一种多色复合3D打印结构的制作方法

本实用新型属于3d打印设备领域，具有涉及一种多色复合3d打印结构。

背景技术：

典型的丝材类3d打印工艺就是fdm技术，以塑料丝材为主，通过熔融堆积成型所需成品。目前，大多数丝材3d打印设备只能实现单色打印，或者是简单不均匀的彩色打印，没有真正意义上的多色自由打印。

现有多色3d打印技术主要包括多喷头实现多色打印和多进料口单喷头实现多色打。多喷头3d打印机，其多个喷头各自独立，在进行颜色更换时，各喷头交替不能做到完全重合，这样就会造成在衔接的前后出现明显的色差；另外，频繁更换喷头，增加打印时间，降低了打印效率。然而多进料口单喷头，采用至少两个进料方式，然后在混料仓进行混料，然后挤出实现多色打印，可以很好解决多喷头多色打印的问题，但是仍存在混料不均匀、打印效率低等缺陷。

申请号为cn201510841463.5中提到了一种可实现渐变彩色的fdm打印头，通过若干有色母丝进料口提供不同色料，再配合螺杆挤出，实现渐变彩色打印，但是其结构相对简单，对原料分子起不到剪切作用，色料在混料室无法保证混料充分。另外，现有的采用螺杆挤出多色打印技术，还存在一个共性问题，就是螺杆旋转使料从喷嘴被挤出时保持螺旋取向，打印出料量不稳定，影响材料的堆积效果，最终成品的质量无法保证。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种多色复合3d打印结构，以克服现有打印头混合不均匀、出料不稳定、效率低的问题。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种多色复合3d打印结构，包括混料筒、喷嘴和挤出螺杆，混料筒内沿轴向设有通孔混料腔，喷嘴设置于混料筒下端，混料筒侧壁设有多个连通混料腔的进料口，进料口内设有喉管，丝材通过喉管进入混料筒的混料腔内，挤出螺杆置于混料筒的混料腔内，挤出螺杆包括进料段、塑化段、压缩段及混合挤出段，进料段、塑化段和压缩段为螺纹外径相同的螺杆，进料段和压缩段均为等深度螺旋槽，塑化段为渐变深度螺旋槽，混合挤出段包括多个设置于挤出螺杆表面的剪切齿，进料段的螺旋槽深度大于压缩段的螺旋槽深度，塑化段的螺旋槽最大深度与进料段的螺旋槽深度相同，塑化段的螺旋槽最小深度与压缩段的螺旋槽深度相同，混合挤出段的最大剪切齿外径与进料段的螺纹外径相同；喉管位于混料筒内的进料口位于挤出螺杆的进料段；挤出螺杆上端通过驱动装置驱动。

进一步的，剪切齿为垂直于挤出螺杆表面设置的柱状体。

进一步的，驱动装置包括驱动电机，混料筒上端外侧固定有法兰盘，驱动电机的输出轴端的壳体上设有连接法兰，连接法兰与法兰盘通过螺栓连接，驱动电机的输出轴与挤出螺杆固定连接。

进一步的，驱动电机的输出轴上设有径向螺纹孔；挤出螺杆的一端设有轴向设置的输出轴安装孔，挤出螺杆侧壁开设有连通输出轴安装孔的径向通孔，驱动电机的输出轴置于输出轴安装孔内，驱动电机输出轴上与挤出螺杆上的输出轴通过螺钉紧固。

进一步的，还包括包裹于喉管外侧的散热器，散热器一侧设有散热风扇，喉管的一端连接有用于连接送丝机构的气动接头。

进一步的，混料筒外侧设有加热圈和温度传感器。

进一步的，加热圈包括上加热圈和下加热圈，上加热圈和下加热圈包裹在混料筒的外壁上，温度传感器设置于上加热圈和下加热圈之间。

进一步的，喷嘴内固定有分流板，分流板上开设有多个分流孔。

进一步的，挤出螺杆的螺齿外径与混料腔内径之差为0.1-1mm。

进一步的，喉管的轴线与混料筒的轴线之间夹角为40°-60°。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

本实用新型一种多色复合3d打印结构，采用四段式的挤出螺杆结构设计，挤出螺杆与混料筒内腔之间形成混合腔，进料段、塑化段和压缩段采用螺纹外径相同的螺杆结构设计，进料段和压缩段均为等深度螺旋槽，塑化段为渐变深度螺旋槽，喉管位于混料筒内的进料口位于挤出螺杆的进料段，使从喉管进入混料筒内的混合料通过进料段初步混合，然后进入渐变深度螺旋槽的塑化段内，混合料进入塑化段流速增大，使混合料能够充分塑化，然后再进入等深度螺旋槽的压缩段使混合料混合压缩，最后通过设有剪切齿的混合挤出段对混合混合料进行剪切，使混合料能够在进入喷嘴前空腔内再次混合，从而能够保证混合料混合均匀，通过多个进料口进料，能够实现快速进料并通过四段式的挤出螺杆结构能够使混合料充分混合，确保了打印质量的同时能够提高混合效率，从而提高打印效率，本装置结构简单，混合效率高，混合均匀。

进一步的，剪切齿为垂直于挤出螺杆表面设置的柱状体，利用柱状体结构剪切齿，在挤出螺杆旋转的同时对螺旋段混合后的混合料进行剪切，使混合料再次混合，确保混合均匀度。

进一步的，驱动装置包括驱动电机，混料筒上端外侧固定有法兰盘，驱动电机的输出轴端的壳体上设有连接法兰，连接法兰与法兰盘通过螺栓连接，驱动电机的输出轴与挤出螺杆固定连接，结构紧凑，驱动稳定。

进一步的，还包括包裹于喉管外侧的散热器，散热器一侧设有散热风扇，喉管的一端连接有用于连接送丝机构的气动接头，防止喉管内温度过高使色料融化堵塞进料通道，导致打印中断。

进一步的，混料筒外侧设有加热圈和温度传感器，能够精准监测混料筒的温度，以保证色料在混料筒内充分塑化，然后被顺利挤出喷嘴。

进一步的，加热圈包括上加热圈和下加热圈，上加热圈和下加热圈包裹在混料筒的外壁上，温度传感器设置于上加热圈和下加热圈之间，进料段、塑化段和压缩段内的混合料流速不同，分别对挤出螺杆不同段进行加温，确保混合料在混料筒内处于最佳温度状态。

进一步的，喷嘴内固定有分流板，分流板上开设有多个分流孔，分流板相对喷嘴固定，混合料在挤出过程中，混合料通过分流孔进入喷嘴内，减少螺旋取向，提供了稳定的出料量，改善了堆积效果，提高打印质量。

进一步的，挤出螺杆的螺齿外径与混料腔内径之差为0.1-1mm，能够防止混合料在混料筒内壁的粘连。

进一步的，喉管的轴线与混料筒的轴线之间夹角为40°-60°，防止物料倒溢，有利于物料顺利进入混料筒的混合腔内。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图。

图2是本实用新型立体图。

图3是本实用新型挤出螺杆结构示意图。

图4是本实用新型挤出螺杆剖视图。

图5是分流板结构示意图.

图6是分流板剖视图。

图7是喷嘴结构示意图.

图8是喷嘴剖视图。

其中：1-驱动电机，2-挤出螺杆，3-螺钉，4-法兰盘，5-混料筒，6-喉管，7-紧固螺母，8-散热器，9-散热风扇，10-气动接头，11-白色丝材，12-红色丝材，13-黄色丝材，14-蓝色丝材，15-上加热圈，16-温度传感器，17-下加热圈，18-分流板，19-喷嘴。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：

如图1至图8所示，一种多色复合3d打印结构，包括混料筒5、喷嘴19和挤出螺杆2，混料筒5内沿轴向设有通孔混料腔，喷嘴19设置于混料筒5下端，混料筒5侧壁设有多个连通混料腔的进料口，进料口内设有喉管6，丝材通过喉管6进入混料筒5的混料腔内，挤出螺杆2置于混料筒5的混料腔内，挤出螺杆2包括进料段a、塑化段b、压缩段c及混合挤出段d，进料段a、塑化段b和压缩段c为螺纹外径相同的螺杆，进料段a为等深度螺旋槽，压缩段c为等深度螺旋槽，塑化段b为渐变深度螺旋槽，混合挤出段包括多个设置于挤出螺杆2表面的剪切齿，剪切齿为垂直于挤出螺杆2表面设置的柱状体，进料段a的螺旋槽深度大于压缩段的螺旋槽深度，塑化段b的螺旋槽最大深度与进料段a的螺旋槽深度相同，塑化段b的螺旋槽最小深度与压缩段c的螺旋槽深度相同，混合挤出段的最大剪切齿外径与进料段a的螺纹外径相同；喉管6位于混料筒5内的进料口位于挤出螺杆2的进料段；挤出螺杆2上端通过驱动装置驱动；喉管6连接送丝机构；挤出螺杆2与混料筒5内部之间形成混合腔。

驱动装置包括驱动电机1，混料筒5上端外侧固定有法兰盘4，驱动电机1的输出轴端的壳体上设有连接法兰，连接法兰与法兰盘4通过螺栓连接，驱动电机1的输出轴上设有径向螺纹孔；挤出螺杆2的一端设有轴向设置的输出轴安装孔，挤出螺杆2侧壁开设有连通输出轴安装孔的径向通孔，驱动电机1的输出轴置于输出轴安装孔内，驱动电机1输出轴上的径向螺纹孔与挤出螺杆2上的输出轴安装孔同轴后，通过螺钉3紧固；

还包括包裹于喉管6外侧的散热器8，散热器8一侧设有散热风扇9，喉管6的一端连接有用于连接送丝机构的气动接头10，便于快速连接；

混料筒5外侧设有加热圈和温度传感器16，加热圈用于混料筒内腔加热，温度传感器16用于混料筒温度的监测；加热圈包括上加热圈15和下加热圈17，上加热圈15和下加热圈17包裹在混料筒5的外壁上，温度传感器16设置于上加热圈15和下加热圈17之间；

喷嘴19内固定有分流板18，分流板18上开设有多个分流孔，所述分流板18上分流孔对混料筒5内的色料进行分流，减少螺旋取向，提供了稳定的出料量，改善了堆积效果，提高打印质量。

挤出螺杆2的螺齿外径与混料腔内径之差为0.1-1mm。

喉管6的轴线与混料筒5的轴线之间夹角为40°-60°。

对本实用新型实施例中的技术方案进行详细地描述，但是本实用新型的保护范围不局限于所述实施例。

参考图1-图2，所述驱动电机1为挤出螺杆2提供输入动力，驱动电机1的输出轴通过螺钉3与挤出螺杆2连接；所述混料筒5上端焊接有用于连接驱动电机1的法兰盘4，所述混料筒5上端设有四个进料口，四个进料口内分别设有一个喉管6，所述混料筒5中段外侧设有温度传感器16，所述混料筒5下端安装有喷嘴19；进料口外侧设有螺纹，喉管上设有螺纹，喉管6通过紧固螺母7安装在混料筒5的进料口上；所述散热器8上包裹着散热风扇9，所述散热器8上段连接气动接头10；所述上加热圈15和下加热圈17，包裹在混料筒5的外壁上；所述喷嘴19内部安装有分流板18，分流板18与喷嘴19的出料口之间留有混合腔。

所述混料筒5的四个进料口分别对应白色丝材11、红色丝材12、黄色丝材13及蓝色丝材14四个进料口，四种丝材的进料配比通过送丝装置中各电机转速大小进行调整，实现多色自由3d打印。其中白色进料与其他三种原色进料配合，加大了进料量，提高了打印效率，特别适用于大尺寸零件打印；同时白色进料也可以是水溶性支撑材料，其他三种原色作为基体材料，打印制件支撑易去除，特别适用于需要加支撑的零件打印。

所述驱动电机1带动挤出螺杆2杆按一定速度旋转完成混料和挤出，驱动电机1的转速决定出丝量。

所述法兰盘4侧面上设有螺纹孔，用于固定3d打印头。

所述散热器8和散热风扇9为进料通道散热，防止喉管6内温度过高使色料融化堵塞进料通道，导致打印中断。

所述上加热圈15给混料筒内挤出螺杆2进料段和塑化段进行加热，保证色料顺利进入混料筒并在混料筒内充分塑化混合；所述下加热圈17给混料筒内挤出螺杆2压缩段和混合挤出段进行加热，使色料进一步塑化混合均匀；配合温度传感器16精准控制混料筒5内部温度，实现多色3d打印。

所述进料段对混料筒5内的色料进行预热、压实和输送；塑化段使混料筒5内的色料被压实和充分塑化；压缩段对混料筒5内的色料进一步压实；混合挤出段利用挤出螺杆2前部分布的若干齿对色料进行剪切作用，使混料筒5内的色料进一步塑化充分、混合均匀，最后挤出喷嘴19。

参照图7-图8，所述喷嘴19的内孔尺寸h和外径尺寸j，可满足不同的打印需求；所述喷嘴19的喷嘴孔径h和喷嘴端面宽度j值可以根据需求自行选择。喷嘴末端喷嘴孔径h值的大小决定了打印精度高低，喷嘴孔径h值越小，打印精度越高，多适用于高精细打印的需求；喷嘴孔径h值越大，单位时间出料量越多，打印效率越高，适多用于大尺寸零件的打印需求。喷嘴19的j值使喷嘴19末端形成一个大平面，在打印时对当前层有压平作用，可以提高打印零件的层间结合力和零件的密实性，同时结合层高设置满足不同线宽打印，提高打印效率。

使用上述多色复合3d打印结构的打印方法，包括以下步骤：

1)根据模型零件尺寸、精度以及打印时间要求，选则喷嘴19末端的h和j值，选定喷嘴19；

2)参照图1-图2，将气动接头10与送丝机构连接，将白色丝材11、红色丝材12、黄色丝材13以及蓝色丝材14分别装入四个喉管6内，接通电源；

3)当混料筒5被加热到指定温度，根据需要混合料的比例输送各个色料通过气动接头10、散热器8、喉管9以及混料筒5上进料口形成的各进料通道送至混料筒5内，同时开启驱动电机1带动挤出螺杆2根据指定速度转动。

4)各色料在混料筒5内，经过挤出螺杆2的进料段预热融化初步混合输送到挤出螺杆2的塑化段，充分塑化混合，并被压实进入挤出螺杆2的压缩段二次压实融化，最后经过挤出螺杆2的混合挤出段上的若干齿剪切混合，进一步的塑化充分、混合均匀。

5)最后混料筒5融化混合均匀后的色料再经过喷嘴19内部的分流板18分流温流、定向后从喷嘴19按量挤出。

6)根据待打印模型，逐层堆积成型所需成品。

利用本结构实现结构实现一种多色复合3d打印方法，本装置通过控制混料筒5任意数量进料口色料，根据色料三原色相减原理，可以任意调配出各种颜色，理论上在打印过程中，既可实现单色打印，也可实现多色自由打印。