CN106853679A - 基于fdm的3d打印设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制冷效果好、喷头材料挤出均匀且结构简单的基于FDM的3D打印设备，包括机架和工作台，机架上设置有移动机构，移动机构与打印喷头相连，移动机构驱动打印喷头在X向、Y向、Z向运动，打印喷头下端的喷嘴的运动路径上设置有检测单元，检测单元检测工作台的涂覆信号后传递给控制单元，控制单元控制打印喷头的运动，打印喷头的喷嘴附近设置有半导体制冷单元。半导体制冷单元随着喷嘴一起运动，对喷嘴的冷却均匀而迅速，同时半导体制冷单元没有旋转件，不会产生回转运动，因此不会对喷嘴的移动造成干涉。本发明结构简单，冷却效果好。

Description

基于FDM的3D打印设备

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，具体涉及一种FDM型3D打印设备。

背景技术

FDM的3D打印机是使用丝状材料(石蜡、金属、塑料、低熔点合金丝)为原料，利用电加热方式将丝材加热至熔化，在计算机的控制下，喷头作x-y平面运动，将熔融的材料涂覆在工作台上，冷却后形成工件的一层截面，一层成形后，喷头作Z向运动，进行下一层涂覆，这样逐层堆积形成三维工件。打印出的工件具有耐高热、腐耐蚀性化学物质、抗菌和抗强烈机械应力等特性，被用于制造概念模型、功能模型，甚至制造零部件和生产工具。

FDM的3D打印机在打印喷头根据打印需要挤出打印材料后，需要对打印材料进行快速冷却，使其尽快固定形状，满足打印需求。现有技术中，一般采用的方案为：在挤出喷头附近设置制冷风扇，然而制冷风扇在转动的过程中容易造成挤出喷头震动，导致打印模型表面产生波纹，从而影响打印精度；同时制冷风扇送风范围过大也会造成挤出喷头降温导致材料挤出不均匀的问题发生，对打印效果产生不利影响。

发明内容

本发明公开了一种制冷效果好、喷头材料挤出均匀且结构简单的基于FDM的3D打印设备。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种基于FDM的3D打印设备，包括机架和工作台，机架上设置有移动机构，移动机构与打印喷头相连，移动机构驱动打印喷头运动，喷嘴附近设置有半导体制冷单元，半导体制冷单元对喷嘴喷出的材料进行冷却。

所述的半导体制冷单元包括套设于喷嘴外周的套筒，套筒外壁上连接有管道，管道的一端与套筒相连并与套筒内腔形成气流通路、另一端与气泵相连，管道中设置有半导体制冷片。

套筒整体呈筒口向下的圆筒状，筒底开设有供喷嘴穿过的孔，套筒与喷嘴同轴设置，筒口的边沿高于喷嘴的下边沿。

喷嘴的外壁和/或套筒的内壁上设置有螺旋叶片，螺旋叶片的旋转方向为引导气流向下的方向设置。

打印喷头包括设置在上部的进料口，进料口通过出料通道与喷嘴连通，熔融的材料进入进料口经出料通道后由喷嘴喷出。

打印喷头的外周覆设有保温层。

套筒筒底的外壁上固接有螺母，管道的后段设置有螺纹段杆身，螺纹段杆身与螺母构成螺纹配合。

管道在套筒的筒底上均匀布置有多个。

与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：半导体制冷单元随着喷嘴一起运动，对喷嘴的冷却均匀而迅速，同时半导体制冷单元没有旋转件，不会产生回转运动，因此不会对喷嘴的移动造成干涉。本发明结构简单，冷却效果好。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为打印喷头与半导体制冷单元配合示意图；

图3为套筒的立体示意图；

图4为半导体制冷片的结构示意图。

具体实施方式

下面结合图1、图2，对本发明做进一步详细叙述：

一种基于FDM的3D打印设备，包括机架10和工作台20，机架10上设置有移动机构30，移动机构30与打印喷头40相连，移动机构30驱动打印喷头40运动，喷嘴41附近设置有半导体制冷单元50，半导体制冷单元50对喷嘴41喷出的材料进行冷却。半导体制冷单元50随着喷嘴41一起运动，对喷嘴51的冷却均匀，半导体制冷单元50没有旋转件，不会产生回转运动，因此不会对喷嘴51的移动造成干涉。将半导体制冷单元50设置在喷嘴41的附近，而喷嘴51又是位于打印喷头40的下端，这样半导体制冷单元50在对喷嘴51及喷出的材料进行冷却的同时，又不会过早的对熔融材料冷却，使熔融材料能够顺利地、流畅地从喷头喷出，有效防止的打印喷头40的堵塞。本发明材料喷出均匀，喷出材料冷却速度快、效果好、精度高。

所述的半导体制冷单元50包括套设于喷嘴41外周的套筒51，套筒51外壁上连接有管道52，管道52的一端与套筒51相连并与套筒51内腔形成气流通路、另一端与气泵相连，管道52中设置有半导体制冷片53。气泵输送过来的气体经半导体制冷片53制冷后对喷嘴41进行冷却，冷却速度均匀且迅速。半导体制冷片53还具有以下优点：1、半导体制冷片53属于电流换能型片件，通过输入电流的控制，可实现高精度的温度控制，控制系统根据实际情况对输入电流进行控制，使套筒51内腔中的温度始终处于最适宜的温度；2、不使用制冷剂，无泄漏，不会对环境产生污染，利于环保；3、半导体制冷片53的热惯性非常小、制冷时间很快。

进一步的，套筒51整体呈筒口向下的圆筒状，筒底开设有供喷嘴41穿过的孔511，套筒51与喷嘴41同轴设置，筒口的边沿高于喷嘴41的下边沿。筒口的边沿处于避让喷嘴41运动的位置，套筒51的下端为敞口状，有利于气流的流出，对工作台20上的加工工件的熔融的表层进行快速冷却，减少凝固时间，且冷却范围集中，使得加工工件的成形更稳定、更精确。

为了使套筒51内腔中的冷空气能够尽可能的向下流动，喷嘴41的外壁和/或套筒51的内壁上设置有螺旋叶片60，螺旋叶片60的旋转方向为引导气流向下的方向设置。螺旋叶片60可以设置在喷嘴41的外壁上，或者设置在套筒51的内壁上，又或者两者上面全部都设置也可以，冷气流经过螺旋叶片60的引导，向下流动从筒口喷出，对工作台20上的加工工件进行冷却，提高冷却效率。这是因为传统的圆形筒内部冷却方法中，气流是沿着圆柱形通道壁做沿轴向的直线运动，而本发明通过增加螺旋叶片结构，使得气流沿着螺旋线运动，增加了气流的扰动和涡流，导致热交换的增加，提高了打印喷头40出口处熔融材料的降温效果。

进一步的，打印喷头40包括设置在上部的进料口42，进料口42通过出料通道与喷嘴41连通，熔融的材料进入进料口42经出料通道后由喷嘴41喷出。利用电加热方式将丝材加热至熔融状态，熔融的材料从进料口42进入并由喷嘴41喷出。

优选的，为了保证套筒51中的冷气流不会对打印喷头40内的熔融的材料产生影响，打印喷头40的外周覆设有保温层，这样就有效防止的打印喷头40内部因受到冷气流影响而造成堵塞，制冷气流仅对打印喷头40出口处熔融材料进行制冷。

为了方便装置的检修和更换，套筒51筒底的外壁上固接有螺母511，管道52的后段设置有螺纹段杆身，螺纹段杆身与螺母511构成螺纹配合。管道52与套筒51的链接方式不限于螺纹配合，只要是能够方便其安装与拆卸的其他方式均可。

为了使冷空气更加均匀，管道52在套筒51的筒底上均匀布置有多个。

Claims (8)

1.一种基于FDM的3D打印设备，包括机架(10)和工作台(20)，机架(10)上设置有移动机构(30)，移动机构(30)与打印喷头(40)相连，移动机构(30)驱动打印喷头(40)运动，其特征在于：喷嘴(41)附近设置有半导体制冷单元(50)，半导体制冷单元(50)对喷嘴(41)喷出的材料进行冷却。

2.根据权利要求1所述的基于FDM的3D打印设备，其特征在于：所述的半导体制冷单元(50)包括套设于喷嘴(41)外周的套筒(51)，套筒(51)外壁上连接有管道(52)，管道(52)的一端与套筒(51)相连并与套筒(51)内腔形成气流通路、另一端与气泵(54)相连，管道(52)中设置有半导体制冷片(53)。

3.根据权利要求2所述的基于FDM的3D打印设备，其特征在于：套筒(51)整体呈筒口向下的圆筒状，筒底开设有供喷嘴(41)穿过的孔(511)，套筒(51)与喷嘴(41)同轴设置，筒口的边沿高于喷嘴(41)的下边沿。

4.根据权利要求3所述的基于FDM的3D打印设备，其特征在于：喷嘴(41)的外壁和/或套筒(51)的内壁上设置有螺旋叶片(60)，螺旋叶片(60)的旋转方向为引导气流向下的方向设置。

5.根据权利要求4所述的基于FDM的3D打印设备，其特征在于：打印喷头(40)包括设置在上部的进料口(42)，进料口(42)通过出料通道与喷嘴(41)连通，熔融的材料进入进料口(42)经出料通道后由喷嘴(41)喷出。

6.根据权利要求5所述的基于FDM的3D打印设备，其特征在于：打印喷头(40)的外周覆设有保温层。

7.根据权利要求5所述的基于FDM的3D打印设备，其特征在于：套筒(51)筒底的外壁上固接有螺母(511)，管道(52)的后段设置有螺纹段杆身，螺纹段杆身与螺母(511)构成螺纹配合。

8.根据权利要求7所述的基于FDM的3D打印设备，其特征在于：管道(52)在套筒(51)的筒底上均匀布置有多个。