擠出機(jī)進(jìn)料系統(tǒng)的制作方法
【專利說(shuō)明】擠出機(jī)進(jìn)料系統(tǒng)
[0001 ] 本申請(qǐng)要求于2014年7月31日提交的實(shí)用申請(qǐng)第14/448,364號(hào)以及于2013年8月7日提交的臨時(shí)申請(qǐng)第61/863，110號(hào)的優(yōu)先權(quán)，所述兩個(gè)申請(qǐng)的內(nèi)容通過(guò)引用被并入本文中。
【背景技術(shù)】
[0002]本發(fā)明涉及擠出機(jī)，并且更特別地涉及用在采用螺桿傳動(dòng)的增材制造設(shè)備中的擠出機(jī)。
[0003]增材制造設(shè)備、例如3D打印機(jī)通過(guò)將絲材(filament material)擠出到支承面上來(lái)逐層堆積對(duì)象。所產(chǎn)生對(duì)象的質(zhì)量在很大程度上依賴于對(duì)絲材通過(guò)擠出機(jī)的流速的嚴(yán)格控制以及對(duì)擠出機(jī)頭在其橫穿區(qū)域以堆積層時(shí)的X-Y位置的控制。
[0004]圖1中示意性地示出了現(xiàn)有技術(shù)的擠出機(jī)系統(tǒng)。絲材10經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)絲材10向下進(jìn)入液化室14的夾送輥進(jìn)料系統(tǒng)12。之后，絲材通過(guò)噴嘴16被排出到工作臺(tái)18上。夾送輥系統(tǒng)12在其驅(qū)動(dòng)絲材進(jìn)入液化室14中時(shí)在每側(cè)上都接合絲材10。能夠利用圖1中的布置實(shí)現(xiàn)的驅(qū)動(dòng)力是有限的。而且，圖1中所示的布置由于對(duì)夾送輥進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的馬達(dá)系統(tǒng)中的步長(zhǎng)限制而不如所期望的那樣精確。
[0005]還已知使用帶內(nèi)螺紋的螺母驅(qū)動(dòng)絲材進(jìn)入液化室中。在這種情況下，絲材經(jīng)過(guò)帶內(nèi)螺紋的螺母，該帶內(nèi)螺紋的螺母在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)線性地驅(qū)動(dòng)絲材。然而，螺母轉(zhuǎn)動(dòng)在絲材上施加不需要的轉(zhuǎn)矩，導(dǎo)致其在被線性驅(qū)動(dòng)時(shí)變形。
[0006]本發(fā)明的一個(gè)目的在于采用逆向轉(zhuǎn)動(dòng)元件的螺桿傳動(dòng)，以在驅(qū)動(dòng)絲材進(jìn)入擠出機(jī)的同時(shí)基本消除不需要的轉(zhuǎn)矩。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]根據(jù)本發(fā)明的擠出機(jī)進(jìn)料系統(tǒng)包括間隔開(kāi)并且?guī)в蟹聪騼?nèi)螺紋的一對(duì)可轉(zhuǎn)動(dòng)元件，其用于容納和接合塑料絲材。電動(dòng)馬達(dá)被提供用于使可轉(zhuǎn)動(dòng)元件在相反方向上轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)絲材進(jìn)入液化室中以后續(xù)通過(guò)噴嘴排出。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述系統(tǒng)包括由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的齒輪系以使可轉(zhuǎn)動(dòng)元件在相反方向上轉(zhuǎn)動(dòng)。合適的馬達(dá)是步進(jìn)馬達(dá)或DC馬達(dá)。
[0008]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，齒輪系包括由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的錐齒輪。
[0009]在又一實(shí)施例中，本發(fā)明的系統(tǒng)還包括控制回路，所述控制回路用于控制馬達(dá)的功率，從而控制絲材的擠出速率。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的增材制造擠出機(jī)系統(tǒng)的橫截面圖。
[0011 ]圖2是用于驅(qū)動(dòng)絲材的一對(duì)可逆向轉(zhuǎn)動(dòng)的六角螺母的示意圖。
[0012]圖3是本文中公開(kāi)的利用馬達(dá)、流量控制器和錐齒輪的一個(gè)實(shí)施例的橫截面圖，所述錐齒輪驅(qū)動(dòng)逆向轉(zhuǎn)動(dòng)的錐齒輪。
【具體實(shí)施方式】
[0013]參照?qǐng)D2，可見(jiàn)絲材10通過(guò)第一和第二六角螺母20和22的內(nèi)部。六角螺母20帶有例如右旋螺紋的內(nèi)螺紋。類似地，六角螺母22帶有相反方向的螺紋(例如左旋螺紋)的內(nèi)螺紋。優(yōu)選地，絲材10的直徑相對(duì)于穿過(guò)六角螺母20和22的螺孔在尺寸上略大。如在圖中能夠看到的，六角螺母20在逆時(shí)針?lè)较蛏限D(zhuǎn)動(dòng)，而六角螺母22在順時(shí)針?lè)较蛏限D(zhuǎn)動(dòng)。因?yàn)槟嫦蜣D(zhuǎn)動(dòng)的六角螺母20和22的螺紋的旋向相反，所以絲材10在圖2中被向下驅(qū)動(dòng)。
[0014]重要的是，因?yàn)榱锹菽?0和22逆向轉(zhuǎn)動(dòng)，所以由兩個(gè)六角螺母之間的轉(zhuǎn)矩導(dǎo)致的材料變形由于逆向轉(zhuǎn)動(dòng)的螺母平衡了轉(zhuǎn)矩效應(yīng)而被基本消除。
[0015]圖3中示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例?？蚣?0支承轉(zhuǎn)動(dòng)錐齒輪32、34和36。馬達(dá)38在流量控制器40的控制下使錐齒輪32轉(zhuǎn)動(dòng)。錐齒輪32有效地接合斜齒輪34和36，在相反方向上驅(qū)動(dòng)這些錐齒輪。如會(huì)理解的，錐齒輪34的內(nèi)部帶有第一方向、例如右旋的螺紋，而錐齒輪36帶有相反方向、例如左旋的內(nèi)螺紋。當(dāng)馬達(dá)38在流量控制器40的控制下啟動(dòng)時(shí)，絲材10將被驅(qū)動(dòng)進(jìn)入如圖1所示的液化室中。馬達(dá)38可以是步進(jìn)馬達(dá)或DC馬達(dá)。圖3中示出的馬達(dá)38的布置保證絲材10通過(guò)系統(tǒng)的流速能夠被精確控制。
[0016]本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到單獨(dú)的馬達(dá)能夠被用于在需要時(shí)驅(qū)動(dòng)可轉(zhuǎn)動(dòng)元件。還應(yīng)注意的是，應(yīng)使得錐齒輪34和36之間的空間小以使經(jīng)過(guò)逆向轉(zhuǎn)動(dòng)的錐齒輪的絲材的變形最小。為了清楚起見(jiàn)，放大了圖3中的間隙。
[0017]本文中，發(fā)明人已經(jīng)確定，由于絲材10的直徑變化和其他物理的不一致性，在相反方向上以相同的速度驅(qū)動(dòng)錐齒輪34和36不足以確保恒定擠出速率。發(fā)明人已經(jīng)通過(guò)分析確定了擠出速率和使用本發(fā)明的螺桿傳動(dòng)的馬達(dá)38的輸入電功率之間存在直接關(guān)系。特別地，發(fā)明人已經(jīng)確定擠出速率Q = KIV。換言之，絲材流速Q(mào)與馬達(dá)38的功率(IV)成線性比例。例如，如果希望具有恒定流速，則馬達(dá)38的電功率被保持恒定(S卩，馬達(dá)電流(I)和馬達(dá)電壓(V)的積保持恒定)。為了增加或降低流速，馬達(dá)38的電壓經(jīng)由馬達(dá)38電壓的PWM控制來(lái)控制。因此，絲材流速通過(guò)控制馬達(dá)38的功率來(lái)控制。流量控制器40可以包括采用例如PID控制的常規(guī)控制回路。
[0018]應(yīng)認(rèn)識(shí)到的是，本發(fā)明的修改和變化對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的，并且所有這種修改和變化旨在被包含在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種擠出機(jī)進(jìn)料系統(tǒng)，包括: 間隔開(kāi)并且?guī)в蟹聪騼?nèi)螺紋的一對(duì)可轉(zhuǎn)動(dòng)元件，其用于容納和接合塑料絲材;和電動(dòng)馬達(dá)，其用于使所述可轉(zhuǎn)動(dòng)元件在相反方向上轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)所述絲材進(jìn)入液化室中以后續(xù)通過(guò)噴嘴排出。2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括由所述馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的齒輪系以使所述可轉(zhuǎn)動(dòng)元件在相反方向上轉(zhuǎn)動(dòng)。3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述馬達(dá)是步進(jìn)馬達(dá)。4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述馬達(dá)是DC馬達(dá)。5.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述齒輪系包括由所述馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的錐齒輪。6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述可轉(zhuǎn)動(dòng)元件是帶有內(nèi)螺紋的六角螺母。7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括控制回路，所述控制回路用于控制所述馬達(dá)的功率從而控制所述絲材的擠出速率。
【專利摘要】一種擠出機(jī)進(jìn)料系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括間隔開(kāi)并且?guī)в蟹聪騼?nèi)螺紋的一對(duì)可轉(zhuǎn)動(dòng)元件(20、22、34、36)，用于容納和接合塑料絲材(10)。電動(dòng)馬達(dá)(38)使可轉(zhuǎn)動(dòng)元件(20、22、34、36)在相反方向上轉(zhuǎn)動(dòng)，從而將絲材(10)驅(qū)動(dòng)進(jìn)入液化室中以后續(xù)通過(guò)噴嘴排出。所述系統(tǒng)提供非常精確的逐層堆積。
【IPC分類】B29C67/00, B65H51/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105555508
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201480043468
【發(fā)明人】阿方索·亞歷山大·佩雷斯, 克里斯多夫·邁克爾·海德, 多爾·馬特奧·佩納, 佛利斯特·W·彼佩爾
【申請(qǐng)人】麻省理工學(xué)院
【公開(kāi)日】2016年5月4日
【申請(qǐng)日】2014年8月4日
【公告號(hào)】CA2919511A1, EP3030401A1, US20150086668, WO2015020944A1