CN106827502A - 一种基于涡流效应的3d打印机的打印头加热装置及其加热方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种基于涡流效应的3D打印机的打印头加热装置及其方法，包括喷头(1)、线圈(2)、加热块(3)、喉管(4)、电源(5)、温控系统(6)、测温传感器(7)；所述线圈(2)内通入交流电，在涡流效应下加热块(3)产生涡流发热，丝材在喷头(1)的腔体内被加热熔化；测温传感器(7)测量加热块(3)的实时温度并反馈给温控系统(6)；温控系统(6)根据设定温度和所述测温传感器(7)测得的温度调节线圈(2)中的电流，实现对加热温度的控制。采用本发明的加热装置及其方法，能够使得加热温度易于控制、加热效率高、熔丝稳定，进而显著提高打印精度。
Description
技术领域
本发明属于3D打印机技术领域，具体涉及一种基于涡流效应的熔融沉积成型3D打印机的打印头加热装置。
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，利用激光束、热熔喷嘴等方式将金属粉末、陶瓷粉末、塑料、细胞组织等特殊材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成型，制造出实体产品。如今3D打印技术已经在模具制造、工业设计、航空航天、文化艺术、雕刻等领域得到了广泛地应用。
根据其成型方法的不同，3D打印技术可以分为立体光刻(SLA)、叠层实体制造(LOM)、选择性激光烧结(SLS)、熔融沉积成型(FDM)等。熔融沉积成型(FDM)技术与其他技术最本质的区别于其没有使用激光系统，因此成本最低，也是目前最为广泛应用的一种3D打印技术。
熔融沉积成型(FDM)技术将热塑性材料丝(ABS、PLA等)通过送料机构送进打印头，在打印头的加热装置中加热至半熔化挤出，半熔化材料在计算机控制下预定的位置与周围材料粘接并迅速固化。
目前的加热方案主要是采用喷头外部的加热块及加热电阻，通过热传导方式传递能量。加热电阻通电产生电阻热，并在热传导作用下通过加热块传递给喷头，将喷头内的材料熔化。这种加热装置具有结构简单，成本较低的优点。但同时存在着由线加热带来的加热不均的问题，导致打印材料熔化不均或熔化不完全，对打印精度造成不利影响，并且容易使喷头发生堵塞。同时，电阻加热的方式还存在着损失大，加热效率不高的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种基于涡流效应的熔融沉积成型3D打印机的打印头加热装置及其加热方法，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；减小热阻滞、热惯性，提高控温性能；均匀加热、熔丝稳定，提高打印精度。
本发明实施例提供的基于涡流效应的3D打印机的打印头加热装置，包括喷头(1)、线圈(2)、加热块(3)、喉管(4)、电源(5)、温控系统(6)、测温传感器(7)，其特征在于：所述加热块(3)安装在所述喷头(1)上，所述线圈(2)缠绕在所述加热块(3)外部，测温传感器(7)测量的所述加热块(3)的实时温度并反馈给温控系统(6)，所述温控系统(6)控制所述线圈(2)中的电流，实现对加热温度的控制。
较佳地，所述测温传感器(7)置于所述加热块(3)的测温孔内并用导线与温控系统(6)连接。
较佳地，所述温控系统(6)根据设定温度和所述测温传感器(7)测得温度调节线圈(2)中的电流，控制加热功率。
较佳地，所述电源(5)、温控系统(6)及线圈(2)串联连接。
较佳地，所述电源(5)为交流电。
较佳地，所述线圈(2)内通入交流电，在涡流效应下所述加热块(3)产生涡流发热，丝材在所述喷头(1)的腔体内被加热熔化。
较佳地，所述加热块(3)采用磁导率高的铁磁性材料。
较佳地，喉管(4)用于连接打印头和运动机构，同时起导丝作用。
本发明中记载的加热装置，工作流程如下：1)、线圈(2)内通入交流电，产生交变磁场；2)、在涡流效应下加热块(3)产生涡流发热，丝材在喷头(1)的腔体内被加热熔化；3)、测温传感器(7)测量加热块(3)的实时温度并反馈给温控系统(6)；4)、温控系统(6)根据设定温度和所述测温传感器(7)测得的温度调节线圈(2)中的电流，实现对加热温度的控制。
与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：
第一、均匀加热，熔丝稳定，提高打印精度；
第二、加热效率高，热损失小；
第三、加热温度易于控制；
第四、不会出现加热过程中喷头的堵塞。
附图说明
图1为本发明加热装置剖面图；
附图标记：附图1中的标记说明，1-喷头，2-线圈，3-加热块，4-喉管，5-电源，6-温控系统，7-测温传感器。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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做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。
本发明中涉及的一些术语，例如“磁导率高”、“磁导率低”等均为本领域技术人员熟知的、具有通常含义的技术术语，在本领域技术人员熟知本发明技术方案的基础上，该些术语的使用并不会导致本发明涉及的技术方案不清楚。
实施例：
参见附图1，本发明的3D打印机的打印头加热装置，包括喷头(1)、线圈(2)、加热块(3)、喉管(4)、电源(5)、温控系统(6)、测温传感器(7)。
所述线圈(2)缠绕在加热块(3)外部，测温传感器(7)置于加热块(3)的测温孔内并用导线与温控系统(6)连接，喷头(1)上端连接安装在加热块(3)内部(例如，可以通过螺纹等本领域常用的连接方式)，喉管(4)安装在所述加热块(3)上部，用于连接打印头和运动机构；丝材通过喉管(4)进入喷头(1)。
所述电源(5)、温控系统(6)及线圈(2)串联连接，电源(5)优选为交流电。所述线圈(2)内通入交流电后，产生交变磁场，在涡流效应下加热块(3)产生涡流发热，丝材在喷头(1)的腔体内被加热熔化。所述测温传感器(7)测量加热块(3)的实时温度并反馈给温控系统(6)，该温控系统(6)根据设定温度和测温传感器(7)测得的温度调节线圈(2)中的电流，控制加热功率，实现加热温度闭环控制。
为提高加热效率，所述加热块(3)优选采用磁导率高的铁磁性材料，如硅钢等。所述喉管(4)用于连接打印头和运动机构，同时起导丝作用，因此应尽量避免丝材在此处熔化，防止出现加热过程中喷头的堵塞；同时，为了均匀加热，熔丝稳定，尽量减少热量在此处的损耗，因此，本发明中喉管(4)适宜采用磁导率低的材料，例如可选用顺磁性的304不锈钢。所述喷头(1)优选采用黄铜材质，一方面热导率大，能将加热块(3)的热量快速传导给喷嘴内打印材料并将其熔化，另一方面黄铜不易粘丝，也能够有效避免喷头堵塞。
优选地，本发明中的加热块(3)的外径为25mm，内径为10mm，长20mm，线圈匝数为20匝，通入220V工频交流电。
上述加热装置的工作过程如下：1)、线圈(2)内通入交流电，产生交变磁场；2)、在涡流效应下加热块(3)产生涡流发热，丝材在喷头(1)的腔体内被加热熔化；3)、测温传感器(7)测量加热块(3)的实时温度并反馈给温控系统(6)；4)、温控系统(6)根据设定温度和所述测温传感器(7)测得的温度调节线圈(2)中的电流，实现对加热温度的控制。
尽管己描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。在本发明的实施例中，可用现有技术替换的技术特征仍属于本发明的保护范围。
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 (10)
1.一种基于涡流效应的3D打印机的打印头加热装置，包括喷头(1)、线圈(2)、加热块(3)、喉管(4)、电源(5)、温控系统(6)、测温传感器(7)，其特征在于：所述加热块(3)安装在所述喷头(1)上，所述线圈(2)缠绕在所述加热块(3)外部，测温传感器(7)测量所述加热块(3)的实时温度并反馈给温控系统(6)，所述温控系统(6)控制所述线圈(2)中的电流，实现对加热温度的控制。
2.根据权利要求2所述的打印头加热装置，其特征在于，所述测温传感器(7)置于所述加热块(3)的测温孔内并用导线与温控系统(6)连接。
3.根据权利要求1或2之一所述的打印头加热装置，其特征在于，所述温控系统(6)根据设定温度和所述测温传感器(7)测得的温度调节线圈(2)中的电流，控制加热功率。
4.根据权利要求1或2之一所述的打印头加热装置，其特征在于，所述电源(5)、温控系统(6)及线圈(2)串联连接。
5.根据权利要求1所述的打印头加热装置，其特征在于，所述电源(5)为交流电。
6.根据权利要求1或2之一所述的打印头加热装置，其特征在于，所述线圈(2)内通入交流电，在涡流效应下所述加热块(3)产生涡流发热，丝材在所述喷头(1)的腔体内被加热熔化。
7.根据权利要求1所述的打印头加热装置，其特征在于，所述加热块(3)采用磁导率高的铁磁性材料。
8.根据权利要求1所述的打印头加热装置，其特征在于，喉管(4)用于连接打印头和运动机构，同时起导丝作用。
9.一种基于涡流效应的3D打印机的打印头加热方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)、线圈(2)内通入交流电，产生交变磁场；
2)、在涡流效应下加热块(3)产生涡流发热，丝材在喷头(1)的腔体内被加热熔化；
3)、测温传感器(7)测量加热块(3)的实时温度并反馈给温控系统(6)；
4)、温控系统(6)根据设定温度和所述测温传感器(7)测得的温度调节线圈(2)中的电流，实现对加热温度的控制。
10.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述加热块(3)采用磁导率高的铁磁性材料。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20170613 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |