挤出装置及3D打印机的制作方法

挤出装置及3d打印机
技术领域
1.本实用新型涉及3d打印技术领域，特别是涉及挤出装置及3d打印机。


背景技术：

2.基于fdm(fused deposition modeling，工艺熔融沉积制造)的3d打印技术，是将固态的塑料丝材加热熔化成液态的耗材之后通过喷嘴挤出来，在工作台上层层叠加式地打印，并堆叠形成一定的形状，堆叠的液态的耗材经过散热从而固化成型。在食品3d打印过程中，进行挤出打印的过程中，食品耗材在挤出打印过程中需要处于熔融状态，且具有一定的粘稠和浓度，从而容易导致挤出口出现堵料和断料的现象。


技术实现要素：

3.基于此，有必要针对现在市面上的食品打印机挤出口容易出现堵料和断料的技术问题，提供一种挤出装置。
4.一种挤出装置，所述挤出装置包括：
5.料筒，所述料筒设有容纳腔，所述容纳腔包括从上至下依次分布的多个容纳段，沿第一方向，每个所述容纳段的径向尺寸大于下一个所述容纳段的径向尺寸，其中，所述第一方向为从上至下的方向；
6.挤出螺杆，所述挤出螺杆容纳于所述容纳腔，所述挤出螺杆的底径沿所述第一方向逐渐增大；
7.推挤驱动件，所述推挤驱动件的动力输出端连接于所述挤出螺杆，所述推挤驱动件用于驱动所述挤出螺杆转动。
8.在其中一个实施例中，所述容纳段包括沿所述第一方向依次分布的第一容纳段、第二容纳段及第三容纳段；喷嘴与所述第三容纳段导通，所述挤出螺杆延伸至所述第三容纳段，所述第一容纳段与所述第三容纳段的径向尺寸恒定，所述第二容纳段的径向尺寸逐渐减小。
9.在其中一个实施例中，沿所述第一方向，所述挤出螺杆的螺槽深度逐渐减小。
10.在其中一个实施例中，所述挤出螺杆的底端呈锥面，所述锥面的径向尺寸沿所述第一方向逐渐减小，且所述挤出螺杆的螺纹延伸至所述挤出螺杆的底端。
11.在其中一个实施例中，所述容纳腔的底壁与所述锥面之间具有间隙。
12.在其中一个实施例中，所述容纳腔还包括第四容纳段，所述第四容纳段的上端与所述第三容纳段连通，所述第四容纳段的下端与所述喷嘴连通，所述第四容纳段的径向尺寸沿所述第一方向逐渐减小。
13.在其中一个实施例中，所述挤出螺杆上的部分螺纹位于所述第二容纳段的上方。
14.在其中一个实施例中，所述挤出螺杆的外径相等，且所述挤出螺杆的外径与所述第三容纳段的内壁配合间隙为
15.在其中一个实施例中，所述挤出装置包括支撑组件；所述支撑组件包括主体件和
转门，所述转门的一端与所述主体件转动连接，所述转门的另一端与所述主体件可拆卸连接；所述转门另一端与所述主体件连接时，所述转门与所述主体件围设成安装腔，所述安装腔用于安装所述料筒。
16.在其中一个实施例中，所述挤出装置包括加热件，所述加热件安装于所述支撑组件上对应所述第二容纳段的位置。
17.本实用新型还提供一种3d打印机，能够解决上述至少一个技术问题。
18.一种3d打印机，包括上述的挤出装置。
19.有益效果：
20.本实用新型提供的挤出装置，包括料筒、挤出螺杆及推挤驱动件；料筒设有容纳腔，容纳腔包括沿第一方向从上至下依次分布的多个容纳段，沿第一方向，每个容纳段的径向尺寸大于下一个容纳段的径向尺寸，其中第一方向为从上至下的方向；挤出螺杆容纳于容纳腔，挤出螺杆的底径沿第一方向逐渐增大；推挤驱动件的动力输出端连接于挤出螺杆，推挤驱动件用于驱动挤出螺杆转动。本技术中，沿第一方向，每个容纳段的径向尺寸大于下一个容纳段的径向尺寸，且挤出螺杆的底径沿第一方向逐渐增大，则料筒内容纳耗材的各个容纳段的横截面积的大小沿第一方向减小。当挤出螺杆转动时，会将料筒内的熔融耗材朝下推动，使熔融耗材逐渐朝出口处流动。由于在第一方向上各个容纳段的横截面积逐渐减小，即能够容纳熔融耗材的容纳空间减小，因此，在第一方向上，下方更加狭窄的容纳段处的熔融耗材受到的压力会更大，有利于耗材向下的流动，能减小耗材堆积于喷嘴入口处而无法顺畅朝下流出的几率。堵料几率降低后，因喷嘴入口发生堵塞而导致喷出耗材不连贯的几率也会相应地降低，耗材能够较为稳定的从喷嘴处挤出。
21.本实用新型还提供一种3d打印机，能够实现上述至少一个技术效果。
附图说明
22.图1为本实用新型提供的推挤装置的剖面图；
23.图2为一个实施例中本实用新型提供的推挤装置中料筒的示意图；
24.图3为本实用新型提供的推挤装置部分示意图；
25.图4为本实用新型提供的推挤装置的爆炸图。
26.附图标号：
27.110-料筒；111-喷嘴；112-第一容纳段；113-第二容纳段；114-第三容纳段；115-台阶；116-水平面；117-竖直面；118-第四容纳段；121-挤出螺杆；123-螺纹；124-螺槽；125-锥面；126-间隙；130-支撑组件；131-主体件；1311-凹槽；132-转门；150-加热件。
具体实施方式
28.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
29.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽
度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
30.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
31.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
32.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
33.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
34.参阅图1和图4，图1为本实用新型提供的推挤装置的剖面图；图4为本实用新型提供的推挤装置的爆炸图。本实用新型一实施例提供了的挤出装置，包括料筒110、挤出螺杆121及推挤驱动件；料筒110设有容纳腔，容纳腔包括沿第一方向从上至下依次分布的多个容纳段，沿第一方向，每个容纳段的径向尺寸大于下一个容纳段的径向尺寸，其中第一方向为从上至下的方向；挤出螺杆121容纳于容纳腔，挤出螺杆121的底径d沿第一方向逐渐增大；推挤驱动件的动力输出端连接于挤出螺杆121，推挤驱动件用于驱动挤出螺杆121转动。
35.本技术中的挤出装置应用于3d打印机，挤出装置包括加热件150。3d打印机在打印过程中，先将固态耗材盛放于料筒110的容纳腔内，然后通过加热件150对料筒110的侧壁加热，以使固态耗材受热形成熔融状态，固态耗材在受热过程中，推挤驱动件带动挤出螺杆121转动，则挤出螺杆121搅拌及推挤容纳腔的耗材，以使熔融状态的耗材能够从喷嘴111挤出，以打印模型。
36.具体地，沿第一方向，每个容纳段的径向尺寸大于下一个容纳段的径向尺寸，且挤出螺杆121的底径沿第一方向逐渐增大，则料筒110内容纳耗材的各个容纳段的横截面积的大小沿第一方向减小。当挤出螺杆121转动时，会将料筒110内的熔融耗材朝下推动，使熔融耗材逐渐朝出口处流动。由于在第一方向上各个容纳段的横截面积逐渐减小，即能够容纳
熔融耗材的容纳空间减小，因此，在第一方向上，下方更加狭窄的容纳段处的熔融耗材受到的压力会更大，有利于耗材向下的流动，能减小耗材堆积于喷嘴111入口处而无法顺畅朝下流出的几率。堵料几率降低后，因喷嘴111入口发生堵塞而导致喷出耗材不连贯的几率也会相应地降低，耗材能够较为稳定的从喷嘴111处挤出。
37.进一步地，推挤装置还包括支撑组件130，料筒110安装于支撑组件130，推挤驱动件连接于支撑组件130，且位于料筒110的上方。料筒110上方具有开口，挤出螺杆121的上端伸出开口，连接于推挤驱动件的动力输出端，挤出螺杆121的下端伸入料筒110内，挤出螺杆121通过推挤驱动件的驱动而转动，从而实现对容纳腔内耗材的搅拌及推挤。
38.参阅图2，图2为一个实施例中本实用新型提供的推挤装置中料筒的示意图。在本实施例中，每个容纳段的径向尺寸相同，从而使得料筒110的外壁由多个台阶115组成。
39.参阅图1和图3，图3为本实用新型提供的推挤装置部分示意图。在其中一个实施例中，容纳段包括沿第一方向依次分布的第一容纳段112、第二容纳段113及第三容纳段114；喷嘴111与第三容纳段114导通，挤出螺杆121延伸至第三容纳段114。在第一方向上，第一容纳段112、第三容纳段114的径向尺寸恒定，第二容纳段113的径向尺寸逐渐减小。本实施例相当于在图2所示实施例的基础上，将部分台阶115的水平面116与竖直面117的尺寸设置的趋近于无限小，就形成了沿第一方向径向尺寸逐渐减小的第二容纳段113。
40.具体地，由于第二容纳段113的径向尺寸逐渐减小，且挤出螺杆121的底径沿第一方向逐渐增大，则第二容纳段113内能够容纳耗材的横截面积逐渐减小，从而使得挤出螺杆121推挤熔融耗材时，能够减少熔融耗材堆积，并使得熔融耗材受到的压力逐渐增大，使得熔融耗材向下的流速逐渐增大，从而便于熔融耗材的流动。
41.进一步地，由于挤出螺杆121为渐变式，挤出螺杆121的外径沿竖直方向越来越大，且第三容纳段114的径向尺寸恒定，则挤出螺杆121在第三容纳段114于第三容纳段114的内壁之间的间隙逐渐变窄，使得耗材在第三容纳段114与第三容纳段114的侧壁充分接触，从而提高加热件150对耗材的加热效果。
42.参阅图1和图4，在其中一个实施例中，沿第一方向，挤出螺杆121的螺槽124深度逐渐减小。
43.具体地，挤出螺杆121在转动过程中，将螺槽124内的耗材向下推挤，由于挤出螺杆121的螺槽124深度逐渐减小，由于挤出螺杆121在第三容纳段114于第三容纳段114的内壁之间的间隙逐渐变窄，从而能够将螺槽124内受热且被挤出螺杆121向前推挤的粒状固体逐渐压实并转化为连续的熔体，从而能够保证耗材的连续输送。同时，由于挤出螺杆121的螺槽124深度逐渐减小，使得耗材的输送流量逐渐减小，从而能够在一定程度上避免熔融耗材堆积于喷嘴111，而造成喷嘴111堵塞。
44.参阅图1，在其中一个实施例中，最后一个螺槽124的截面积与喷嘴111上端的截面积适配，即单位时间内挤出螺杆121下端挤出的耗材体积与喷嘴111挤出的耗材体积相同，从而能够在一定程度上避免当单位时间内挤出螺杆121下端挤出的耗材体积大于喷嘴111挤出的耗材体积时，喷嘴口因无法及时将耗材挤出而造成喷嘴111口出堵塞，以及避免当单位时间内挤出螺杆121下端挤出的耗材体积小于喷嘴111挤出的耗材体积时，喷嘴111口处无耗材挤出而出现断料的情况。
45.继续参阅图1和图4，在其中一个实施例中，挤出螺杆121的底端呈锥面125，锥面
125的径向尺寸沿第一方向逐渐减小，且挤出螺杆121的螺纹123延伸至挤出螺杆121的底端。
46.具体地，由于挤出螺杆121的底端呈锥面125，则当熔融状态的耗材被螺槽124输送至挤出螺杆121的底端后，锥面125能够继续搅拌熔融耗材，在一定程度上避免耗材停滞过久而在未到达喷嘴111时就已经结块凝固。同时锥面125能够起到导向作用，使得从挤出螺杆121末端的熔融耗材能够沿着锥面125滑动，从而在一定程度上能够避免熔融耗材堆积于挤出螺杆121下端位于第三容纳段114内壁的一侧，使得挤出螺杆121下端位于第三容纳段114内壁的一侧的熔融耗材能够向中心区域流动，从而便于熔融耗材被推挤至喷嘴111口。由于锥面125的径向尺寸沿第一方向逐渐减小，从而使得熔融耗材能够稳定的沿锥面125的外壁滑动，进而便于熔融耗材的稳定输入。
47.进一步地，喷嘴111位于锥面125的尖端的下方，从而使得熔融耗材能够稳定的沿锥面125的外壁滑动至尖端，进而被输送至喷嘴111的上方，然后通过上方熔融耗材的推挤，熔融耗材能够准确的被推入喷嘴111口内，进而便于喷嘴111挤出耗材，实现3d打印。
48.参阅图1，在其中一个实施例中，容纳腔的底壁与锥面125之间具有间隙126。
49.具体地，由于容纳腔的底壁与锥面125之间具有间隙126，则通过挤出螺杆121推挤至锥面125下端的熔融耗材可以在间隙126内缓冲，当耗材到达料筒110底壁时，对料筒110底壁的冲击力较小，料筒110底壁不易因长期处于强冲击状态而严重磨损。此外，由于耗材对底壁冲击力较小，相应的，底壁施加于耗材的反作用力也较小，耗材不易在碰撞到底壁后对上方的耗材造成严重的反向冲击，进而使得熔融耗材能够稳定的从喷嘴111处挤出。
50.继续参阅图1，在其中一个实施例中,容纳腔还包括第四容纳段118，第四容纳段118的上端与第三容纳段114连通，第四容纳段118的下端与喷嘴111连通，第四容纳段118的径向尺寸沿第一方向逐渐减小。
51.具体地，间隙126位于第四容纳段118的底壁与锥面125之间。由于第四容纳段118的径向尺寸沿第一方向逐渐减小，则位于间隙126内的耗材，会受到第四容纳段118向下的力，从而便于间隙126内的耗材沿第四容纳段118的侧壁向下流动。由于第四容纳段118的下端与喷嘴111连通，则位于间隙126内的耗材能够沿第四容纳段118的侧壁向下流动至喷嘴111处，进而便于喷嘴111将熔融耗材挤出。
52.还是参阅图1，在其中一个实施例中，挤出螺杆121上的部分螺纹123位于第二容纳段113的上方。
53.具体地，由于挤出螺杆121上的部分螺纹123位于第二容纳段113的上方，则挤出螺杆121能够搅拌第二容纳段113内的耗材，并将第二容纳段113上方位于较大容纳空间内的熔融耗材带动至第二容纳段113下方位于较小容纳空间内，从而使得熔融耗材受到的压力变大，进而便于熔融耗材向下流动。
54.参阅图1和图4，在其中一个实施例中，挤出螺杆121的外径相等，且挤出螺杆121的外径与第三容纳段114的内壁配合间隙为
55.具体地，由于挤出螺杆121与第三容纳段114间隙126配合，大部分体积较大的固态耗材无法落入第三容纳段114，从而能够减小体积较大的固态耗材在挤出螺杆121的搅拌及推挤过程中未完全熔化而堵塞喷嘴111口的风险。
56.进一步地，加热件150安装于支撑组件130，从而通过热辐射，将支撑组件130上的
热量传递至料筒110上。由于挤出螺杆121与第三容纳段114间隙126配合，则位于第三容纳段114的耗材能够充分的与料筒110壁接触，从而使得位于第三容纳段114的耗材能够充分的加热，保证自身的熔融状态，进而便于被挤出螺杆121推挤至喷嘴111口。
57.参阅图1、图3和图4，在其中一个实施例中，支撑组件130包括主体件131和转门132，转门132的一端与主体件131转动连接，转门132的另一端与主体件131可拆卸连接；转门132另一端与主体件131连接时，转门132与主体件131围设成安装腔，安装腔用于安装料筒110。
58.具体地，推挤驱动件连接于主体件131。由于转门132的另一端与主体件131可拆卸连接，则当转门132的另一端与主体件131拆卸时，转门132的另一端与主体件131之间具有开口，则料筒110能够从开口处移出，从而便于料筒110的清洗。
59.参阅图1和图4，在其中一个实施例中，加热件150安装于支撑组件130上对应第二容纳段113的位置。
60.具体地，由于加热件150安装于支撑组件130上对应第二容纳段113的位置，则位于第二容纳段113的耗材能够接受到更多的热量，从而能够加快熔化。由于挤出螺杆121上的部分螺纹123位于第二容纳段113的上方，则挤出螺杆121能够搅拌并推挤耗材，使得带有热源的耗材能够沿径向从外向内进行扩散，从而使得沿径向各个区域温度分布更加均匀，内侧区域则不会因为温度过低而无法熔化，外部区域不会因温度过高而液化。
61.进一步地，主体件131上与第二容纳段113对应处设有凹槽1311，加热件150伸入凹槽1311，安装于主体件131上，从而保护加热件150，避免加热件150凸设而受到损伤。其中，加热件150的线路容纳于凹槽1311内。
62.参阅图1和图3，本实用新型一实施例提供了的3d打印机，包括上述的挤出装置。本技术中的3d打印机，由于在第一方向上各个容纳段的横截面积逐渐减小，因此，下方更加狭窄的容纳段处的熔融耗材受到的压力会更大，有利于耗材向下的流动，从而减小了耗材堆积于喷嘴111入口处而无法顺畅朝下流出的几率。堵料几率降低后，因喷嘴111入口发生堵塞而导致喷出耗材不连贯的几率也会相应地降低率，耗材能够较为稳定的从喷嘴111处挤出。
63.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
64.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。