本發(fā)明屬于3d打印，涉及一種螺桿，特別是一種立式3d打印裝置的螺桿。本發(fā)明屬于3d打印，涉及一種3d打印裝置，特別是一種立式熔融擠出式3d打印裝置。

背景技術(shù)：

1、熔融沉積成型3d打印以數(shù)字化的模型文件及切片為基礎(chǔ)，通過(guò)加熱熔融聚合物線材逐層堆積構(gòu)建物體，不僅能夠有效提高材料利用率，而且能夠快速制造傳統(tǒng)工藝難以加工的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

2、熔融沉積打印對(duì)聚合物線材直徑的穩(wěn)定性、表面質(zhì)量和硬度都有較嚴(yán)格的要求，只有少數(shù)聚合物材料能夠滿(mǎn)足要求并進(jìn)行商業(yè)生產(chǎn)，因此可選擇的絲材種類(lèi)較少且制備成本高，對(duì)纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料而言，其線材的制備則存在難度更大和成本更高的問(wèn)題；且所打印制品的力學(xué)性能難以得到明顯的改善。

3、為解決上述問(wèn)題提出一種新型熔融擠出式3d打印技術(shù)，該技術(shù)采用顆粒原料作為耗材，避免了線材打印所面臨局限的同時(shí)，還能展現(xiàn)出不需要二次加工造絲，提高生產(chǎn)效率、降低成本和優(yōu)化流量及打印速度控制等關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)，不僅可提升打印制品的性能，還可拓展3d打印技術(shù)的應(yīng)用范圍。

4、熔融擠出式3d打印技術(shù)的關(guān)鍵在于散熱式自動(dòng)進(jìn)料裝置的開(kāi)發(fā)和穩(wěn)定應(yīng)用，與普通擠出機(jī)中螺桿和料筒為臥式布局不同，熔融擠出3d打印機(jī)的散熱式自動(dòng)進(jìn)料裝置要求螺桿和料筒為立式布局，這對(duì)螺桿和料筒的結(jié)構(gòu)將提出新的要求。

5、中國(guó)專(zhuān)利（申請(qǐng)?zhí)枺?01510707992.6）公開(kāi)了一種熱塑性顆粒材料的熔融擠出裝置及其3d打印方法，熔融擠出裝置包括螺桿擠出機(jī)構(gòu)、加熱機(jī)構(gòu)、進(jìn)料機(jī)構(gòu)、減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和散熱機(jī)構(gòu)，螺桿擠出機(jī)構(gòu)包括螺桿、機(jī)筒和機(jī)筒下部的擠出打印頭，加熱機(jī)構(gòu)包括加熱套筒和溫控儀表，進(jìn)料機(jī)構(gòu)與機(jī)筒上部側(cè)面的導(dǎo)料口相連，減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括伺服電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)、行星減速機(jī)、安裝機(jī)座及軸承等，散熱機(jī)構(gòu)包括散熱片和風(fēng)扇。

6、上述方案結(jié)構(gòu)緊湊重量輕，材料適用范圍廣，能夠降低打印成本，提高打印效率；穩(wěn)定、高質(zhì)量進(jìn)行熔融擠出式3d打印的前提是散熱式自動(dòng)進(jìn)料裝置中的螺桿能穩(wěn)定、高質(zhì)量地輸送、熔融塑化和均化原料顆粒形成均勻的熔體，因此螺桿的輸送和熔融塑化能力是關(guān)鍵，因此有必要對(duì)螺桿結(jié)構(gòu)和料筒結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)以保證輸送和熔融塑化能力。

7、相對(duì)普通擠出機(jī)，只需長(zhǎng)度較小的螺桿和料筒即可達(dá)到穩(wěn)定、均勻出料以供大尺寸3d打印的目標(biāo)，但是螺桿和料筒尺寸減小帶來(lái)的負(fù)面效應(yīng)是：加料段和熔融段間傳熱效率大幅度提高，導(dǎo)致加料段溫度偏高，這將致使原料顆粒在加料段就部分熔融而降低螺桿的輸送效率，進(jìn)一步導(dǎo)致熔融塑化效率降低和打印頭出料不穩(wěn)定。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提出了一種立式3d打印裝置的螺桿和立式熔融擠出式3d打印裝置，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是如何提高熔融塑化的效率并使熔融、均化和出料更加穩(wěn)定。

2、本發(fā)明的要解決的技術(shù)問(wèn)題可通過(guò)下列技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：一種立式3d打印裝置的螺桿，包括螺桿本體，螺桿本體從上到下依次為連接段、進(jìn)料段、熔融段、計(jì)量段和螺桿頭，進(jìn)料段的表面設(shè)置有第一送料螺紋，第一送料螺紋形成第一送料螺槽，計(jì)量段的表面設(shè)置有第二送料螺紋，第二送料螺紋形成第二送料螺槽，熔融段的表面設(shè)置有第三送料螺紋，第三送料螺紋形成第三送料螺槽，第一送料螺槽與第二送料螺槽之間通過(guò)第三送料螺槽相連通；第三送料螺槽的槽壁上設(shè)置有輔助螺紋，輔助螺紋的起始端和末端均與第三送料螺紋平滑過(guò)渡，輔助螺紋與第三送料螺紋之間形成輔助螺槽，輔助螺槽位于第三送料螺槽內(nèi)。

3、本方案的螺桿送料部分為進(jìn)料段、熔融段和計(jì)量段，螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)通過(guò)表面的送料螺紋將原料向下傳輸，原料依次經(jīng)過(guò)第一送料螺槽、第三送料螺槽和第二送料螺槽；原料經(jīng)輸送壓實(shí)、熔融塑化和均化等階段后，原料顆粒轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆虻娜垠w。

4、在原料顆粒在螺桿熔融段發(fā)生熔融塑化的過(guò)程中，熔融的部分被第三送料螺紋刮下帶入第二送料螺槽和第三送料螺槽形成熔池，隨著熔融過(guò)程的進(jìn)行，熔池逐漸增大，固體床逐漸減小直至原料顆粒全部熔融，然而由于本方案的螺桿應(yīng)用于立式熔融擠出式3d打印裝置，螺桿和料筒采用立式布局，原料顆粒的固體床將由于重力作用而下移以致擠壓熔池，減弱熔融段的熔融塑化效果。

5、為解決上述問(wèn)題，在熔融段的表面設(shè)置輔助螺紋，準(zhǔn)確來(lái)說(shuō)是在第三送料螺槽的槽壁上設(shè)置輔助螺紋，輔助螺紋與第三送料螺紋之間形成輔助螺槽，即輔助螺槽位于第三送料螺槽內(nèi)，輔助螺槽能減小第三送料螺槽的寬度，且原料向下傳輸?shù)倪^(guò)程中原料不會(huì)進(jìn)入輔助螺槽內(nèi)，當(dāng)原料通過(guò)熔融段時(shí)第三送料螺槽寬度減小，移動(dòng)速度減緩，充分給予熔融段下方原料熔融的時(shí)間，使固體床不易下移以致擠壓熔池，達(dá)到以輔助螺槽分隔固體床和熔池的效果，保證原料顆粒移動(dòng)和熔融的順暢性。

6、作為優(yōu)化，第二送料螺槽的底壁上固定安裝有多個(gè)輔助銷(xiāo)釘，輔助銷(xiāo)釘?shù)淖饔檬沁M(jìn)一步均化熔體。

7、作為優(yōu)化，第三送料螺紋和輔助螺紋均為等螺距，且第三送料螺紋與輔助螺紋的螺距不同；或所述第三送料螺紋為等螺距，輔助螺紋為變螺距；可采用上述兩種方案中的任一方案，例如第三送料螺紋的螺紋圈數(shù)為6圈，輔助螺紋的螺紋圈數(shù)為5圈，輔助螺紋的螺紋圈數(shù)要小于第三送料螺紋的螺紋圈數(shù)，使輔助螺槽從上往下寬度逐漸增大，即第三送料螺槽從上往下寬度逐漸減小，使原料通過(guò)熔融段時(shí)速率逐漸減小，且第三送料螺槽寬度逐漸減小避免了原料因螺槽突然減小而卡住的問(wèn)題。

8、一種立式熔融擠出式3d打印裝置，包括支架、進(jìn)料漏斗、料筒和擠出電機(jī)，進(jìn)料漏斗、料筒和擠出電機(jī)均固定安裝在支架上，進(jìn)料漏斗位于料筒的頂部且料筒內(nèi)腔與進(jìn)料漏斗相連通，擠出電機(jī)位于進(jìn)料漏斗的上方，料筒的底部固定安裝有噴嘴且噴嘴與料筒內(nèi)腔相連通，料筒上套設(shè)有多個(gè)加熱線圈；?3d打印裝置還包括權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的螺桿，螺桿位于料筒內(nèi)且螺桿的連接段與擠出電機(jī)主軸固定連接。

9、原料顆粒從進(jìn)料漏斗進(jìn)入料筒內(nèi)，隨著擠出電機(jī)的工作，螺桿以預(yù)設(shè)的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，從而將進(jìn)料漏斗內(nèi)的原料顆粒源源不斷地帶入料筒，原料顆粒經(jīng)加熱轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆虻娜垠w經(jīng)噴嘴噴出完成打印。

10、作為優(yōu)化，料筒的外壁上設(shè)置有溝槽，溝槽的位置對(duì)應(yīng)螺桿上進(jìn)料段和熔融段之間的過(guò)渡區(qū)域，溝槽內(nèi)嵌有水管，水管內(nèi)的水流對(duì)進(jìn)料段和熔融段之間的過(guò)渡區(qū)域進(jìn)行降溫，減緩兩個(gè)區(qū)域之間的熱傳遞。

11、作為優(yōu)化，3d打印裝置還包括儲(chǔ)料桶，儲(chǔ)料桶的底部具有出料口，出料口上安裝有與進(jìn)料漏斗相連通的軟管，軟管上固定安裝有震動(dòng)電機(jī)，震動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)軟管震動(dòng)，使原料顆粒順利掉入進(jìn)料漏斗內(nèi)且不易卡住。

12、作為優(yōu)化，儲(chǔ)料桶的側(cè)壁上固定安裝有光電接收器和光電發(fā)射器，光電接收器和光電發(fā)射器處于同一水平線上，儲(chǔ)料桶具有一定透光性，接通電源后光電接收器接收到光電發(fā)射器發(fā)出的光線，從而將原料顆粒輸送至儲(chǔ)料桶內(nèi)直至填充一定高度，當(dāng)儲(chǔ)料筒中的原料顆粒持續(xù)由進(jìn)料漏斗進(jìn)入料筒后，儲(chǔ)料筒中的原料顆粒高度降落到無(wú)法遮擋光電發(fā)射器發(fā)射的光線時(shí)，光電接收器再次接收到信號(hào)，再次將原料顆粒輸送至儲(chǔ)料桶內(nèi)。

13、作為優(yōu)化，擠出電機(jī)的主軸上固定安裝有聯(lián)軸器，擠出電機(jī)主軸與連接段之間通過(guò)聯(lián)軸器相連接；擠出電機(jī)上還固定安裝有減速器，經(jīng)過(guò)減速器減速后，擠出電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器穩(wěn)定帶動(dòng)螺桿以預(yù)設(shè)的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。

14、作為優(yōu)化，支架內(nèi)安裝有散熱片，散熱片套設(shè)在進(jìn)料漏斗上，支架側(cè)壁上固定安裝有第一散熱風(fēng)扇，第一散熱風(fēng)扇位于散熱片一側(cè)，第一散熱風(fēng)扇和散熱片對(duì)進(jìn)料漏斗散熱處理，且螺桿的部分進(jìn)料段位于進(jìn)料漏斗內(nèi)，散熱處理后減緩熔融段與進(jìn)料段之間的熱傳遞。

15、作為優(yōu)化，支架上還固定安裝有保護(hù)外殼，料筒位于保護(hù)外殼內(nèi)，保護(hù)外殼的側(cè)壁上具有散熱口；保護(hù)外殼的側(cè)壁上固定安裝有第二散熱風(fēng)扇，第二散熱風(fēng)扇位于噴嘴一側(cè)，保護(hù)外殼上安裝有擋風(fēng)板，擋風(fēng)板位于料筒與第二散熱風(fēng)扇之間，第二散熱風(fēng)扇吹出的風(fēng)流被擋風(fēng)板阻擋并向下流動(dòng)，加速冷卻噴嘴噴出的熔體。

16、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本立式熔融擠出式3d打印裝置的螺桿第三送料螺槽的槽壁上設(shè)置輔助螺紋，減小第三送料螺槽的寬度，原料通過(guò)熔融段時(shí)第三送料螺槽寬度減小，移動(dòng)速度減緩，充分給予熔融段下方原料熔融的時(shí)間，使固體床不易下移以致擠壓熔池，達(dá)到以輔助螺槽分隔固體床和熔池的效果，保證原料顆粒移動(dòng)和熔融的順暢性；且本方案還減緩了進(jìn)料段和熔融段之間的熱傳遞，提高熔融塑化效率，使出料更加穩(wěn)定。