熔融沉积式3D打印机喷头结构及常见问题

发布时间：2021-11-06 10:29

　　文章分析了熔融沉积式3D打印机的组成系统,重点分析了熔融沉积式3D打印机的柱塞式喷头结构及工作原理,研究了熔融沉积式3D打印机中喷头结构存在的堵塞、拉丝、漏料、喷嘴磨损等问题,最后有针对性地给出了解决措施和优化策略。 

【文章来源】：造纸装备及材料. 2020,49(04)

【文章页数】：3 页

【部分图文】：

远程挤出的喷头结构

螺旋式挤出结构如图2所示。其标志性构件就是挤出螺杆，此外还包含挤出电机、联轴器、进料斗、散热管、喷嘴等构件。该结构通过挤出电机带动螺杆旋转，不断将耗材螺旋推送至加热腔内，从而将已经熔化的耗材从喷嘴挤出。螺旋式挤出结构的优点是挤出速度快、挤出过程稳定、不易堵塞；缺点是喷头过重、体积过大、成本较高。由于其进料斗只适用于粉状、颗粒状、流体耗材，不适用于线状耗材，因此螺旋式挤出结构的应用较少。比较以上两种类型的喷嘴挤出结构，柱塞式挤出结构因体积小、重量轻，常用于桌面级的3D打印机，而螺旋式挤出结构因体积大、重量重，应用较少，常用于较大型的陶瓷3D打印机。因此，文章主要对柱塞式喷头挤出结构进行分析。

在全新的熔融沉积式3D打印机的第一次打印过程中，耗材在打印机内部的熔融挤出过程分为三个阶段。第一阶段是加热阶段，此时加热块内的发热管开始发热，测温电偶实时反馈温度的变化，耗材在加热腔内也逐渐被加热，由固态逐渐变成液态。而此时的挤出电机处于锁定状态，被禁止转动。第二阶段是挤出准备阶段，这时热块温度达到预设温度，挤出电机解除了锁定状态，而且由于加热块持续加热了一段时间，加热腔内的耗材已经完全液化，液体耗材在热膨胀力和重力双重作用下，从喷嘴出料口溢出。此时，加热区的液体耗材受到的压力较小，几乎可以忽略不计。第三阶段是持续挤出阶段，此时打印作业已经开始。此阶段耗材被连续不断地挤进加热腔内，未熔化的耗材将已经熔化的耗材从喷嘴出料口挤出。喷嘴出料口与打印平台之间的距离大约一个打印层厚，常用层厚为0.2mm。因此，液态耗材从出料口挤出时会受到打印平台的阻挡，且在后续的逐层打印中，液态耗材的挤出都会受到已打印成型实体的阻挡。在连续打印过程中，加热腔内的液态耗材始终承受挤出电机通过耗材传递来的压力和打印平台的阻力，于是，被挤压的液态耗材会沿着所有可以通过的缝隙溢出，而加热腔的孔径和喉管的孔径都比耗材直径略大，液体耗材首先会从喉管和耗材之间的间隙溢出，如图3所示。喉管与耗材之间存在间隙，使柱塞式挤出结构无法达到传统机械柱塞结构的气密性要求，这样就会出现两个方面的问题。一方面，挤出电机输出的部分挤出力会随耗材的溢出而损失。当出现挤出力损失的情况，就需要挤出电机增加挤出力的输出，以弥补损失，同时，溢料意味着实际挤出的耗材达不到理论要求。另一方面，在回抽耗材时不能通过大气压力吸住液态耗材，无法避免液态耗材从喷嘴出料口漏出。由此可以看出，气密性问题是柱塞式挤出结构存在的最大问题。

【参考文献】：
期刊论文
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硕士论文
[1]基于单喷头熔融沉积3D打印机的彩色接线器研制[D]. 吴星裕.东南大学 2016



本文编号：3479669