CN103568154B - 3d打印机的供料喉管及供料结构 - Google Patents

3d打印机的供料喉管及供料结构 Download PDF

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本发明提供一种3D打印机的供料喉管，所述供料喉管包括散热外管和镶嵌在散热外管中的聚四氟乙烯内管，所述聚四氟乙烯内管中设有容打印材料通过的进料通道。该供料喉管通过聚四氟乙烯内管防止PLA聚乳酸打印材料在喉管中堵塞的情况，提高加热打印头出丝的稳定性和流畅性，从而提高打印模型的表面质量，且该供料结构的结构简单可靠，成本低，适合推广应用。

Description

3D打印机的供料喉管及供料结构
技术领域
本发明涉及一种3D打印机，特别是涉及一种3D打印机的供料喉管及供料结构。
背景技术
3D打印机是基于3D打印技术应运而生的一种打印设备，所谓3D打印机技术是一种工件的快速成型技术，是以工件的数字模型文件为基础，运用金属或塑料等加热软化后具有带粘性的材料，通过逐层打印的方式构成工件的技术。
目前，3D打印技术主要有四种：光固化成型（SLA）、三维粉末粘接（3DP）、选择性激光烧结（SLS）和熔融沉积快速成型（FDM）。其中，基于光固化成型技术、三维粉末粘接技术和选择性激光烧结技术的3D打印机虽然精度较高，适用材料也比较广泛，往往需要较大的功率，技术比较复杂，设备成本、维护成本和材料成本都很高，所以目前应用范围主要集中于高端制造领域。而熔融沉积快速成型（FDM）又叫热熔堆积，它是将丝状热熔性材料加热融化，通过带有一个微细喷嘴的打印头挤喷出来。热熔材料熔化后从打印头中喷出，沉积在打印工作台面板或者前一层已固化的材料上，温度低于固化温度后开始固化，通过材料的层层堆积形成最终成品。
所以，基于FDM热熔堆积原理的3D打印机在市面上得到了广泛的应用。该3D打印机的供料结构包括供料喉管，该供料喉管的一端与放置有打印材料的进料装置相连接，另一端与加热打印头相连接，打印材料通过供料喉管进入加热打印头，从而完成3D打印作业。但是，该3D打印机在打印时，所使用的打印材料为PLA聚乳酸材料，由于PLA聚乳酸材料自身的物理特性，其在70°左右时就会软化，在100°左右时开始膨胀；另外，在打印过程中，加热打印头的热量会传递给供料喉管，进而传递给供料喉管中的PLA聚乳酸材料；故3D打印机工作一段时间后，供料喉管内的PLA聚乳酸材料就会软化膨胀，即PLA聚乳酸材料丝堵在靠近加热打印头的供料喉管处，最终造成加热打印头彻底堵塞，影响打印机的正常工作。特别是在打印细小部位时，若发生上述情况，打印机速度变慢后尤为明显。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种防止PLA聚乳酸材料丝堵在供料喉管中的3D打印机的供料喉管。
为实现上述目的，本发明提供一种3D打印机的供料喉管，所述供料喉管包括散热外管和镶嵌在散热外管中的聚四氟乙烯内管，所述聚四氟乙烯内管中设有容打印材料通过的进料通道。
优选地，所述散热外管的外周设有多片沿散热外管轴向分布的散热片。
优选地，所述散热外管的外周设有一U型槽。
本发明涉及的3D打印机的供料喉管具有以下有益效果：
该供料喉管通过聚四氟乙烯内管防止PLA聚乳酸打印材料在喉管中堵塞的情况，提高加热打印头出丝的稳定性和流畅性，从而提高打印模型的表面质量，且该供料结构结构简单可靠，成本低，适合推广应用。
本发明要解决的另一技术问题在于提供一种防止PLA聚乳酸材料丝堵在供料喉管中的3D打印机的供料结构。
为实现上述目的，本发明提供一种3D打印机的供料结构，包括储存有打印材料的挤出机、供料喉管和加热打印头，所述挤出机设有一打印材料出丝口，所述加热打印头中设有一融化腔，所述供料喉管包括散热外管和镶嵌在散热外管中的聚四氟乙烯内管，所述聚四氟乙烯内管连通打印材料出丝口和融化腔。
进一步地，所述供料喉管与加热打印头通过紧固件相连接，所述散热外管的外周设有多片沿散热外管轴向分布的散热片。
进一步地，所述供料喉管与加热打印头为螺纹连接，所述供料喉管的外周设有一U型槽。
优选地，所述散热外管和加热打印头之间设有一隔热件。
本发明涉及的3D打印机的供料结构具有以下有益效果：
该3D打印机的供料结构彻底解决了PLA聚乳酸打印材料在喉管中堵塞的情况，提高加热打印头出丝的稳定性和流畅性，从而提高打印模型的表面质量，且该供料结构结构简单可靠，成本低，适合推广应用。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图对本专利进行详细说明。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1中供料喉管的结构示意图。
图3为图2中散热外管的结构示意图。
图4为本发明中供料喉管的另一实施例。
图5为图4的剖视图。
元件标号说明
1挤出机
2供料喉管
21散热外管
22聚四氟乙烯内管
23散热片
24U型槽
25连接螺纹
3加热打印头
4隔热件
5安装板
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图1所示，本发明提供一种3D打印机的供料结构，包括储存有打印材料的挤出机1、供料喉管2和加热打印头3，所述挤出机1设有一打印材料出丝口，所述加热打印头3中设有一融化腔，所述供料喉管2包括散热外管21和镶嵌在散热外管21中的聚四氟乙烯内管22，见图2，所述聚四氟乙烯内管22连通打印材料出丝口和融化腔。优选地，所述供料喉管2与加热打印头3通过三颗螺钉从上往下固定连接。
该3D打印机的供料结构中，打印材料为PLA聚乳酸材料，打印时，PLA聚乳酸材料通过聚四氟乙烯内管22进入加热打印头3的融化腔中后，再由加热打印头3出丝。打印过程中，散热外管21散出一部分由加热打印头3传递过来的热量，从而降低聚四氟乙烯内管22的温度，以防止聚四氟乙烯内管22中的PLA聚乳酸材料因受热而软化膨胀，减少堵塞情况；特别是，本发明通过聚四氟乙烯内管22彻底解决PLA聚乳酸材料由挤出机1挤出后，在通过供料喉管2进入加热打印头3的融化腔这一过程中发生堵塞的问题。具体讲，PLA聚乳酸材料经过供料喉管2时，其与聚四氟乙烯内管22的内壁之间存在一滑动摩擦力，该滑动摩擦力f=uFn，其中，u为滑动摩擦系数，Fn为PLA聚乳酸材料对聚四氟乙烯内管22内壁的正压力；在同样的温度情况下，PLA聚乳酸材料的膨胀率相同，故其对聚四氟乙烯内管22内壁的正压力Fn也相同；由于聚四氟乙烯具有自润滑和不粘等物理特性，其与PLA聚乳酸材料的摩擦系数u为0.04，而PLA聚乳酸材料与钢、铝等金属材料的摩擦系数u高达0.5-0.6，所以，由此可得出，在相同温度的情况下，PLA聚乳酸材料在通过供料喉管2的过程中，其与聚四氟乙烯内管22之间的滑动摩擦力非常小，故能够有效实现由挤出机1挤出的PLA丝顺利进入加热打印头3的融化腔中，从而消除PLA材料因受热膨胀而在供料喉管2中发生堵塞的情况，彻底解决PLA材料在打印时发生堵塞的问题，从而保证加热打印头3出丝的流畅性和稳定性，最终提高打印模型的表面质量。
进一步地，如图2，所述散热外管21的外周设有多片沿散热外管21轴向分布的散热片23，用于将从加热打印头3处传递过来的热量散出，以降低散热外管21和挤出机1的温度，从而降低聚四氟乙烯内管22的温度，防止PLA聚乳酸材料受热膨胀。在打印过程中，加热打印头3发热，故供料喉管2靠近加热打印头3一端的温度高，靠近挤出机1一端的温度低，为了使散热更加合理，本实施例中，如图2和图3所述，多片散热片23的厚度沿打印材料的挤出运动方向逐渐增厚，即靠近挤出机1一端的散热片23的厚度最小散热片23比较稀疏，靠近加热打印机一端的散热片23的厚度最大散热片23比较密集，通过散热片23厚度的不一样来改变每个散热片23单位体积的散热功率，达到最合理的分布，即在不影响加热打印头3温度情况下，通过多片散热片23稀疏分布，使加热打印头3的热量最少的通过供料喉管2传递给挤出机1和聚四氟乙烯内管22，从而防止堵塞。
上述结构的供料喉管2针对打印品质要求较高的3D打印机，当针对小型化、轻量化、高速打印的3D打印机时，本发明还提供另一种结构的供料喉管，如图4和图5所示，该供料喉管2也包括散热外管21和聚四氟乙烯内管22，所述聚四氟乙烯内管22连通挤出机1的打印材料出丝口和加热打印头3的融化腔，所述散热外管21一端设有连接螺纹25，所述加热打印头3内设有与连接螺纹25相配合的内螺纹，即供料喉管2和加热打印头3是螺纹连接的；另外，所述散热外管21外周设有一圈U型槽24，该U型槽24靠近加热打印头3，通过该U型槽24来减少散热外管21的横截面积，从而增加热阻，以减少单位时间内加热打印头3处的热量向散热外管21和挤出机1的热传递。所以，用户可根据自己的需求进行合理选择。
优选地，如图1所示，为了进一步降低聚四氟乙烯内管22和挤出机1的温度，所述散热外管21和加热打印头3之间设有一隔热件4，有效阻挡加热打印头3将热量传递给散热外管21，所示隔热件4通过一安装板5固定在打印机中。
综上所述，本发明涉及的3D打印机的供料结构彻底解决了PLA聚乳酸打印材料在喉管中堵塞的情况，提高加热打印头出丝的稳定性和流畅性，从而提高打印模型的表面质量，且该供料结构结构简单可靠，成本低，适合推广应用。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
以上对本发明实施例所提供的一种3D打印机的供料喉管及供料结构进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制，凡依本发明设计思想所做的任何改变都在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种3D打印机的供料喉管，其特征在于：所述供料喉管包括散热外管(21)和镶嵌在散热外管(21)中的聚四氟乙烯内管(22)，所述聚四氟乙烯内管(22)中设有容打印材料通过的进料通道；PLA聚乳酸材料经过供料喉管(2)时，PLA聚乳酸材料与聚四氟乙烯内管(22)的内壁之间存在一滑动摩擦力、且滑动摩擦系数u为0.04；所述散热外管(21)的外周设有多片沿散热外管(21)轴向分布的散热片(23)，多片散热片(23)的厚度沿打印材料的挤出运动方向逐渐增厚。
2.根据权利要求1所述的3D打印机的供料喉管，其特征在于：所述散热外管(21)的外周设有一U型槽(24)。
3.一种3D打印机的供料结构，包括储存有打印材料的挤出机(1)、供料喉管(2)和加热打印头(3)，所述挤出机(1)设有一打印材料出丝口，所述加热打印头(3)中设有一融化腔，其特征在于：所述供料喉管(2)包括散热外管(21)和镶嵌在散热外管(21)中的聚四氟乙烯内管(22)，所述聚四氟乙烯内管(22)连通打印材料出丝口和融化腔；PLA聚乳酸材料经过供料喉管(2)时，PLA聚乳酸材料与聚四氟乙烯内管(22)的内壁之间存在一滑动摩擦力、且滑动摩擦系数u为0.04，所述供料喉管(2)与加热打印头(3)通过紧固件相连接，所述散热外管(21)的外周设有多片沿散热外管(21)轴向分布的散热片(23)，多片散热片(23)的厚度沿打印材料的挤出运动方向逐渐增厚。
4.根据权利要求3所述的3D打印机的供料结构，其特征在于：所述供料喉管(2)与加热打印头(3)为螺纹连接，所述供料喉管(2)的外周设有一U型槽(24)。
5.根据权利要求3所述的3D打印机的供料结构，其特征在于：所述散热外管(21)和加热打印头(3)之间设有一隔热件(4)。
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