CN104228071B - 分体式喷头 - Google Patents

Abstract

本发明提供了分体式喷头，包括送进器、送丝管和移动喷头，送进器和移动喷头之间通过送丝管连接；移动喷头包括腔体、散热片、热电偶及喷嘴，腔体下端与喷嘴固定连接，腔体外侧中央固定有散热片，腔体外侧、散热片与喷嘴之间设有热电偶，热电偶与腔体固定连接。本发明将喷头装置进行功能划分，将喷头分为送进器、移动喷头和送丝管，相对于现有技术的喷头，减小了喷头工作时运动部分的质量，由于喷头重量的减小，3D打印机的打印速度得到了显著的提高，并且由于运动部分的重量的减小进而减轻了运动部分的负载惯性，使运动部件在转向时减少延迟时间，提高了打印精度。

Description

分体式喷头

技术领域

本发明涉及3D打印机配件，具体为用于3D打印的分体式喷头。

背景技术

3D打印，即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。

在3D打印机工作的过程中，其负载主要为喷头。喷头是3D打印设备中的重要部件，喷头实现了打印材料的送进、融化、挤出成型等功能。

中国专利公布号为CN103448246A、发明名称为“一体化3D打印机挤出喷头”，如图1所示，公开了如下内容：该一体化3D打印机挤出喷头包括挤出料管、固定支架、喷嘴、加热模块和印刷电路板。其中，固定支架套接并固定于的挤出料管的外侧；喷嘴固定于的挤出料管的底端，并连通该挤出料管；加热模块套设于的挤出料管外侧，并位于的固定支架的底端与喷嘴的顶端之间，固定支架的顶端具有加热模块引出线，加热模块引出线电路连接所述的加热模块。

可以从以上公开的内容明显地看出：由于需要实现多种功能，因此现有喷头的结构一直较为复杂，拥有不同的功能部分，其中包括材料送进部分，加热熔融部分，材料挤出部分；而且现有的3D打印机的三个部分只有连接紧凑，才能很好地配合工作，但是，这样的喷头的重量较大，而在同等条件下，重量较大的喷头必然会减小到喷头的运动速度，减慢打印速度，而且重量较大的喷头的运动惯性也较大，惯性过大会影响到3D打印机的精度。

所以，如何减小喷头质量进而提高打印速度和打印精度，成为本领域技术人员一直追求的目标。

发明内容

为了减小喷头重量，提高3D打印机打印速度和打印精度，本发明提供了分体式喷头。

为实现上述目的，本发明提供的分体式喷头：包括送进器、送丝管和移动喷头，送进器和移动喷头之间通过送丝管连接；移动喷头包括腔体、散热片、热电偶及喷嘴，腔体下端与喷嘴固定连接，腔体外侧中央固定有散热片，腔体外侧、散热片与喷嘴之间设有热电偶，热电偶与腔体固定连接。

本发明将喷头进行功能划分，将喷头分为送进器和移动喷头，相对于现有技术的喷头，减小了喷头工作时运动部分的重量，由于喷头重量的减小，3D打印机的打印速度得到了显著的提高，并且由于运动部分的重量的减小进而减轻了运动部分的负载惯性，使运动部件在转向时减少了延迟时间，提高了打印精度。

将送进器安装到打印机固定位置，只将腔体、散热片、热电偶和喷嘴作为3D打印机运动部分，大大减轻了喷头运动部分的重量，提高喷头灵活性，降低了喷头对打印速度的制约，实现3D打印机的打印速度、打印效率、打印质量的显著提高。

另外，腔体外散热片和热电偶的设置实现了分段加热，将腔体内部的打印材料的温度逐渐升高，保障打印材料能够顺利进入喷嘴，同时打印材料逐渐熔融，不会产生过度膨胀而堵丝，既保证了打印材料顺利传送，又保证了打印材料熔融的平滑度，减少甚至避免了由于材料性质改变而造成3D打印机堵丝、断料的现象。

进一步地，送进器和送丝管之间通过快速接头A固定连接，移动喷头和送丝管之间通过快速接头B固定连接。

快速接头A、快速接头B起到防止送丝管绕曲的作用，能够让送丝更顺利，减少卡丝、断料现象的发生。

进一步地，送丝管为双层导向管，外层管为硬管，内层管为内表面光滑的软管，内、外层管通过粘接方式贴合。

送丝管为双层导向管，外层管为用于实现打印材料的位置导向的硬管，内层管为其内表面光滑软管，内、外层管通过粘接方式连接。双层导向管由内外两层构成，既能实现打印材料的位置导向，又能够减小材料在送进时产生的摩擦阻力，保证打印材料顺利向前推进。

进一步地，送进器内设有压轮。

采用压轮的方式，进行推送，能够增强材料向前的推进力，不损伤材料，并有一定的容错率，当材料直径存在误差时，依靠压轮的弹力，避免3D打印机出现送丝中断或者停顿的现象。

本发明的有益效果为：相对于现有技术的喷头，本发明的分体式喷头减小了喷头工作时运动部分的重量。由于喷头重量的减小，3D打印机的打印速度也得到了显著的提高，并且由于运动部分重量的减小进而减轻了运动部分的负载惯性，使运动部件在转向时减小延迟，提高了打印精度。

附图说明

图1为现有的一体化3D打印机挤出喷头的结构示意图。

图2为分体式喷头的一种结构示意图。

图3为分体式喷头的另一种结构示意图。

图中，

1、送进器；2、送丝管；3、移动喷头；10、压轮；20、快速接头A；21、快速接头B；30、腔体；31、散热片；32、热电偶；33、喷嘴；300、冷却送进区；301、预热缓冲区；302、高温熔融区。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。

如图2、3所示，分体式喷头，包括送进器1、送丝管2和移动喷头3，送进器1和移动喷头3之间通过送丝管2连接；移动喷头3包括腔体30、散热片31、热电偶32及喷嘴33，腔体30下端与喷嘴33固定连接，腔体30外侧中央固定有散热片31，腔体30外侧、散热片31与喷嘴33之间设有热电偶32，热电偶32与腔体30固定连接。

移动喷头3安装于3D打印机的运动轴上，用于在打印时将打印材料加热融化和打印材料挤出，并负责在暂停打印或打印结束后将打印材料降温。

现有技术的喷头工作时，整个喷头都在运动，可以说，运动部分是整个喷头装置。而本发明将喷头装置进行功能上划分，将喷头分为送进器1、送丝管2和移动喷头3，相对于现有技术的喷头，减小了喷头工作时运动部分的重量，由于运动部分重量的减小，3D打印机的打印速度也得到了显著的提高，并且由于运动的部分的重量的减小进而减轻了移动喷头的负载惯性，使运动部件在转向时减小延迟，提高了打印精度。

如图2所示，将送进器1安装到打印机固定位置，只将腔体30、散热片4、热电偶5和喷嘴6作为3D打印机的移动喷头3，大大减轻了移动喷头的重量，提高喷头灵活性，减小喷头对打印速度的制约，实现打印速度、打印效率、打印质量的显著提高。具体技术效果可以通过下表看出：

	现有打印机	本发明的打印机
			喷头质量	275g	150g
打印速度	100mm/s	200mm/s
			打印精度	0.2mm/100mm	0.1mm/100mm
喷头跳转速度	150mm/s	250mm/s

送进器1和送丝管2之间通过快速接头A20固定连接，移动喷头3和送丝管2之间通过快速接头B21固定连接。快速接头起到防止送丝管2绕曲的作用，能够让送丝更顺利，减少卡丝、断料现象的发生。

如图3所示，在腔体30外，散热片31和热电偶32的设置方式影响着腔体30内打印材料的温度。并将腔体30的空间分成三部分：冷却送进区301、预热缓冲区302、高温熔融区303。从送丝管2输送过来的材料最先进入冷却送进区301，该区温度在打印材料软化温度下，保证打印材料不发生变形；预热缓冲区302，其温度足够软化打印材料，避免了过快升温造成打印材料体积迅速膨胀的作用，该区起到了过渡、缓冲的作用；高温熔融区303，打印材料在此区充分熔融，保持良好的流动性，为打印做准备。采用上述散热片31和热电偶32的设置方式的原因在于：打印材料进入熔融区之前，不同的打印材料会在达到软化温度时会产生不同程度的塑性变形，这时打印材料受到推进力的影响时，会产生变形进而可能堆积，最终导致喷头堵塞，影响打印工作。所以，通过分段加热的方式，打印材料能够顺利进入喷嘴6，同时打印材料逐渐熔融，不会产生过度膨胀，既保证了打印材料顺利传送，又保证了打印材料熔融的平滑度，减少甚至避免了打印材料性质改变而造成的堵丝、断料的现象。

送丝管2采用双层导向管。这是因为：打印材料在送进器1中是固体状态，有着较好的力学性能，在受到推力作用下，将向前推进。打印材料在离开送进器1后，处于四周受到压力的状态，为了防止打印材料发生挠曲变形，需要对打印材料径向进行固定。双层导向管由内外两层构成，内、外层管通过粘接方式贴合，外层管为硬管，结构强度高，不容易发生弯曲变形，用于实现打印材料的位置导向；内层管为软管，表面光滑度高，与打印材料的摩擦系数小，能够减小打印材料在送进时产生的摩擦阻力，保证打印材料顺利向前推进。

送进器1内设有压轮10。采用压轮10的方式，进行推送，能够增强打印材料向前的推进力，不损伤打印材料，并有一定的容错率，当打印材料直径存在误差时，依靠压轮10的弹力，避免送丝中断或者停顿的现象。

当打印速度较快时，流涎现象会变得非常明显。流涎是指，设备在打印过程中，由于打印材料流动性较好而产生的，在停止挤出动作后依然有部分打印材料溢出的现象。为了防止流涎，可以采用如下方式：在喷头无需打印时，将打印材料向后抽离，降低喷头温度。利用打印材料后撤产生的力，将打印材料控制在喷嘴6中，避免流涎。

以上结合实施例对本发明的具体实施方式进行了详细的说明，但是本发明并不限于上述的实施方式，在本领域普遍技术人员具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，但这些变化都在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.分体式喷头，其特征在于：包括送进器(1)、送丝管(2)和移动喷头(3)，送进器和移动喷头之间通过送丝管连接，送进器和送丝管之间通过快速接头A(20)固定连接，移动喷头和送丝管之间通过快速接头B(21)固定连接，送丝管为双层导向管，外层管为硬管，内层管为内表面光滑的软管，内、外层管通过粘接方式贴合；移动喷头包括腔体(30)、散热片(31)、热电偶(32)及喷嘴(33)，腔体下端与喷嘴固定连接，腔体外侧中央固定有散热片，腔体外侧、散热片与喷嘴之间设有热电偶，热电偶与腔体固定连接；腔体的空间包括冷却送进区(301)、预热缓冲区(302)、高温熔融区(303)。

2.根据权利要求1所述的分体式喷头，其特征在于：送进器内部设有压轮(10)。