CN106926460A - 三维打印笔的加热头 - Google Patents

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CN106926460A CN201511027271.7A CN201511027271A CN106926460A CN 106926460 A CN106926460 A CN 106926460A CN 201511027271 A CN201511027271 A CN 201511027271A CN 106926460 A CN106926460 A CN 106926460A
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heating tube
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Kinpo Electronics Inc
Cal Comp Electronics and Communications Co Ltd
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Abstract

本发明提供一种三维打印笔的加热头，加热头包括加热管、加热件、隔热管、隔热套筒以及散热片。加热件设置于加热管上。隔热管穿设于加热管。隔热套筒套接于加热管，并与加热件相对。隔热套筒局部罩覆隔热管，且隔热管与隔热套筒由加热管分隔开来。散热片与隔热套筒相抵接，其中隔热套筒位于加热件与散热片之间，且隔热管穿设于散热片。因此，加热管周围的温度便能维持于高温而不易下滑。并且，隔热管与隔热套筒越远离加热管的部分的温度越低，故能使散热片周围的温度维持于相对低温。由于散热片相对靠近使用者手握三维打印笔的部位，因此能避免手握三维打印笔的使用者被烫伤或感烫手。

Description

三维打印笔的加热头
技术领域
本发明涉及一种加热头，尤其涉及一种三维打印笔的加热头。
背景技术
近年来，随着科技的日益发展，许多利用逐层建构模型等加成式制造技术(additive manufacturing technology)来建造物理三维(three dimensional,3D)模型的不同方法已纷纷被提出。一般而言，加成式制造技术是将利用计算机辅助设计(computeraided design，CAD)等软件所建构的3D模型的设计数据转换为连续堆栈的多个薄(准二维)横截面层。于此同时，许多可以形成多个薄横截面层的技术手段也逐渐被提出。举例来说，三维打印装置的打印单元可依三维模型的设计数据所建构的空间坐标轴(即X轴、Y轴及Z轴)在打印平台的上方沿着XY平面移动，从而使建构材料形成正确的横截面层形状，而后驱动打印单元沿着Z轴逐层移动，以使多个横截面层逐渐堆栈而在逐层固化的状态下形成三维物件。
然而，前述三维打印装置的体积较大，故机动性不佳，且价格较为昂贵。另一方面，前述三维打印装置大多是用来制作尺寸较大的三维物件，较难用以将三维物件的细部轮廓具体呈现、在原有的三维物件上建造其它细部特征或修补损坏的三维物件。据此，具有体积小、价格低及机动性高等优势的三维打印笔便应运而生。由于加热线材所用的热源设置于三维打印笔的内部，因此如何建构出良好的隔热机制便显得重要，藉以避免手握三维打印笔的使用者被烫伤或感烫手。
发明内容
本发明提供一种三维打印笔的加热头，其具有良好的隔热效果。
本发明提出一种加热头，用于三维打印笔。加热头包括加热管、加热件、隔热管、隔热套筒以及散热片。加热件设置于加热管上。隔热管穿设于加热管。隔热套筒套接于加热管，并与加热件相对。隔热套筒局部罩覆隔热管，且隔热管与隔热套筒由加热管分隔开来。散热片与隔热套筒相抵接，其中隔热套筒位于加热件与散热片之间，且隔热管穿设于散热片。
在本发明的一实施例中，加热管具有进料口及相对于进料口的出料口。隔热套筒邻近进料口并抵接加热管的外壁面。隔热管穿设于进料口并抵接加热管的内壁面，且加热件邻近出料口。
在本发明的一实施例中，加热头还包括喷嘴。喷嘴螺接于加热管的出料口。
在本发明的一实施例中，散热片包括板部及连接板部的管部。隔热套筒与板部相抵接，且隔热管穿设于管部。
在本发明的一实施例中，加热头还包括护罩。护罩罩覆部分加热管、加热件、部分隔热套筒及部分散热片。护罩与另一部分隔热套筒相抵接，且另一部分隔热套筒将护罩与散热片分隔开来。在本发明的一实施例中，散热片具有至少一第一锁固孔。隔热套筒具有至少一第二锁固孔。护罩具有至少一第三锁固孔。第一锁固孔、第二锁固孔及第三锁固孔相互对准，且第二锁固孔位于第一锁固孔与第三锁固孔之间。加热头还包括第一锁固件。第一锁固件穿过第一锁固孔、第二锁固孔及第三锁固孔，以固定散热片、隔热套筒及护罩。
在本发明的一实施例中，加热头还包括散热罩。散热罩套接于护罩，且罩覆部分散热片及部分隔热套筒。散热罩具有多个散热孔槽。这些散热孔槽暴露出部分散热片及部分隔热套筒。
在本发明的一实施例中，护罩被散热罩所罩覆的部分具至少一第四锁固孔。散热罩具有至少一第五锁固孔，且第四锁固孔与第五锁固孔相对准。加热头还包括至少一第二锁固件。第二锁固件穿过第四锁固孔与第五锁固孔，以固定护罩与散热罩。
在本发明的一实施例中，第二锁固件还穿过三维打印笔的主体的至少一第六锁固孔，以将护罩与散热罩固定于主体。
在本发明的一实施例中，隔热管的导热系数介于0.2至0.3W/m·K之间。
在本发明的一实施例中，隔热套筒的导热系数介于0.28至0.35W/m·K之间。
基于上述，本发明的加热头可通过加热管将隔热管与隔热套筒分隔开来，其中散热片与隔热套筒相抵接，隔热套筒将加热件与散热片分隔开来，且隔热管穿设于散热片。因此，加热管周围的温度便能维持于高温而不易下滑。并且，隔热管与隔热套筒越远离加热管的部分的温度越低，故能使散热片周围的温度维持于相对低温。由于散热片相对靠近使用者手握三维打印笔的部位，因此能避免手握三维打印笔的使用者被烫伤或感烫手。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1为本发明一实施例的三维打印笔的爆炸示意图；
图2为图1的三维打印笔组合后的示意图；
图3为图2的加热头的剖面示意图。
附图标号说明
10：三维打印笔； 20：主体；
21：第一端部； 22：第二端部；
23：开孔； 24：第六锁固孔；
30：加热头； 31：加热管；
31a：外壁面； 31b：内壁面
311：进料口； 312：出料口；
32：加热件； 33：隔热管；
34：隔热套筒； 341：底部；
342：第二锁固孔； 35：散热片；
351：板部； 352：管部；
353：第一锁固孔； 36：喷嘴；
37：护罩； 371：开口；
372：第三锁固孔； 373：第四锁固孔；
38：散热罩； 381：散热孔槽；
382：第五锁固孔； 39：第一锁固件；
39a：第二锁固件； A、B：区块。
具体实施方式
图1为本发明一实施例的三维打印笔的爆炸示意图。图2为图1的三维打印笔组合后的示意图。图3为图2的加热头的剖面示意图。请参考图1至图3，在本实施例中，三维打印笔10包括主体20及加热头30。主体20可配置有控制单元(图未示)及驱动单元(图未示)。控制单元(图未示)可用来控制加热头30的开关。驱动单元(图未示)可用来驱动线材(图未示)移入或移出加热头30。主体20包含相对的第一端部21与第二端部22。加热头30可拆卸地组装于第一端部21。线材(图未示)可自第二端部22的开孔23进入主体20内部，并受驱动单元(图未示)的驱动移动至加热头30。通过加热头30加热线材(图未示)至熔点，使用者便能以手持三维打印笔10的方式，利用自加热头30喷出的熔融的线材(图未示)来绘制三维图案或三维物件。一般来说，线材(图未示)可为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)或聚乳酸(PLA)，其中丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物的熔点约210度，而聚乳酸的熔点约180度。
加热头30包括加热管31、加热件32、隔热管33、隔热套筒34以及散热片35。加热件32设置于加热管31上，并与主体20的控制单元(图未示)电性连接。因此，控制单元(图未示)可用以控制电流通入至加热件32，以使加热件32生热。如图2与图3所示，加热件32例如是环绕设置于加热管31的外周面，并与加热管31热耦接，故加热件32所生的热可传导至加热管31。此处，加热管31的材质可以是铝，或其它导热性较佳的金属或合金，又或者是类钻碳、纳米碳或其它导热性佳的高分子材料。
隔热管33穿设于加热管31，并与设置于加热管31上的加热件32之间保有间距。隔热套筒34套接于加热管31。隔热套筒34与加热件32相对设置，且隔热套筒34与加热件32之间保有间距。在本实施例中，加热管31具有进料口311及相对于进料口311的出料口312，其中隔热套筒34邻近进料口311并抵接加热管31的外壁面31a，且加热件32邻近出料口312。隔热管33的其中一端部穿设于进料口311，并与加热管31的内壁面31b相抵接。如图3所示，隔热管33与隔热套筒34分设于加热管31的内外，且隔热管33暴露于加热管31以外的部分並未接触隔热套筒34未与加热管31的外壁面31a相抵接的部分，而是通过加热管31将隔热管33与隔热套筒34分隔开来。在本实施例中，隔热套筒34未与加热管31的外壁面31a相抵接的部分环绕隔热管33暴露于加热管31以外的部分，即隔热套筒34局部罩覆隔热管33。另一方面，散热片35与隔热套筒34的底部341相抵接，其中隔热套筒34位于加热件32与散热片35之间，且隔热管33穿设于散热片35。换言之，隔热管33的两端部分别穿设于加热管31与散热片35，且通过隔热套筒34将加热管31与散热片35分隔开来。详细而言，散热片35包括板部351及连接板部351的管部352。隔热套筒34的底部341与板部351相抵接，且隔热管33的其中一端部穿设于管部352。如图3所示，管部352自板部351的两对侧延伸而出，且部分管部352被隔热套筒34所罩覆。隔热管33的另一端部穿入管部352被隔热套筒34所罩覆的部分，并沿管部352穿过板部351以延伸至管部352未被隔热套筒34所罩覆的另一部分。
在本实施例中，加热头30还包括喷嘴36。喷嘴36螺接于加热管31的出料口312。就线材(图未示)的供给路径而论，线材(图未示)是先自第二端部22的开孔23进入主体20内部，并受驱动单元(图未示)的驱动移入散热片35的管部352。接着，移入穿设于管部352的隔热管33，再经由隔热管33移入加热管31。之后，加热件32生热，并将热传导至加热管31，以使加热管31对应于加热件32的区块A的温度约维持于210度左右，而介于区块A与进料口311之间的区块B约维持于170度左右。另一方面，加热管31的进料口311约维持于160度左右。因此，当线材(图未示)移入穿设于进料口311的隔热管33及加热管31的区块B时，便会开始软化。在软化的线材(图未示)于移入加热管31的区块A之后，便开始熔融。此时，熔融的线材(图未示)便可经由加热管31的出料口312及喷嘴36喷出。
换言之，为使线材(图未示)顺利地熔融，需使加热管31周围的温度约维持于160度至210度之间。在本实施例中，隔热管33的材质可为铁氟龙，其导热系数约介于0.2至0.3W/m·K之间。隔热套筒34的材质可为尼龙PA66-GF30材料，其导热系数约介于0.28至0.35W/m·K之间。在以导热系数较低的材料构成隔热管33与隔热套筒34的情况下，能使自加热管31传导至隔热管33与隔热套筒34的热的传导速率减慢。另一方面，由于隔热套筒34将加热件32与散热片35分隔开来，且加热管将隔热管33与隔热套筒34分隔开来，因此加热管31周围的温度便能维持于160度至210度之间而不易下滑。并且，隔热管33与隔热套筒34越远离加热管31的部分的温度越低，故能使散热片35周围的温度维持于60度左右。由于散热片35相对靠近使用者手握主体20的部位，因此使用者手握主体20的部位的温度可维持于60度以下，藉以避免手握主体20的使用者被烫伤或感烫手。
请继续参考图1至图3，在本实施例中，加热头30还包括护罩37与散热罩38。护罩37罩覆部分加热管31、加热件32、部分隔热套筒34及部分散热片35，且喷嘴36穿出护罩37的开口371。另一方面，散热片35的板部351与隔热套筒34的底部341相抵接，护罩37与隔热套筒34的底部341相抵接，且隔热套筒34的底部341将护罩37与散热片35分隔开来。散热罩38套接于护罩37，且罩覆部分散热片35及部分隔热套筒34。散热罩38具有多个散热孔槽381，且这些散热孔槽381暴露出部散热片35及部分隔热套筒34。因此，传导至隔热套筒34的底部341的热、自隔热套筒34的底部341传导至散热片35的热以及自隔热管33传导至散热片35的热皆能自这些散热孔槽381排至外界，以使散热片35周围的温度能维持于60度左右。
详细而言，散热片35具有至少一第一锁固孔353(示意地示出两个)，且这两个第一锁固孔353位于散热片35的板部351。隔热套筒34具有至少一第二锁固孔342(示意地示出两个)，且这两个第二锁固孔342位于隔热套筒34的底部341。护罩37具有至少一第三锁固孔372(示意地示出两个)，其中各个第一锁固孔353会与对应的第二锁固孔342及对应的第三锁固孔372相互对准，且各个第二锁固孔342位于对应的第一锁固孔353与对应的第三锁固孔372之间。在本实施例中，加热头30还包括至少一第一锁固件39(示意地示出两个)，各个第一锁固件39会分别穿过相对准的第一锁固孔353、第二锁固孔342及第三锁固孔372，以固定散热片35、隔热套筒34及护罩37。另一方面，护罩37被散热罩38所罩覆的部分具至少一第四锁固孔373(示意地示出两个)。散热罩38具有至少一第五锁固孔382，且各个第四锁固孔373会与对应的第五锁固孔382相对准。加热头还包括至少一第二锁固件39a(示意地示出两个)，且各个第二锁固件39a会分别穿过相对准第四锁固孔373与第五锁固孔382，以固定护罩护罩37与散热罩38。更详细而言，主体20具有至少一第六锁固孔24(示意地示出两个)，这两个第六锁固孔24设置邻近第一端部21。各个第六锁固孔24与对应的第四锁固孔373及对应的第五锁固孔382相对准，且位于对应的第五锁固孔382与对应的第四锁固孔373之间。各个第二锁固件39a例如是先穿过对应的第五锁固孔382，再依序穿过对应的第六锁固孔24与第四锁固孔373，以将护罩37与散热罩38固定于主体20。通过上述组装方式，加热头30便能牢固地设置于主体20上，以提高使用者操作上的可靠度。或者是，自主体20拆卸下来，便于使用者维修或更替零件。
综上所述，本发明的加热头可通过加热管将隔热管与隔热套筒分隔开来，其中散热片与隔热套筒相抵接，隔热套筒将加热件与散热片分隔开来，且隔热管穿设于散热片。由于隔热管与隔热套筒是由导热系数较低的材料所构，因此能使自加热管传导至隔热管与隔热套筒的热的传导速率减慢，使得加热管周围的温度能维持于高温而不易下滑。并且，隔热管与隔热套筒越远离加热管的部分的温度越低，故能使散热片周围的温度维持于相对低温。另一方面，散热罩的散热孔槽可暴露出部散热片及部分隔热套筒。因此，传导至隔热套筒的热、自隔热套筒传导至散热片的热以及自隔热管传导至散热片的热皆能自散热孔槽排至外界，以使散热片周围的温度能维持于相对低温。换言之，本发明的加热头可具有良好的散热及隔热效果。由于散热片相对靠近使用者手握三维打印笔的部位，因此能避免手握三维打印笔的使用者被烫伤或感烫手。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。

Claims (11)

1.一种加热头，用于三维打印笔，其特征在于，包括：
加热管；
加热件，设置于所述加热管上；
隔热管，穿设于所述加热管；
隔热套筒，套接于所述加热管，并与所述加热件相对，其中所述隔热套筒局部罩覆所述隔热管，且所述隔热管与所述隔热套筒由所述加热管分隔开来；以及
散热片，与所述隔热套筒相抵接，其中所述隔热套筒位于所述加热件与所述散热片之间，且所述隔热管穿设于所述散热片。
2.根据权利要求1所述的加热头，其特征在于，所述加热管具有进料口及相对于所述进料口的出料口，所述隔热套筒邻近所述进料口并抵接所述加热管的外壁面，所述隔热管穿设于所述进料口并抵接所述加热管的内壁面，且所述加热件邻近所述出料口。
3.根据权利要求2所述的加热头，其特征在于，还包括：
喷嘴，螺接于所述加热管的所述出料口。
4.根据权利要求1所述的加热头，其特征在于，所述散热片包括板部及连接所述板部的管部，所述隔热套筒与所述板部相抵接，且所述隔热管穿设于所述管部。
5.根据权利要求1所述的加热头，其特征在于，还包括：
护罩，罩覆部分所述加热管、所述加热件、部分所述隔热套筒及部分所述散热片，所述护罩与另一部分所述隔热套筒相抵接，且另一部分所述隔热套筒将所述护罩与所述散热片分隔开来。
6.根据权利要求5所述的加热头，其特征在于，所述散热片具有至少一第一锁固孔，所述隔热套筒具有至少一第二锁固孔，所述护罩具有至少一第三锁固孔，其中所述至少一第一锁固孔、所述至少一第二锁固孔及所述至少一第三锁固孔相互对准，且所述至少一第二锁固孔位于所述至少一第一锁固孔与所述至少一第三锁固孔之间，所述加热头还包括至少一第一锁固件，所述至少一第一锁固件穿过所述至少一第一锁固孔、所述至少一第二锁固孔及所述至少一第三锁固孔，以固定所述散热片、所述隔热套筒及所述护罩。
7.根据权利要求6所述的加热头，其特征在于，还包括：
散热罩，套接于所述护罩，且罩覆部分所述散热片及部分所述隔热套筒，其中所述散热罩具有多个散热孔槽，所述多个散热孔槽暴露出部分所述散热片及部分所述隔热套筒。
8.根据权利要求7所述的加热头，其特征在于，所述护罩被所述散热罩所罩覆的部分具有至少一第四锁固孔，所述散热罩具有至少一第五锁固孔，且所述至少一第四锁固孔与所述至少一第五锁固孔相对准，所述加热头还包括至少一第二锁固件，所述至少一第二锁固件穿过所述至少一第四锁固孔与所述至少一第五锁固孔，以固定所述护罩与所述散热罩。
9.根据权利要求8所述的加热头，其特征在于，所述至少一第二锁固件还穿过所述三维打印笔的主体的至少一第六锁固孔，以将所述护罩与所述散热罩固定于所述主体。
10.根据权利要求1所述的加热头，其特征在于，所述隔热管的导热系数介于0.2至0.3W/m·K之间。
11.根据权利要求1所述的加热头，其特征在于，所述隔热套筒的导热系数介于0.28至0.35W/m·K之间。
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