CN106003720A - 一种3d打印环境温度控制的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种3D打印环境温度控制的装置，为一种箱式结构，直接罩在桌面开放式3D打印机外部，包括没有底板的透明成型室，安装在所述透明成型室侧壁上的加热器，排气过滤机构，进气机构，温度传感器及控制器，所述透明成型室为内层和外层两层结构，且两层结构之间为空腔，所述透明成型室具有顶面，第一面，第二面，第三面及第四面，所述加热器安装在第一面的内壁上，所述温度传感器安装在第二面的内壁上，所述控制器嵌在所述第二面内，所述排气过滤机构安装在第四面上方，所述进气机构安装在第二面下方。本发明可以实现对打印环境温度的有效控制，且可以对打印过程的观察，同时可以避免有害气体直接释放到空气中。

Description

一种 3D 打印环境温度控制的装置

技术领域

本发明涉及桌面式3D打印领域，具体涉及一种3D打印环境温度控制的装置，实现对桌面式3D打印机打印环境温度的控制。

背景技术

近几年3D打印技术快速发展，使得3D打印机逐渐普及，在3D打印技术中，熔融挤压3D打印技术是比较普遍的一种技术，其是采用加热融化的方法，将ABS、PLA、碳纤维等多种塑料线材高温融化，喷嘴在程序控制下运动，将熔融的线材涂覆在基板上，逐层叠加直至模型打印完成。然而熔融状态的线材对环境温度要求较高，若环境温度较低时将会影响涂覆效果，且可能形成翘曲变形等问题；过高则使影响材料堆积。

目前市场上利用熔融挤压3D打印技术的桌面式3D打印机基本分为开放式和箱体式，这两种结构的打印机都存在一定缺点。

在3D打印过程中需要实时观察打印产品的形态，开放式的3D打印机可以方便的观察产品的实时打印状态，但在产品加工时对温度要求比较高，需要有稳定的温度变化，而开放式3D打印机无法实现对打印时环境温度的控制，使得产品定型差，此外3D打印耗材在加热打印过程中会产生有害气体，开放式的打印机会直接将气体释放到空气中对人类产生危害。

箱体式3D打印机相对于开放式的打印机，外部具有一个箱体，虽然其可以防止有害气体直接释放到空气中，还是会有气体从缝隙或者连接处泄漏出去，而且这种箱体式打印机一般只对打印喷头或者打印平台进行温度控制，而对整个工作环境无法实现温度控制，此外箱体一般采用前侧透明门可开启，其他侧面开透明窗用于观察，但透明窗开口小，不利于观察。

因此，现有的桌面式熔融挤压3D打印机均没有温度调节功能，导致打印过程中经常出现翘曲等上述问题，使打印无法正常进行，同时，影响打印精度和外观质量。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种3D打印环境温度控制的装置，采用双层透明的保温室配合加热机构，进气机构及排气机构，使得其可以有效检测及控制打印环境温度，确保成形室内温度稳定，透明的保温室可以实现对打印过程的观察，同时可以避免有害气体直接释放到空气中。

本发明揭示了一种3D打印环境温度控制的装置，为一种箱式结构，直接罩在桌面开放式3D打印机外部，具体结构包括没有底板的透明成型室，安装在所述透明成型室侧壁上的加热器，排气过滤机构，进气机构，温度传感器及控制器，其中：

所述透明成型室为内层和外层两层结构，且两层结构之间为空腔，所述透明成型室具有顶面，第一面，第二面，第三面及第四面，所述第一面和第三面为相对面，第二面和第四面为相对面；

所述加热器安装在第一面的内壁上，用以给成型室内加热；

所述第四面上方开设有排气孔，所述排气过滤机构安装在所述排气孔内，其结构包括风扇，无级变速直流电机及过滤器，所述风扇安装在无级变速直流电机上，且针对这第四面的内壁，所述过滤器位于第四面的外壁上；

所述第二面下方设有进气孔，所述进气机构安装在所述进气孔内，其结构包括固定叶片，活动叶片及电机，且固定叶片与进气孔固定，所述活动叶片安装在电机上；

所述温度传感器安装在第二面的内壁上，所述控制器嵌在所述第二面内，且所述温度传感器，加热器，电机，无级变速直流电机均连接控制器。

所述内层包括内顶面，第一内侧面，第二内侧面，第三内侧面及第四内侧面，所述外层具有外顶面，第一外侧面，第二外侧面，第三外侧面及第四外侧面，其中所述内顶面，第二内侧面，第三内侧面，第四内侧面，外顶面，第一外侧面，第二外侧面，第三外侧面及第四外侧面为透明有机玻璃，所述第一内侧面为耐高温玻璃，便于安装加热器。

所述固定叶片具有复数扇形叶片，且所述扇形固定叶片之间形成扇形空隙，所述活动叶片位于固定叶片后方，其结构与固定叶片相似，具有与固定叶片相同数量的扇形活动叶片。

扇形活动叶片扇形大小比扇形空隙的扇形大小大，且比扇形固定叶片的扇形大小小。

所述透明成型室底部设有一圈橡胶垫，有效提高透明保温室与桌面的密封性。

所述加热器为石墨烯暖芯加热器，其为三层平板结构，具体包括表层、石墨烯暖芯及镀膜反射层，石墨烯暖芯作为加热元件，夹在表层和镀膜反射层之间，所述表层为耐高温玻璃，所述镀膜反射层也是耐高温玻璃，且在耐高温玻璃的一面进行镀膜处理形成反射面，所述石墨烯暖芯加热器通过镀膜反射层与第一内侧面固定。

与现有技术相比，本发明的一种3D打印环境温度控制的装置，采用双层有机玻璃结构，可以保证成型室内环境温度相对稳定，还可以阻止有害气体的释放，同时两层结构之间的空腔形成了隔热屏障，有效防止内层的温暖空气向外界直接散热，保证了成型室内温度恒定；在成型室底部设置一圈橡胶垫，确保成型室与工作台的密封性，采用石墨烯作为加热元件，利用红外线辐射和对流形式对外传递热量，提高成型室内的温度，并且对熔融线材和打印平板实现非接触式加热，为了实现成型室内的温度调节，在相对面设置进气机构和排气机构，且利用热空气上升原理，将进气机构设置在下方，从下面吸入冷空气，将排气机构设置在上方，从上方排出热气流，冷空气从下方进入，热气流从上方排出，形成成型室内空气流动，保证温度变化的稳定性，通过进气口开口大小以及排气口风扇转速，实现成型室内温度变化量的调节，此外在排气口设置过滤器，使得有害气体经过过滤排出，保障用户安全，同时将过滤器设置在外面，可以随时更换。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明第四面方向的侧视图；

图3是本发明第三面方向的侧视图；

图4是本发明第二面方向的侧视图；

图5是本发明排气机构的结构示意图；

图6是本发明进气机构的结构示意图；

图7是本发明进气机构的正视图。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。

如图1~7所示，本发明所揭示的一种3D打印环境温度控制的装置，为一种箱式结构，直接罩在桌面开放式3D打印机外部，具体结构包括没有底板的透明成型室1，安装在所述透明成型室1侧壁上的加热器2，排气过滤机构3，进气机构4，温度传感器5及控制器6。

具体说来，所述透明成型室1为内层和外层两层结构，且两层结构之间为空腔7，所述空腔7作为隔热屏障，可以有效防止透明保温室1内的温暖空气向外界散热，所述内层具有内顶面101，第一内侧面102，第二内侧面103，第三内侧面104及第四内侧面105，其中第一内侧面102与第三内侧面104为相对面，第二内侧面103与第四内侧面105为相对面，所述外层具有外顶面106，第一外侧面107，第二外侧面108，第三外侧面109及第四外侧面110，其中第一外侧面107与第三外侧面109为相对面，第二外侧面108和第四外侧面110为相对面，所述透明成型室1底部设有一圈橡胶垫8，有效提高透明保温室与桌面的密封性。

所述内顶面101，第二内侧面103，第三内侧面104，第四内侧面105，外顶面106，第一外侧面107，第二外侧面108，第三外侧面109及第四外侧面110为有透明机玻璃，所述第一内侧面102为耐高温玻璃，便于安装加热器。

所述加热器2为石墨烯暖芯加热器，安装在第一内侧面102内侧，以远红外辐射和对流的形式对外传递热量，提高成型室内的温度，同时对3D打印机的打印平板实现非接触式加热，使得熔融线材在打印平板上的具有良好粘附，并散发热量使成型室内温度控制在合适温度，保证打印质量。

所述石墨烯暖芯加热器为三层平板结构，具体包括表层、石墨烯暖芯及镀膜反射层，石墨烯暖芯作为加热元件，夹在表层和镀膜反射层之间，所述表层为耐高温玻璃，所述镀膜反射层也是耐高温玻璃，且在耐高温玻璃的一面进行镀膜处理形成反射面，所述石墨烯暖芯加热器通过镀膜反射层与第一内侧面固定，其工作原理为，所述石墨烯暖芯通电后两个面对外发射远红外线，其与表层接触的一面直接发射远红外透过表层进入成型室内，而与镀膜反射层接触的一面发射的远红外通过镀膜反射后进入成型室，将成型室、熔融线材和打印平板加热至合适温度。

所述第四内侧面105和第四外侧面110上方开设有贯穿两个面的排气孔，所述排气过滤机构3安装在所述排气孔内，具体结构包括风扇31，无级变速直流电机32及过滤器33，所述风扇31安装在所述无级变速直流电机32上，且正对着第四内侧面105上的排气孔，所述过滤器33安装在第四外侧面110的排气孔外侧，其采用高活性炭作为过滤材料，所述无级变速直流电机32带动风扇31转动，吸出成型室内的热气流以及有害气体，再经过过滤器排放到空气中，热气流的排放可以有效降低成型室内的温度，有害气体经过过滤器过滤后排入空气，可以防止直接释放产生危害。

所述第二内侧面103和第二外侧面108下方开设有贯穿两个面的进气孔，所述进气机构4安装在所述进气孔内，包括固定叶片41，活动叶片42及电机43，所述固定叶片41与第二外侧面108的进气孔固定，具有复数扇形叶片411，且所述扇形固定叶片411之间具有扇形空隙412，所述活动叶片42位于固定叶片41后方，固定在电机43前端，其结构与固定叶片相似，具有与固定叶片相同数量的扇形活动叶片421，且扇形活动叶片421扇形大小比扇形空隙412的扇形大小大，且比扇形固定叶片411的扇形大小小，工作时，电机带动活动叶片转动，当扇形活动叶片和扇形固定叶片重叠时，进气机构完全打开，当扇形活动叶片和扇形空隙重叠时，进气机构完全关闭，同时可以根据温度控制及进气量的需求，调节扇形活动叶片和扇形固定叶片重叠区域的大小，从而调节进风口的大小。

所述温度传感器5安装在第二内侧面103的内侧，用于检测成型室内的温度值，所述控制器6嵌在第二内侧面和第二外侧面之间，且所述温度传感器5，电机43，无级变速直流电机32以及加热器2均连接控制器6，所述控制器具有人机交互界面，且该界面对应在第二外侧面的外部，使用时用户根据打印材料通过人机交互界面录入打印所需环境温度，温度传感器检测成型室内温度值，控制器控制加热器进行加热，同时控制器控制无级变速直流电机打开排气和进气，进气确保成型室内空气流动，实现温度均匀并过滤空气。

本发明所揭示的一种3D打印环境温度控制的装置，其工作过程为：将该装置罩在打印机外部，根据打印的材料，用户通过控制器的人机交互界面设定打印环境温度，如70℃，温度传感器实时检测成型室内温度值，控制器控制加热器打开对成型室内进行加热，同时对打印机的打印平板进行加热，当温度传感器检测到成型室内的温度达到70℃时，打印机开始工作，因为打印时温度会升高，所以控制器打开进气机构和排气过滤机构，吸入的冷空气从下方进入成型室与热气流混合，同时上方的热气流通过排气过滤机构排出，保持了成型室内的空气流动，实现了温度均匀，不过当成型室内的温度变化过多时，通过调节进气机构的进风口大小，以及无级变速直流电机的转速，以调节进气和出气速度，从而调节温度变化情况，同时具有过热保护功能，当过热时（超过100℃），自动切断电源并发出声音报警。

本发明所揭示的一种3D打印环境温度控制的装置，采用双层有机玻璃结构，可以保证成型室内环境温度相对稳定，还可以阻止有害气体的释放，同时两层结构之间的空腔形成了隔热屏障，有效防止内层的温暖空气向外界直接散热，保证了成型室内温度恒定；在成型室底部设置一圈橡胶垫，确保成型室与工作台的密封性，采用石墨烯作为加热元件，利用红外线辐射和对流形式对外传递热量，提高成型室内的温度，并且对熔融线材和打印平板实现非接触式加热，为了实现成型室内的温度调节，在相对面设置进气机构和排气机构，且利用热空气上升原理，将进气机构设置在下方，从下面吸入冷空气，将排气机构设置在上方，从上方排出热气流，冷空气从下方进入，热气流从上方排出，形成成型室内空气流动，保证温度变化的稳定性，通过进气口开口大小以及排气口风扇转速，实现成型室内温度变化量的调节，此外在排气口设置过滤器，使得有害气体经过过滤排出，保障用户安全，同时将过滤器设置在外面，可以随时更换，过滤器采用活性炭等材料。

本发明的技术内容及技术特征已揭示如上，然而熟悉本领域的技术人员仍可能基于本发明的揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰，因此，本发明保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为本专利申请权利要求所涵盖。

Claims (6)

1. 一种3D打印环境温度控制的装置，为一种箱式结构，直接罩在桌面开放式3D打印机外部，其特征在于：包括没有底板的透明成型室，安装在所述透明成型室侧壁上的加热器，排气过滤机构，进气机构，温度传感器及控制器，其中：

所述透明成型室为内层和外层两层结构，且两层结构之间为空腔，所述透明成型室具有顶面，第一面，第二面，第三面及第四面，所述第一面和第三面为相对面，第二面和第四面为相对面；

所述加热器安装在第一面的内壁上，用以给成型室内加热；

所述第四面上方开设有排气孔，所述排气过滤机构安装在所述排气孔内，其结构包括风扇，无级变速直流电机及过滤器，所述风扇安装在无级变速直流电机上，且针对这第四面的内壁，所述过滤器位于第四面的外壁上；

所述第二面下方设有进气孔，所述进气机构安装在所述进气孔内，其结构包括固定叶片，活动叶片及电机，且固定叶片与进气孔固定，所述活动叶片安装在电机上；

所述温度传感器安装在第二面的内壁上，所述控制器嵌在所述第二面内，且所述温度传感器，加热器，电机，无级变速直流电机均连接控制器。

2. 根据权利要求1所述的一种3D打印环境温度控制的装置，其特征在于：所述内层包括内顶面，第一内侧面，第二内侧面，第三内侧面及第四内侧面，所述外层具有外顶面，第一外侧面，第二外侧面，第三外侧面及第四外侧面，其中所述内顶面，第二内侧面，第三内侧面，第四内侧面，外顶面，第一外侧面，第二外侧面，第三外侧面及第四外侧面为透明有机玻璃，所述第一内侧面为耐高温玻璃，便于安装加热器。

3. 据权利要求1所述的一种3D打印环境温度控制的装置，其特征在于：所述固定叶片具有复数扇形叶片，且所述扇形固定叶片之间形成扇形空隙，所述活动叶片位于固定叶片后方，其结构与固定叶片相似，具有与固定叶片相同数量的扇形活动叶片。

4. 根据权利要求3所述的一种3D打印环境温度控制的装置，其特征在于：扇形活动叶片扇形大小比扇形空隙的扇形大小大，且比扇形固定叶片的扇形大小小。

5. 根据权利要求1所述的一种3D打印环境温度控制的装置，其特征在于：所述透明成型室底部设有一圈橡胶垫，有效提高透明保温室与桌面的密封性。

6.根据权利要求1所述的一种3D打印环境温度控制的装置，其特征在于：所述加热器为石墨烯暖芯加热器，其为三层平板结构，具体包括表层、石墨烯暖芯及镀膜反射层，石墨烯暖芯作为加热元件，夹在表层和镀膜反射层之间，所述表层为耐高温玻璃，所述镀膜反射层也是耐高温玻璃，且在耐高温玻璃的一面进行镀膜处理形成反射面，所述石墨烯暖芯加热器通过镀膜反射层与第一内侧面固定。