挤出式陶瓷义齿3D打印机论文和设计-段国林

全文摘要

本实用新型为一种挤出式陶瓷义齿3D打印机。该装置的组成包括底座、Y轴导轨、X轴导轨、立柱、Z轴导轨、夹具、螺杆泵、料筒、管道、喷头和成形板；其中，底座的中部后侧通过铰接件固定有立柱，立柱的上部固定有Z轴导轨，Z轴导轨上的滑块固定有夹具，夹具下端的凸台上并排分布有三个通孔，中间位置的孔固定有螺杆泵，两侧的侧位孔各安装有一个料筒，两个料筒出料口通过管道分别与螺杆泵两侧的入料口连接；螺杆泵的底部安装有喷头。本实用新型解决了现有柱塞式挤出3D打印机存在的非连续打印过程中容易出现的“过堆积”、“欠堆积(也称拉丝)”现象，成本低，周期短，材料利用率高达到90％以上。

主设计要求

1.一种挤出式陶瓷义齿3D打印机，其特征为该装置的组成包括底座、Y轴导轨、X轴导轨、立柱、Z轴导轨、夹具、螺杆泵、料筒、管道、喷头和成形板；其中，底座的中部后侧通过铰接件固定有立柱，立柱的上部固定有Z轴导轨，Z轴导轨上的滑块固定有夹具，夹具下端的凸台上分布有三个或五个通孔，中间位置的孔固定有螺杆泵，周围其余的侧位孔各安装有一个料筒，各个料筒出料口通过管道分别与螺杆泵上的入料口连接；螺杆泵的底部安装有喷头；所述的底座上，立柱的左、右两侧，各固定有一个Y轴导轨，2个Y轴导轨平行；X轴导轨两端的底部分别固定在1个Y轴导轨上的滑块上，X轴导轨上的滑块固定有成型板，成型板位于喷头的下部；所述的螺杆泵的组成包括螺杆泵转子、螺杆泵定子和上壳体，上壳体内伺服电机的驱动轴通过轴联器和螺杆泵转子的混料部分的中心杆相连；螺杆泵定子的下出口与喷头的入口相连；所述的螺杆泵转子分为两部分，上半部分为混料部分，下半部分为送料部分；所述的混料部分为中心杆和分布在其四周的混料杆；所述的中心杆为圆杆；所述的混料杆分为逆向混料杆、垂直混料杆和顺向混料杆三种；所述的逆向混料杆与中心杆轴线向上的方向成45°，垂直混料杆与中心杆轴线向上的方向成90°，顺向混料杆与中心杆轴线向上的方向成135°；所述的送料部分是具有偏心距的螺杆；所述的逆向混料杆、垂直混料杆和顺向混料杆的直径相同，在中心杆上均匀分布，数量和间距也相同；逆向混料杆、垂直混料杆和顺向混料杆的末端到中心杆的垂直距离也相同；其中，长度比为混料部分：送料部分＝4:5，三种混料杆在中心杆上分布区域的长度比为：逆向混料杆：垂直混料杆：顺向混料杆＝1.414：1：1.414。

设计方案

1.一种挤出式陶瓷义齿3D打印机，其特征为该装置的组成包括底座、Y轴导轨、X轴导轨、立柱、Z轴导轨、夹具、螺杆泵、料筒、管道、喷头和成形板；

其中，底座的中部后侧通过铰接件固定有立柱，立柱的上部固定有Z轴导轨，Z轴导轨上的滑块固定有夹具，夹具下端的凸台上分布有三个或五个通孔，中间位置的孔固定有螺杆泵，周围其余的侧位孔各安装有一个料筒，各个料筒出料口通过管道分别与螺杆泵上的入料口连接；螺杆泵的底部安装有喷头；

所述的底座上，立柱的左、右两侧，各固定有一个Y轴导轨，2个Y轴导轨平行；X轴导轨两端的底部分别固定在1个Y轴导轨上的滑块上，X轴导轨上的滑块固定有成型板，成型板位于喷头的下部；

所述的螺杆泵的组成包括螺杆泵转子、螺杆泵定子和上壳体，上壳体内伺服电机的驱动轴通过轴联器和螺杆泵转子的混料部分的中心杆相连；螺杆泵定子的下出口与喷头的入口相连；

所述的螺杆泵转子分为两部分，上半部分为混料部分，下半部分为送料部分；

所述的混料部分为中心杆和分布在其四周的混料杆；所述的中心杆为圆杆；所述的混料杆分为逆向混料杆、垂直混料杆和顺向混料杆三种；所述的逆向混料杆与中心杆轴线向上的方向成45°，垂直混料杆与中心杆轴线向上的方向成90°，顺向混料杆与中心杆轴线向上的方向成135°；所述的送料部分是具有偏心距的螺杆；

所述的逆向混料杆、垂直混料杆和顺向混料杆的直径相同，在中心杆上均匀分布，数量和间距也相同；逆向混料杆、垂直混料杆和顺向混料杆的末端到中心杆的垂直距离也相同；

其中，长度比为混料部分：送料部分＝4:5，三种混料杆在中心杆上分布区域的长度比为：逆向混料杆：垂直混料杆：顺向混料杆＝1.414：1：1.414。

2.如权利要求1所述的挤出式陶瓷义齿3D打印机，其特征为所述的螺杆泵定子的长度与螺杆泵的转子的长度相同，由刚性外壳，和安装在刚性外壳内下部的橡胶内壁构成，橡胶内壁的长度与送料部分的长度相同；定子内部与螺杆泵转子过盈配合。

3.如权利要求1所述的挤出式陶瓷义齿3D打印机，其特征为所述的混料杆的直径为0.2mm，到中心杆的垂直距离为0.8mm；中心杆的直径为1.56mm；所述的螺杆的偏心距为0.28mm，直径为1.56mm。

4.如权利要求1所述的挤出式陶瓷义齿3D打印机，其特征为所述的喷头的直径为0.41mm。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及一种牙科医院或诊所使用的陶瓷义齿的制备装置，根据人们的个性化需求，可以快速制作出与天然牙齿高度相似的陶瓷义齿。

背景技术

目前，在我国，牙齿缺损是齿科的常见病症。在人的牙齿出现缺损时，义齿用来代替缺损的牙齿，行使天然牙齿的功能。在现代日常生活中，随着社会的发展生活水平的提高，人们不仅要求义齿的性能好，更要求美观自然。牙齿分为牙釉质、牙本质和牙髓三部分，不同部分具有不同的结构且承受的压力也不相同。氧化锆陶瓷义齿的强度、形貌、尺寸精度和通透性要求很高，通常用CNC切削技术进行制作，但在制作过程中，整个义齿的材料相同、结构单一，虽然在一定程度上能够满足人们对陶瓷义齿的功能需求，但与人体的天然牙齿结构有一定差距，而且切削加工时很多材料被切除掉，导致全瓷冠的价格昂贵，而且还可能在义齿中有切削力造成的内裂纹，导致效率低，远不能满足日益增长的市场需求。

综上所述，现有技术存在的问题是：由于陶瓷义齿与天然牙齿在材料、结构上有所差距；在打印复杂零部件，实现非连续打印过程中，由于绝大部分挤出材料都具有可压缩性，对材料的挤出压力很难测定并进行合理控制，因此，很难避免“流涎现象”的产生。这样，就会产生材料浪费严重、加工周期长、效率低等现象，造成价格昂贵。

实用新型内容

本实用新型的目的为针对现有的陶瓷义齿制作加工技术的不足，以及能够制作出更加贴近人体天然牙齿结构的陶瓷义齿，提供一种挤出式陶瓷义齿3D打印装置。该装置将微型螺杆泵用于陶瓷义齿3D打印，并且通过对传统螺杆泵转子、定子结构的改进，不仅能够快速制作出强度高，尺寸精度高，材料配比和内部结构与天然牙齿几乎完全相同的陶瓷义齿，还能使陶瓷义齿的材料利用率高达90％以上，无内裂纹，成本较低，周期短，满足人们的个性化定制要求。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种挤出式陶瓷义齿3D打印机，其组成包括底座、Y轴导轨、X轴导轨、立柱、Z轴导轨、夹具、螺杆泵、料筒、管道、喷头和成形板；

所述的螺杆泵转子分为两部分，上半部分为混料部分，下半部分为送料部分；

其中，长度比为混料部分：送料部分＝4:5，三种混料杆在中心杆上分布区域的长度比为：逆向混料杆：垂直混料杆：顺向混料杆＝1.414：1：1.414；

所述的螺杆泵定子的长度与螺杆泵的转子的长度相同，由刚性外壳，和安装在刚性外壳内下部的橡胶内壁构成，橡胶内壁的长度与送料部分的长度相同；定子内部下端与螺杆泵转子下端送料部分过盈配合；

所述的混料杆的直径为0.2mm，到中心杆的垂直距离为0.8mm；中心杆的直径为1.56mm；

所述的螺杆的偏心距为0.28mm，直径为1.56mm；

所述的喷头的直径为0.41mm。

本实用新型的实质性特点为：

本实用新型(1)将微型螺杆泵用于陶瓷义齿3D打印，充分利用螺杆泵持续供料，压力恒定的特点，保证非连续打印过程的顺利进行，避免了“流涎现象”。(现有的3D打印机没有用螺杆泵作为挤出送料机构的，并且打印过程中会存在“流涎现象”，很难控制)(2) 改进传统螺杆泵转子结构：在转子上方增加不同角度的混料杆，能够使进入螺杆泵的两种或多种不同配比的材料混合均匀，实现在材料和结构两方面的功能梯度打印。(3)改进传统螺杆泵定子：上半部分为刚性规则圆管形，与混料杆共同实现混料过程；下半部分外侧为刚性材料，内部为橡胶材料，与转子下半部分实现过盈配合，实现送料过程，且防止泄漏。

本实用新型的有益效果是为：

本实用新型使用微型螺杆泵送料挤出，解决了现有柱塞式挤出3D打印机存在的非连续打印过程中容易出现的“过堆积”、“欠堆积(也称拉丝)”现象，能够及时控制挤出丝的启停；螺杆泵的入料口，可以根据实际需求选择使用数目为2个或4个，在定子型腔内通过转子实现均匀混料并稳定送料，最终能够实现不同材料配比的多材料梯度打印，或单一材料不同密度的结构梯度打印；可以快速成型精度高，强度高，材料组成与结构特征与人体天然牙齿模型高度一致，符合人们个性化需求的健康美观的陶瓷义齿，成本低，周期短，材料利用率高(达到90％以上)，同时降低了对技术人员的要求，也在很大程度上减少了参与制作加工过程人员数量。

附图说明：

下面是结合附图和实施例对本实用新型的进一步说明。

图1是本实用新型的整体结构图；

图2是本实用新型中螺杆泵转子结构图；

图3是本实用新型螺杆泵定转子部分剖面图。

图4为螺杆泵的结构图；

其中，①.底座，②.Y轴导轨，③.X轴导轨，④.立柱，⑤.Z轴导轨，⑥.夹具，⑦.螺杆泵，⑧.料筒，⑨.管道，⑩.喷头，设计图

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