本发明公开了一种3D复合材料打印机，获得在性能上让用户满意的打印件。其技术方案为：包括：喷头部件，喷射复合材料；驱动部件，包括X向驱动步进电动机、Y向驱动步进电动机、Z向驱动步进电动机以及相应的传动装置，实现3D复合材料打印机所需的X方向、Y方向和Z方向运动；机身，支承3D复合材料打印机；控制部件，控制3D复合材料打印机的运行。采用商品化的塑料丝材为主材，用户可随意添加辅材(比如粉粒、纤维、浆料、染料等)，从而可方便地实现材料的个性化改性，包括改变色彩，从而获得让用户满意其性能的打印件。
驱动部件，包括X向驱动步进电动机、Y向驱动步进电动机、Z向驱动步进电动机以及相应的传动装置，实现3D复合材料打印机所需的X方向、Y方向和Z方向运动；
其中喷头部件包括主材送进部分、辅材送进部分、以及主材和辅材混合挤出部分，所述主材送进部分包括主材送进步进电动机和送料辊，所述主材送进步进电动机垂直安装在所述喷头部件上，所述主材送进步进电动机的输出轴与所述送料辊的内孔连接，用于驱动所述送料辊；所述送料辊安装在所述喷头部件上，所述送料辊由主动送料辊、从动送料辊和弹簧组成，所述主动送料辊的内孔与所述主材送进步进电动机的输出轴连接，所述主动送料辊和所述从动送料辊在所述弹簧的作用下，用所述送料辊的外缘夹紧塑料丝材，向螺杆送进塑料丝材；
其中所述辅材送进部分包括辅材送进步进电动机、小圆锥齿轮、大圆锥齿轮、中心轴、上定位梁、绞龙式输送器，所述辅材送进步进电动机通过底座水平安装在料斗的上侧面，所述辅材送进步进电动机的输出轴与所述小圆锥齿轮的内孔连接，通过与所述小圆锥齿轮啮合的所述大圆锥齿轮驱动所述中心轴；所述小圆锥齿轮水平安装，用于将所述辅材送进步进电动机的转动传递给所述大圆锥齿轮；所述大圆锥齿轮垂直安装，所述大圆锥齿轮的内孔与所述中心轴上端连接，用于驱动所述中心轴；所述上定位梁水平安装，所述上定位梁的内孔与所述中心轴的上端外径配合，所述上定位梁的外表面与所述料斗上段的内壁连接，用于所述中心轴的导向；所述绞龙式输送器垂直安装，由围绕所述中心轴分布的多个叶片组成，所述叶片的内孔与所述中心轴的中段的外径连接，用于将所述料斗中的辅材输送至所述螺杆的螺槽中。
2.根据权利要求1所述的3D复合材料打印机，其特征在于，所述主材和辅材混合挤出部分包括联轴器、下定位梁、料斗、螺杆、料筒、喷嘴、上电加热器、下电加热器，所述联轴器垂直安装，所述联轴器的上端与所述中心轴的下端连接，所述联轴器的下端与所述螺杆的上端连接，用于将所述中心轴的转动传递至所述螺杆；所述下定位梁水平安装，所述下定位梁的内孔与所述螺杆的上端外径配合，所述下定位梁的外表面与所述料斗下段的内壁连接，用于所述螺杆的导向；所述料斗垂直安装，所述料斗的上侧面与所述辅材送进步进电动机的底座连接，所述料斗的下凸缘表面与所述驱动部件的Z向运动机构连接，所述料斗的上段内壁与所述上定位梁的外表面连接，所述料斗用于存储所述辅材；所述螺杆垂直安装，所述螺杆的上端分别与所述联轴器连接，所述螺杆的下端与所述喷嘴连接，所述螺杆的外径与所述料筒的内径配合，用于使所述螺杆的螺槽中的复合材料从所述喷嘴中挤出；所述料筒的上表面与所述驱动部件的Z向运动机构连接，所述料筒的下表面与所述喷嘴的上表面连接，用于和所述螺杆组成材料混合与挤出通道；所述喷嘴垂直安装，用于控制所述螺杆挤出的材料的直径。
3.根据权利要求2所述的3D复合材料打印机，其特征在于，所述上电加热器安装在所述料筒中，用于加热所述料筒中的材料；所述下电加热器安装在所述喷嘴中，用于加热所述喷嘴中的材料。
一种3D复合材料打印机
技术领域
[0001] 本发明涉及一种3D打印机，尤其涉及一种可打印符合材料的3D打印机。
背景技术
[0002] 随着3D打印技术的发展，对于成形材料的要求愈来愈高，特别表现在机械性能、生物医学性能、电气性能、化学性能等方面。但是，目前3D打印机和成形材料的状况还难于满足这些要求。以现在广泛使用的熔丝制造(FFF)打印为例，商品化的成形材料只有ABS、PLA(聚乳酸)和尼龙等有限种由塑料制成的丝材，与用户的期望还有很大的距离，更难满足用户特殊个性化的要求，因而极大地限制了3D打印技术的应用。
发明内容
[0003] 以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
[0004] 本发明的目的在于解决上述问题，提供了一种3D复合材料打印机，方便的实现材料的个性化改性(包括改变色彩等)，获得在性能上让用户满意的打印件。
[0005] 本发明的技术方案为：本发明揭示了一种3D复合材料打印机，包括：
[0006] 喷头部件，喷射复合材料；
[0007] 驱动部件，包括X向驱动步进电动机、Y向驱动步进电动机、Z向驱动步进电动机以及相应的传动装置，实现3D复合材料打印机所需的X方向、Y方向和Z方向运动；
[0008] 机身，支承3D复合材料打印机；
[0009] 控制部件，控制3D复合材料打印机的运行。
[0010] 根据本发明的3D复合材料打印机的一实施例，喷头部件包括主材送进部分、辅材送进部分、以及主材和辅材混合挤出部分。
[0011] 根据本发明的3D复合材料打印机的一实施例，主材送进部分包括主材送进步进电动机和送料辊；辅材送进部分包括辅材送进步进电动机、小圆锥齿轮、大圆锥齿轮、中心轴、上定位梁、绞龙式输送器；主材和辅材混合挤出部分包括联轴器、下定位梁、料斗、螺杆、料筒、喷嘴、上电加热器、下电加热器。
[0012] 根据本发明的3D复合材料打印机的一实施例，所述主材送进步进电动机垂直安装在所述喷头部件上，所述主材送进步进电动机的输出轴与所述送料辊的内孔连接，用于驱动所述送料辊；所述送料辊安装在所述喷头部件上，所述送料辊由主动送料辊、从动送料辊和弹簧组成，所述主动送料辊的内孔与所述主材送进步进电动机的输出轴连接，所述主动送料辊和所述从动送料辊在所述弹簧的作用下，用所述送料辊的外缘夹紧塑料丝材，向所述螺杆送进塑料丝材。
[0013] 根据本发明的3D复合材料打印机的一实施例，所述辅材送进步进电动机通过底座水平安装在所述料斗的上侧面，所述辅材送进步进电动机的输出轴与所述小圆锥齿轮的内孔连接，通过与所述小圆锥齿轮啮合的所述大圆锥齿轮驱动所述中心轴；所述小圆锥齿轮水平安装，所述小圆锥齿轮的内孔与所述辅材送进步进电动机的输出轴连接，所述小圆锥齿轮的齿面与所述大圆锥齿轮的齿面啮合，用于将所述辅材送进步进电动机的转动传递给所述大圆锥齿轮；所述大圆锥齿轮垂直安装，所述大圆锥齿轮的内孔与所述中心轴上端连接，用于驱动所述中心轴；所述上定位梁水平安装，所述上定位梁的内孔与所述中心轴的上端外径配合，所述上定位梁的外表面与所述料斗上段的内壁连接，用于所述中心轴的导向；所述绞龙式输送器垂直安装，由围绕所述中心轴分布的多个叶片组成，所述叶片的内孔与所述中心轴的中段的外径连接，用于将所述料斗中的辅材输送至所述螺杆的螺槽中。
[0014] 根据本发明的3D复合材料打印机的一实施例，所述联轴器垂直安装，所述联轴器的上端与所述中心轴的下端连接，所述联轴器的下端与所述螺杆的上端连接，用于将所述中心轴的转动传递至所述螺杆；所述下定位梁水平安装，所述下定位梁的内孔与所述螺杆的上端外径配合，所述下定位梁的外表面与所述料斗下段的内壁连接，用于所述螺杆的导向；所述料斗垂直安装，所述料斗的上侧面与所述辅材送进步进电动机的底座连接，所述料斗的下凸缘表面与所述驱动部件的Z向运动机构连接，所述料斗的上段内壁与所述上定位梁的外表面连接，所述料斗的下段内壁与所述下定位梁的外表面连接，用于存储所述辅材；所述螺杆垂直安装，所述螺杆的上端分别与所述联轴器连接、与所述下定位梁的内孔配合，所述螺杆的下端与所述喷嘴连接，所述螺杆的外径与所述料筒的内径配合，用于使所述螺槽中的复合材料从所述喷嘴中挤出；所述料筒的上表面与所述驱动部件的Z向运动机构连接，所述料筒的内径与所述螺杆的外径配合，所述料筒的下表面与所述喷嘴的上表面连接，用于和所述螺杆组成材料混合与挤出通道；所述喷嘴垂直安装，所述喷嘴的上表面与所述螺杆的下表面连接，用于控制所述螺杆挤出的材料的直径。
[0015] 根据本发明的3D复合材料打印机的一实施例，所述上电加热器安装在所述料筒中，用于加热所述料筒中的材料；所述下电加热器安装在所述喷嘴中，用于加热所述喷嘴中的材料。
[0016] 本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明采用商品化的塑料丝材为主材，用户可随意添加辅材(比如粉粒、纤维、浆料、染料等)，从而可方便地实现材料的个性化改性，包括改变色彩，从而获得让用户满意其性能的打印件。
附图说明
[0017] 图1示出了本发明的3D复合材料打印机的较佳实施例的结构图。
具体实施方式
[0018] 在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。
[0019] 图1示出了本发明的3D复合打印机的实施例的组成示意图。请参见图1，本实施例的3D复合材料打印机主要包括：喷头部件20、驱动部件30、机身(未示出)和控制部件(未示出)。其中喷头部件20用于喷射复合材料。驱动部件30包括X向驱动步进电动机、Y向驱动步进电动机、Z向驱动步进电动机以及相应的传动装置，实现3D复合材料打印机所需的X方向、Y方向和Z方向的运动。机身用于支承整个3D复合材料打印机。控制部件用于控制3D复合材料打印机的运行。
[0020] 喷头部件20包括主材送进步进、辅材送进部分、以及主材和辅材混合挤出部分。
[0021] 主材送进部分包括主材送进步进电动机5和送料辊7。主材送进步进电动机5垂直安装在喷头部件20上，主材送进步进电动机5的输出轴与送料辊7的内孔连接，用于驱动送料辊7。送料辊7安装在喷头部件20上，送料辊7由主动送料辊、从动送料辊和弹簧组成，主动送料辊和从动送料辊在弹簧的作用下，用送料辊7的外缘夹紧塑料丝材6，向螺杆8送进塑料丝材6。
[0022] 辅材送进部分包括辅材送进步进电动机1、小圆锥齿轮2、大圆锥齿轮18、中心轴16、上定位梁、绞龙式输送器。
[0023] 辅材送进步进电动机1通过底座水平安装在料斗的上侧面，辅材送进步进电动机1的输出轴与小圆锥齿轮2的内孔连接，通过与小圆锥齿轮2啮合的大圆锥齿轮18驱动中心轴16。小圆锥齿轮2水平安装，小圆锥齿轮2的齿面与大圆锥齿轮18的齿面啮合，用于将辅材送进步进电动机1的转动传递给大圆锥齿轮18。大圆锥齿轮18垂直安装，大圆锥齿轮18的内孔与中心轴16上端连接，用于驱动中心轴16。上定位梁水平安装，上定位梁的内孔与中心轴16的上端外径配合，上定位梁的外表面与料斗上段的内壁连接，用于中心轴16的导向。绞龙式输送器垂直安装，由围绕中心轴16分布的多个叶片3组成，叶片3的内孔与中心轴16的中段的外径连接，用于将料斗中的辅材4输送至螺杆8的螺槽中。
[0024] 主材和辅材混合挤出部分包括联轴器14、下定位梁、料斗15、螺杆8、料筒、喷嘴9、上电加热器12、下电加热器10。
[0025] 辅材送进步进电动机1通过底座水平安装在料斗15的上侧面，辅材送进步进电动机1的输出轴与小圆锥齿轮2的内孔连接，通过与小圆锥齿轮2啮合的大圆锥齿轮18驱动中心轴16。小圆锥齿轮2水平安装，小圆锥齿轮2的内孔与辅材送进步进电动机1的输出轴连接，小圆锥齿轮2的齿面与大圆锥齿轮18的齿面啮合，用于将辅材送进步进电动机1的转动传递给大圆锥齿轮18。大圆锥齿轮18垂直安装，大圆锥齿轮18的内孔与中心轴16上端连接，用于驱动中心轴16。上定位梁水平安装，上定位梁的内孔与中心轴16的上端外径配合，上定位梁的外表面与料斗15上段的内壁连接，用于中心轴16的导向。绞龙式输送器垂直安装，由围绕中心轴16分布的多个叶片3组成，叶片3的内孔与中心轴16的中段的外径连接，用于将料斗15中的辅材4输送至螺杆8的螺槽中。
[0026] 上电加热器12安装在料筒中，用于加热料筒中的材料，下电加热器10安装在喷嘴9中，用于加热喷嘴9中的材料。
[0027] 3D复合材料打印机工作时，喷头部件20中的主材送进步进电动机5驱动送料辊7，使其夹持的塑料丝材6进入旋转螺杆8的螺槽中，并被逐步切断，再由于上电加热器12的加热作用，螺杆8螺槽中的塑料丝材受热熔融，随着螺杆8的转动，熔融的塑料逐渐流向螺杆8下部，由于下电加热器10的进一步加热，熔融的塑料的粘度降低，流动性能增强，最后可从喷嘴9顺利挤出。
[0028] 与此同时，辅材送进步进电动机1通过小圆锥齿轮2和大圆锥齿轮18，驱动中心轴16和绞龙式输送器的叶片3，迫使料斗15中的辅材4向下推进，并进入螺杆8的螺槽中，和已进入螺杆螺槽的主材相遇。然后，通过联轴器14的作用，中心轴16的转动传递至螺杆8，驱使已进入螺杆8螺槽的主材和辅材混合并向下运动，再从喷嘴9挤出，沉积在驱动部件30的工作台上。
[0029] 采用本发明的上述实施例的结构后，根据设计工件的CAD三维图形，可以自动打印用复合材料构成的工件。
[0030] 提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。
