擠出機進料系統的制作方法
【專利說明】擠出機進料系統
[0001 ] 本申請要求于2014年7月31日提交的實用申請第14/448,364號以及于2013年8月7日提交的臨時申請第61/863，110號的優先權，所述兩個申請的內容通過引用被并入本文中。
【背景技術】
[0002]本發明涉及擠出機，并且更特別地涉及用在采用螺桿傳動的增材制造設備中的擠出機。
[0003]增材制造設備、例如3D打印機通過將絲材(filament material)擠出到支承面上來逐層堆積對象。所產生對象的質量在很大程度上依賴于對絲材通過擠出機的流速的嚴格控制以及對擠出機頭在其橫穿區域以堆積層時的X-Y位置的控制。
[0004]圖1中示意性地示出了現有技術的擠出機系統。絲材10經過驅動絲材10向下進入液化室14的夾送輥進料系統12。之后，絲材通過噴嘴16被排出到工作臺18上。夾送輥系統12在其驅動絲材進入液化室14中時在每側上都接合絲材10。能夠利用圖1中的布置實現的驅動力是有限的。而且，圖1中所示的布置由于對夾送輥進行驅動的馬達系統中的步長限制而不如所期望的那樣精確。
[0005]還已知使用帶內螺紋的螺母驅動絲材進入液化室中。在這種情況下，絲材經過帶內螺紋的螺母，該帶內螺紋的螺母在轉動時線性地驅動絲材。然而，螺母轉動在絲材上施加不需要的轉矩，導致其在被線性驅動時變形。
[0006]本發明的一個目的在于采用逆向轉動元件的螺桿傳動，以在驅動絲材進入擠出機的同時基本消除不需要的轉矩。
【發明內容】
[0007]根據本發明的擠出機進料系統包括間隔開并且帶有反向內螺紋的一對可轉動元件，其用于容納和接合塑料絲材。電動馬達被提供用于使可轉動元件在相反方向上轉動，從而驅動絲材進入液化室中以后續通過噴嘴排出。在一個優選實施例中，所述系統包括由馬達驅動的齒輪系以使可轉動元件在相反方向上轉動。合適的馬達是步進馬達或DC馬達。
[0008]在一個優選實施例中，齒輪系包括由馬達驅動的錐齒輪。
[0009]在又一實施例中，本發明的系統還包括控制回路，所述控制回路用于控制馬達的功率，從而控制絲材的擠出速率。
【附圖說明】
[0010]圖1是現有技術的增材制造擠出機系統的橫截面圖。
[0011 ]圖2是用于驅動絲材的一對可逆向轉動的六角螺母的示意圖。
[0012]圖3是本文中公開的利用馬達、流量控制器和錐齒輪的一個實施例的橫截面圖，所述錐齒輪驅動逆向轉動的錐齒輪。
【具體實施方式】
[0013]參照圖2，可見絲材10通過第一和第二六角螺母20和22的內部。六角螺母20帶有例如右旋螺紋的內螺紋。類似地，六角螺母22帶有相反方向的螺紋(例如左旋螺紋)的內螺紋。優選地，絲材10的直徑相對于穿過六角螺母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在逆時針方向上轉動，而六角螺母22在順時針方向上轉動。因為逆向轉動的六角螺母20和22的螺紋的旋向相反，所以絲材10在圖2中被向下驅動。
[0014]重要的是，因為六角螺母20和22逆向轉動，所以由兩個六角螺母之間的轉矩導致的材料變形由于逆向轉動的螺母平衡了轉矩效應而被基本消除。
[0015]圖3中示出了本發明的一個實施例。框架30支承轉動錐齒輪32、34和36。馬達38在流量控制器40的控制下使錐齒輪32轉動。錐齒輪32有效地接合斜齒輪34和36，在相反方向上驅動這些錐齒輪。如會理解的，錐齒輪34的內部帶有第一方向、例如右旋的螺紋，而錐齒輪36帶有相反方向、例如左旋的內螺紋。當馬達38在流量控制器40的控制下啟動時，絲材10將被驅動進入如圖1所示的液化室中。馬達38可以是步進馬達或DC馬達。圖3中示出的馬達38的布置保證絲材10通過系統的流速能夠被精確控制。
[0016]本領域技術人員將認識到單獨的馬達能夠被用于在需要時驅動可轉動元件。還應注意的是，應使得錐齒輪34和36之間的空間小以使經過逆向轉動的錐齒輪的絲材的變形最小。為了清楚起見，放大了圖3中的間隙。
[0017]本文中，發明人已經確定，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動錐齒輪34和36不足以確保恒定擠出速率。發明人已經通過分析確定了擠出速率和使用本發明的螺桿傳動的馬達38的輸入電功率之間存在直接關系。特別地，發明人已經確定擠出速率Q = KIV。換言之，絲材流速Q與馬達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38的電功率被保持恒定(S卩，馬達電流(I)和馬達電壓(V)的積保持恒定)。為了增加或降低流速，馬達38的電壓經由馬達38電壓的PWM控制來控制。因此，絲材流速通過控制馬達38的功率來控制。流量控制器40可以包括采用例如PID控制的常規控制回路。
[0018]應認識到的是，本發明的修改和變化對本領域技術人員來說將是顯而易見的，并且所有這種修改和變化旨在被包含在所附權利要求的范圍內。
【主權項】
1.一種擠出機進料系統，包括: 間隔開并且帶有反向內螺紋的一對可轉動元件，其用于容納和接合塑料絲材;和電動馬達，其用于使所述可轉動元件在相反方向上轉動，從而驅動所述絲材進入液化室中以后續通過噴嘴排出。2.如權利要求1所述的系統，還包括由所述馬達驅動的齒輪系以使所述可轉動元件在相反方向上轉動。3.如權利要求1所述的系統，其中所述馬達是步進馬達。4.如權利要求1所述的系統，其中所述馬達是DC馬達。5.如權利要求2所述的系統，其中，所述齒輪系包括由所述馬達驅動的錐齒輪。6.如權利要求1所述的系統，其中所述可轉動元件是帶有內螺紋的六角螺母。7.如權利要求1所述的系統，還包括控制回路，所述控制回路用于控制所述馬達的功率從而控制所述絲材的擠出速率。
【專利摘要】一種擠出機進料系統。所述系統包括間隔開并且帶有反向內螺紋的一對可轉動元件(20、22、34、36)，用于容納和接合塑料絲材(10)。電動馬達(38)使可轉動元件(20、22、34、36)在相反方向上轉動，從而將絲材(10)驅動進入液化室中以后續通過噴嘴排出。所述系統提供非常精確的逐層堆積。
【IPC分類】B29C67/00, B65H51/00
【公開號】CN105555508
【申請號】CN201480043468
【發明人】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
【申請人】麻省理工學院
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2014年8月4日
【公告號】CA2919511A1, EP3030401A1, US20150086668, WO2015020944A1