CN106881865A - 熔丝沉积成型3d打印喷头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种熔丝沉积成型3D打印喷头，包括：隔热机构包括上管、中管和下管；散热机构包括散热管、旋转片、凹槽，上管与散热管螺接，散热管一端向内形成缩口；导料管的一端与缩口贴合，另一端抵接于中管的上表面；加热块上表面形成容置槽，加热块下表面形成通孔，下管与加热块螺接；喷头包括螺合部和滑动部，螺合部与加热块螺接；调节机构包括T形杆、条形杆，条形杆上表面设有收纳槽、容纳槽，容纳槽底面设置多个挤出孔，收纳槽的上端设有缩合部，缩合部上设有与螺合部的下螺纹孔相配合的上螺纹孔。本发明的有益效果通过散热机构的使用，能够有效的扩散传递至散热管的热量，调节机构和喷头的配套使用，调配喷头孔径的大小的有益效果。

Description

熔丝沉积成型3D打印喷头

技术领域

本发明涉及一种3D打印技术领域。更具体地说，本发明涉及一种熔丝沉积成型3D打印喷头。

背景技术

熔丝沉积成型是目前发展最为迅速、最有前途的3D打印快速成型技术。熔融沉积成型的工作原理是将热熔性材料，如ABS，先通过加热器熔化抽成丝状供后，FDM成型设备通过送丝机构将丝状打印材料送进热熔喷头，在喷头内被加热融化，喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动，将半流动状态的材料按照加工产品CAD分层数据控制的路径挤出并沉积在指定的位置凝固成形，并与周围的材料粘结，层层堆积成型。每一个层片都是在上一层上堆积而成，上一层对当前层起到定位和支撑的作用，所以FDM等工艺被称为3D打印成型技术。熔融挤出成型(FDM)工艺的材料一般是热塑性材料，通过送丝机构以丝状供料。

熔丝沉积成型机构包括三轴运动机构、送丝机构、打印喷头及控制机构。其中，送丝结构通过电机将丝状的打印材料送入打印喷头融化进行打印；打印喷头中的加热装置将送丝机构送入的丝状打印材料加热到熔融态，然后再送丝机构未融化材料的挤压力下挤出打印喷头沉积到上一层产品上冷却成型。目前，基于FDM技术的3D打印机在使用过程中经常遇到线材膨胀造成堵塞的问题，究其原因主要在于，塑料丝受热后在喷头热端处融化，同时由于热传导的作用，热量会随着线材向上传递，引起热端上方的线材膨胀，线材膨胀后与内衬产生巨大摩擦力，造成送丝困难的问题，而且常规的3D打印机的打印喷头的挤料喷嘴内径截面形状只有固定的圆形，单位时间内喷头喷丝的体积一定。由于喷嘴内径截面面积的不可调，不能有效控制3D打印机的打印速度，然而针对不同的打印目的和不同的打印区域，需要不同的打印速度。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种熔丝沉积成型3D打印喷头，其能够通过散热机构的使用，能够有效的扩散传递至散热管的热量，通过隔热机构中上管插入所述散热管的凹槽内，其由铝合金材料制成，铝合金材料具有一定硬度以使散热管与所述隔热机构固定连接的同时，其是热的良导体，不影响散热管热量的导出，中管包括不锈钢壳体和气凝胶，其均为热的不良导体而且通过将气凝胶固设于不锈钢壳体内在增加隔热的效果的同时有利于上管和下管与中管之间的固定，所述下管为紫铜材料，其导热系数非常高，在起到固定作用的同时不影响加热块热量的传递，有效的避免了聚热点的形成，调节机构和喷头的配套使用，能够间隔调配喷头孔径的大小，能够有效的实现打印机喷头挤出速度的调控。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种熔丝沉积成型3D打印喷头，包括从上至下依次可拆卸连接并同轴设置的散热机构、导料管、隔热机构、加热块和喷头，其特征在于；

所述隔热机构包括一体成型并连通的上管、中管和下管，所述上管和下管外周均具有外螺纹；

所述散热机构包括散热管、沿所述散热管外壁周向螺旋上升设置的旋转片，其中，所述散热管靠近所述隔热机构的一端具有凹槽，所述上管插入所述凹槽以与所述散热管螺接，所述散热管远离所述隔热机构的一端向内缩合形成缩口；

所述导料管的一端插入到所述散热管内并与所述缩口贴合，另一端抵接于所述中管的上表面；

所述加热块上表面向下凹陷形成容置槽，所述加热块下表面向上凹陷形成通孔，所述容置槽底面与所述通孔顶面相通，其中，所述下管插入所述容置槽以与所述加热块螺接；

所述喷头包括一体成型均呈管状并连通的螺合部和滑动部，所述滑动部的横截面的外周直径大于所述螺合部的横截面的外周直径，其中，所述螺合部插入所述通孔以与所述加热块螺接，所述滑动部顶面位于所述螺合部相对的两侧具有两个下螺纹孔，所述滑动部底面间距设置两个滑块，两个滑块的连线穿过所述滑动部底面的圆心，且两个滑块距离所述滑动部底面圆心的距离相等；

还包括调节机构，所述调节机构包括：

倒置T形杆，其包括竖直固接于所述加热块下表面两侧的两个竖杆、分别固接于两个竖杆下端面的两个横杆，其中，两个竖杆的连线穿过所述加热块底面圆心，且两个竖杆距离所述加热块底面圆心的距离相等；

条形杆，其水平设于所述横杆下侧面，所述条形杆上表面沿其长度方向设有用于收纳所述横杆的收纳槽，以使所述条形杆沿倒置T形杆水平滑动，所述条形杆上表面中心处沿其长度方向设有长条形容纳槽，以使所述条形杆滑动时容纳所述喷头的滑动部，所述容纳槽底面中心处间距设置多个挤出孔，所述收纳槽的上端向内缩合形成具有卡口的缩合部，位于每个所述挤出孔上方两侧的缩合部上均设有与螺合部的下螺纹孔相配合的上螺纹孔，以螺合固定所述喷头与条形杆时，使所述滑动部的中心孔对准其中一个挤出孔，其中，多个挤出孔组成一个长条形，且孔径依次递减，所述挤出孔的最大孔径等于所述喷头的孔径，所述挤出孔的最小孔径等于所述喷头的孔径的二分之一；

其中，所述上管的管壁由铝合金材料制成，所述下管的管壁由紫铜材料制成，所述中管的管壁包括不锈钢壳体、以及填充在所述壳体内的气凝胶；

所述缩口、导料管、中管、下管、以及喷头的孔径相同，并依次连通。

优选的是，从上至下旋转片的厚度依次递增。

优选的是，所述容置槽的高度为0.5-1cm，所述通孔的高度为3-4cm。

优选的是，所述导料管由聚四氟乙烯材料制成。

优选的是，所述条形杆上表面位于所述收纳槽中心沿所述条形杆长度方向设有条状凸起，所述条状凸起的横向截面为半圆形，所述横杆的下侧面向内凹陷以部分容纳所述凸起，并可沿所述凸起滑动。

优选的是，所述散热管管壁为中空结构，厚度为1.5-2.5mm，所述散热管的管壁内填充导热材料。

优选的是，所述导热材料为导热硅脂、导热膏中的一种。

本发明至少包括以下有益效果：

第一、本发明所述的熔丝沉积成型3D打印喷头中通过散热机构的使用，能够有效的扩散传递至散热管的热量，隔热机构包括一体成型并连通的上管、中管和下管，其中，上管插入所述散热管的凹槽内，其由铝合金材料制成，铝合金材料具有一定硬度以使散热管与所述隔热机构固定连接的同时，其是热的良导体，不影响散热管热量的导出，中管包括不锈钢壳体和气凝胶，其均为热的不良导体而且通过将气凝胶固设于不锈钢壳体内在增加隔热的效果的同时有利于上管和下管与中管之间的固定，所述下管为紫铜材料，其导热系数非常高，在起到固定作用的同时不影响加热块热量的传递，有效的避免了聚热点的形成，调节机构和喷头的配套使用，能够间隔调配喷头孔径的大小，能够有效的实现打印机喷头挤出速度的调控。

第二、本发明所述因为散热管受热不均匀，靠近所述加热块的一端的温度远大于远离所述加热块的一端，旋转片的厚度的设置能够运用最少量的旋转片达到最好的散热效果。

第三、本发明所述加热块中容置槽和通孔高度的设置在起到承上启下的固定作用的同时，能够有效的利用加热块作用于所述喷头内的耗材，提高加热块热量的使用效率。

第四、本发明所述导料管使用聚四氟乙烯材料制成，有效的降低了耗材与导料管的内壁之间的摩擦力，避免耗材在所述导料管内移动困难的问题。

第五、本发明横向截面为半圆形的凸起和所述T形杆位于条形杆顶面的一端向内凹陷以容纳所述凸起的设置能够更好的解决条形杆沿所述T形杆滑动的问题。

第六、本发明所述散热管的管壁内填充导热材料，进一步的提高将散热管内热量导出的效率。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明所述熔丝沉积成型3D打印喷头的组合结构图；

图2为本发明所述熔丝沉积成型3D打印喷头的结构拆分图；

图3为本发明所述喷头的结构示意图；

图4为本发明所述条形杆具有挤出孔一段的截面示意图；

图5为本发明所述条形杆不具有挤出孔一段的截面示意图；

图6为本发明所述条形杆的仰视图；

图7为本发明所述条形杆顶面的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1-7所示，本发明提供一种熔丝沉积成型3D打印喷头4，包括从上至下依次可拆卸连接并同轴设置的散热机构1、导料管5、隔热机构2、加热块3和喷头4，其特征在于；

所述隔热机构2包括一体成型并连通的上管20、中管21和下管22，所述上管20和下管22外周均具有外螺纹，所述上管20用于和散热机构1螺接，所述下管22用于和加热块3螺接；

所述散热机构1包括散热管10、沿所述散热管10外壁周向螺旋上升设置的旋转片11，其中，所述散热管10靠近所述隔热机构2的一端具有凹槽12，所述凹槽12为圆环形，所述凹槽12内壁具有与所述上管20的外螺纹相配合的内螺纹，所述上管20插入所述凹槽12以与所述散热管10螺接，所述上管20螺接入所述散热管10内后，所述中管21位于所述上管20内的上表面与所述散热管10的下端面接触，所述散热管10远离所述隔热机构2的一端水平向内缩合形成缩口13；

所述导料管5的一端插入到所述散热管10内并与所述缩口13贴合，另一端抵接于所述中管21的上表面，即所述导料管5的长度等于所述散热管10缩口13下表面到所述散热管10下端面的高度；

所述加热块3上表面向下凹陷形成容置槽30，所述容置槽30呈圆柱形，所述容置槽30内壁具有与所述下管22的外螺纹相配合的内螺纹，所述下管22插入所述容置槽30以与所述加热块3螺接，所述下管22螺接入所述加热块3内后，所述中管21位于所述下管22外的下表面与所述加热块3的上端面接触，所述加热块3下表面向上凹陷形成通孔31，所述容置槽30底面与所述通孔31顶面相通，相通的孔径的大小等于通孔31的孔径的大小；

所述喷头4包括一体成型均呈管状并连通的螺合部40和滑动部41，所述螺合部40和所述滑动部41的孔径相同，所述滑动部41的横截面的外周直径大于所述螺合部40的横截面的外周直径，其中，所述通孔31具有内螺纹，所述螺合部40具有与所述通孔31相配合的外螺纹，所述螺合部40插入所述通孔31以与所述加热块3螺接，所述螺合部40与所述通孔31螺接完全后，所述螺合部40的上端面抵接在所述下管22的下端面，所述滑动部41的上端面不与所述加热块3的下端面抵接，所述滑动部41顶面位于所述螺合部40相对的两侧具有两个下螺纹孔43，所述滑动部41底面位于所述螺合部40相对的两侧相对设置两个滑块42，两个滑块42的连线穿过所述滑动部41底面的圆心，且两个滑块42距离所述滑动部41底面圆心的距离相等；

还包括调节机构，所述调节机构包括：

倒置T形杆60，其包括竖直固接于所述加热块3下表面位于所述通孔31两侧的两个竖杆、分别水平固接于两个竖杆下端面的两个横杆，其中，两个竖杆的连线穿过所述加热块3底面圆心，且两个竖杆距离所述加热块3底面圆心的距离相等；

条形杆61，其水平设于所述横杆下侧面，所述条形杆61上表面沿其长度方向向上凸起69设有用于收纳所述横杆的长条状的收纳槽63，以使所述条形杆61沿倒置T形杆60水平滑动，所述条形杆61上表面中心处沿其长度方向向下凹陷设有长条形容纳槽64，以使所述条形杆61滑动时容纳所述喷头4的滑动部41，所述容纳槽64底面中心处间距设置多个挤出孔65，所述收纳槽63的上端水平向内缩合形成具有卡口66的缩合部67，位于每个所述挤出孔65上方两侧的缩合部67上均设有与螺合部40的下螺纹孔43相配合的上螺纹孔68，以螺合固定所述喷头4与条形杆61时，使所述滑动部41的中心孔对准其中一个挤出孔65，其中，多个挤出孔65组成一个长条形，且孔径依次递减，所述挤出孔65的最大孔径等于所述喷头4的孔径，所述挤出孔65的最小孔径等于所述喷头4的孔径的二分之一；

其中，所述上管20的管壁由铝合金材料制成，所述下管22的管壁由紫铜材料制成，所述中管21的管壁包括不锈钢壳体210、以及填充在所述壳体210内的气凝胶211；

所述缩口13、导料管5、中管21、下管22、以及喷头4的孔径相同，并依次连通。

在上述技术方案中，使用过程中，用于打印的丝状材料穿过导料管5，到达隔热机构2，通过隔热机构2到达加热块3内的喷头4，用于打印的丝状材料在加热块3的作用下融化成液体状材料，熔化的材料丝通过喷头4挤出到达条形杆61的挤出孔65，然后条形杆61和喷头4沿零件的每一截面的轮廓准确运动，挤出半流动的热塑材料沉积固化成精确的实际部件薄层，覆盖于已建造的零件之上，并迅速凝固，每完成一层成型，工作台便下降一层高度，再进行下一层截面的扫描喷丝，如此反复逐层沉积，直到最后一层，这样逐层由底到顶地堆积成一个实体模型或零件，其中，在打印机打印工作的过程中，可以通过调节喷头4内径截面面积，有效控制3D打印机的打印速度。

在另一种技术方案中，从上至下旋转片11的厚度依次递增，旋转片11的厚度依次逐渐变化。采用这种技术方案，因为散热管10受热不均匀，靠近所述加热块3的一端的温度远大于远离所述加热块3的一端，旋转片11的厚度设置能够运用最少量的旋转片11达到最好的散热效果。

在另一种技术方案中，所述容置槽30的高度为0.5-1cm，所述通孔31的高度为3-4cm。采用这种技术方案，所述加热块3中容置槽30和通孔31高度的设置在起到承上启下的固定作用的同时，能够有效的利用加热块3作用于所述喷头4内的耗材，提高加热块3热量的使用效率。

在另一种技术方案中，所述导料管5由聚四氟乙烯材料制成。采用这种技术方案，有效的降低了耗材与导料管5的内壁之间的摩擦力，避免耗材在所述导料管5内移动困难的问题。

在另一种技术方案中，所述条形杆61上表面位于所述收纳槽63中心沿所述条形杆61长度方向设有条状凸起69，所述条状凸起69的横向截面为半圆形，所述横杆的下侧面向内凹陷以部分容纳所述凸起69，并可沿所述凸起69滑动。采用这种技术方案，横向截面为半圆形的凸起69和所述T形杆60位于条形杆61顶面的一端向内凹陷以容纳所述凸起69的设置能够更好的解决条形杆61沿所述T形杆60滑动的问题。

在另一种技术方案中，所述散热管10管壁为中空结构，厚度为1.5-2.5mm，所述散热管10的管壁内填充导热材料。采用这种技术方案，所述散热管10的管壁内填充导热材料，进一步的提高将散热管10内热量导出的效率。

在另一种技术方案中，所述导热材料为导热硅脂、导热膏中的一种。采用这种技术方案，导热硅脂、导热膏、散热油均为热的良导体。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明熔丝沉积成型3D打印喷头的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (7)

1.一种熔丝沉积成型3D打印喷头，包括从上至下依次可拆卸连接并同轴设置的散热机构、导料管、隔热机构、加热块和喷头，其特征在于；

所述隔热机构包括一体成型并连通的上管、中管和下管，所述上管和下管外周均具有外螺纹；

所述散热机构包括散热管、沿所述散热管外壁周向螺旋上升设置的旋转片，其中，所述散热管靠近所述隔热机构的一端具有凹槽，所述上管插入所述凹槽以与所述散热管螺接，所述散热管远离所述隔热机构的一端向内缩合形成缩口；

所述导料管的一端插入到所述散热管内并与所述缩口贴合，另一端抵接于所述中管的上表面；

所述加热块上表面向下凹陷形成容置槽，所述加热块下表面向上凹陷形成通孔，所述容置槽底面与所述通孔顶面相通，其中，所述下管插入所述容置槽以与所述加热块螺接；

所述喷头包括一体成型均呈管状并连通的螺合部和滑动部，所述滑动部的横截面的外周直径大于所述螺合部的横截面的外周直径，其中，所述螺合部插入所述通孔以与所述加热块螺接，所述滑动部顶面位于所述螺合部相对的两侧具有两个下螺纹孔，所述滑动部底面间距设置两个滑块，两个滑块的连线穿过所述滑动部底面的圆心，且两个滑块距离所述滑动部底面圆心的距离相等；

还包括调节机构，所述调节机构包括：

倒置T形杆，其包括竖直固接于所述加热块下表面两侧的两个竖杆、分别固接于两个竖杆下端面的两个横杆，其中，两个竖杆的连线穿过所述加热块底面圆心，且两个竖杆距离所述加热块底面圆心的距离相等；

条形杆，其水平设于所述横杆下侧面，所述条形杆上表面沿其长度方向设有用于收纳所述横杆的收纳槽，以使所述条形杆沿倒置T形杆水平滑动，所述条形杆上表面中心处沿其长度方向设有长条形容纳槽，以使所述条形杆滑动时容纳所述喷头的滑动部，所述容纳槽底面中心处间距设置多个挤出孔，所述收纳槽的上端向内缩合形成具有卡口的缩合部，位于每个所述挤出孔上方两侧的缩合部上均设有与螺合部的下螺纹孔相配合的上螺纹孔，以螺合固定所述喷头与条形杆时，使所述滑动部的中心孔对准其中一个挤出孔，其中，多个挤出孔组成一个长条形，且孔径依次递减，所述挤出孔的最大孔径等于所述喷头的孔径，所述挤出孔的最小孔径等于所述喷头的孔径的二分之一；

其中，所述上管的管壁由铝合金材料制成，所述下管的管壁由紫铜材料制成，所述中管的管壁包括不锈钢壳体、以及填充在所述壳体内的气凝胶；

所述缩口、导料管、中管、下管、以及喷头的孔径相同，并依次连通。

2.如权利要求1所述的熔丝沉积成型3D打印喷头，其特征在于，从上至下旋转片的厚度依次递增。

3.如权利要求1所述的熔丝沉积成型3D打印喷头，其特征在于，所述容置槽的高度为0.5-1cm，所述通孔的高度为3-4cm。

4.如权利要求1所述的熔丝沉积成型3D打印喷头，其特征在于，所述导料管由聚四氟乙烯材料制成。

5.如权利要求1所述的熔丝沉积成型3D打印喷头，其特征在于，所述条形杆上表面位于所述收纳槽中心沿所述条形杆长度方向设有条状凸起，所述条状凸起的横向截面为半圆形，所述横杆的下侧面向内凹陷以部分容纳所述凸起，并可沿所述凸起滑动。

6.如权利要求1所述的熔丝沉积成型3D打印喷头，其特征在于，所述散热管管壁为中空结构，厚度为1.5-2.5mm，所述散热管的管壁内填充导热材料。

7.如权利要求6所述的熔丝沉积成型3D打印喷头，其特征在于，所述导热材料为导热硅脂、导热膏中的一种。