一種用于拼接3D打印線材的裝置的制作方法

本發明屬于3D打印領域，涉及一種用于拼接兩根3D打印線材的工具，特別涉及一種通過高溫熔化兩根線材端部,并將其拼接在一起的工具。

背景技術：

如今，桌面級3D打印機日益普及，而作為最普遍的打印機——FDM型打印機，所使用的ABS、PLA或者添加了其他材質成分的樹脂打印材料在使用過程中有諸多問題，如下所述：

1、如(圖1)所示，現在3D打印機為了實現多色打印，安裝多個噴頭，每個噴頭裝有不同顏色的線材，打印過程中不同時間，不同部分使用不同的噴頭打印。雖然功能比單噴頭打印機更加強大，但是價格卻高出后者很多，所以現在市面上單噴頭打印機占絕大份額。但是單噴頭打印機只能使用一卷顏色的線材，而每一卷線材都是單一顏色，即便是彩色線材也沒有辦法由使用者隨心變換顏色，所以使用單噴頭打印機實現多色打印存在很大困難。

2、作為3D打印機的一大特點，在輸入打印命令后，可以在使用者不看護的情況下自行完成打印任務。但使用者在離開打印機之前必須為打印機選用足夠長度的線材進行打印，否則，若打印線材在使用者不在場時耗盡，打印任務將宣告失敗。由此，當每卷線材在快要使用完時的余料對于某些打印任務不夠用時，大多數情況下會被使用者丟棄，造成余料的浪費。

3、在打印過程中，有時會遇到由于錯誤估計材料使用量，造成打印過程中材料耗盡，無法完成打印任務。所以使用者會在線材即將耗盡時，用新的線材續上，使打印機繼續工作。由于每種打印機更換線材的難易程度不同，使用者大多數無法及時的續上新線材，造成打印過程中有一定時間內出現斷料現象， 輕則影響打印質量，重則打印失敗。而且在慌亂中續上新線材的過程極易出現使用者燙傷的現象。

4、現在在國外的3D打印行業中出現一種對兩根線材進行熔化和拼接的工具，如圖3所示。此工具由上下兩個加熱塊組成，并且加熱塊中央分別有一條半圓槽，如圖4所示，兩個半圓槽拼接正好可拼接為與打印線材直徑一致的圓形孔。如如5所示，兩根線材先分別從兩端插入圓槽中，在加熱塊中央部分處接觸上。加熱兩個加熱塊至一定溫度，使兩根線材在加熱塊圓孔中的部分處于熔融狀態，在此過程中壓緊兩個加熱塊，兩根熔融的線材在端部由于黏性粘接在一起。之后冷卻加熱塊，線材同時冷卻，由于圓孔的約束，使得冷卻后的拼接部分仍保持線材應有的直徑。但是此工具存在以下兩點嚴重不足之處：第一：加熱區域大，而拼接只需要端部很小一部分熔融就以足夠，所以存在嚴重的能量浪費，而且使得加熱塊和線材冷卻至室溫很慢，耗時過長；第二：線材受熱區域大帶來另一個問題，線材除了拼接的端部以外部分熔融在冷卻后極容易出現扭曲變形的問題，在線材使用時極容易出現堵料的現象。

技術實現要素：

本實用新型所要解決的技術問題針對現在單噴頭打印機實現多色打印過難、更換或者對接線材過于復雜危險，同時鑒于國外熔接線材方法存在諸多不足之處。本發明設計了一種更加簡單實用的3D打印線材熔接工具，可將兩根線材最端部加熱至一定溫度下熔融并拼接在一起，然后再處理熔接處多余線材，使線徑恢復原來大小。此工具不僅解決上訴問題，更做到了低能耗，耗時短，熔接質量更好。

本實用新型的技術方案是：一種用于拼接3D打印線材的裝置，其特征在于，包括電源41、恒溫電路控制板42和線材熔接鉗45；電源41與恒溫電路控制板42上的電 源接口連接，為整個裝置除電源41外的其他部件進行供電；恒溫電路控制板42和線材熔接鉗45連接；所述線材熔接鉗45包括底板23、加熱片15、冷卻風扇16、第一鉗柄19、第二鉗柄20、第一夾持塊30、第二夾持塊31、第三夾持塊34、第四夾持塊35、第一彈簧24、第二彈簧25和第三彈簧26；第一鉗柄19和第二鉗柄20在鉸接點27處相互鉸接，并且鉸接點27固定在底板23上；第一鉗柄19和第二鉗柄20之間連接有第一彈簧24，且第一彈簧24初始狀態為壓縮狀態；在兩個鉗柄上靠近鉸接處各開有一通孔28，底板23上兩個約束突起29穿過兩個鉗柄上的該孔，約束鉗柄19的轉動范圍，且通孔內徑大于底板23上的圓柱狀約束突起的外徑；第一鉗柄19的鉗嘴處固連有第四夾持塊35，第二鉗柄20的鉗嘴處固連有第二夾持塊31；第一夾持塊30和第二夾持塊31靠近底板23相對的側棱相互鉸接，使兩個加持塊能夠繞鉸接處的側棱旋轉，第三夾持塊34和第四夾持塊35靠近底板23相對的側棱相互鉸接，使兩個加持塊能夠繞鉸接處的側棱旋轉；底板23靠近第一夾持塊30和第三夾持塊34的一端設有對稱的兩個凸起，底板23上設有凸起之間開有一U型開口，且兩個凸起之間通過連接桿連接；第一夾持塊30和其相對的凸起之間連有第二彈簧25，第三夾持塊34和其相對的凸起之間連有第三彈簧26，第二彈簧25和第三彈簧26完全相同，并且均始終處于壓縮狀態；在第一夾持塊30和第二夾持塊31兩兩相對的表面、第三夾持塊34和第四夾持塊35兩兩相對的表面上開有相同的半圓形通槽32，使得夾持塊兩兩貼合時形成圓形通孔，通孔的軸線與夾持塊相互連接的側棱相互平行；手動掰開第一加持塊30和第二加持塊31、第三加持塊34和第四加持塊35，將兩根不同的線材：第一線材38和第二線材39分別放入兩個通孔，通孔的內徑等于線材的外徑；握緊鉗柄，使得夾持塊夾緊線材，帶動線材斜向上并向中央靠攏，當兩根線材末端接觸加熱片15，線材接觸加熱片15的端部融化；加熱片15進行遠離，將冷卻風扇16靠近線材，兩根線材繼續向中央靠攏，然后兩根線材融化的端部接觸上，并粘接在一起，形成鼓狀熔接點40， 通過冷卻風扇16冷卻，使鼓狀熔接點40冷卻變硬；在第二夾持塊31和第四夾持塊35相對的側面上、第一夾持塊30和第三夾持塊34相對的側面上設有相同的半圓錐狀凸起，使得第一夾持塊30和第二夾持塊31相互貼合、第三夾持塊34和第四夾持塊35相互貼合后形成圓錐突起的刀口33；靠攏過程中，加持塊上的圓錐突起狀刀口33將鼓狀熔接點40處多余的材料切除，使線材熔接處的的內徑與其他地方的內徑保持一致。

本實用新型的進一步技術方案是：所述加熱片15和冷卻風扇16通過L型連接桿36連接，L型連接桿36套在連接桿上；通過手動使得L型連接桿36帶動加熱片15和冷卻風扇16在和底板23所在平面相互垂直的平面內進行轉動。

本實用新型的進一步技術方案是：該圓錐狀凸起鋒利，形成圓錐狀刀口。

本實用新型的進一步技術方案是：所述恒溫電路控制板42上的顯示屏43用于實時顯示加熱片15的溫度、散熱風扇的工作狀態以及完成線材拼接的步驟流程。

本實用新型的進一步技術方案是：所述恒溫電路控制板42上的調溫旋鈕44用于針對拼接線材的材料不同所需給加熱片設置的不同熔融溫度值。

本實用新型的進一步技術方案是：所述恒溫電路控制板42為白光電路控制板。

本實用新型的進一步技術方案是：所述加熱片15為一金屬片，所用材料為紫銅材質。

本實用新型的工作過程為：將兩根不同線材分別插入第一夾持塊30和第二夾持塊31、第三夾持塊34和第四夾持塊35形成的柱狀通孔中，轉動L型連接桿36使得加熱片15位于第一夾持塊30和三夾持塊34中間的區域，(并使兩根線材端部分別緊貼加熱片兩側面)，握緊鉗柄，第一加持塊30和第二加持塊31、第三加持塊34和第四加持塊35(向中央靠攏的同時也)向上運動，使得第二彈簧25和第三彈簧26繼續壓縮，從而使第一加持塊30和第二加持塊31壓緊通孔中的線材，同理使第三加持塊34和第四加持塊35壓緊通孔中的線材，同時，向中央靠攏，使得兩根線材末端同時接觸(并 繼續壓緊)加熱片15，通過恒溫電路控制板42對加熱片15加熱升溫，使線材與加熱片15相接觸的端部被熔融；轉動L型連接桿36，(使加熱片離開兩根線材中央區域，并同時)帶動冷卻風扇16靠近夾持塊；繼續握緊手柄，使兩根線材端部繼續向中央靠攏，相互擠壓并粘接在一起，此時兩根線材熔接處形成鼓狀熔接點；開啟(散熱)風扇(16),鼓狀熔接點受風散熱,迅速冷卻至室溫，鼓狀熔接點冷卻變硬，使得兩根線材牢固粘接在一起；繼續握緊手柄，兩加持塊繼續相中樣靠攏，而粘接后的線材不能再運動了，只能相對加持塊在圓形孔13中滑動，兩個錐狀刀口33繼續向中央靠攏，這個過程中，線材在加持塊中的圓形孔13中處于滑動狀態，直到兩個錐狀刀口33相互接觸上并壓緊，鼓狀熔接點40處多余的材料完全被錐狀刀口切除掉，原先鼓狀熔接點40處變成與圓形孔13直徑一致的線材。

發明效果

本實用新型的技術效果在于：在3D打印機日益普及的現狀下，本發明針對3D打印機使用者在使用過程中遇到的各種不便之處，如使用單噴頭打印機難于實現多色打印，各種成卷的線材剩余少量余料后無法再充分利用，打印過程中一卷線材用完時無法及時的續上新的線材以致于打印失敗，以及更換線材時容易造成燙傷的問題。而國外3D打印愛好者所發明用于拼接兩根3D打印線材的工具又存在諸多問題。而本發明中，如(圖22)所示，將加熱源縮小為一個薄銅片，線材熔融部分也只是在線材端部非常小的區域，線材拼接在一起后，散熱風扇16開始冷卻，在極端的時間內即可使線材拼接處冷卻凝固，而其他區域不受任何影響，最后用塊鋒利的錐狀刀口33將拼接處的鼓狀物切除，本發明將全部過程集成在一個工具中，使用不僅方便安全快速，而且極大提高了熔接質量。從而徹底解決現在3D打印機使用過程中諸多問題，比如實現單噴頭打印機多色打印如圖2，余料充分利用減少浪費，更換線材方便安全。

附圖說明

圖1為現有雙噴頭多色打印過程示意圖

圖2為使用本發明后單噴頭多色打印過程示意圖

圖3為國外現有的熔接器模型結構示意圖

圖4為兩個半圓槽拼合成一個圓孔示意圖

圖5為兩根線材插入加熱塊中的示意圖

圖6為本裝置結構示意圖

圖7為線材熔接鉗結構示意圖

圖8為加持部分總體圖

圖9為加持部分側視圖(局部)

圖10為加持部分局部詳細圖

圖11為開始握緊手柄式時各部分運動情況第一示意圖

圖12為開始握緊手柄式時各部分運動情況第二示意圖

圖13為手柄完全握緊后的狀態示意圖

圖14為加熱片與散熱風扇第一結構圖

圖15為為加熱片與散熱風扇第二結構圖

圖16為放置線材步驟的示意圖

圖17為夾緊線材步驟的示意圖

圖18為轉換加熱散熱模式步驟的示意圖

圖19為拼接線材端部步驟的示意圖

圖20為冷卻線材步驟的示意圖

圖21為剪除鼓狀熔接點步驟的示意圖

圖22為本實用新型拼接過程示意圖

1.噴頭1；2.噴頭2；3.顏色1線材；4.顏色2線材；5.X軸導軌；6.打印品顏色1；7.打印品顏色2；8.打印平臺；9.單噴頭；10.上加熱塊；11.下加熱塊；12.半圓槽；13.圓形孔；14.加持部分；15.加熱片；16.冷卻風扇；17.A方向觀看；18.B方向觀看；19.第一鉗柄；20.第二鉗柄；23.底板；24.第一彈簧；25.第二彈簧；26.第三彈簧；27.鉸接點；28.長通孔；29.約束突起；30.第一加持塊；31.左第二加持塊；32.半圓形通槽；33.圓錐狀突起的刀口；34.第三加持塊；35.第四加持塊；36.L型連接桿；37.圓柱體；38.第一線材；39.第二線材；40.鼓狀熔接點；41.電源部分；42.恒溫電路控制部分；43.顯示屏；44.調溫旋鈕；45.線材熔接鉗。

具體實施方式

下面結合具體實施實例，對本實用新型技術方案進一步說明。

1、如圖6所示，本發明分為電源部分41、恒溫電路控制部分42、線材熔接鉗部分45組成，以下分別詳細介紹：

電源部分41：電源可直接插到家用220V普通電壓上，通過自帶的適配器將電壓穩定到24V，共恒溫電路控制部分和線材熔接鉗部分使用。

恒溫電路控制部分42：此部分主要為一塊電路控制板，其中主要功能有兩個，第一，通過控制板上的調溫旋鈕44可以從0～300℃精確控制線材熔接鉗上加熱源的溫度，另外時時在顯示屏43上顯示溫度；第二，電路控制板通過轉換可以電能精確轉換成熱源相應的溫度。

線材熔接鉗部分45：

如圖7所示為線材熔接鉗部分總圖，由加持部分、加熱片15和散熱風扇16組成。接下來我們從A方向或者B方向來詳細闡述各部分結構和工作過程。

如圖8所示，線材熔接鉗45包括底板23、加熱片15、冷卻風扇16、第一鉗柄19、 第二鉗柄20、第一夾持塊30、第二夾持塊31、第三夾持塊34、第四夾持塊35、第一彈簧24、第二彈簧25和第三彈簧26；第一鉗柄19和第二鉗柄20在鉸接點27處相互鉸接并且鉸接點27固定在底板23上；第一鉗柄19和第二鉗柄20之間連接有第一彈簧24，第一彈簧24始終處于壓縮狀態下，其彈力作用使得第一鉗柄19與第二鉗柄20有向外張開的趨勢；在兩個鉗柄上靠近鉸接處各開有一長通孔28，底板23上兩個約束突起29穿過兩個鉗柄上的該孔，約束鉗柄19的轉動范圍，且通孔內徑略大于底板23上的圓柱狀約束突起的外徑；第一鉗柄19的鉗嘴處固連有第四夾持塊35，第二鉗柄20的鉗嘴處固連有第二夾持塊31；第一夾持塊30和第二夾持塊31靠近底板23相對的側棱相互鉸接，使兩個加持塊可以繞鉸接處的側棱旋轉一定角度，第三夾持塊34和第四夾持塊35靠近底板23相對的側棱相互鉸接，使兩個加持塊可以繞鉸接處的側棱旋轉一定角度；

如圖9、圖10所示，底板23靠近第一夾持塊30和第三夾持塊34的一端設有對稱的兩個凸起，底板23上設有凸起之間開有一U型開口，且兩個凸起之間通過圓柱體連接；第一夾持塊30和其相對的凸起之間連有第二彈簧25，第三夾持塊34和其相對的凸起之間連有第三彈簧26，第二彈簧和第三彈簧完全相同，并且均始終處于壓縮狀態，第二彈簧25將第一加持塊30壓緊在第二加持塊31上，自然狀態下，第二彈簧25壓縮量較小，允許手動將第一加持塊30和第二加持塊34掰開一小角度；同理第三彈簧26將第三加持塊34壓緊在第四加持塊35上，自然狀態下，第三彈簧26壓縮量較小，允許手動將第三加持塊34和第四加持塊35掰開一小角度；在第一夾持塊30和第二夾持塊31兩兩相對的表面、第三夾持塊34和第四夾持塊35兩兩相對的表面上開有相同的半圓形通槽32，使得夾持塊兩兩貼合時形成圓形通孔，通孔的軸線與夾持塊相互連接的側棱相互平行；

如圖16,所示，在自然狀態下手動掰開第一加持塊30和第二加持塊31、第三加持 塊34和第四加持塊35，將兩根不同的線材：第一線材38和第二線材39分別放入兩個通孔，通孔的內徑等于線材的外徑；

如圖11、圖12所示，握緊鉗柄，第一加持塊30和第二加持塊31構成的整體向中央靠攏的同時也向上有少許位移，使得第二彈簧25進一步壓縮，彈力增大，可使第一加持塊30和第二加持塊31夾緊其圓孔中的第一線材38，同理握緊鉗柄的時候，第三加持塊34和第四加持塊35構成的整體向中央靠攏的同時也向上有少許位移，使得第三彈簧26進一步壓縮，彈力增大，可使第三加持塊34和第四加持塊35夾緊其圓孔中的第二線材，當兩根線材末端接觸加熱片15，線材接觸加熱片15的端部融化；

如圖14所示，然后調整L形連接桿，加熱片15進行遠離，將冷卻風扇16靠近線材，兩根線材繼續向中央靠攏，然后兩根線材融化的端部接觸上，并粘接在一起，形成鼓狀熔接點40通過冷卻風扇16冷卻，使鼓狀熔接點40冷卻變硬；在第二夾持塊31和第四夾持塊35相對的側面上、第一夾持塊30和第三夾持塊34相對的側面上設有相同的半圓錐狀凸起，使得第一夾持塊30和第二夾持塊31相互貼合、第三夾持塊34和第四夾持塊35相互貼合后形成圓錐突起的刀口33；鼓狀熔接點冷卻后，線材將不能再向中央移動，而第一加持塊和第二加持塊組成的整體，與第三加持塊和第四加持塊組成的整體，繼續向中央靠攏，而線材只能在圓孔中處于短距離的滑動狀態)，靠攏過程中，加持塊上的圓錐突起狀刀口33完全接觸上，如圖13所示，將鼓狀熔接點40處多余的材料切除，使線材熔接處的的內徑與其他地方的內徑保持一致。

本發明的具體工作過程如下：

步驟一：放置線材，如圖15，在加持部分自然松弛狀態，并且加熱片15位于兩個圓錐突起狀刀口中間，將兩個線材：第一線材38和第二線材39分別插入兩個加持塊中，并且使兩根線材的端部基本接觸上加熱片，但不至于壓得過緊；

步驟二：夾緊線材，如圖17，開始握緊鉗柄，在第二彈簧25和第三彈簧26的彈力作用下，第一加持塊30和第二加持塊31夾緊第一線材38，第三加持塊34和第四加持塊35夾緊第二線材39，同時由于兩加熱塊也向中央靠攏，所有兩根線材端部完全壓緊在加熱片15上；

步驟三：加熱線材，在恒溫電路控制部分42中啟動加熱開關，加熱片15迅速升溫至指定溫度，兩根線材與加熱片15相接觸的端部迅速被熔融；

步驟四：轉換加熱散熱模式，如圖18，手動搬動L形連接桿36，使其繞圓柱體37旋轉，加熱片15遠離線材熔接點，而散熱風扇16靠近線材熔接點，同時關閉加熱開關；

步驟五：拼接線材端部，如圖19，繼續握緊鉗柄，兩組加持塊繼續向中央靠攏，并且在這個過程中線材一直都被壓緊中，上一步驟中被融化的兩個端部開始接觸上，由于熔融的線材的黏性作用，兩根線材在端部粘接在一起，并在拼接處形成一個鼓狀熔接點40；

步驟六：冷卻線材，如圖20，在在恒溫電路控制部分啟動散熱風扇開關，散熱風扇迅速將兩根線材的熔接點冷卻到室溫，上一步驟中形成的鼓狀熔接點變硬；

步驟七：剪除鼓狀熔接點40，如圖21，帶線材冷卻到室溫，繼續握緊鉗柄，兩組加持塊繼續相中央靠攏，兩個圓錐突起狀刀口33也開始向中央靠攏，這個過程中，線材在加持塊中的圓形孔13中處于滑動狀態，直到兩個圓錐突起狀刀口33接觸上并壓緊，鼓狀熔接點40處多余的材料完全被圓錐突起狀刀口切除掉，原先鼓狀熔接點40處變成線徑與其他地方的線徑一致的線材；

步驟八：取出線材，完全松開手柄，加持塊張開，則可將拼接在一起的線材整體取出，切斷電源，至此完成3D打印線材的拼接。

以3D打印常用材料PLA為例，詳細介紹本發明拼接兩根不同1.75mm線徑的PLA的過程。

PLA熔融溫度為200～220℃，在210℃左右時粘接強度最大。加持塊(30、31、34和35)上的半圓槽半徑均為0.875mm，從而拼合后得到1.75mm直徑的圓形孔13。

分以下六個步驟開始操作：

步驟一：放置線材，如圖16，在加持部分自然松弛狀態，并且加熱片15位于兩個圓錐突起狀刀口中間，將兩根不同顏色的PLA線材分別插入兩組加持塊中，并且使兩根線材的端部基本挨上加熱片，但不至于壓得過緊；

步驟二：夾緊線材，如圖17，開始握緊鉗柄，在第二彈簧25和第三彈簧26的彈力作用下，第一加持塊30和第二加持塊31夾緊第一線材38，第三加持塊34和第四加持塊35夾緊第二線材39，同時由于兩加熱塊也向中央靠攏，所有兩根線材端部完全壓緊在加熱片15上；

步驟三：加熱線材，在恒溫電路控制部分42中啟動加熱開關，加熱片15迅速升溫至指定溫度210℃，兩根線材與加熱片15相接觸的端部迅速被熔融；

步驟四：轉換加熱散熱模式，如圖18，手動搬動L形連接桿36，使其繞圓柱體37旋轉，加熱片15遠離線材熔接點，而散熱風扇16靠近線材熔接點，同時關閉加熱開關；

步驟五：拼接線材端部，如圖19，繼續握緊鉗柄，兩組加持塊繼續向中央靠攏，并且在這個過程中線材一直都被壓緊中，上一步驟中被融化的兩個端部開始接觸上，由于熔融的線材的黏性作用，兩根線材在端部粘接在一起，并在拼接處形成一個鼓狀熔接點40；

步驟六：冷卻線材，如圖20，在在恒溫電路控制部分啟動散熱風扇開關， 散熱風扇迅速將兩根線材的熔接點冷卻到室溫，上一步驟中形成的鼓狀熔接點變硬；

步驟七：剪除鼓狀熔接點40，如圖21，帶線材冷卻到室溫，繼續握緊鉗柄，兩組加持塊繼續相中央靠攏，兩個圓錐突起狀刀口33也開始向中央靠攏，這個過程中，線材在加持塊中的圓形孔13中處于滑動狀態，直到兩個圓錐突起狀刀口33接觸上并壓緊，鼓狀熔接點40處多余的材料完全被圓錐突起狀刀口切除掉，原先鼓狀熔接點40處變成線徑與其他地方的線徑一致的線材；

步驟八：取出線材，完全松開手柄，加持塊張開，則可將拼接在一起的線材整體取出，切斷電源，至此完成3D打印線材的拼接。