一种双喷头式软体材料3D打印装置

一种双喷头式软体材料3d打印装置
技术领域
1.本发明属于3d打印技术领域，特别涉及一种双喷头式软体材料3d打印装置。


背景技术：

2.蛋白质属于人体必需的营养物质，在我们的日常饮食中占据着重要地位。根据人类食物中蛋白质的来源可将其分为植物性蛋白质和动物性蛋白质。植物性蛋白质相比动物性蛋白质有降低高血压和糖尿病等慢性病发生概率、对资源和环境造成的压力小、氨基酸组成合理且利用率较高等优点。
3.制备植物蛋白类软体材料产品的方法主要有机器热塑挤压法制造、3d打印制造等，其中研发应用3d打印技术制造软体材料产品的设备是当下研究的热点。3d打印也称增材制造，其是一种以数字模型文件为基础，将可粘合材料通过打印的方式一层层地粘合来制造三维物体。传统的3d打印材料一般是特殊蜡材、塑料或粉末状金属等，而用作3d打印的软体材料一般是以大豆分离蛋白、豌豆分离蛋白等植物蛋白类软体材料粉为主要原料，在其中加入食盐、油脂和风味物质等辅助原料后充分搅拌混合均匀后形成一种面团状的混合材料。研发一款植物蛋白类软体材料3d打印设备需要将传统3d打印设备进行技术改造使其能成功运用到以软体材料为主要材料的3d打印过程中来。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种双喷头式软体材料3d打印装置，以适应以植物蛋白类软体材料为主要原料的3d打印生产过程。本发明在满足基本的实现3d打印植物蛋白类软体材料产品功能的同时，采用一种新型双喷头3d打印技术，使其能够实现两种材料混合打印，同时能有较高的生产效率。
5.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案本：发明关键部分包括：旋转式双喷头装置，供料系统，xyz三轴运动系统，打印平台以及机身框架，控制系统。旋转式双喷头装置可以实现喷头换向，主要用于植物蛋白类软体材料的加热和挤出工作；供料系统主要用于软体材料的原料供给；xyz三轴运动系统主要负责喷头工件坐标在xyz三轴方向上的变换；打印平台以及机身框架主要负责整体机器的形状搭建、一些重要结构的支撑连接等；控制系统主要用于控制3d打印装置的工作。
6.进一步，打印模型前，通过上位机软件将要打印的三维模型进行切片处理生成g代码，需要说明的是，由于本发明包含一种能实现两种材料混合打印的双喷头结构，所以要打印的三维模型可在切片时设置两种材料。
7.进一步，打印模型时，打印装置主板读取到模型代码指令后根据各个部位的材料代码驱动双喷头3d打印装置的挤出电机进行顺时针或者逆时针旋转调整，需要说明的是，所述双喷头3d打印装置的挤出电机顺时针旋转时对应一种打印材料挤出，逆时针旋转时对应另外一种材料挤出。
8.进一步，当双喷头3d打印装置的挤出电机按一定方向进行旋转调整时，所述挤出
电机轴上连接的圆柱齿轮会和喷头内部布置在所述圆柱齿轮两端的两个较大圆柱齿轮啮合传动，两个较大圆柱齿轮被所述挤出电机轴上连接的圆柱齿轮啮合带动后会按各自的方向旋转且两较大圆柱齿轮转向相反，所述两较大圆柱齿轮所在轴上各自安装有一圆锥滚子轴承，所述圆锥滚子轴承的内圈和外圈只有在特定旋向时才会互相带动，且所述两圆锥滚子轴承的安装满足同一时间只有一个较大圆柱齿轮所在轴会被带动旋转。
9.进一步，与此同时，双喷头3d打印装置的喷头结构会被带动进行圆周运动且运动方向和挤出电机轴转向相同，一段时间后双喷头3d打印装置的壳顶零件上的挡块部位会触碰到喷头支持零件上安装的微动开关使其作用，所述微动开关作用后会控制装有对应打印材料的料筒开始接通气压，之后所述对应打印材料会在气压作用下被挤入喷头内部。
10.进一步，上述双喷头3d打印装置的喷头内部的打印材料流道内有一定旋向的螺杆，所述螺杆安装在上述较大圆柱齿轮所在的轴上且按照该轴方向旋转，由于在上述轴上还安装有圆锥滚子轴承，当打印材料被挤入喷头后，由于圆锥滚子轴承的作用同一时间只有一个轴在转动带动螺杆进行旋转，对应旋转的那个轴即为要挤出打印材料一侧螺杆所连的轴，在螺杆旋转后会带动对应打印材料从喷嘴口挤出落到打印平台上，按上述反复运转最终完成打印。
11.总的说来，在上述的一种双喷头式软体材料3d打印装置中，所述装置可实现两种材料混合打印，并能在模型代码指令下旋转调整挤出电机，从而与圆柱齿轮啮合大大提高工作效率。与此同时，喷头结构和挤出电机转向相同，可触发微动开关，在气压作用下将打印材料挤入喷头内部，所述双喷头内部更有螺杆和圆锥滚子轴承，按照对应旋转关系挤出打印材料，大大缩短成型时间，提高生产效率，并得到优质成品。
12.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
13.本发明提供了一种双喷头式软体材料3d打印装置，能够适用于以植物蛋白类软体材料为主要原料的3d打印生产过程，本发明还采用了一种新型双喷头3d打印技术，使得本发明除能够满足基本的软体材料3d打印过程外，还能实现植物蛋白类软体材料产品的两种材料混合打印成型，提高了产品品质的同时能满足一定生产效率。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
14.图1是本发明一种双喷头式软体材料3d打印装置的等轴测视图；
15.图2是供料系统及管路结构示意图；
16.图3是打印装置框架及三轴运动系统结构示意图；
17.图4是喷头滑块及xy轴运动系统示意图；
18.图5是打印装置框架结构示意图；
19.图6是旋转式双喷头剖视图；
20.图7是旋转式双喷头结构示意图；
21.图中部件名称和标号如下：1、旋转式双喷头装置，2、供料系统，3、xyz三轴运动系统，4、打印平台以及机身框架，5、控制系统，21、活塞支架；22、活塞料筒；23、料筒盖；24、快插接头；25、活塞；26、输料
管；321、定位杆；322、传动丝杆；323、成型平台；324、传动螺母；325、联轴器；326、42步进电机；3103同步带转向支架；3104、同步带；3105、x轴横移组件；3106、y轴平移组件；3107、电动机皮带轮；41、上顶；42、形材支架；43、支撑角件；44、支撑柱；51、圆锥滚子轴承外套；52、主壳体；53、送料杆；54、出料喷头；55、出料喷嘴；56、圆柱齿轮；57、圆锥滚子轴承；1301、控制电机；1302、风扇；1303、温度控制件。
具体实施方式
22.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。显然，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。其中，附图仅用于示例说明，表示的仅是示意图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图中某些部件会有所省略、放大或缩小，并不代表实际物品的形状和尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
23.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“布置于”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
24.在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“前”、“后”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
25.实施例中软体材料以植物蛋白为例，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
26.在本实施例中，一种双喷头式软体材料3d打印装置的等轴测视图如附图1所示，装置由旋转式双喷头装置1，供料系统2，xyz三轴运动系统3，打印平台以及机身框架4，控制系统组成5。供料系统2通过角件43固定于机身框架4的上方，电机分布于机身框架4的下方中间两侧和上方前面拐角，控制系统5由螺栓固于机身框架4下方。
27.在本实施例中，供料系统及管路结构示意图如附图2所示，包括活塞支架21、活塞料筒22、料筒盖23、快插接头24、活塞25、输料管26，植物蛋白装在活塞料筒22中，活塞料筒22固定在活塞支架22上，与料筒盖23的接触配合为过盈配合，如此来减少空气直接和料筒内植物蛋白原料直接接触等现象，保证活塞能较长时间充分接触到原料，并且保证了挤出效果，便于活塞25推动其中的植物蛋白至输料管26，再通过输料管26挤出，实现植物蛋白的储存和输送。
28.在本实施例中，打印装置框架及三轴运动系统结构示意图如附图3所示，xyz三轴运动系统在z方向上，联轴器325连接电机与传动丝杆322，电机旋转带动传动丝杠322旋转，传动丝杆322和传动螺母324啮合，传动螺母324与成型平台323固定，电机控制传动丝杆322正反转，带动成型平台323上下移动。
29.在本实施例中，喷头滑块及xy轴运动系统示意图如附图4所示，在xy方向上，控制喷头前后左右运动的导轨，由固定在电机支架上的电机旋转带动电动机皮带轮317上的同
步带3104运动，运动经由光杆连接件传递给y轴平移主件3106，控制喷头前后移动；由另一个电机把运动传递到x轴横移组件3105控制喷头左右移动。
30.在本实施例中，打印装置框架结构示意图如附图5所示，打印平台以及机身框架，打印装置框架起支撑固定作用，上顶41通过支撑角件43与形材支架42固连，支撑柱44通过螺栓与上顶41连接，成型平台323固定在与传动丝杆322啮合的传动螺母324上，并通过定位杆321定位保持水平。便于整体机器的形状搭建和结构支撑。
31.在本实施例中，旋转式双喷头剖视图如附图6所示，旋转式双喷头包括圆锥滚子轴承外套51、主壳体52送料杆53、出料喷头54、出料喷嘴55、圆柱齿轮56、圆锥滚子轴承57。所述控制电机1301带动输入传动轴旋转，齿轮与输入传动轴连接，齿轮旋转将动力传递给连接杆，连接杆与送料杆通过销孔配合，且连接杆中部套连有一个圆锥滚子轴承，下端与控制两出料喷头54转向的小齿轮连接，实现两喷头转换及出料的改变。
32.在本实施例中，旋转式双喷头结构示意图如附图7所示，包括控制电机1301、风扇1302、温度控制件1303、旋转式双喷头，温度控制件1303通过螺栓连接固定在旋转式双喷头的下方，用于加热即将挤出的植物蛋白，温度控制件1303上装有风扇1302用于散热，控制电机1301通过螺栓连接固定于旋转式双喷头之上，实现喷头的旋转控制。
33.本实施例仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。

技术特征：
1.一种双喷头式软体材料3d打印装置，其特征在于，包括：旋转式双喷头装置(1)、供料系统(2)、xyz三轴运动系统(3)、打印平台以及机身框架(4)、控制系统(5)。所述的旋转式双喷头装置可以实现喷头换向，主要用于软体材料的加热和挤出工作；所述的供料系统主要用于软体材料原料供给；所述的xyz三轴运动系统主要负责喷头工件坐标在xyz三轴方向上的变换；所述的打印平台以及机身框架主要负责整体机器的形状搭建、一些重要结构的支撑连接等；所述控制系统主要用于控制3d打印装置的工作。2.根据权利要求1所述的一种双喷头式软体材料3d打印装置，其特征在于，其所述旋转式双喷头装置包括控制电机(1301)、风扇(1302)、温度控制件(1303)、圆锥滚子轴承外套(51)、主壳体(52)、送料杆(53)、出料喷头(54)、出料喷嘴(55)、圆柱齿轮(56)、圆锥滚子轴承(57)，温度控制件(1303)通过螺栓连接固定在旋转式双喷头的下方，用于加热即将挤出的软体材料，风扇(1302)用于散热，控制电机(1301)实现喷头的旋转控制，控制两出料喷头(54)转换及出料的改变。3.根据权利要求1所述的一种双喷头式软体材料3d打印装置，其特征在于，其所述供料系统包括活塞支架(21)、活塞料筒(22)、料筒盖(23)、快插接头(24)、活塞(25)、输料管(26)，软体材料装在活塞料筒(22)中，活塞料筒(22)固定在活塞支架(22)上，实现软体材料的储存和输送。4.根据权利要求1所述的一种双喷头式软体材料3d打印装置，其特征在于，其所述xyz三轴运动系统在z方向上，联轴器(325)连接电机与传动丝杆(322)，电机旋转带动传动丝杠(322)旋转，传动丝杆(322)和传动螺母(324)啮合，传动螺母(324)与成型平台(323)固定，电机控制传动丝杆(322)正反转，带动成型平台(323)上下移动。5.根据权利要求1所述的一种双喷头式软体材料3d打印装置，其特征在于，其所述xyz三轴运动系统在xy方向上，控制喷头前后左右运动的导轨，由固定在电机支架上的电机旋转带动电动机皮带轮(317)上的同步带(3104)运动，运动经由光杆连接件传递给y轴平移主件(3106)，控制喷头前后移动，再通过另一个电机将运动传递到x轴横移组件(3105)，控制喷头左右移动。6.根据权利要求1所述的一种双喷头式软体材料3d打印装置，其特征在于，所述打印平台以及机身框架，打印装置框架起支撑固定作用，上顶(41)通过支撑角件(43)与形材支架(42)固连，支撑柱(44)通过螺栓与上顶(41)连接，成型平台(323)固定在与传动丝杆(322)啮合的传动螺母(324)上，并通过定位杆(321)定位保持水平，便于整体机器的形状搭建和结构支撑。7.根据权利要求1所述的一种双喷头式软体材料3d打印装置，其特征在于，所述控制系统的打印装置主板读取到模型代码指令后根据各个部位的材料代码，实现双喷头3d打印装置的挤出电机进行顺时针或者逆时针旋转调整。

技术总结
本发明提供了一种双喷头式软体材料3D打印装置，属于3D打印技术领域。它适用于以植物蛋白类软体材料为主要原料的3D打印过程。本3D打印装置包括：旋转式双喷头装置、供料系统XYZ三轴运动系统、打印平台以及机身框架、控制系统。旋转式双喷头装置主要用于软体材料的加热和挤出工作，供料系统主要用于软体材料原料供给，XYZ三轴运动系统主要负责喷头工件坐标在XYZ三轴方向上的变换，打印平台以及机身框架主要负责整体机器的形状搭建、一些重要结构的支撑连接等，所述控制系统主要用于控制3D打印装置的工作。本发明拥有能实现两种材料混合打印且打印效率高等优点。印且打印效率高等优点。印且打印效率高等优点。


技术研发人员：蔡维 李贤瑜 江雨 钟露婷 王羽 李丽 高艳娥 陈红兵
受保护的技术使用者：西南大学
技术研发日：2023.05.24
技术公布日：2023/8/23