CN103448246B - 一体化3d打印机挤出喷头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种一体化3D打印机挤出喷头，属于3D打印技术领域。该一体化3D打印机挤出喷头具有印刷电路板，且固定支架的顶端具有加热模块引出线，印刷电路板抵压于固定支架的顶端，且加热模块控制电路的压接触点接触并电路连接所述的加热模块引出线，从而能够有效缩短加热模块引线的长度，并将引线定位于挤出喷头内部，避免了挤出喷头移动过程中引线可能产生的弯折、磨损、断路甚至短路等问题，进一步的在印刷电路板中设置测温信号放大电路，减少信号衰减，由此保证挤出丝料测温及控温的准确性，进而保证3D打印的精度，且本发明的一体化3D打印机挤出喷头的结构简单，使用及维护成本低廉，应用范围较为广泛。

Description

一体化3D打印机挤出喷头

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，特别涉及3D打印机喷头结构技术领域，具体是指一种一体化3D打印机挤出喷头。

背景技术

3D打印机的挤出喷头是3D打印机行走机构的关键部件。如何控制挤出丝料在挤出时的温度又直接影响了3D打印的精度。因此，现有的3D打印机通常在挤出喷头上添加加热装置和测温装置，并通过外部的控制系统调节挤出丝料的挤出温度，以确保打印能够精度满足要求。

由于加热装置和测温装置固定在挤出喷头上，因此，作为行走机构的一部分，在打印过程中必须随着挤出喷头移动，加热装置和测温装置的引线都容易在反复的移动过程中产生弯折、磨损、断路甚至短路等故障，从而对3D打印的控制精度产生负面影响，同时，测温装置产生的测温信号会在长引线中产生衰减，影响测温精度；而且，复杂的挤出喷头结构提高了行走机构乃至整个3D打印机的安装使用及维护保养的成本。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种利用印刷电路板压接挤出喷头的加热装置和测温装置，并通过印刷电路板提供与外部控制系统的接口，从而减少引线的使用，将引线定位于挤出喷头内部，避免了行走机构移动过程中引线可能产生的弯折、磨损、断路甚至短路等问题，进一步的在印刷电路板中设置测温信号放大电路，减少信号衰减，由此保证挤出丝料测温及控温的准确性，进而保证3D打印的精度，而且结构简单，使用及维护成本低廉，应用范围较为广泛的一种一体化3D打印机挤出喷头。

为了实现上述的目的，本发明的一体化3D打印机挤出喷头具有如下构成：

该一体化3D打印机挤出喷头包括：挤出料管、固定支架、挤出头、加热模块和印刷电路板。其中，固定支架套接并固定于所述的挤出料管的外侧；挤出头固定于所述的挤出料管的底端，并连通该挤出料管；加热模块套设于所述的挤出料管外侧，并位于所述的固定支架底端与挤出头顶端之间，所述的固定支架的顶端具有加热模块引出线，所述的加热模块引出线电路连接所述的加热模块；印刷电路板包括加热模块控制电路，所述的加热模块控制电路具有压接触点，该印刷电路板抵压于所述的固定支架的顶端，且所述的压接触点接触并电路连接所述的加热模块引出线。

该一体化3D打印机挤出喷头中，所述的加热模块包括保温套、加热棒和热电偶，所述的保温套套设于所述的挤出料管外侧，所述的加热棒和热电偶均插设于所述的保温套内，所述的加热模块引出线包括加热棒引出线和热电偶引出线，所述的加热棒电路连接所述的加热棒引出线，所述的热电偶电路连接所述的热电偶引出线。

该一体化3D打印机挤出喷头中，所述的加热模块控制电路包括加热控制电路单元和温度信号调理电路单元，所述的压接触点包括加热控制电路压接触点和温度信号调理电路压接触点，所述的印刷电路板还包括加热电源接口和测温信号接口，所述的加热控制电路压接触点接触并电路连接所述的加热棒引出线，且该加热控制电路压接触点还通过所述的加热控制电路单元连接所述的加热电源接口；所述的温度信号调理电路压接触点接触并电路连接所述的热电偶引出线，且该温度信号调理电路压接触点还通过所述的温度信号调理电路单元连接所述的测温信号接口。

该一体化3D打印机挤出喷头中，所述的印刷电路板还包括连接所述的加热控制电路单元的加热工作状态指示灯以及连接所述的温度信号调理电路单元的测温工作状态指示灯。

该一体化3D打印机挤出喷头中，所述的挤出料管设置于所述的保温套的中心通孔内，所述的加热棒和热电偶插设于所述的保温套内靠近所述的挤出料管的位置。

该一体化3D打印机挤出喷头中，所述的固定支架的顶端具有多个引出线嵌入槽，所述的加热棒引出线和热电偶引出线嵌设于对应的引出线嵌入槽，所述的引出线嵌入槽的深度小于所述的加热棒引出线和热电偶引出线的截面直径，所述的加热棒引出线和热电偶引出线均凸出于所述的固定支架的顶端。

该一体化3D打印机挤出喷头中，所述的加热棒引出线和热电偶引出线凸出于所述的固定支架顶端的部分的长度均不小于5毫米。

该一体化3D打印机挤出喷头中，所述的固定支架的顶部开设有导线通孔，连接于所述的加热棒与加热棒引出线之间以及所述热电偶与热电偶引出线之间的导线均穿过所述的导线通孔。

该一体化3D打印机挤出喷头中，所述的固定支架的侧面开设有多个镂空槽。

该一体化3D打印机挤出喷头中，还包括基板压块，所述的基板压块通过螺栓螺母与所述的固定支架连接，所述的印刷电路板紧固于所述的基板压块与固定支架之间。

采用了该发明的一体化3D打印机挤出喷头，由于其具有印刷电路板，且固定支架的顶端具有加热模块引出线，印刷电路板抵压于固定支架的顶端，且加热模块控制电路的压接触点接触并电路连接所述的加热模块引出线，从而能够有效缩短加热模块引线的长度，并将引线定位于挤出喷头内部，避免了挤出喷头移动过程中引线可能产生的弯折、磨损、断路甚至短路等问题，进一步的在印刷电路板中设置测温信号放大电路，减少信号衰减，由此保证挤出丝料测温及控温的准确性，进而保证3D打印的精度，且本发明的一体化3D打印机挤出喷头的结构简单，使用及维护成本低廉，应用范围较为广泛。

附图说明

图1为本发明的一体化3D打印机挤出喷头的结构示意图。

图2为本发明的一体化3D打印机挤出喷头的拆分结构示意图。

图3为图2中A部分的局部放大图。

图4为本发明的一体化3D打印机挤出喷头的PCB结构示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。

请参阅图1所示，为本发明的一体化3D打印机挤出喷头的结构示意图。

在一种实施方式中，如图1及图2所示，该一体化3D打印机挤出喷头包括挤出料管1、固定支架2、挤出头3、加热模块4和印刷电路板5。其中，固定支架2套接并固定于所述的挤出料管1的外侧；挤出头3固定于所述的挤出料管1的底端，并连通该挤出料管1；加热模块4套设于所述的挤出料管1外侧，并位于所述的固定支架2的底端与挤出头3的顶端之间，所述的固定支架2的顶端具有加热模块引出线6，所述的加热模块引出线6电路连接所述的加热模块4；印刷电路板5包括加热模块控制电路7，所述的加热模块控制电路7具有压接触点8，该印刷电路板5抵压于所述的固定支架2的顶端，且所述的压接触点8接触并电路连接所述的加热模块引出线6。

在一种较优选的实施方式中，如图2所示，所述的加热模块4包括保温套44、加热棒41和热电偶42，所述的保温套44套设于所述的挤出料管1外侧，所述的加热棒41和热电偶42均插设于所述的保温套44内。如图3所示，所述的加热模块引出线6包括加热棒引出线61和热电偶引出线62，所述的加热棒41电路连接所述的加热棒引出线61，所述的热电偶42电路连接所述的热电偶引出线62。如图4所示，所述的加热模块控制电路7包括加热控制电路单元71和温度信号调理电路单元72，所述的压接触点8包括加热控制电路压接触点81和温度信号调理电路压接触点82，所述的印刷电路板5还包括加热电源接口51和测温信号接口52，所述的加热控制电路压接触点81接触并电路连接所述的加热棒引出线61，且该加热控制电路压接触点81还通过所述的加热控制电路单元71连接所述的加热电源接口51；所述的温度信号调理电路压接触点82接触并电路连接所述的热电偶引出线62，且该温度信号调理电路压接触点82还通过所述的温度信号调理电路单元72连接所述的测温信号接口52。所述的印刷电路板5还可以包括连接所述的加热控制电路单元71的加热工作状态指示灯53以及连接所述的温度信号调理电路单元72的测温工作状态指示灯54。

在一种进一步优选的实施方式中，如图2所示，所述的挤出料管1设置于所述的保温套44的中心通孔内，所述的加热棒41和热电偶42插设于所述的保温套44内靠近所述的挤出料管1的位置。

在另一种进一步优选的实施方式中，如图3所示，所述的固定支架2的顶端具有多个引出线嵌入槽（图中未示出），所述的加热棒引出线61和热电偶引出线62分别嵌设于对应的引出线嵌入槽，所述的引出线嵌入槽的深度小于所述的加热棒引出线61和热电偶引出线62的截面直径，所述的加热棒引出线61和热电偶引出线62均凸出于所述的固定支架2的顶端。所述的加热棒引出线61和热电偶引出线62凸出于所述的固定支架2顶端的部分的长度均不小于5毫米。

在又一种进一步优选的实施方式中，如图1及图2所示，所述的固定支架2的顶部开设有导线通孔（图中未示出），连接于所述的加热棒41与加热棒引出线61之间以及所述热电偶42与热电偶引出线62之间的导线（图中未示出）均穿过所述的导线通孔。所述的固定支架2的侧面还开设有多个镂空槽21。

在更优选的实施方式中，该挤出喷头还包括基板压块9，如图1及图2所示，所述的基板压块9通过螺栓螺母（图中未示出）与所述的固定支架2连接，所述的印刷电路板5紧固于所述的基板压块9与固定支架2之间。

在本发明的应用中，本发明是一种采用PCB触点压接的一体化FDM原理3D打印机挤出喷头，可将加热棒及热电偶内嵌于加热块中，利用压接PCB上的连接器与外部电路连接。

采用PCB触点压接方式，可以将加热棒及热电偶连接线引出到PCB的连接器，加热棒和热电偶可独立内嵌在加热块及喷头支架内，通过基板压紧块和喷头支架对PCB的紧密压接，形成具有可插拔连接器的一体化挤出喷头，极大方便设备的安装及维护。

热电偶仅通过几厘米的补偿线后，即可压接到PCB触点上，直接连接到PCB的温度调理电路上，输出经过冷端补偿和放大的测温电压，避免了过长的补偿线造成热电偶微小电压衰减，大大提高了温度测量的准确度。

喷头支架采用绝缘阻热的人造石或PEEK（聚醚醚酮）注塑，并采用镂空结构，有效隔断了喷头向支架顶端和送料管的热传导，当喷头温度超过200摄氏度时，支架顶端温度不超过40度，这样加热能量集中于喷头，有利于丝料的顺利挤出。

具体而言，喷头整体结构包括最下面为挤出头和加热块，通过一层保温套减小热辐射。加热棒和热电偶插在加热块中，其引出线均穿过保温套和固定支架，并在支架顶面留出金属触点，分别与压接PCB上的对应触点接触。锁紧螺栓分别穿过基板压紧块、压接PCB和固定支架，并在穿过支架顶层后用螺母锁紧，通过铝板和支架顶面对PCB的紧密压接，保证金属触点良好接触。加热棒电源接口、热电偶测温信号接口分别由两侧的连接插座引出，挤出料管从挤出头贯穿至基板压紧块中心接头，利用接头与外部送料孔对接。因此该喷头形成可独立组装和拆卸的一体化结构，可与运动机构分离，完全实现模块化设计，不仅安装维护方便，还可作为标准件批量生产。

围绕加热块中心有两个通孔，分别用于插入加热棒及热电偶。加热棒及热电偶各留有两根短的引出线，每根引出线从喷头支架的中空通道向上引出，经过喷头支架顶面的通孔后，贴在支架顶面约5mm接触长度，再扣入顶面另一通孔中。从而在喷头支架顶面形成4段略突起的接触线段，分别于压接PCB触点对应接触。

压接PCB的主要作用是将加热棒的引出线通过连接插座转接，并将热电偶的测温信号直接在PCB上的温度调理电路上进行放大，再将放大后的信号通过连接插座输出。压接PCB的顶面全部与接头铝板紧密连接，以提高压接强度。

压接PCB的底面包括：压接触点（金手指）、温度调理及指示电路和引出连接器。其布局如图4所示，中间区域为空的平面，与喷头支架顶面压接，压接触点位置与支架顶面的加热棒及热电偶接触线段对应接触。

加热棒的金属触点经过加热电源接口引出，加热棒的工作状态通过黄色LED指示；热电偶的金属触点直接引到温度调理电路，并将放大后的测温电压经过信号接口引出，温度调理电路的工作状态通过蓝色LED指示。

本发明的一体化3D打印机挤出喷头不仅有利于设备安装及维护，还能避免加热棒和热电偶引出线过长导致运动过程中发生弯折、磨损和短路等故障。热电偶产生的微小测温电压信号，就近在压接PCB上进行调理放大再输出，有利于减小测温信号的长线衰减，提高测温准确度。一体化挤出喷头采用镂空式的喷头支架，使得加热能量集中于加热喷头上，有利于丝料的顺利挤出。

采用了该发明的一体化3D打印机挤出喷头，由于其具有印刷电路板，且固定支架的顶端具有加热模块引出线，印刷电路板抵压于固定支架的顶端，且加热模块控制电路的压接触点接触并电路连接所述的加热模块引出线，从而能够有效缩短加热模块引线的长度，并将引线定位于挤出喷头内部，避免了挤出喷头移动过程中引线可能产生的弯折、磨损、断路甚至短路等问题，进一步的在印刷电路板中设置测温信号放大电路，减少信号衰减，由此保证挤出丝料测温及控温的准确性，进而保证3D打印的精度，且本发明的一体化3D打印机挤出喷头的结构简单，使用及维护成本低廉，应用范围较为广泛。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (10)

1.一种一体化3D打印机挤出喷头，包括：

挤出料管；

固定支架，套接并固定于所述的挤出料管的外侧；

挤出头，固定于所述的挤出料管的底端，并连通该挤出料管；以及

加热模块，套设于所述的挤出料管外侧，并位于所述的固定支架底端与挤出头顶端之间，

其特征在于，所述的固定支架的顶端具有加热模块引出线，所述的加热模块引出线电路连接所述的加热模块，

该一体化3D打印机挤出喷头还包括印刷电路板，所述的印刷电路板包括加热模块控制电路，所述的加热模块控制电路具有压接触点，该印刷电路板抵压于所述的固定支架的顶端，且所述的压接触点接触并电路连接所述的加热模块引出线。

2.根据权利要求1所述的一体化3D打印机挤出喷头，其特征在于，所述的加热模块包括保温套、加热棒和热电偶，所述的保温套套设于所述的挤出料管外侧，所述的加热棒和热电偶均插设于所述的保温套内，所述的加热模块引出线包括加热棒引出线和热电偶引出线，所述的加热棒电路连接所述的加热棒引出线，所述的热电偶电路连接所述的热电偶引出线。

3.根据权利要求2所述的一体化3D打印机挤出喷头，其特征在于，所述的加热模块控制电路包括加热控制电路单元和温度信号调理电路单元，所述的压接触点包括加热控制电路压接触点和温度信号调理电路压接触点，所述的印刷电路板还包括加热电源接口和测温信号接口，所述的加热控制电路压接触点接触并电路连接所述的加热棒引出线，且该加热控制电路压接触点还通过所述的加热控制电路单元连接所述的加热电源接口；所述的温度信号调理电路压接触点接触并电路连接所述的热电偶引出线，且该温度信号调理电路压接触点还通过所述的温度信号调理电路单元连接所述的测温信号接口。

4.根据权利要求3所述的一体化3D打印机挤出喷头，其特征在于，所述的印刷电路板还包括连接所述的加热控制电路单元的加热工作状态指示灯以及连接所述的温度信号调理电路单元的测温工作状态指示灯。

5.根据权利要求2所述的一体化3D打印机挤出喷头，其特征在于，所述的挤出料管设置于所述的保温套的中心通孔内，所述的加热棒和热电偶插设于所述的保温套内靠近所述的挤出料管的位置。

6.根据权利要求2所述的一体化3D打印机挤出喷头，其特征在于，所述的固定支架的顶端具有多个引出线嵌入槽，所述的加热棒引出线和热电偶引出线嵌设于对应的引出线嵌入槽，所述的引出线嵌入槽的深度小于所述的加热棒引出线和热电偶引出线的截面直径，所述的加热棒引出线和热电偶引出线均凸出于所述的固定支架的顶端。

7.根据权利要求6所述的一体化3D打印机挤出喷头，其特征在于，所述的加热棒引出线和热电偶引出线凸出于所述的固定支架顶端的部分的长度均不小于5毫米。

8.根据权利要求2所述的一体化3D打印机挤出喷头，其特征在于，所述的固定支架的顶部开设有导线通孔，连接于所述的加热棒与加热棒引出线之间以及所述热电偶与热电偶引出线之间的导线均穿过所述的导线通孔。

9.根据权利要求8所述的一体化3D打印机挤出喷头，其特征在于，所述的固定支架的侧面开设有多个镂空槽。

10.根据权利要求1所述的一体化3D打印机挤出喷头，其特征在于，还包括基板压块，所述的基板压块通过螺栓螺母与所述的固定支架连接，所述的印刷电路板紧固于所述的基板压块与固定支架之间。