一种3D打印耗材熔接装置及其熔接方法发明专利

专利名称：一种3D打印耗材熔接装置及其熔接方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN201810510237.2

专利申请（专利权）人：浙江水利水电学院
权利人地址：浙江省杭州市经济技术开发区2号大街508号

专利发明（设计）人：赵华成,沈浩宇,徐高欢,罗聪聪,夏奔锋,成肖楠

专利摘要：本发明公开了一种3D打印耗材熔接装置及其熔接方法。一次打印完成后，若打印耗材剩余量较小，因考虑到第二一次使用时材料不足，剩余的一段无法使用，导致大量的浪费。本发明一种简便熔接3D打印耗材的装置，包括第一主体块、第二主体块、第一滚轮、第二滚轮、第一导热块、第二导热块、第一挤压弹簧、第二挤压弹簧、第一轮轴、第二轮轴、散热风扇、传热块、按压块、加热棒和加热复位弹簧。第一主体块与第二主体块内侧面的一侧边缘铰接。第一主体块的内侧面上开设有第一线材槽。第二主体块的内侧面上开设有第二线材槽。本发明能够完成两卷3D打印耗材的熔接，且本发明的熔接温度可控，能够适用于不同种类的3D打印耗材。

主权利要求：
1.一种3D打印耗材熔接装置，包括第一主体块、第二主体块、第一滚轮、第二滚轮、第一导热块、第二导热块、第一挤压弹簧、第二挤压弹簧、第一轮轴、第二轮轴、散热风扇、传热块、按压块、加热棒和加热复位弹簧；其特征在于：所述第一主体块与第二主体块内侧面的一侧边缘铰接；第一主体块的内侧面上开设有第一线材槽；第二主体块的内侧面上开设有第二线材槽；所述第一线材槽的两端端部与第一主体块的两端端面分别连通；所述第二线材槽的两端与第二主体块的两端端面分别连通；第一主体块外侧面的中部开设有加热槽；
加热槽与第一线材槽的中部连通；第一导热块与加热槽固定；第一导热块上开设有第一导热槽；第一导热槽的横截面形状与第一线材槽的横截面形状相同；
所述的传热块与加热槽构成滑动副；传热块的内部固定有加热棒；两根加热复位弹簧的一端均与传热块固定，另一端均与第一主体块固定；传热块与按压块的内端固定；
所述第一主体块的外侧面上还开设有第一压紧槽；第一压紧槽的底部与第一线材槽连通；第一压紧槽内设置有第一轮轴；第一轮轴与第一压紧槽构成滑动副；第一轮轴的两端与两根第一挤压弹簧的一端分别固定；两根第一挤压弹簧的另一端均与第一主体块固定；第一轮轴的中部支承有第一滚轮；
所述第二主体块外侧面的中部开设有风扇槽；风扇槽与第二线材槽的中部连通；第二导热块与风扇槽的底部固定；第二导热块上开设有第二导热槽；第二导热槽的横截面形状与第二线材槽的横截面形状相同；风扇槽内安装有散热风扇；
所述第二主体块的外侧面上还开设有第二压紧槽；第二压紧槽与第二线材槽连通；第二压紧槽内设置有第二轮轴；第二轮轴与第二压紧槽构成滑动副；第二轮轴的两端与两根第二挤压弹簧的一端分别固定；两根第二挤压弹簧的另一端均与第二主体块固定；第二轮轴的中部支承有第二滚轮；
还包括控制电路；所述的控制电路包括放大器和热敏电阻R8；热敏电阻R8采用负温度系数热敏电阻器；放大器的正供电电压端接外部12V电压，负供电电压端接地，同相输入端接第一电阻R1及热敏电阻R8的一端；热敏电阻R8的另一端接地；第一电阻R1的另一端接电位器R7的第一固定接线端及外部12V电压；放大器的反相输入端接电位器R7的转动接线端；
电位器R7的第二固定接线端接地；电位器R7的输出端接第二电阻R2及电容C1的一端；第二电阻R2及电容C1的另一端接稳压管D1的负极及三极管的基极；三极管的发射极及稳压管的正极接地；三极管的集电极的接继电器的线圈一端；继电器线圈的另一端接第三电阻R3的一端；第三电阻R3的另一端接外部5V电压；继电器内的其中一个触点接外部12V电压，另一个触点接加热棒的其中一根供电线；加热棒的另一根供电线接地；热敏电阻固定在第一主体块的加热槽内；
还包括锁扣；所述的锁扣包括动锁件和定锁件；定锁件固定在第一主体块上；动锁件与第二主体块构成传动副。
2.根据权利要求1所述的一种3D打印耗材熔接装置，其特征在于：两根第一挤压弹簧均设置在第一轮轴远离第一主体块内侧面的一侧；两根第二挤压弹簧均设置在第二轮轴远离第二主体块内侧面的一侧。
3.根据权利要求1所述的一种3D打印耗材熔接装置，其特征在于：所述第一滚轮边缘的中部内凹设置；第一线材槽的轴线在第一滚轮两侧面的对称面内；所述第二滚轮边缘的中部内凹设置；第二线材槽的轴线在第二滚轮两侧面的对称面内；第一滚轮与第二滚轮在第一线材槽的轴线方向上对齐。
4.根据权利要求1所述的一种3D打印耗材熔接装置，其特征在于：在按压块未按下的状态下，传热块与第一导热块分离；在按压块按下的状态下，传热块与第一导热块接触。
5.根据权利要求1所述的一种3D打印耗材熔接装置，其特征在于：所述的第一主体块上开设有穿线孔和通风孔；穿线孔及通风孔的内端与加热槽的侧壁连通；第一主体块内嵌有两块隔热板；两块隔热板分别设置传热块的两侧，且靠近传热块与第一主体块的接触位置。
6.根据权利要求1所述的一种3D打印耗材熔接装置，其特征在于：所述第一主体块内侧面、第二主体块内侧面的交线与第一主体块、第二主体块铰接轴轴线重合。
7.根据权利要求1所述的一种3D打印耗材熔接装置，其特征在于：所述第一线材槽与第二线材槽的横截面形状呈相同的半圆形；第一线材槽与第二线材槽到第一主体块、第二主体块铰接轴轴线的距离相等；第一导热槽的轴线与第一线材槽的轴线重合；第二导热槽的轴线与第二线材槽的轴线重合。
8.如权利要求1所述的一种3D打印耗材熔接装置的熔接方法，其特征在于：步骤一、若放大器内同相输入端的电压值大于或等于反相输入端的电压值，则放大器的输出端输出高电平，使得三极管导通，加热棒开始加热，升高传热块的温度；若放大器内同相输入端的电压值小于反相输入端的电压值，则放大器的输出端输出低电平，使得三极管截止，加热棒停止加热；
步骤二、将第一待续接耗材的末端放置到第二导热槽上，并使得第一待续接耗材与第二滚轮接触；
步骤三、将第一主体块与第二主体块的内侧面贴合；使得第一待续接耗材嵌入在第一线材槽与第二线材槽之间，且被第一滚轮和第二滚轮压紧；
步骤四、将第二待续接耗材的头端从第一线材槽、第二线材槽远离第一滚轮、第二滚轮的那端穿入，直至第二待续接耗材的头端与第一待续接耗材的末端接触；
步骤五、按下按压块，使得传热块的温度传递到第一导热块和第二导热块；升温的第一导热块和第二导热块对第一待续接耗材的末端与第二待续接耗材的头端进行熔接；
步骤六、按压块被按下8～20秒后，松开按压块，散热风扇启动，使得第一导热块和第二导热块的温度快速下降；之后进入步骤七；
步骤七、散热风扇关闭，若第一待续接耗材的末端与第二待续接耗材的头端未熔接在一起，则将转动电位器的电刷，使得放大器内反相输入端的电压值降低，重复执行步骤二至六；
若第一待续接耗材的末端与第二待续接耗材的头端熔接在一起但发生高温损伤，则将转动电位器的电刷，使得放大器内反相输入端的电压值增大，将第一待续接耗材与第二待续接耗材损伤的部分剪去，重复执行步骤二至六；
若第一待续接耗材的末端与第二待续接耗材的头端熔接在一起，且未发生高温损伤，则熔接结束。 说明书 : 一种3D打印耗材熔接装置及其熔接方法技术领域[0001] 本发明属于3D打印技术领域，具体涉及一种3D打印耗材熔接装置及其熔接方法。背景技术[0002] 目前3D打印耗材在使用中会出现以下几种情况导致材料的浪费和精力的消耗：1.由于各种意外导致打印中止，造成大量打印耗材因用量不够而被丢弃。2.一次打印完成后，若打印耗材剩余量较小，因考虑到第二一次使用时材料不足，剩余的一段无法使用，导致大量的浪费。3.每次在更换耗材时都得进行复杂的抽料、进料，费时费力。在这样的背景下，设计一种使得一卷3D打印耗材在剩余量较小的情况下，依旧能够使用的熔接装置十分重要。发明内容[0003] 本发明的目的在于提供一种3D打印耗材熔接装置及其熔接方法。[0004] 本发明一种3D打印耗材熔接装置，包括第一主体块、第二主体块、第一滚轮、第二滚轮、第一导热块、第二导热块、第一挤压弹簧、第二挤压弹簧、第一轮轴、第二轮轴、散热风扇、传热块、按压块、加热棒和加热复位弹簧。所述第一主体块与第二主体块内侧面的一侧边缘铰接。第一主体块的内侧面上开设有第一线材槽。第二主体块的内侧面上开设有第二线材槽。所述第一线材槽的两端端部与第一主体块的两端端面分别连通。所述第二线材槽的两端与第二主体块的两端端面分别连通。第一主体块外侧面的中部开设有加热槽。加热槽与第一线材槽的中部连通。第一导热块与加热槽固定。第一导热块上开设有第一导热槽。第一导热槽的横截面形状与第一线材槽的横截面形状相同。[0005] 所述的传热块与加热槽构成滑动副。传热块的内部固定有加热棒。两根加热复位弹簧的一端均与传热块固定，另一端均与第一主体块固定。传热块与按压块的内端固定。[0006] 所述第一主体块的外侧面上还开设有第一压紧槽。第一压紧槽的底部与第一线材槽连通。第一压紧槽内设置有第一轮轴。第一轮轴与第一压紧槽构成滑动副。第一轮轴的两端与两根第一挤压弹簧的一端分别固定。两根第一挤压弹簧的另一端均与第一主体块固定。第一轮轴的中部支承有第一滚轮。[0007] 所述第二主体块外侧面的中部开设有风扇槽。风扇槽与第二线材槽的中部连通。第二导热块与风扇槽的底部固定。第二导热块上开设有第二导热槽。第二导热槽的横截面形状与第二线材槽的横截面形状相同。风扇槽内安装有散热风扇。[0008] 所述第二主体块的外侧面上还开设有第二压紧槽。第二压紧槽与第二线材槽连通。第二压紧槽内设置有第二轮轴。第二轮轴与第二压紧槽构成滑动副。第二轮轴的两端与两根第二挤压弹簧的一端分别固定。两根第二挤压弹簧的另一端均与第二主体块固定。第二轮轴的中部支承有第二滚轮。[0009] 进一步地，本发明一种3D打印耗材熔接装置还包括控制电路。所述的控制电路包括放大器和热敏电阻R8。热敏电阻R8采用负温度系数热敏电阻器。放大器的正供电电压端接外部12V电压，负供电电压端接地，同相输入端接第一电阻R1及热敏电阻R8的一端。热敏电阻R8的另一端接地。第一电阻R1的另一端接电位器R7的第一固定接线端及外部12V电压。放大器U1的反相输入端接电位器R7的转动接线端。电位器R7的第二固定接线端接地。电位器R7的输出端接第二电阻R2及电容C1的一端。第二电阻R2及电容C1的另一端接稳压管D1的负极及三极管的基极。三极管的发射极及稳压管的正极接地。三极管的集电极的接继电器的线圈一端。继电器线圈的另一端接第三电阻R3的一端。第三电阻R3的另一端接外部5V电压。继电器内的其中一个触点接外部12V电压，另一个触点接加热棒的其中一根供电线。加热棒的另一根供电线接地。热敏电阻固定在第一主体块的加热槽内。[0010] 进一步地，本发明一种3D打印耗材熔接装置还包括锁扣。所述的锁扣包括动锁件和定锁件。定锁件固定在第一主体块上。动锁件与第二主体块构成传动副。[0011] 进一步地，两根第一挤压弹簧均设置在第一轮轴远离第一主体块内侧面的一侧。两根第二挤压弹簧均设置在第二轮轴远离第二主体块内侧面的一侧。[0012] 进一步地，所述第一滚轮边缘的中部内凹设置。第一线材槽的轴线在第一滚轮两侧面的对称面内。所述第二滚轮边缘的中部内凹设置。第二线材槽的轴线在第二滚轮两侧面的对称面内。第一滚轮与第二滚轮在第一线材槽的轴线方向上对齐。[0013] 进一步地，在按压块未按下的状态下，传热块与第一导热块分离。在按压块按下的状态下，传热块与第一导热块接触。[0014] 进一步地，所述的第一主体块上开设有穿线孔和通风孔。穿线孔及通风孔的内端与加热槽的侧壁连通。第一主体块内嵌有两块隔热板。两块隔热板分别设置传热块的两侧，且靠近传热块与第一主体块的接触位置。[0015] 进一步地，所述第一主体块内侧面、第二主体块内侧面的交线与第一主体块、第二主体块铰接轴轴线重合。[0016] 进一步地，所述第一线材槽与第二线材槽的横截面形状呈相同的半圆形。第一线材槽与第二线材槽到第一主体块、第二主体块铰接轴轴线的距离相等。第一导热槽的轴线与第一线材槽的轴线重合。第二导热槽的轴线与第二线材槽的轴线重合。[0017] 该3D打印耗材熔接装置的熔接方法具体如下：[0018] 步骤一、若放大器内同相输入端的电压值大于或等于反相输入端的电压值，则放大器的输出端输出高电平，使得三极管导通，加热棒开始加热，升高传热块的温度。若放大器内同相输入端的电压值小于反相输入端的电压值，则放大器的输出端输出低电平，使得三极管截止，加热棒停止加热。[0019] 步骤二、将第一待续接耗材的末端放置到第二导热槽上，并使得第一待续接耗材与第二滚轮接触。[0020] 步骤三、将第一主体块与第二主体块的内侧面贴合。使得第一待续接耗材嵌入在第一线材槽与第二线材槽之间，且被第一滚轮和第二滚轮压紧。[0021] 步骤四、将第二待续接耗材的头端从第一线材槽、第二线材槽远离第一滚轮、第二滚轮的那端穿入，直至第二待续接耗材的头端与第一待续接耗材的末端接触。[0022] 步骤五、按下按压块，使得传热块的温度传递到第一导热块和第二导热块。升温的第一导热块和第二导热块对第一待续接耗材的末端与第二待续接耗材的头端进行熔接。[0023] 步骤六、按压块被按下8～20秒后，松开按压块，散热风扇启动，使得第一导热块和第二导热块的温度快速下降。之后进入步骤七。[0024] 步骤七、散热风扇关闭，若第一待续接耗材的末端与第二待续接耗材的头端未熔接在一起，则将转动电位器的电刷，使得放大器内反相输入端的电压值降低，重复执行步骤二至六。[0025] 若第一待续接耗材的末端与第二待续接耗材的头端熔接在一起但发生高温损伤，则将转动电位器的电刷，使得放大器内反相输入端的电压值增大，将第一待续接耗材与第二待续接耗材损伤的部分剪去，重复执行步骤二至六。[0026] 若第一待续接耗材的末端与第二待续接耗材的头端熔接在一起，且未发生高温损伤，则熔接结束。[0027] 本发明具有的有益效果是：[0028] 1、本发明能够完成两卷3D打印耗材的熔接，且本发明的熔接温度可控，能够适用于不同种类的3D打印耗材。[0029] 2、本发明在压下按压块时熔接，松开按压块时，结束熔接，能够有效控制熔接的时长。[0030] 3、本发明通过隔热板使得高温能够集中在熔接处，提高了熔接效率，且保证了使用者的安全。[0031] 4、本发明的散热风扇能够实现3D打印耗材熔接完成后的快速降温，使3D打印耗材能够快速冷却成型。附图说明[0032] 图1为本发明的第一张整体结构示意图；[0033] 图2为本发明的第二张整体结构示意图；[0034] 图3为本发明的正面示意图；[0035] 图4为本发明的剖视图；[0036] 图5为本发明中控制电路的电路原理图。具体实施方式[0037] 以第二结合附图对本发明作进一步说明。[0038] 如图1、2、3、4所示，一种3D打印耗材熔接装置，包括第一主体块1、第二主体块2、第一滚轮3、第二滚轮4、第一导热块5、第二导热块6、第一挤压弹簧、第二挤压弹簧7、第一轮轴、第二轮轴16、散热风扇8、传热块9、按压块10、加热棒11、加热复位弹簧12、锁扣、隔热板15和控制电路。第一主体块1与第二主体块2内侧面的一侧边缘通过合页铰接。第一主体块1内侧面、第二主体块2内侧面的交线与第一主体块1、第二主体块2铰接轴轴线重合。锁扣包括动锁件13和定锁件14。定锁件14固定在第一主体块1上。动锁件13与第二主体块2构成传动副。在第一主体块1与第二主体块2内侧面接触的状态下，旋转动锁件13至扣住定锁件14时，第一主体块1与第二主体块2被相对锁止。[0039] 第一主体块1的内侧面上开设有第一线材槽。第二主体块2的内侧面上开设有第二线材槽。第一线材槽与第二线材槽的横截面形状呈相同的半圆形。第一线材槽的两端端部与第一主体块1的两端端面分别连通。第二线材槽的两端与第二主体块2的两端端面分别连通。第一线材槽与第二线材槽到第一主体块1、第二主体块2铰接轴轴线的距离相等。第一主体块1外侧面的中部开设有加热槽。加热槽的底部与第一线材槽的中部连通。第一导热块5与加热槽的底部固定。第一导热块5上开设有第一导热槽。第一导热槽的横截面形状与第一线材槽的横截面形状相同。第一导热槽的侧面与第一线材槽侧面平齐(即第一导热槽的轴线与第一线材槽的轴线重合)。使得线材能够经第一线材槽引导进入到第一导热槽。[0040] 传热块9与加热槽构成沿第一主体块1内侧面的法向滑动的滑动副。传热块9的内部固定有加热棒11。两根加热复位弹簧12的一端均与传热块9固定，另一端均与加热槽的底部固定。传热块9远离第一导热块5的一侧与按压块10的内端固定。按压块10的外端伸出加热槽外。在按压块10未按下的状态下，传热块9在加热复位弹簧12弹力的作用下与第一导热块5分离。在按压块10按下的状态下，传热块9与第一导热块5接触，使得加热棒11产生的热量直接传递到第一导热块5上。第一主体块1上开设有穿线孔16和通风孔17。穿线孔16及通风孔17的内端与加热槽的侧壁连通。加热棒11的供电线从穿线孔穿出。第一主体块1内嵌有两块隔热板15。两块隔热板15分别设置传热块9的两侧，且靠近传热块9与第一主体块1的接触位置。[0041] 第一主体块1外侧面还开设有第一压紧槽。第一压紧槽的底部与第一线材槽连通。第一压紧槽内设置有第一轮轴。第一轮轴与第一压紧槽构成沿第一主体块1内侧面的法向滑动的滑动副。第一轮轴的两端与两根第一挤压弹簧的一端分别固定。两根第一挤压弹簧的另一端均与第一主体块1固定。两根第一挤压弹簧均设置在第一轮轴远离第一主体块1内侧面的一侧。第一轮轴的中部支承有第一滚轮3。第一滚轮3边缘的中部内凹设置(即呈U形轮状)。第一线材槽的轴线在第一滚轮3两侧面的对称面内。[0042] 第二主体块2外侧面的中部开设有风扇槽。风扇槽的底部与第二线材槽的中部连通。第二导热块6与风扇槽的底部固定。第二导热块6上开设有第二导热槽。第二导热槽的横截面形状与第二线材槽的横截面形状相同。第二导热槽的侧面与第二线材槽侧面平齐(即第二导热槽的轴线与第二线材槽的轴线重合)。使得线材能够经第二线材槽引导进入到第二导热槽。风扇槽内安装有散热风扇8。[0043] 第二主体块2外侧面还开设有第二压紧槽。第二压紧槽的底部与第二线材槽连通。第二压紧槽内设置有第二轮轴。第二轮轴与第二压紧槽构成沿第二主体块2内侧面的法向滑动的滑动副。第二轮轴的两端与两根第二挤压弹簧的一端分别固定。两根第二挤压弹簧的另一端均与第二主体块2固定。两根第二挤压弹簧均设置在第二轮轴远离第二主体块2内侧面的一侧。第二轮轴的中部支承有第二滚轮4。第二滚轮4边缘的中部内凹设置(即呈U形轮状)。第二线材槽的轴线在第二滚轮3两侧面的对称面内。第一滚轮3与第二滚轮4在第一线材槽的轴线方向上对齐。[0044] 如图5所示，控制电路包括放大器U1和热敏电阻R8。放大器U1采用型号为UA741的运算放大器。热敏电阻R8采用负温度系数热敏电阻器。放大器U1的正供电电压端接外部12V电压，负供电电压端接地，同相输入端(3管脚)接第一电阻R1及热敏电阻R8的一端。热敏电阻R8的另一端接地。第一电阻R1的另一端接电位器R7的第一固定接线端(电阻体的一端)及外部12V电压。放大器U1的反相输入端(2管脚)接电位器R7的转动接线端(电刷)。电位器R7的第二固定接线端(电阻体的另一端)接地。电位器R7的输出端接第二电阻R2及电容C1的一端。第二电阻R2及电容C1的另一端接稳压管D1的负极及三极管Q1的基极。三极管Q1的发射极及稳压管D1的正极接地。三极管Q1的集电极的接继电器K1的线圈一端。继电器K1线圈的另一端接第三电阻R3的一端。第三电阻R3的另一端接外部5V电压。继电器K1内的其中一个触点接外部12V电压，另一个触点接加热棒11的其中一根供电线。加热棒11的另一根供电线接地。热敏电阻R8固定在第一主体块1的加热槽内。[0045] 该3D打印耗材熔接装置的熔接方法具体如下：[0046] 步骤一、给控制电路通电。若放大器U1内同相输入端的电压值大于或等于反相输入端的电压值，则放大器U1的输出端输出高电平，使得三极管Q1导通，加热棒开始加热，升高传热块9的温度。若放大器U1内同相输入端的电压值小于反相输入端的电压值，则放大器U1的输出端输出低电平，使得三极管Q1截止，加热棒停止加热。[0047] 步骤二、打开锁扣，将第一待续接耗材的末端放置到第二导热槽上，并使得第一待续接耗材与第二滚轮4接触。第一待续接耗材为正在使用或需要使用但长度不足的3D打印耗材。[0048] 步骤三、将第一主体块与第二主体块的内侧面贴合。使得第一待续接耗材嵌入在第一线材槽与第二线材槽之间，且被第一滚轮和第二滚轮压紧。使用者扣上锁扣，使得第一主体块与第二主体块相对固定。[0049] 步骤四、将第二待续接耗材的头端从第一线材槽、第二线材槽远离第一滚轮、第二滚轮的那端穿入，直至第二待续接耗材的头端与第一待续接耗材的末端接触。[0050] 步骤五、按下按压块10，使得传热块的温度传递到第一导热块5和第二导热块6。升温的第一导热块5和第二导热块6对第一待续接耗材的末端与第二待续接耗材的头端进行熔接。[0051] 步骤六、按压块10被按下10秒后，松开按压块10，散热风扇启动，使得第一导热块5和第二导热块6的温度快速下降，第一待续接耗材与第二待续接耗材的熔接处冷却凝固。之后进入步骤七。[0052] 步骤七、散热风扇关闭，打开锁扣，将第一待续接耗材与第二待续接耗材取出。若第一待续接耗材的末端与第二待续接耗材的头端未熔接在一起，则将转动电位器R7的电刷，使得放大器U1内反相输入端的电压值降低，进而使得传热块在加热棒的作用下温度升高，重复执行步骤二至六。[0053] 若第一待续接耗材的末端与第二待续接耗材的头端熔接在一起但由于温度过高而损伤(变黑或耗材内产生空腔)，则将转动电位器R7的电刷，使得放大器U1内反相输入端的电压值增大，进而使得传热块在加热棒的作用下温度降低，将第一待续接耗材与第二待续接耗材损伤的部分剪去，重复执行步骤二至六。[0054] 若第一待续接耗材的末端与第二待续接耗材的头端熔接在一起，且未损伤，则熔接结束。

专利地区：浙江

专利申请日期：2018-05-24

专利公开日期：2024-05-14

专利公告号：CN108608650B