CN103341975B - 3d打印笔 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种3D打印笔，属于3D打印技术领域，其结构包括机壳、喷头、加热腔、电机装置、送料管、控制板、按键板，喷头、加热腔、电机装置、送料管、控制板、按键板均设置在机壳内；喷头位于机壳的顶端；加热腔设置在喷头下端，加热腔包括中空铝块、加热片、保温隔热层；电机装置包括电机、主动轮、从动轮；送料管贯穿于机壳内部；控制板设置有控制模块、电源模块、加热模块、按键板接口模块、电机模块，电源模块连接控制模块；按键板上设置有电机正转按键、电机反转按键及按键接口。本发明的3D打印笔和现有技术相比，具有设计合理、体积小、使用方便、可快速画出3D立体图等特点。

Description

3D打印笔

技术领域

本发明涉及一种3D打印技术领域，具体地说是一种3D打印笔。

背景技术

3D打印（3D printing），即快速成型技术的一种，它是一种运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，来构造立体物体的技术。

3D是英文“Three Dimensions”的简称，中文是指三维、三个维度、三个坐标，即有长、宽、高。

笔，是人类的一大发明，是供书写或绘画用的工具。多通过笔尖将带有颜色的液体（墨水）在纸上或其他固体表面绘制符号或图画。

随着3D技术的发展，若能将3D技术与笔的特性结合起来，画出3D的立体实物图；比如可以用笔直接画出立体的戒指、手表、车、房子等等，那人人都可成为神笔马良啊。3D打印笔的技术是目前的一个空白，是业内人士都在研究迫切需要解决的问题。

发明内容

　　本发明的技术任务是提供一种设计合理、体积小、使用方便、可快速画出3D立体图的3D打印笔。

本发明的技术任务是按以下方式实现的，包括机壳、喷头、加热腔、电机装置、送料管、控制板、按键板，喷头、加热腔、电机装置、送料管、控制板、按键板均设置在机壳内；

喷头位于机壳的顶端且喷头的喷嘴位于机壳外部；

加热腔设置在喷头下端，加热腔包括中空铝块、加热片、保温隔热层，加热片设置在中空铝块外侧，保温隔热层包裹住中空铝块及加热片；

电机装置包括电机、主动轮、从动轮，主动轮设置在电机的转轴上，从动轮设置在主动轮一旁，电机的转轴带动主动轮，主动轮同步驱动从动轮；

送料管贯穿于机壳内部，送料管分为两段，两段送料管之间的间隙位于电机装置的主动轮与从动轮之间，上段送料管穿过加热腔的中空铝块内部后再穿入喷头内，送料管的出料口设置在喷头的喷嘴处，送料管的进料口开在机壳表面上；

控制板设置有控制模块、电源模块、加热模块、按键板接口模块、电机模块，电源模块连接控制模块，控制模块连接并控制加热模块、按键板接口模块、电机模块，控制板的加热模块连接到加热腔的加热片，控制板的按键板接口模块连接到按键板，控制板的电机模块连接到电机；

按键板上设置有电机正转按键、电机反转按键及按键接口，按键板的按键接口连接到控制板的按键板接口模块，按键板通过控制板控制电机正转或反转。

电机为步进电机，控制板的控制模块采用单片机，电机模块包括步进电机驱动芯片、步进电机插座，控制模块连接到步进电机驱动芯片，步进电机驱动芯片连接到步进电机插座，步进电机插座连接到步进电机；按键板的电机正转按键、电机反转按键通过按键板的按键接口连接到控制板的按键板接口模块，再连接到控制模块，电机正转按键、电机反转按键通过控制模块控制电机驱动芯片最终控制电机的正转或反转。

控制板还设置有指示灯模块、热敏电阻模块、电机调速模块、延时继电器模块，控制模块连接并控制指示灯模块、热敏电阻模块、电机调速模块、延时继电器模块；热敏电阻模块的热敏电阻位于加热腔内；电机调速模块通过控制模块控制电机驱动芯片最终控制电机的转速。

按键板的电机正转按键、电机反转按键设置在机壳上；机壳上设置有与送料管的进料口相配合的进料孔；机壳表面上设置有与指示灯模块的指示灯相配合的指示灯孔；机壳上设置有与电机调速模块的电机调速开关相配合的电机调速开关孔；机壳上设置有与电源模块的电源接口相配合的电源接口孔。

电机正转按键、电机反转按键、指示灯孔、电机调速开关孔设置在机壳侧面上，进料孔、电源接口孔设置在机壳的底面上；机壳上还设置有散热孔。

加热腔的上下两侧分别固定有上挡板、下挡板，下挡板固定在机壳内表面的卡槽内，上挡板、下挡板上均设置有通风孔；

电机装置上方固定有隔断挡风板，隔断挡风板上开有中孔，中孔内设置有散热风扇；

隔断挡风板与下挡板的通风孔、上挡板的通风孔形成通风通道。

上挡板为机壳的顶面；喷头的喷嘴从上挡板中部露出，喷头的底部设置在加热腔的中空铝块内；

下挡板底部设置有散热片；

散热片与隔断挡风板上均开有供送料管穿过的通孔。

送料管为PTFE送料管；保温隔热层包括陶瓷纤维棉及高温胶带，陶瓷纤维棉包裹住中空铝块及加热片，陶瓷纤维棉外由高温胶带固定；上挡板、下挡板均为环氧树脂板。

PTFE为英文polytetrafluoroethylene的缩写，中文名称为聚四氟乙烯，具有耐高温的特点。

高温胶带，即高温作业环境下使用的胶粘带。主要用于电子工业用途，耐温性能通常在120度到260度之间。高温胶带包括KAPTON高温胶带、铁氟龙高温胶带、高温美纹纸胶带、PET绿色高温胶带、高温双面胶等。

环氧树脂板又叫绝缘板、环氧板。环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机高分子化合物，除个别外，它们的相对分子质量都不高。环氧树脂的分子结构是以分子链中含有活泼的环氧基团为其特征，环氧基团可以位于分子链的末端、中间或成环状结构。由于分子结构中含有活泼的环氧基团，使它们可与多种类型的固化剂发生交联反应而形成不溶、不熔的具有三向网状结构的高聚物。

送料管贯穿于机壳内部，机壳内设置有支撑送料管的支撑桥，送料管在机壳内的形状为桥拱形。

3D打印笔还外配有适配器，适配器可与控制板的电源模块的电源接口插接。

本发明的3D打印笔，所用到的耗材（“墨水”）为塑料丝，塑料丝的材料为ABS塑料或PLA塑胶，塑料丝内也可以加入不同的颜色，可画出色彩丰富的3D图画。

使用时，将适配器一端接电源，另一端插接到控制板的电源模块的电源接口。指示灯模块的指示灯红色显示，加热腔内的加热片加热，在加热片加热到一定温度前，电机正转按键、电机反转按键按下对电机无动作反应；当热敏电阻模块的热敏电阻检测到加热片温度达到设定值后，通过控制模块控制，使得电机正转按键、电机反转按键操作正常，同时指示灯模块的指示灯为绿色显示。

塑料丝从送料管的进料口进入送料管，通过电机装置的主动轮、从动轮的挤压，可在送料管内上下移动。按下电机正转按键，电机正转，塑料丝向3D打印笔喷嘴处移动，塑料丝经过加热腔后被融化为液态状，从喷头的喷嘴出来，可画出各种形状；液态状的塑料丝从喷嘴出来后通过内外温差不同以及3D打印笔内部散热风扇从通风孔内吹出的风的作用迅速凝固，从而定型，而制作出各种形态的3D图画。需要更换塑料丝时，按下电机反转按键，电机反转，塑料丝向3D打印笔的送料管的进料口处移动，从进料口退出。

通过电机调速模块的电机调速开关，可以调整电机的转速。电机调速开关包括快档、满档，当电机调速开关位于快档时电机的转速加快，从而使得塑料丝进出速度加快；反之，当电机调速开关位于慢档时电机的转速加慢，从而使得塑料丝进出速度加慢。

当3D打印笔在一段设定时间内无操作情况时，延时继电器模块通过控制模块控制3D打印笔进入休眠系统，加热片停止加热，指示灯模块的指示灯也会熄灭；然后只需要按一下任意按键3D打印笔即可重新回到工作状态。

本发明的3D打印笔具有以下优点：

1、可快速画出3D立体图，可以极大地锻炼和提高人们的空间想象能力和动手能力，使得3D立体快速成型技术在绘画等领域得到拓展；

2、步进电机的使用，使得电机的调速及正转反转效果更好，设置方便，提高了整个3D打印笔的稳定性；

3、隔断挡风板、散热风扇、下挡板的通风孔、上挡板的通风孔形成通风通道的设计，使得内部散热效果更好，并且可快速凝固喷嘴中喷出的塑料丝，使得图画快速定型；

4、下挡板底部设置有散热片，使得塑料丝在进入加热腔下挡板之前为固体状态，进入加热腔后再融化；散热片的设计，也使得3D打印笔的握笔处温度不会太高、适宜，增加整体的舒适度；

5、送料管为PTFE送料管；保温隔热层包括陶瓷纤维棉及高温胶带，上挡板、下挡板均为环氧树脂板，材料选择全部环保耐热，增加了使用寿命；

6、通过控制板控制各个零部件的运行，使得3D打印笔工作可靠，使用方便；

7、体积小，各部件排布合理，外形美观。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

附图1为3D打印笔的外观结构立体图；

　　附图2为3D打印笔的外观结构立体图；

附图3为3D打印笔的内部结构示意图；

附图4为3D打印笔的控制板的结构连接框图；

附图5为3D打印笔的喷头的结构示意图；

附图6为3D打印笔的中空铝块的结构示意图。

图中：1、机壳，2、喷头，3、加热腔,4、电机装置,5、送料管,6、控制板,7、按键板，8、喷嘴，9、中空铝块，10、加热片,11、保温隔热层,12、电机，13、主动轮,14、从动轮，15、出料口，16、进料口，17、控制模块，18、电源模块，19、加热模块,20、按键板接口模块,21、电机模块,22、指示灯模块，23、热敏电阻模块,24、电机调速模块,25、延时继电器模块,26、电机正转按键，27、电机反转按键，28、按键接口，29、步进电机驱动芯片,30、步进电机插座，31、进料孔,32、指示灯,33、电机调速开关,34、电源接口，35、散热孔，36、上挡板，37、下挡板，38、卡槽，39、通风孔，40、隔断挡风板，41、散热风扇,42、散热片,43、支撑桥,44、适配器，45、热敏电阻。

具体实施方式

参照说明书附图和具体实施例对本发明的3D打印笔作以下详细地说明。

实施例：

本发明的3D打印笔, 其结构包括机壳1、喷头2、加热腔3、电机装置4、送料管5、控制板6、按键板7，喷头2、加热腔3、电机装置4、送料管5、控制板6、按键板7均设置在机壳1内；

喷头2位于机壳1的顶端且喷头2的喷嘴8位于机壳1外部；

加热腔3设置在喷头2下端，加热腔3包括中空铝块9、加热片10、保温隔热层11，加热片10设置在中空铝块9外侧，保温隔热层11包裹住中空铝块9及加热片10；

电机装置4包括电机12、主动轮13、从动轮14，主动轮13设置在电机12的转轴上，从动轮14设置在主动轮13一旁，电机12的转轴带动主动轮13，主动轮13同步驱动从动轮14；

送料管5贯穿于机壳1内部，送料管5分为两段，两段送料管5之间的间隙位于电机装置4的主动轮13与从动轮14之间，上段送料管5穿过加热腔3的中空铝块9内部后再穿入喷头2内，送料管5的出料口15设置在喷头2的喷嘴8处，送料管5的进料口16开在机壳1表面上；

控制板6设置有控制模块17、电源模块18、加热模块19、按键板接口模块20、电机模块21，电源模块18连接控制模块17，控制模块17连接并控制加热模块19、按键板接口模块20、电机模块21，控制板6的加热模块19连接到加热腔3的加热片10，控制板6的按键板接口模块20连接到按键板7，控制板6的电机模块21连接到电机12；

按键板7上设置有电机正转按键26、电机反转按键27及按键接口28，按键板7的按键接口28连接到控制板6的按键板接口模块20，按键板7通过控制板6控制电机12正转或反转。

电机12为步进电机，控制板6的控制模块17采用单片机，电机模块21包括步进电机驱动芯片29、步进电机插座30，控制模块17连接到步进电机驱动芯片29，步进电机驱动芯片29连接到步进电机插座30，步进电机插座30连接到步进电机12；按键板7的电机正转按键26、电机反转按键27通过按键板7的按键接口28连接到控制板6的按键板接口模块20，再连接到控制模块17，电机正转按键26、电机反转按键27通过控制模块17控制电机驱动芯片29最终控制电机12的正转或反转。

控制板6还设置有指示灯模块22、热敏电阻模块23、电机调速模块24、延时继电器模块25，控制模块17连接并控制指示灯模块22、热敏电阻模块23、电机调速模块24、延时继电器模块25；热敏电阻模块23的热敏电阻45位于加热腔3内；电机调速模块24通过控制模块17控制电机驱动芯片29最终控制电机12的转速。

按键板7的电机正转按键26、电机反转按键27设置在机壳1上；机壳1上设置有与送料管5的进料口16相配合的进料孔31；机壳1表面上设置有与指示灯模块22的指示灯32相配合的指示灯孔；机壳1上设置有与电机调速模块24的电机调速开关33相配合的电机调速开关孔；机壳1上设置有与电源模块18的电源接口34相配合的电源接口孔。

电机正转按键26、电机反转按键27、指示灯孔、电机调速开关孔设置在机壳1侧面上，进料孔、电源接口孔设置在机壳1的底面上；机壳1上还设置有散热孔35。

加热腔3的上下两侧分别固定有上挡板36、下挡板37，上挡板36固定在机壳1内表面的卡槽38与加热腔3之间，下挡板37固定在机壳1内表面的卡槽38内，上挡板36、下挡板37上均设置有通风孔39；

电机装置4上方固定有隔断挡风板40，隔断挡风板40上开有中孔，中孔内设置有散热风扇41；

隔断挡风板40与下挡板37的通风孔39、上挡板36的通风孔39形成通风通道。

上挡板36为机壳1的顶面；喷头2的喷嘴8从上挡板36中部露出，喷头2的底部设置在加热腔3的中空铝块9内；

下挡板37底部设置有散热片42；

散热片42与隔断挡风板40上均开有供送料管5穿过的通孔。

送料管5为PTFE送料管；保温隔热层11包括陶瓷纤维棉及高温胶带，陶瓷纤维棉包裹住中空铝块9及加热片10，陶瓷纤维棉外由高温胶带固定；上挡板36、下挡板37均为环氧树脂板。

送料管5贯穿于机壳1内部，机壳1内设置有支撑送料管5的支撑桥43，送料管5在机壳1内的形状为桥拱形。

3D打印笔还外配有适配器44，适配器44可与控制板6的电源模块18的电源接口34插接。

上述具体实施方式仅是本发明的具体个案，本发明的专利保护范围包括但不限于上述具体实施方式，任何符合本发明的3D打印笔权利要求书的，且任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或替换，皆应落入本发明的专利保护范围。

Claims (10)

1.3D打印笔，其特征在于包括机壳、喷头、加热腔、电机装置、送料管、控制板、按键板，喷头、加热腔、电机装置、送料管、控制板、按键板均设置在机壳内；

喷头位于机壳的顶端且喷头的喷嘴位于机壳外部；

加热腔设置在喷头下端，加热腔包括中空铝块、加热片、保温隔热层，加热片设置在中空铝块外侧，保温隔热层包裹住中空铝块及加热片；

电机装置包括电机、主动轮、从动轮，主动轮设置在电机的转轴上，从动轮设置在主动轮一旁，电机的转轴带动主动轮，主动轮同步驱动从动轮；

送料管贯穿于机壳内部，送料管分为两段，两段送料管之间的间隙位于电机装置的主动轮与从动轮之间，上段送料管穿过加热腔的中空铝块内部后再穿入喷头内，送料管的出料口设置在喷头的喷嘴处，送料管的进料口开在机壳表面上；

控制板设置有控制模块、电源模块、加热模块、按键板接口模块、电机模块，电源模块连接控制模块，控制模块连接并控制加热模块、按键板接口模块、电机模块，控制板的加热模块连接到加热腔的加热片，控制板的按键板接口模块连接到按键板，控制板的电机模块连接到电机；

按键板上设置有电机正转按键、电机反转按键及按键接口，按键板的按键接口连接到控制板的按键板接口模块，按键板通过控制板控制电机正转或反转。

2.根据权利要求1所述的3D打印笔，其特征在于电机为步进电机，控制板的控制模块采用单片机，电机模块包括步进电机驱动芯片、步进电机插座，控制模块连接到步进电机驱动芯片，步进电机驱动芯片连接到步进电机插座，步进电机插座连接到步进电机；按键板的电机正转按键、电机反转按键通过按键板的按键接口连接到控制板的按键板接口模块，再连接到控制模块，电机正转按键、电机反转按键通过控制模块控制电机驱动芯片最终控制电机的正转或反转。

3.根据权利要求1所述的3D打印笔，其特征在于控制板还设置有指示灯模块、热敏电阻模块、电机调速模块、延时继电器模块，控制模块连接并控制指示灯模块、热敏电阻模块、电机调速模块、延时继电器模块；热敏电阻模块的热敏电阻位于加热腔内；电机调速模块通过控制模块控制电机模块的电机驱动芯片最终控制电机的转速。

4.根据权利要求1或3所述的3D打印笔，其特征在于按键板的电机正转按键、电机反转按键设置在机壳上；机壳上设置有与送料管的进料口相配合的进料孔；机壳表面上设置有与指示灯模块的指示灯相配合的指示灯孔；机壳上设置有与电机调速模块的电机调速开关相配合的电机调速开关孔；机壳上设置有与电源模块的电源接口相配合的电源接口孔。

5.根据权利要求4所述的3D打印笔，其特征在于电机正转按键、电机反转按键、指示灯孔、电机调速开关孔设置在机壳侧面上，进料孔、电源接口孔设置在机壳的底面上；机壳上还设置有散热孔。

6.根据权利要求1所述的3D打印笔，其特征在于加热腔的上下两侧分别固定有上挡板、下挡板，上挡板、下挡板上均设置有通风孔；

电机装置上方固定有隔断挡风板，隔断挡风板上开有中孔，中孔内设置有散热风扇；

隔断挡风板与下挡板的通风孔、上挡板的通风孔形成通风通道。

7.根据权利要求6所述的3D打印笔，其特征在于上挡板为机壳的顶面；喷头的喷嘴从上挡板中部露出，喷头的底部设置在加热腔的中空铝块内；

下挡板底部设置有散热片；

散热片与隔断挡风板上均开有供送料管穿过的通孔。

8.根据权利要求1或6所述的3D打印笔，其特征在于送料管为PTFE送料管；保温隔热层包括陶瓷纤维棉及高温胶带，陶瓷纤维棉包裹住中空铝块及加热片，陶瓷纤维棉外由高温胶带固定；上挡板、下挡板均为环氧树脂板。

9.根据权利要求4所述的3D打印笔，其特征在于送料管贯穿于机壳内部，机壳内设置有支撑送料管的支撑桥，送料管在机壳内的形状为桥拱形。

10.根据权利要求1所述的3D打印笔，其特征在于3D打印笔还外配有适配器，适配器可与控制板的电源模块的电源接口插接。