一种3D打印机及其挤丝装置

本发明属于3d打印技术领域，尤其是涉及一种3d打印机及其挤丝装置。

背景技术：

随着科学技术的迅猛发展，越来越多的3d打印机步入大众视野。对于一台完整的3d打印机来说，挤丝装置是其中的重要组成部分之一，其通过转动的挤压轮将打印材料挤压成丝状的打印丝。而现在市面上的3d打印机，大多存在当挤压轮对打印材料挤压时，由于挤压轮的旋转速度过快，使挤出的打印丝不均匀，易出现压坏或压断的问题。

技术实现要素：

本发明的第一目的是解决上述问题中的至少一部分的3d打印机中的挤丝装置。

本发明的第二个目的是提供一种上述的挤丝装置的3d打印机。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：本发明的3d打印机中的挤丝装置，包括安装部件，和设于安装部件上的动力结构和挤压结构，动力结构包括驱动器，挤压结构包括相互配合的主动挤压轮和从动挤压轮，其特征在于：动力结构和挤压结构之间设有减速结构，减速结构分别与驱动器以及主动挤压轮直接或间接连接、以降低主动挤压轮的转速。

在上述的3d打印机中的挤丝装置中，挤压结构还包括用于调整从动挤压轮对被挤压的打印材料的压紧力大小的松紧调节组件，松紧调节组件包括弹性件和用于调节弹性件的变形量的变形调节件，弹性件的一端与变形调节件直接或间接相作用、另一端与从动挤压轮直接或间接相作用，弹性件将其因变形产生的弹性力直接或间接作用于从动挤压轮、以调节该从动挤压轮对被挤压的打印材料的压紧力大小。

在上述的3d打印机中的挤丝装置中，弹性件套设于变形调节件上、且在变形时在该变形调节件上移动。

在上述的3d打印机中的挤丝装置中，变形调节件的两端不固定于安装部件上。

在上述的3d打印机中的挤丝装置中，设置有从动挤压轮的安装部件为铰接设置，变形调节件的一端活动设于该设置有从动挤压轮的安装部件上，弹性件设于该变形调节件的一端与该设置有从动挤压轮的安装部件之间的位置并保持变形状态，从动挤压轮在变形调节件调节弹性件的变形量时随该设置有从动挤压轮的安装部件同步转动。

在上述的3d打印机中的挤丝装置中，减速结构包括小轮体和半径大于该小轮体半径的大轮体，小轮体与驱动器配合，大轮体与旋转轴配合以带动其随大轮体同步旋转，主动挤压轮设于该旋转轴上并与其保持同步转动，小轮体与大轮体直接或间接配合。

在上述的3d打印机中的挤丝装置中，小轮体和大轮体各自的径向周侧均设有齿头，小轮体和大轮体通过各自设有的齿头相啮合。

在上述的3d打印机中的挤丝装置中，小轮体和大轮体之间设有圈形输送带，圈形输送带分别套设在小轮体和大轮体上，小轮体通过圈形输送带带动大轮体转动。

在上述的3d打印机中的挤丝装置中，圈形输送带上的与小轮体和大轮体相配合的一侧、以及小轮体和大轮体各自的径向周侧均设有齿头，所述圈形输送带上的齿头与小轮体、大轮体上的齿头相啮合。

上述的一种3d打印机，包括上述的挤丝装置。

与现有技术相比，本3d打印机中的挤丝装置的优点在于：

1、通过设置减速结构，能够实现降低主动挤压轮的转速，以增加对被挤压的打印材料的挤压时间，有利于提高被挤出的打印丝的质量；

2、弹性件套设在变形调节件上的设置，使弹性件在变形时产生的弹性力的方向与弹性件的套设方向(也即变形调节件的设置方向)相一致，避免弹性件在变形时产生的弹性力因与变形调节件的设置方向不一致、而形成一个施加于变形调节件的弯曲力；同时有利于弹性件因变形产生的弹性力都能直接或间接作用于从动挤压轮上，而不会因弹性件在弹性变形时因发生弯曲而导致产生弹性力不能完全直接或间接作用于从动挤压轮上、以影响挤压效果，导致挤压得到的打印丝受力不均匀，易出现压坏或压断的问题；

3、变形调节件的两端为活动端的设置，提高了变形调节件的运动自由度，这样其可根据调节情况对其自身所设置的方向和位置进行相应的自适应调整，减少其所受到的来自外部的使其弯曲的作用力的影响，有利于防止其弯曲变形，从而有利于延长本装置的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的一个实施例的一个视角的结构示意图。

图2是图1的另一个视角的结构示意图。

图3是图1的再一个视角的结构示意图。

图4是图1的一侧的侧视示意图。

图5是与图4相对应的另一侧的侧视示意图。

图6是本发明中的驱动结构的一个实施例的一个视角的结构示意图。

图7是图6的另一个视角的结构示意图。

图8是本发明中的减速结构的一个实施例的结构示意图。

图9是本发明中的挤出结构的一个实施例的一个视角的结构示意图。

图10是图9的另一个视角的结构示意图。

图11是图9的又一个视角的结构示意图。

图12是图9的再一个视角的结构示意图。

图13是图9的再又一个视角的结构示意图。

图14是从图9中移去第二安装板和安装座后的一个视角的结构示意图。

图15是图14的另一个视角的结构示意图。

图16是本发明中的挤出结构中的安装座的一个实施例的一个视角的结构示意图。

图17是图16的另一个视角的结构示意图。

附图标记说明：挤丝装置1、动力结构2、减速结构3、挤压结构4、步进电机支架5、第一安装板6、内六角螺栓超短头7、内六角平头螺栓8、柱销9、阶梯轴10、固定轴承11、挤压轮12、第二安装板13、圆柱螺母14、长螺丝15、双弹簧16、气动接头17、安装座18、第一安装孔18a、第二安装孔18b、第三安装孔18c、第四安装孔18d、内六角沉头螺钉19、滚动轴承20、平垫圈21、大带轮22、小带轮23、传动带24、平键25、步进电机26、打印丝27。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

本3d打印机，包括下述的挤丝装置。

本挤丝装置，包括安装部件，和设于安装部件上的动力结构和挤压结构，动力结构包括驱动器，挤压结构包括相互配合的主动挤压轮和从动挤压轮，动力结构和挤压结构之间设有减速结构，减速结构分别与驱动器以及主动挤压轮直接或间接连接、以降低主动挤压轮的转速。

需要说明的是，这里的安装部件，用于安装动力结构、挤压结构和减速结构，其结构有多种，如安装支架、安装板、安装座等，以及连接上述的各类安装部件的连接件，其结构也有很多，如螺栓、螺钉、螺母、

需要说明的是，这里的驱动器，用于驱动主动挤压轮转动的设备，通常可选择电机，当然根据需要还可以选择别的类型。

另外，这里的减速结构，其作用是将驱动器所产生的转速按预设的比例进行减小，其结构可有多种，如减速器(此时将驱动器与减速器的输入端直接或间接连接，将主动挤压轮与减速器的一个输出端直接或间接连接)，在一个或一些实施例中，减速结构包括小轮体和半径大于该小轮体半径的大轮体，小轮体与驱动器配合，大轮体与旋转轴配合以带动其随大轮体同步旋转，主动挤压轮设于该旋转轴上并与其保持同步转动，小轮体与大轮体直接或间接配合。

需要说明的是，这里的小轮体和大轮体都为轮形结构，其可有多种类型，如带轮、齿轮、链轮等，该小轮体和大轮体的配合也相应地有多种，如当小轮体和大轮体都为齿轮时可直接相啮合，也可通过圈形输送带(此时其为设有齿头的齿带)将上述两者连接起来，当小轮体和大轮体都为光滑的带轮时可用圈形输送带(此时其为光滑的皮带)连接以实现同步转动，当小轮体和大轮体都为链轮时可用圈形输送带(此时其为链带或链条)连接以实现同步转动。

另外，这里的挤压结构除了包括相互配合的主动挤压轮和从动挤压轮外，在一个或一些实施例中，由于考虑到打印材质的不同和所需制成的打印丝的直径的不同，挤压结构还包括用于调整从动挤压轮对被挤压的打印材料的压紧力大小的松紧调节组件，松紧调节组件包括弹性件和用于调节弹性件的变形量的变形调节件，弹性件的一端与变形调节件直接或间接相作用、另一端与从动挤压轮直接或间接相作用，弹性件将其因变形产生的弹性力直接或间接作用于从动挤压轮、以调节该从动挤压轮对被挤压的打印材料的压紧力大小。

需要说明的是，这里的变形调节件主要是通过调节自身相对于从动挤压轮的位置，来达调节位于其与从动挤压轮之间的弹簧件的变形量的目的，其两端通常设置在与其相邻的安装部件上，另外这里的弹性件可以是指由弹性材料制成的零部件、也可以是指具有弹性变形的结构，或者是上述两者的结合。

为了避免弹性件在变形时产生的弹性力因与变形调节件的设置方向不一致、而形成一个施加于变形调节件的弯曲力，在一个或一些实施例中，弹性件套设于变形调节件上、且在变形时在该变形调节件上移动。上述的设置使弹性件在变形时产生的弹性力的方向与弹性件的套设方向(也即变形调节件的设置方向)保持基本一致，另外这也为使弹性件因变形产生的弹性力在直接或间接作用于从动挤压轮时，不会因为弹性件发生弯曲而使直接或间接作用于从动挤压轮上的弹性力得到减小。

为了在工作时减少与变形调节件相配合的安装部件对该变形调节件施加以弯曲力的现象的出现，在一个或一些实施例中，变形调节件的两端不固定于安装部件上，这样变形调节件可根据调节情况对其自身所设置的方向和位置进行相应的自适应调整。

需要说明的是，此时变形调节件的两端虽不固定于安装部件上，但通过弹性件和与其相邻的安装部件使其处于被夹紧的状态，以保证在工作时其不会发生随意移动，以有利于实现弹性件对从动挤压轮的压紧力的稳定性。

在一个或一些实施例中，设置有从动挤压轮的安装部件为铰接设置，变形调节件的一端活动设于该设置有从动挤压轮的安装部件上，弹性件设于该变形调节件的一端与该设置有从动挤压轮的安装部件之间的位置并保持变形状态，从动挤压轮在变形调节件调节弹性件的变形量时随该设置有从动挤压轮的安装部件同步转动，这样从动挤压轮的移动方向从多维变成了单维的(即绕平面旋转)，有利于变形调节件对直接或间接作用于该从动挤压轮的压紧力大小的控制，当然这里的设置有从动挤压轮的安装部件也可和与其相邻的安装部件都不相连接、处于活动状态，其只靠与其配合的变形调节件来调节其所处的位置和/或传导给从动挤压轮相应的压紧力。

如图1至5所示，为本挤丝装置的一个具体实施例，包括安装部件以及设于其上的动力结构2、挤压结构4和减速结构3。

如图1至17所示，这里的安装部件包括步进电机支架5、第一安装板6、内六角螺栓超短头7、内六角平头螺栓8、柱销9、第二安装板13、安装座18。

如图6至7所示，这里的动力结构2包括步进电机26，其上的电机轴依次穿过第一安装板6的下中孔与步进电机支架5的中孔，并通过四个内六角螺栓超短头7将三者固定。

如图8所示，这里的减速结构3，其设于安装部件中的步进电机支架5和第一安装板6上，包括一个半径较大的大带轮22、一个半径较小的小带轮23、一个传动带24和一个平键25，且大带轮22、小带轮23和传动带24上都设置有用于啮合配合的齿，通过平键25将小带轮23与步进电机26的电机轴紧密连接，而大带轮22上的中心孔装有挤压结构4中的阶梯轴10(其作为旋转轴的一种结构，但并不限于此种结构)上，电机轴带动小带轮23以相同转速转动，小带轮23、大带轮22、传动带24上的齿相互啮合，传动带24将小带轮23的机械能传递到大带轮25，大带轮25带动阶梯轴10同步转动，在小带轮上设置了20颗轮齿，大带轮上设置了60颗轮齿，因此可实现速度为3∶1的减速传动。

如图9至17所示，这里的挤压结构4，设于安装部件中的第一安装板6和第二安装板13之间，该第一安装板6和第二安装板13之间用八个内六角平头螺栓8和相对应的4个柱销9连接，包括一个双弹簧16(作为弹性件的一种结构，但不限于此种结构)、一个圆柱螺母14和一个长螺丝15(该两个作为变形调节件的一种结构，但并不限于此种结构，这里的圆柱螺母14和长螺丝15螺接配合，且圆柱螺母14处于活动设置，其只在长螺丝15纵向方向受到阻止其向长螺丝15上的套设有双弹簧16的一端运动的限制，其限制的实现是通过两个间距小于圆柱螺母14的宽度的柱销9来实现的)、一根阶梯轴10和安装于该阶梯轴10两端的固定轴承11、一个设于阶梯轴10上与其同步转动的挤压轮12(作为主动挤压轮的一种结构，但不限于此种结构)、一个滚动轴承20(作为从动挤压轮的一种结构，但不限于此种结构)，该滚动轴承20安装在固定于安装部件中的一个安装座18中的内六角沉头螺钉19(该滚动轴承20可在该内六角沉头螺钉19上转动)上，另外还设有用于输送打印丝27的气动接头17。

另外该安装座18上开设有4个孔，分别为用于安装气动接头17的第一安装孔18a，用于供长螺丝15的一端穿过并与其活动配合的第二安装孔18b，另外长螺丝15的一端上套设有双弹簧16(这样双弹簧16的两端分别抵靠在该长螺丝15的一端和安装座18上，这样通过调节长螺丝15在圆柱螺母14上的相对位置来改变双弹簧16的变形量，从而使该双弹簧16因变形量所产生的弹性力间接作用于滚动轴承20时所产生的对被打印材料的压紧力得以相应改变，另外该长螺丝15的两端为活动端，增加了该长螺丝15的自由度，从而能使该长螺丝15能沿其纵向方向移动，以适应调节，避免其受到外部的剪切力而发生弯曲)，用于安装内六角沉头螺钉19(该螺钉上安装了滚动轴承20，该滚动轴承20可绕该内六角沉头螺钉19转动)的第三安装孔18c，用于供连接第一安装板6和第二安装板13的一对内六角平头螺栓8以及套设于该对内六角平头螺栓8的1个柱销9穿过的第四安装孔18d(这样调节时安装座18可绕该对六角平头螺栓8转动)，该安装座18上同时设置了气动接头17、长螺丝15、双弹簧16和滚动轴承20，结构紧凑，节省了安装空间。

该实施例的工作原理如下。

第一步：准备工作

初始状态时，检查步进电机26是否处于良好运行工况下。

第二步：启动控制：

检查完毕，一切正常，控制启动进步电机26。

第三步：打印丝挤出

通过进步电机26上的电机轴，将电能转化为其转动的机械能。电机轴带动小带轮23以相同转速转动，小带轮23、大带轮25、传动带24的齿间相互啮合，由传动带24将小带轮23的机械能传递到大带轮25，又由于小带轮上设有20齿，大带轮上设有60齿，因此为小大带轮速度之比等于3：1的减速传动。挤压轮12跟随阶梯轴10以相同转速转动，利用挤压轮12上与打印丝的摩擦力，挤压轮12和滚动轴承20一起挤出打印丝27。

需要说明的是，本文中所使用的上述这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质，并不排除使用其它术语的可能性。把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。