物原料以及砂糖等食品材料也在3D打印领域得到了应用。虽然3D打印材料种类逐步增多。但是现在大多数3D打印机所应用的材料仍然以工程塑料、树脂、橡胶等材料制成的线材为主，其使用的材料一般为ABS、PLA的线状耗材，而3D打印线材的生产工艺过程主要分两大步，首先将原材料混合，通过双螺杆挤出造粒，在经过单螺杆挤线冷却圈线，满足这些生产工艺繁琐，而且生产装置体占地空间大，购买装置自制成本高，而购买成品线材价格还比较昂贵。而且，现有的3D打印线材制备装置不能够自动控制及检测线材的连续性及规格，调试时间较长，自动化程度低，花费了大量人力财力，花费了较高的3D打印线材的生产成本。

综上所述，现有的3D打印线材制备装置存在集成化低，不能够自动控制及检测线材的连续性及规格，调试时间较长，自动化程度低，生产成本高的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了解决现有的3D打印线材制备装置存在集成化低，不能够自动控制及检测线材的连续性及规格，调试时间较长，自动化程度低，生产成本高的问题，进而提供一种可控式自动3D打印线材制备设备。

本实用新型的技术方案是：

一种可控式自动3D打印线材制备设备，它包括圈线装置、挤线装置、冷却装置、支架、多个第一导向单元和多个第一光电传感器，圈线装置设置在支架的一端，挤线装置设置在支架的另一端，冷却装置设置在圈线装置与挤线装置之间的支架上，圈线装置与冷却装置之间、冷却装置与挤线装置之间分别设置至少一个第一导向单元，每个第一导向单元上设有一个第一光电传感器；

圈线装置包括第一驱动组件、第一传动组件、圈线筒、圈线筒转轴和旋转编码器，第一驱动组件安装在支架的上部，圈线筒位于第一驱动组件的下方，圈线筒的中部插设有圈线筒转轴，圈线筒转轴的两端固定在支架上，第一传动组件位于第一驱动组件和圈线筒转轴之间，第一驱动组件驱动第一传动组件带动圈线筒转轴旋转，旋转编码器套设在圈线筒转轴上；

挤线装置包括挤出机、第二驱动组件、进料组件和第三驱动组件，第二驱动组件的输出端与挤出机内部的第一螺杆连接，进料组件设置在挤出机的上端，进料组件与挤出机的进料口连通，第三驱动组件与进料组件内部的第二螺杆连接；

冷却装置包括水冷池、风扇和第二导向单元，风扇设置在靠近挤线装置一侧的支架上，水冷池设置在圈线装置与风扇之间的支架上，水冷池的内部设置至少一个第二导向单元，由挤出机挤出的3D打印线材依次经过位于冷却装置与挤线装置之间的第一导向单元、位于水冷池内部的第二导向单元和位于圈线装置与冷却装置之间的第一导向单元缠绕在圈线筒上。

进一步地，圈线装置的第一传动组件包括主动带轮、从动带轮和传送带，主动带轮安装在第一驱动组件的输出端，从动带轮安装在圈线筒转轴上，主动带轮通过传送带带动从动带轮转动。

进一步地，挤线装置的挤出机包括喷头、螺杆、加热环和温度传感器，螺杆位于挤出机的内部，喷头与挤出机外壳的线材输出端螺纹连接，加热环套设在挤出机外壳上，加热环上设有温度传感器。

进一步地，挤线装置的喷头的喷嘴为圆形，圆形喷嘴的直径为1.75mm或3.00mm。

进一步地，喷头的挤线方向为水平，喷头与水平面之间的距离与位于冷却装置与挤线装置之间的第一导向单元的高度一致。

进一步地，第一导向单元包括第一导轮和第一导轮支架，第一导轮转动安装在第一导轮支架的上端，第一导轮支架固定在支架上。

进一步地，冷却装置的第二导向单元包括第二导轮和第二导轮支架，第二导轮转动安装在第二导轮支架的上端，第二导轮支架固定在水冷池的底部。

进一步地，挤线装置的进料组件包括第二光电传感器和进料斗，进料斗为直径由上至下逐渐变小的圆锥状空心结构，进料斗的下端与挤出机的进料口连通，第二光电传感器设置在进料斗的上部。

进一步地，挤线装置的第二驱动组件包括减速器、第一联轴器和第一步进电机，第一步进电机设置在挤出机的下方支架上，减速器位于第一步进电机与挤出机之间，减速器的动力输入端通过第一联轴器与第一步进电机的输出轴连接，减速器的动力输出端与挤出机内部的第一螺杆连接。

进一步地，挤线装置的第三驱动组件包括第二联轴器和第二步进电机，第二步进电机的输出轴通过第二联轴器与进料斗内部的第二螺杆连接。

本实用新型与现有技术相比具有以下效果：

1、本实用新型的一种可控式自动3D打印线材制备设备通过挤出机对进料斗中的原材料加热挤出，并采用风扇对挤出的打印线材进行风冷，保证打印线材的直径规格，然后采用水冷池对挤出的打印线材进行水冷，成型线材再通过圈线装置收集成捆。本实用新型能够自动控制及检测线材的连续性及规格，降低了调试时间，自动化程度高，节约了大量人力财力，降低了3D打印线材的生产成本。为中小型3D打印线材使用者提供了价格低廉的3D打印线材。

2、本实用新型的一种可控式自动3D打印线材制备设备结构简单，操作方便，制作成本低廉且便携，一个装置同时可以做到对3D打印线材原料进行第一次混合加热成熔融体、降温并对熔融体再次加热挤出、冷却成材圈线的目的。

3、本实用新型的旋转编码器可自动调节圈线筒的转速，圈线筒的转速即圈线转速。第一光电传感器能够实时监控线材的连续性及直径规格，当线材断开时会发出报警并紧急停止机器工作。

附图说明

图1是本实用新型的一种可控式自动3D打印线材制备设备的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种可控式自动3D打印线材制备设备，它包括圈线装置、挤线装置、冷却装置、支架1、多个第一导向单元和多个第一光电传感器5，圈线装置设置在支架1的一端，挤线装置设置在支架1的另一端，冷却装置设置在圈线装置与挤线装置之间的支架1上，圈线装置与冷却装置之间、冷却装置与挤线装置之间分别设置至少一个第一导向单元，每个第一导向单元上设有一个第一光电传感器5；

圈线装置包括第一驱动组件2、第一传动组件、圈线筒3、圈线筒转轴和旋转编码器4，第一驱动组件2安装在支架1的上部，圈线筒3位于第一驱动组件2的下方，圈线筒3的中部插设有圈线筒转轴，圈线筒转轴的两端固定在支架1上，第一传动组件位于第一驱动组件2和圈线筒转轴之间，第一驱动组件2驱动第一传动组件带动圈线筒转轴旋转，旋转编码器4套设在圈线筒转轴上；

挤线装置包括挤出机、第二驱动组件、进料组件和第三驱动组件，第二驱动组件的输出端与挤出机内部的第一螺杆10连接，进料组件设置在挤出机的上端，进料组件与挤出机的进料口连通，第三驱动组件与进料组件内部的第二螺杆连接；

冷却装置包括水冷池6、风扇8和第二导向单元，风扇8设置在靠近挤线装置一侧的支架1上，水冷池6设置在圈线装置与风扇8之间的支架1上，水冷池6的内部设置至少一个第二导向单元，由挤出机挤出的3D打印线材依次经过位于冷却装置与挤线装置之间的第一导向单元、位于水冷池6内部的第二导向单元和位于圈线装置与冷却装置之间的第一导向单元缠绕在圈线筒3上。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的圈线装置的第一传动组件包括主动带轮、从动带轮和传送带，主动带轮安装在第一驱动组件2的输出端，从动带轮安装在圈线筒转轴上，主动带轮通过传送带带动从动带轮转动。如此设置，带传动方式具有传动平稳、缓冲吸振、结构简单、成本低、使用维护方便、有良好的挠性和弹性的优点。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式的挤线装置的挤出机包括喷头9、螺杆10、加热环和温度传感器，螺杆10位于挤出机的内部，喷头9与挤出机外壳的线材输出端螺纹连接，加热环套设在挤出机外壳上，加热环上设有温度传感器。如此设置，加热环对螺杆10进行加热，温度传感器用于监控挤出机的加热温度。其它组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式的挤线装置的喷头9的喷嘴为圆形，圆形喷嘴的直径为1.75mm或3.00mm。如此设置，满足多种直径规格线材的加工。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二或三相同。

具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式的喷头9的挤线方向为水平，喷头9与水平面之间的距离与位于冷却装置与挤线装置之间的第一导向单元的高度一致。如此设置，刚从挤出机挤出的3D打印线材温度较高，易变性，喷头9的挤线方向为水平，保证线材的直径规格。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。

具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式的第一导向单元包括第一导轮和第一导轮支架，第一导轮转动安装在第一导轮支架的上端，第一导轮支架固定在支架1上。如此设置，第一导向单元对挤出的3D打印线材起到导向的作用。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。

具体实施方式七：结合图1说明本实施方式，本实施方式的冷却装置的第二导向单元包括第二导轮和第二导轮支架，第二导轮转动安装在第二导轮支架的上端，第二导轮支架固定在水冷池6的底部。如此设置，第二导向单元对挤出的3D打印线材起到导向的作用，使得3D打印线材在水冷池6内得到充分冷却，且利用第二导轮引导3D打印线材，避免3D打印线材产生变形，保证了3D打印线材的直径规格。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五或六相同。

具体实施方式八：结合图1说明本实施方式，本实施方式的挤线装置的进料组件包括第二光电传感器11和进料斗12，进料斗12为直径由上至下逐渐变小的圆锥状空心结构，进料斗12的下端与挤出机的进料口连通，第二光电传感器11设置在进料斗12的上部。如此设置，进料斗12的上部设置第二光电传感器11，第二光电传感器11控制原材料对挤出机的供应，当进料斗12内的原材料用完时，会发出警报并紧急停止机器工作。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六或七相同。

具体实施方式九：结合图1说明本实施方式，本实施方式的挤线装置的第二驱动组件包括减速器15、第一联轴器16和第一步进电机17，第一步进电机17设置在挤出机的下方支架1上，减速器15位于第一步进电机17与挤出机之间，减速器15的动力输入端通过第一联轴器16与第一步进电机17的输出轴连接，减速器15的动力输出端与挤出机内部的第一螺杆10连接。如此设置，第一步进电机17用于调节挤出机内部的第一螺杆10的转速。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六、七或八相同。

具体实施方式十：结合图1说明本实施方式，本实施方式的挤线装置的第三驱动组件包括第二联轴器13和第二步进电机14，第二步进电机14的输出轴通过第二联轴器13与进料斗12内部的第二螺杆连接。如此设置，第二步进电机14用于调节进料速度，当进料斗12内的原材料用完时，第二光电传感器11会发出警报并紧急停止机器工作。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六、七、八或九相同。

工作原理

结合图1说明本实用新型的工作原理：

本实用新型的一种可控式自动3D打印线材制备设备的制备方法是通过以下步骤实现的，

步骤一、将冰水混合物放入水冷池6中，打开风扇8；

步骤二、针对不同的3D打印线材制作原材料以及不同的技术指标预先调节好挤出机的加热温度，并启动装置进行预热；

步骤三、将预先准备好的3D打印线材制作原材料放入进料斗12中；

步骤四、调节第一螺杆10的转速、进料速度和圈线筒3的圈线速度，并将预先挤出的3D打印线材通过风扇8上方，再由第一导向单元导入放置有冰水混合物的水冷池6中并通过圈线筒3收集3D打印线材；

步骤五、去除最开始挤出的不满足3D打印技术指标的3D打印线材和最后挤出的不满足3D打印技术指标的3D打印线材，并将满足3D打印技术指标的3D打印线材收集成捆。