一种3D打印用自动取料装置

本发明涉及3d打印技术领域，更具体地说，它涉及一种3d打印用自动取料装置。

背景技术：

3d打印机，即快速成形技术的一种机器，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，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。过去其常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，现正逐渐用于一些产品的直接制造。

主流的3d打印技术主要包括四种:光固化成型(sla)，三维粉末粘接(3dp)，选择性激光烧结(sls)，熔融沉积快速成型(fdm)；其中，基于光固化成型技术，三维粉末粘接技术和选择性激光烧结技术的3d打印机虽然精度较高，适用材料也比较广泛，往往需要较大的功率，技术比较复杂，设备成本、维护成本和材料成本都很高。熔融沉积快速成型(fdm)又称为熔丝沉积，它是将丝状热熔性材料加热融化，通过带有喷嘴的喷头挤出来。热熔材料熔化后从喷头挤出，沉积在打印工作台面板或者前一层已固化的材料上，温度低至固化温度后开始固化，通过材料的层层堆积形成最终成品。

现有3d打印设备主要包括自动取料装置和移动装置，自动取料装置包括相互连通的料筒和喷头，移动装置与数字模拟文件连接用于带动喷头移动。但是现有自动取料装置对热熔材料的热熔不均匀，并且无法监测热熔后材料的状态，从而导致过硬或者过软的热熔材料进入喷头，也就是热熔材料流动性过高或者过低，在喷头挤料进行层层堆积时会影响3d打印的成品效果。

因此有必要对现有3d打印设备的自动取料机构进行改进，从而使在不同材料进行热熔处理后，能保证喷头出料状态始终维持在适宜程度。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种3d打印用自动取料装置，该装置能够克服现有设备热熔不均匀，出料状态不受控的缺点。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种3d打印用自动取料装置，包括有相互连通的料筒和喷头，所述料筒内部设置有熔融腔，所述料筒的上端开设有与熔融腔连通的入料口，所述料筒的下端开设有与熔融腔连通的出料口，所述喷头设置在料筒的下方，还包括设置在料筒上用于对热熔材料进行熔融的加热件、设置在料筒内用于使热熔材料均匀受热的搅拌组件以及用于对热熔材料的热熔状态进行检测的控制组件，所述控制组件包括；

温度传感器，所述温度传感器用于接收加热件的实时温度信息；

测试管，所述测试管竖直设置在料筒下方且与出料口连通，用于承接料筒中熔融后的热熔材料；

流速传感器，所述流速传感器包括设置在测试管内的定位单元和计时单元，所述料筒与测试管的连通处设置有电动阀门，所述电动阀门与定位单元、计时单元耦接，所述定位单元用于测试料筒流入测试管的热熔材料是否到达指定体积，若是则计时单元停止计时、电动阀门关闭，然后通过定位单元和计时单元检测的信息计算出溶体流动速率；

温度调节器，所述温度调节器用于调整温度从而对测试管中的热熔材料进行再加工；

输出管，所述输出管一端与测试管连通，另一端与喷头连通，用于传输调节后的热熔材料，所述输出管与测试管之间设置有供测试管内热熔材料流向输出管的单向阀门；

控制器，所述控制器与温度传感器、流速传感器、温度调节器耦接，用于接收流速传感器传输的溶体流动速率值，判断溶体流动速率值是否在设定阈值内，从而控制温度调节器以温度传感器传输的温度信息为参照对热熔材料进行再加工。

进一步地，所述控制器内设置有对应流速传感器测定的溶体流动速率值与指定溶体流动速率值的差值域，所述差值域分为多个差值子域，各差值子域对应相应的降温值域或升温值域，所述控制器根据溶体流动速率值比对后的实际差值以及参照温度传感器传输的温度信息，控制温度调节器对测试管中的热熔材料进行升温或者降温。

进一步地，所述熔融腔的内壁成光滑的弧形结构设置，所述搅拌组件包括第一电机、导杆、第二电机、往复螺杆、滑块、抵触块、搅拌叶片，所述导杆竖直设置且一端连接在第一电机的输出端，另一端与抵触块固定连接，所述第一电机带动导杆转动的过程中能够带动抵触块转动，所述往复螺杆与导杆平行设置，所述往复螺杆的一端连接在第二电机的输出端，另一端与抵触块之间留有间隙，所述滑块套设在导杆上且与往复螺杆螺接，所述搅拌叶片设置多个且采用弹性材料制成，多个搅拌叶片合围形成笼状结构，多个搅拌叶片的一端均与滑块滑移连接，另一端均与抵触块固定连接，所述第二电机带动往复螺杆转动的过程中，能够带动滑块滑移，从而不断缩小或扩大滑块与抵触块之间的距离，从而使多个搅拌叶片形成的笼状结构的径长尺寸扩大或缩小。

进一步地，所述抵触块成半圆形结构设置，所述抵触块的圆弧形一侧朝向熔融腔底部。

进一步地，所述搅拌叶片采用导热金属材质，所述加热件包括环设在料筒上的多个电热环，所述电热环与料筒同轴设置。

进一步地，所述测试管靠近出料口的一内侧壁成波浪型结构设置，用于缓冲自料筒流出的热熔材料，所述定位单元设置在测试管远离出料口的另一侧壁上。

进一步地，所述出料口包括设置在熔融腔底部的多个过筛孔，所述过筛孔上设置有滤网结构。

进一步地，所述喷头为可变径结构设置。

进一步地，所述可变径结构包括有刚性部件和弹性部件，所述刚性部件至少设置两处，所述弹性部件设置有多个，多个弹性部件与刚性部件交替排列且合围形成供热熔材料通过的出料管道，所述可变径结构还包括与刚性部件固定连接用于带动扩径部件向远离或者靠近出料管道中心移动的动力部件。

进一步地，所述可变径结构包括两个弹性部件，两个弹性部件在自然状态下分别成向内卷缩状态、向外扩张状态，向内卷缩的弹性部件裹挟成向外扩张的弹性部件形成供热熔材料通过的出料管道，所述可变径结构还包括分别带动两个弹性部件对向移动缩径或者反向移动扩径的动力部件。

综上所述，本发明具有以下有益效果：本发明通过加热件、搅拌组件的配合使得热熔材料均匀受热熔融，经控制组件中流速传感器采用质量法测定溶体流动速率，而此数值可以表征热熔材料在熔融状态时的粘流特性，再结合控制器中设定阈值从而使得热熔材料的熔融状态受控，最终保证了传输至喷头的热熔材料处于合适状态，使得3d打印效果大大提升。

附图说明

图1为一种3d打印用自动取料装置的立体结构示意图；

图2为一种3d打印用自动取料装置的局部剖视图；

图3是可变径结构的第一种结构示意图；

图4是可变径结构的第二种结构示意图。

附图标记：1、料筒；11、熔融腔；12、入料口；13、出料口；131、过筛孔；2、喷头；21、刚性部件；22、弹性部件；23、动力部件；3、加热件；31、电热环；4、搅拌组件；41、第一电机；42、导杆；43、第二电机；44、往复螺杆；45、滑块；46、抵触块；47、搅拌叶片；5、控制组件；51、测试管；52、流速传感器；521、定位单元；522、计时单元；53、电动阀门；54、温度调节器；55、输出管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

参照图1-4所示，一种3d打印用自动取料装置，包括有相互连通的料筒1和喷头2，所述料筒1内部设置有熔融腔11，所述料筒1的上端开设有与熔融腔11连通的入料口12，所述料筒1的下端开设有与熔融腔11连通的出料口13，所述喷头2设置在料筒1的下方，还包括设置在料筒1上用于对热熔材料进行熔融的加热件3、设置在料筒1内用于使热熔材料均匀受热的搅拌组件4以及用于对热熔材料的热熔状态进行检测的控制组件5；

搅拌组件4与加热件3的配合能够使得热熔材料在料筒1中进行熔融时，更加均匀的受热，避免了部分远离加热件3的热熔材料还处于硬质状态，却受软质状态或者流质状态的热熔材料裹挟从而传输至喷头2，这样在喷头2进行出料打印时，这些硬质的热熔材料就会影响打印产品的成型效果，从而产生次品或者废品的可能，造成了浪费。

同时搅拌组件4的搅拌动作加速了热熔材料的动态活性，使得热量在热熔材料中间传递的更加活跃，从而能够进一步加快热熔材料的熔融速度。

所述控制组件5包括：

温度传感器，所述温度传感器用于接收加热件3的实时温度信息；

测试管51，所述测试管51竖直设置在料筒1下方且与出料口13连通，用于承接料筒1中熔融后的热熔材料；

流速传感器52，所述流速传感器52包括设置在测试管51内的定位单元521和计时单元522，所述料筒1与测试管51的连通处设置有电动阀门53，所述电动阀门53与定位单元521、计时单元522耦接，所述定位单元521用于测试料筒1流入测试管51的热熔材料是否到达指定体积，若是则计时单元522停止计时、电动阀门53关闭，然后通过定位单元521和计时单元522检测的信息计算出溶体流动速率；

温度调节器54，所述温度调节器54用于调整温度从而对测试管51中的热熔材料进行再加工；

输出管55，所述输出管55一端与测试管51连通，另一端与喷头2连通，用于传输调节后的热熔材料，所述输出管55与测试管51之间设置有供测试管51内热熔材料流向输出管55的单向阀门；

控制器，所述控制器与温度传感器、流速传感器52、温度调节器54耦接，用于接收流速传感器52传输的溶体流动速率值，判断溶体流动速率值是否在设定阈值内，从而控制温度调节器54以温度传感器传输的温度信息为参照对热熔材料进行再加工。

测试管51竖直设置方便熔融后的热熔材料自由落体以及快速填充。

流速传感器52采用质量法进行熔体流动速率(mfr)的测定。质量法是指熔融后的热熔材料填充定量相同体积时所需要的时间比值，在本发明的方案中，测试管51的体积是固定的，通过定位单元521能够检测热熔材料是否填充到测试管51中的指定位置，即熔融后的热熔材料是否完成对指定体积的填充；又因为电动阀门53、定位单元521、计时单元522之间相互耦接，它们之间的关系是：定位单元521感应到热熔材料填充到位后分别向计时单元522、电动阀门53发出信号，使得计时单元522能够及时完成对热熔材料填充过程的开始时刻以及结束时刻进行准确的记录，而电动阀门53关闭是为了防止后续热熔材料进入测试管51影响流速测定过程。

在流速传感器52对热熔材料进行溶体流动速率测定的过程中，温度传感器能够实时监测加热件3释放的温度值。通过计算得：

当下的溶体流动速率＝固定的测试管51指定体积v/计时单元522测定时间s＝x(l/s)；

再结合温度传感器传输的温度信息，就可以得到在熔融温度为c时，溶体流动速率为x，控制器分别接收到对应的温度信息与溶体流动速率信息，然后判断溶体流动速率是否在指定阈值内，若是，则说明温度c为适宜的熔融温度，控制器发出指令使得温度调节器54保持在恒定温度c，并打开电动阀门53、单向阀门，使得热熔材料始终保持在温度c的控制范围传输至喷头2。

需要尤其说明地是，之所以在测试出适宜温度和指定速率的情况下，将温度调节器54的温度调节至适宜温度而不是常温，这是由于在测试管51中的热熔材料经过单向阀门阻断后在测试管51中停留了一定时间，这个停留时间会造成测试管51中的热熔材料产生一定的固化现象，因此经过温度调节器54的“回炉熔融”能够使热熔材料重新保持新鲜熔融状态，避免了在测试管51中用于测定流速的热熔材料影响最终产品的打印效果；另一方面，温度调节器54位于测试管51与输出管55之间，即使测试管51中的热熔材料没有固化迹象，温度调节器54设定成温度c也能够充当保温的作用，使得热熔材料在经测试管51、输出管55抵达喷头2的过程中尽可能地损失更少的热量，从而进一步保证打印产品的顺利进行。

溶体流动速率比对的另一种情况是与控制器中指定阈值不相符，那么就要调整温度调节器54、以及加热件3的对应温度，从而使得热熔材料在熔融后的状态满足打印需求。

综上所述，本发明具有以下有益效果：本发明通过加热件3、搅拌组件4的配合使得热熔材料均匀受热熔融，经控制组件5中流速传感器52采用质量法测定溶体流动速率，而此数值可以表征热熔材料在熔融状态时的粘流特性，再结合控制器中设定阈值从而使得热熔材料的熔融状态受控，最终保证了传输至喷头2的热熔材料处于合适状态，使得3d打印效果大大提升。

所述控制器内设置有对应流速传感器52测定的溶体流动速率值与指定溶体流动速率值的差值域，所述差值域分为多个差值子域，各差值子域对应相应的降温值域或升温值域，所述控制器根据溶体流动速率值比对后的实际差值以及参照温度传感器传输的温度信息，控制温度调节器54对测试管51中的热熔材料进行升温或者降温。

上述设置是实现控制器对温度调节器54控制的一种实施方式，通过这样预先在控制器中输入控制程序，就能够使温度调节器54对于测定的溶体流动速率有一个准确快速的应对措施，同时调整加热件3的对应温度能够使得后续热熔材料的熔融状态更新，必要的话，还可以在更新温度指标后对新熔融的热熔材料进行新一轮的流速测定。

所述熔融腔11的内壁成光滑的弧形结构设置，所述搅拌组件4包括第一电机41、导杆42、第二电机43、往复螺杆44、滑块45、抵触块46、搅拌叶片47，所述导杆42竖直设置且一端连接在第一电机41的输出端，另一端与抵触块46固定连接，所述第一电机41带动导杆42转动的过程中能够带动抵触块46转动，所述往复螺杆44与导杆42平行设置，所述往复螺杆44的一端连接在第二电机43的输出端，另一端与抵触块46之间留有间隙，所述滑块45套设在导杆42上且与往复螺杆44螺接，所述搅拌叶片47设置多个且采用弹性材料制成，多个搅拌叶片47合围形成笼状结构，多个搅拌叶片47的一端均与滑块45滑移连接，另一端均与抵触块46固定连接，所述第二电机43带动往复螺杆44转动的过程中，能够带动滑块45滑移，从而不断缩小或扩大滑块45与抵触块46之间的距离，从而使多个搅拌叶片47形成的笼状结构的径长尺寸扩大或缩小。

上述结构是搅拌组件4的一种实施方式，通过第一电机41、导杆42、抵触块46、搅拌叶片47使得搅拌叶片47转动，并且在转动的过程中带动料筒1中的热熔材料均匀受热熔融；而通过第二电机43、往复螺杆44、滑块45、抵触块46、搅拌叶片47能够使得搅拌叶片47发生形变，即多个搅拌叶片47在转动的过程中能够不断扩大或者缩小的其合围形成的径长尺寸，这种变化能够使得在搅拌过程中的热熔材料不会随搅拌叶片47的惯性转动而漏搅，尤其是始终位于边角的热熔材料，这样设置进一步地增强了搅拌叶片47对热熔材料混合的均匀性。而将熔融腔11的内壁设置成光滑弧形结构，也是对应多个搅拌叶片47合围形成的笼状结构，使得搅拌叶片47在转动过程中能够充分与熔融腔11内的热熔材料接触并且降低阻滞感。

往复螺杆44与抵触块46之间留有间隙的设置是为了避免导杆42带动抵触块46的转动影响往复螺杆44的转动，在具体实施过程中还可以采用往复螺杆44与抵触块46滑移连接的设置。

所述抵触块46成半圆形结构设置，所述抵触块46的圆弧形一侧朝向熔融腔11底部。这样设置能够进一步降低抵触块46与熔融腔11内壁之间的摩擦，从而使抵触块46带动搅拌叶片47的旋转更加顺滑，使得搅拌叶片47在转动过程中充分发挥其均匀混合的能力。

所述搅拌叶片47采用导热金属材质，所述加热件3包括环设在料筒1上的多个电热环31，所述电热环31与料筒1同轴设置。这样设置能够使搅拌叶片47在转动过程中与熔融腔11内壁接触时能够传导电热环31上的热量，继而在搅拌热熔材料的过程中能够将携带的热量混入热熔材料，从而进一步提高了热熔材料熔融过程的受热均匀性，也能够进一步缩短热熔材料的熔融速度。或者搅拌叶片47还可以采用与加热件3电连接的方式传递热能。

所述测试管51靠近出料口13的一内侧壁成波浪型结构设置，用于缓冲自料筒1流出的热熔材料，所述定位单元521设置在测试管51远离出料口13的另一侧壁上。这样设置可以在料筒1中的热熔材料流入测试筒时，能够不引起过大的震荡，从而保证了热熔材料在填充测试管51的指定体积时保持稳定，而避免出现过大气泡或者其他干扰导致假性完成填充，从而影响最终测试的稳定性。

这样设置还可以避免在熔融后的热熔材料落入测试管51中时，因后进入测试管51的热熔材料因前进入测试管51堆积的热熔材料的表面弹性而误触到定位单元521，从而导致定位单元521进行后续误操作，最终没有达到理想效果。

所述出料口13包括设置在熔融腔11底部的多个过筛孔131，所述过筛孔131上设置有滤网结构。这样操作是为了对熔融的热熔材料进行过滤，也就是进一步保证测试用或者打印用的热熔材料更加纯净，从而产生更准确的测定结果和更好的打印效果。

所述喷头2为可变径结构设置。设置成可变径结构，能够使喷头2在应对不同的形状堆叠时进行快速调整，或者在需要大量平铺堆积时采用扩大径长尺寸来加速打印成品的完成，或者在需要堆叠细节时采用缩小径长尺寸来细致描绘，从而进一步提升打印效果。

具体实施方式有两种，一种是：所述可变径结构包括有刚性部件21和弹性部件22，所述刚性部件21至少设置两处，所述弹性部件22设置有多个，多个弹性部件22与刚性部件21交替排列且合围形成供热熔材料通过的出料管道，所述可变径结构还包括与刚性部件21固定连接用于带动扩径部件向远离或者靠近出料管道中心移动的动力部件23。

另一种是：所述可变径结构包括两个弹性部件22，两个弹性部件22在自然状态下分别成向内卷缩状态、向外扩张状态，向内卷缩的弹性部件22裹挟成向外扩张的弹性部件22形成供热熔材料通过的出料管道，所述可变径结构还包括分别带动两个弹性部件22对向移动缩径或者反向移动扩径的动力部件23。

可变径结构的实施方式包括但不限于上述两种方案。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。