CN106028493A - 3d打印机挤出装置及其加热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种3D打印机挤出装置及其加热装置。挤出装置包括加热装置、固定装置、散热装置；本发明实施例提供的加热装置包括金属容器、电磁线圈、隔热单元，加热装置主要是利用电磁感应加热打印材料，电磁线圈通电后产生高频变化的磁场，金属容器在高频磁场下产生涡流，涡流释放焦耳热对打印材料进行加热。与传统技术相比，本发明实施例采用内加热方式，热启动快，热转换效率高，升温速度快。

Description

3D打印机挤出装置及其加热装置
技术领域
本发明涉及3D打印机技术领域，尤其涉及一种3D打印机挤出装置及其加热装置。
背景技术
3D打印机是一种累积制造技术，即快速成形技术的机器，它以数字模型文件为基础，运用特殊蜡材、粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过打印一层层的粘合材料来制造三维的物体。3D打印技术可用于珠宝，鞋类，工业设计，建筑，工程和施工(AEC)，汽车，航空航天，牙科和医疗产业，教育，地理信息系统，土木工程，和许多其他领域。这种技术的特点在于其几乎可以造出任何形状的物品。
对于现有3D打印机，其中有一种的挤出装置采用FDM技术，FDM技术的打印材料一般是热塑性材料，如蜡、ABS、PC、尼龙等，以丝状供料。打印材料在喷头内被加热熔化。喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动，同时将熔化的打印材料挤出，打印材料迅速固化，并与周围的打印材料粘结。
现阶段的加热装置是在加热块上开设一贯穿孔，将独立的加热组件插入贯穿孔并固定，对加热装置通直流电，利用加热装置放出的焦耳热融化打印材料。加热组件可以及时更换，有效地解决加热模块寿命短的问题。
但是，加热组件一般都是电阻丝，将其通直流电产生焦耳热，通过热传导的方式将热量传递给加热块，具有加热速度慢，冷却速度慢，温度不易控制，功耗大的缺点。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种3D打印机挤出装置及其加热装置，其能够改善3D打印机的加热挤出装置的热效率；减少能量向上传递，防止堵头、省略风扇的冷却功能；减小加热体积，快速降温；减小热阻滞、热惯性，提高控温性能；增加使用寿命。
优选地，本发明提供一种3D打印机挤出装置的加热装置，其特征在于，包括：金属容器和电磁线圈；
所述电磁线圈通电后产生高频电磁场；
所述金属容器置于所述电磁线圈产生的高频电磁场内；
所述金属容器材料为可磁化金属，所述金属容器用于在高频电磁场下产生涡流，涡流释放焦耳热对金属容器中的打印材料进行加热。
优选地，在本发明一具体实施例中，所述电磁线圈绕制在所述金属容器上；或者，所述电磁线圈置于所述金属容器上方。
优选地，在本发明一具体实施例中，所述金属容器分为两部分；
两部分采用不同的金属制成，一部分用于在高频电磁场下产生涡流，释放焦耳热；另一部分用于传导产生涡流释放的焦耳热，扩大加热范围。
优选地，在本发明一具体实施例中，还包括一用于给电磁线圈通电的通电装置。
优选地，在本发明一具体实施例中，所述金属容器侧面设有第一小孔，第一小孔中放置有温度传感器，以检测所述打印材料的加热温度。
优选地，在本发明一具体实施例中，所述加热装置还包括一隔热单元，所述隔热单元用于隔离所述金属容器与所述电磁线圈，减少所述金属容器产生的热量向上扩散，防止所述打印材料在所述挤出装置的其他部位熔化造成的堵塞。
优选地，在本发明一具体实施例中，所述隔热单元包括一隔热片和一隔热盖，所述隔热片置于所述电磁线圈和所述金属容器的中间，所述隔热盖罩住所述电磁线圈，并与隔热片接合。
本发明实施例提供一种3D打印机挤出装置，其特征在于，包括：固定装置、散热装置、加热装置；
所述加热装置置于底层，所述散热装置置于顶层，用所述固定装置进行连接并固定。
优选地，在本发明一具体实施例中，所述固定装置为带有螺纹的螺钉；所述加热装置的金属容器、所述散热装置用于固定的部分均为带有螺纹的螺孔；所述加热装置包括的所述电磁线圈上与所述加热装置包括的所述隔热单元均有适合所述螺钉穿过的第二小孔。
优选地，在本发明一具体实施例中，所述固定装置的材料为隔热材料，在固定的同时增加隔热效果。
优选地，在本发明一具体实施例中，所述金属容器直接作为所述挤出装置的挤出头，用于直接挤出加热后的所述打印材料；或者，所述加热装置外接一挤出头，加热装置将所述打印材料加热后输出至外接的挤出头。
本发明实施例提供的一种3D打印机挤出装置及其加热装置，其采用内加热方式，热启动快，热转换效率高，升温速度快。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种3D打印机挤出装置的加热装置一实施例结构示意图；
图2为本发明一种3D打印机挤出装置的加热装置中金属容器一实施例结构示意图；
图3为本发明一种3D打印机挤出装置的加热装置的另一实施例结构示意图；
图4为本发明一种3D打印机挤出装置的一实施例结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供的一种3D打印机挤出装置及其加热装置，其采用内加热方式，热启动快，热转换效率高，升温速度快。
图1为本发明一种3D打印机挤出装置的加热装置一实施例结构示意图，如图所示，其包括：金属容器110和电磁线圈120；
所述电磁线圈120通电后产生高频电磁场；
所述金属容器110置于所述电磁线圈120产生的高频电磁场内；
所述金属容器110材料为可磁化金属，所述金属容器110用于在高频电磁场下产生涡流，涡流释放焦耳热对金属容器110中的打印材料进行加热。
进一步地，本实施例中，所述电磁线圈120绕制在所述金属容器110上；或者，所述电磁线圈120置于所述金属容器110上方。
电磁线圈120由金属绕制而成，在通电后，电磁线圈120会产生高频变化的磁场，高频感应加热频率范围：40KHZ至80KHZ。
金属容器110由长方体金属块111制成，材料为易在高频电磁场内产生涡流的金属；金属容器110用于放置打印材料，并对打印材料进行加热，金属容器110中心处有进料用的第二小孔(在本实施例中未标出)，金属容器110在高频电磁场下产生涡流，涡流释放焦耳热对金属容器110中的打印材料进行加热。
金属容器110侧面有第一小孔112，用于放置温度传感器，以便控制打印材料的加热温度。第一小孔112的大小形状与温度传感器的大小对应，将温度传感器插入小孔。
电磁线圈120外接通电装置，在电流接通之后，金属容器110开始对打印材料加热，通过温度传感器对加热温度进行监控，温度传感器的主要技术参数如下：
标称阻值：R25(25℃)：常用1.5K，2K，5K，10K，20K，30K，47K，50K，100K，200K，500K等
阻值精度：±1％，±2％,±3％
B值R25/50：常用3435K，3600K，3950K，3990K，4100K，4200K等
B值精度:±1％
使用温度范围：-40℃～+300℃
耗散功率系数:≥5mW/℃(静态空气中)
最大额定功率:45mW
热时间常数:≤7S(静态空气中)
电阻温度系数：-2～-5％/℃
温度传感器外接3D打印机的电子控制系统，控制系统与电磁线圈120的通电装置连接，通过温度传感器反应的温度大小，控制电磁线圈120的通电装置，调整电磁线圈120的通电电流，达到控制金属容器加热温度的目的。
本发明实施例提供的一种3D打印机挤出装置的加热装置，其采用内加热方式，热启动快，热转换效率高，升温速度快；提高控温性能。
图2为本发明一种3D打印机挤出装置的加热装置中金属容器一实施例结构示意图，如图所示，金属容器110分为两部分；两部分采用不同的金属制成，一部分用于在高频电磁场下产生涡流，释放焦耳热，另一部分用于传导产生的热量，扩大加热范围。
涡流是电磁感应作用在导体内部感生的电流,又称为傅科电流。导体在磁场中运动，或者导体静止但有着随时间变化的磁场，或者两种情况同时出现，都可以造成磁力线与导体的相对切割。按照电磁感应定律，在导体中就产生感应电动势，从而驱动电流。这样引起的电流在导体中的分布随着导体的表面形状和磁场的分布而不同，其路径往往有如水中的漩涡，因此称为涡流。
易产生涡流的金属在高频电磁场下，产生涡流，释放焦耳热，利用焦耳热对打印材料进行加热。
优选地，金属容器110设为上下两层，下层金属111可以为导热系数高的铝；上层金属113为在铝的上表面镀的磁导率高的镍。
金属容器110侧面有第一小孔112，用于放置温度传感器，以便控制打印材料的加热温度。第一小孔112的大小形状与温度传感器的大小对应，将温度传感器插入小孔。
本发明实施例提供的一种3D打印机挤出装置的加热装置，其采用内加热方式，热启动快，热转换效率高，升温速度快。与上一实施例相比，本实施例有更好的加热效果。
图3为本发明一种3D打印机挤出装置的加热装置的另一实施例结构示意图，如图所示，加热装置还包括一隔热单元130，所述隔热单元130置于所述金属容器110与所述电磁线圈120中间，用于减少加热单元产生的热量向上传播。
所述的隔热单元130包括一隔热片131和一隔热盖132，所述隔热片131置于所述电磁线圈120和所述金属容器110的中间，所述隔热盖132罩住所述电磁线圈120，并与隔热片131接合。
所述隔热单元130设有连接给电磁线圈120通电的通电装置的部分。
具体的，隔热单元130的材料为陶瓷，隔热片131和隔热盖132为陶瓷片和陶瓷盖，陶瓷片为圆形，陶瓷盖为空心圆柱体，隔热单元130的隔热盖132侧面有用于连接给电磁线圈120通电的通电装置的第四小孔133，第四小孔133有两个，用于外接高频电流源。
本发明实施例提供的一种3D打印机挤出装置的加热装置，其采用内加热方式，热启动快，热转换效率高，升温速度快；减少能量向上传递，防止金属容器产生的热量向上扩散导致堵头。
图4为本发明一种3D打印机挤出装置的一实施例结构示意图，如图所示，其包括：加热装置100、固定装置200、散热装置300。
所述加热装置100置于底层，所述散热装置300置于顶层，用所述固定装置200进行连接并固定。
所述加热装置100包括金属容器110、电磁线圈120、隔热单元130。
所述电磁线圈120通电后产生高频电磁场；
所述金属容器110上端包含用于固定的部分，为带有内螺纹的螺孔114；所述金属容器110分为两部分；两部分采用不同的金属制成，一部分用于在高频电磁场下产生涡流，释放焦耳热，另一部分用于传导产生的热量，扩大加热范围。
在本实施例中，金属容器110设为上下两层，下层金属可以为导热系数高的铝；上层金属113为在铝的上表面镀的磁导率高的镍。
在本实施例中，所述加热装置100的金属容器110在加热所述打印材料后直接挤出，所述金属容器还包括一挤出装置的挤出头115。
在本发明另一实施例中，加热装置还可以外接一挤出头，加热装置将所述打印材料加热后输出至外接的挤出头。
所述隔热单元130的材料为陶瓷，隔热单元130有用于固定的部分为适合螺钉穿过的第三小孔；隔热片131和隔热盖132为陶瓷片和陶瓷盖，陶瓷片为圆形，陶瓷盖为空心圆柱体，隔热单元130的陶瓷盖有适合螺钉穿过的第三小孔135，隔热单元的陶瓷片有适合螺钉穿过的第三小孔134，隔热单元130的隔热盖132侧面有用于连接给电磁线圈120通电的通电装置的第四小孔(在本实施例中未标出)，详见图3。
所述加热装置100的金属容器110设有与所述固定装置200接合的用于放置打印材料的第二小孔(在本实施例中未标出)。
所述固定装置200的材料为带有螺纹的陶瓷螺钉200，在固定的同时增加隔热效果；所述固定装置设有与加热装置、散热装置接合的用于放置打印材料的第二小孔(在本实施例中未标出)。
所述散热装置300上端包含用于固定于3D打印机的部分，为有内螺纹的螺孔303所述散热装置下端包含用于固定的部分，为有内螺纹的螺孔301；所述散热装置设有与所述固定装置接合的用于放置打印材料的第二小孔(在此实施例中未标出)；所述散热装置设有增加散热效果的散热片302。
在本发明实施例或其他实施例中用于固定于3D打印机的部分不一定为螺孔，挤出装置也可以通过销子与3D打印机固定，固定方式可根据不同的3D打印机进行调整。
上述装置的工作过程为：将设计的3D模型导入，设置打印机参数，放入打印材料；装置启动后，打印材料进入第二小孔并通过第二小孔进入金属容器；电磁线圈开始通电后，金属容器产生涡流释放焦耳热对打印材料进行加热；打印材料达到熔点成为液体，挤出头将液体打印材料挤出；打印材料迅速固化并与周围材料粘结。
上述装置在加热过程中采用电磁感应加热，加热方式为内加热，与现有技术相比，热启动快，热转换效率高，升温速度快，减少热传导过程的热损耗，提高能量的利用率；温度控制精准，可以快速降温；使用寿命长。
上述装置的固定装置采用陶瓷材料，增强了隔热效果，阻止了热量向上传递，散热装置增加散热片，与现有技术相比，减少了散热装置的风扇，有效防止打印材料在加热装置上方融化导致的堵头现象。
在本发明任一实施例中，可用现有技术替换的技术特征仍属于本发明的保护范围，如：用于给电磁线圈通电的小孔133可以有两个、可以通过其他连接方式进行固定、隔热单元可为其他隔热效果好的材料等。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (11)

1.一种3D打印机挤出装置的加热装置，其特征在于，包括：金属容器和电磁线圈；
所述电磁线圈通电后产生高频电磁场；
所述金属容器置于所述电磁线圈产生的高频电磁场内；
所述金属容器材料为可磁化金属，所述金属容器用于在高频电磁场下产生涡流，涡流释放焦耳热对金属容器中的打印材料进行加热。
2.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述电磁线圈绕制在所述金属容器上；或者，所述电磁线圈置于所述金属容器上方。
3.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述金属容器分为两部分；
两部分采用不同的金属制成，一部分用于在高频电磁场下产生涡流，释放焦耳热；另一部分用于传导产生涡流释放的焦耳热，扩大加热范围。
4.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，还包括一用于给电磁线圈通电的通电装置。
5.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述金属容器侧面设有第一小孔，第一小孔中放置有温度传感器，以检测所述打印材料的加热温度。
6.根据权利要求1-5任一项所述的加热装置，其特征在于，所述加热装置还包括一隔热单元，所述隔热单元用于隔离所述金属容器与所述电磁线圈，减少所述金属容器产生的热量向上扩散，防止所述打印材料在所述挤出装置的其他部位熔化造成的堵塞。
7.根据权利要求6所述的加热装置，其特征在于，所述隔热单元包括一隔热片和一隔热盖，所述隔热片置于所述电磁线圈和所述金属容器的中间，所述隔热盖罩住所述电磁线圈，并与隔热片接合。
8.一种3D打印机挤出装置，其特征在于，包括：固定装置、散热装置、权利要求1-7任一项所述加热装置；
所述加热装置置于底层，所述散热装置置于顶层，用所述固定装置进行连接并固定。
9.根据权利要求8所述的挤出装置，其特征在于，所述固定装置为带有螺纹的螺钉；所述加热装置的金属容器、所述散热装置用于固定的部分均为带有螺纹的螺孔；所述加热装置包括的所述电磁线圈上与所述加热装置包括的所述隔热单元均有适合所述螺钉穿过的第二小孔。
10.根据权利要求8所述的挤出装置，其特征在于，所述固定装置的材料为隔热材料，在固定的同时增加隔热效果。
11.根据权利要求8所述的挤出装置，其特征在于，所述金属容器直接作为所述挤出装置的挤出头，用于直接挤出加热后的所述打印材料；或者，所述加热装置外接一挤出头，加热装置将所述打印材料加热后输出至外接的挤出头。
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