CN107738440B - Fdm型3d打印机及3d打印头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种FDM型3D打印机及3D打印头，3D打印头的散热器的侧壁开设有开放腔，散热器的顶部上开设有第一接孔，送料管的一端依次穿过第一接孔与开放腔，使得送料管与空气接触，确保送料管部分的温度接近环境温度，避免在送料管内形成长距离的半软化材料，对3D打印头造成堵塞。喷嘴位于散热器的底部且与送料管的一端相连接，进一步消除接缝，避免半软化材料在接缝处形成结节。送料管的内壁形成送料通道，喷嘴开设有进料孔，进料孔与送料通道相连通，打印材料通过送料通道输送到进料孔内。

Description

FDM型3D打印机及3D打印头

技术领域

本发明涉及3D打印机技术领域，特别是涉及FDM型3D打印机及3D打印头。

背景技术

FDM(Fused Deposition Modeling熔融沉积模型)3D打印机是目前实现成本比较低廉的3D打印机，最有可能在消费市场实现大规模应用。但目前，这种技术的3D打印机还存3D打印头容易堵塞的问题。然而，3D打印头堵塞需要完全拆解掉3D打印头才能修复，而且必须在3D打印头加热的状态下才能操作，加热的3D打印头温度超过200摄氏度，具有极高的危险性。这也是影响3D打印普及应用的重要障碍之一。

发明内容

基于此，有必要针对3D打印头容易堵塞的问题，提供一种有效避免3D打印头堵塞的FDM型3D打印机及3D打印头。

一种3D打印头，包括：

散热器，其侧壁开设有开放腔，所述散热器具有一顶部和一底部，所述顶部与所述侧壁相邻且与所述底部相对，所述顶部上开设有第一接孔，所述第一接孔与所述开放腔相连通；

送料管，一端依次穿过所述第一接孔与所述开放腔且穿设于所述底部，所述送料管的内壁形成送料通道，所述送料通道用于输送打印材料；及

喷嘴，位于所述底部的下方且与所述送料管的一端相连接，所述喷嘴开设有进料孔，所述进料孔与所述送料通道相连通。

上述3D打印头至少具有以下优点：

3D打印头组装好后，送料管的一端依次穿过散热器的第一接孔与开放腔，喷嘴位于散热器的底部的下方且与送料管的一端相连接。由于散热器的侧壁开设有开放腔，送料管在开放腔的部分与空气直接接触，减少了送料管与散热器的接触面积，增大了送料管与空气的接触面积，可以减少散热器向送料管传递热量，以确保送料管的温度接近环境温度，从而避免在送料管内形成长距离的半软化材料。同时，散热器可以将喷嘴传递的热量散到空气中，而避免传递给送料管，进一步避免送料管内的打印材料软化。从而避免由于半软化状态的材料在挤推力下，形状会发生改变但又不具备流动性，在送料管内形成堵塞或在3D打印头内的接缝处形成膨大结节而形成堵塞。

在其中一个实施例中，还包括隔热密封件，所述隔热密封件设置于所述底部与所述喷嘴之间，且所述隔热密封件套设于所述送料管的一端的外壁，所述送料管的一端的端面与所述喷嘴的一端的端面直接贴合；或者

还包括隔热密封件，所述喷嘴的一端的端面与所述送料管的一端的端面直接贴合，所述隔热密封件套设于所述喷嘴的一端与所述送料管的一端；或者

还包括隔热密封件，所述隔热密封件位于所述送料管的端部与所述喷嘴的端部之间，所述隔热密封件的相对的两端面分别与所述送料管的一端的端面与所述喷嘴的一端的端面直接贴合。

在其中一个实施例中，所述隔热密封件的外径尺寸大于所述喷嘴的外径尺寸。

在其中一个实施例中，所述开放腔贯穿所述散热器的相对的两侧壁。

在其中一个实施例中，还包括加热块，所述加热块套设于所述喷嘴的外壁且与所述散热器间隔设置。

在其中一个实施例中，还包括固定件，所述加热块上开设有第一固定孔，所述固定件穿过所述第一固定孔将所述加热块与所述散热器固定连接。

在其中一个实施例中，还包括隔热管，所述隔热管设置于所述第一固定孔内且套设于所述固定件外，所述隔热管位于所述固定件的外壁与所述第一固定孔的内壁之间。

在其中一个实施例中，还包括接头及卡固件，所述接头的一端插设于所述第一接孔内，所述接头上开设有送料接孔，所述送料管穿设于所述送料接孔内，所述卡固件位于所述送料接孔内且套设于所述送料管的外壁。

一种FDM型3D打印机，包括：

机架；

如以上任一项所述的3D打印头，设置于所述机架上；及

控制电路，用于控制所述3D打印头运动。

上述FDM型3D打印机至少具有以下有益效果：

3D打印头设置于机架上，控制电路可以控制3D打印头运动。采用上述3D打印头，可以有效避免3D打印头堵塞问题。同时，送料管的一端穿过开放腔，使得送料管位于开放腔的部分与空气直接接触，确保送料管的温度接近环境温度，避免在送料管内形成长距离的半软化材料，这样可以提高FDM型3D打印机的打印特性，提高打印效率。

在其中一个实施例中，还包括散热风扇，所述散热风扇位于所述散热器上开设有开放腔的侧面。

附图说明

图1为一实施方式中的3D打印头的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

请参阅图1，一实施方式中的3D打印头10，用于安装于3D打印设备上，避免打印材料形成长距离的半软化状态，造成打印材料在3D打印头10内形成堵塞或在接缝处形成膨大结节而形成堵塞，克服了3D打印头10堵塞问题的同时，提高了3D打印设备的打印效率。本实施方式中，以3D打印设备为FDM型3D打印机(图未示)为例进行说明。当然，在其他实施方式中，3D打印设备还可以为其他型号的打印机，只要能实现3D打印头10的安装与打印即可。

FDM型3D打印机包括3D打印头10、机架(图未示)及控制电路(图未示)。具体地，3D打印头10设置于机架上，控制电路控制3D打印头10运动。其中，3D打印头10包括散热器100、送料管200及喷嘴300。

散热器100的侧壁开设有开放腔110，散热器100具有一顶部160和一底部170，顶部160与散热器100的侧壁相邻，顶部160与底部170相对。顶部160上开设有第一接孔120，第一接孔120与开放腔110相连通。

送料管200的一端依次穿过第一接孔120与开放腔110，使得位于开放腔110内的送料管200的部分与空气直接接触，减少送料管200与易导热的散热器100的接触面积，增大了送料管200与空气的接触面积，可以减少散热器100向送料管200传递的热量，确保送料管200的温度接近环境温度，避免在送料管200内形成长距离的半软化材料。从而避免半软化状态的材料在挤推力下，形状会发生改变但又不具备流动性，在送料管200内形成堵塞或在3D打印头10内的接缝处形成膨大结节而形成堵塞。

具体地，开放腔110贯穿散热器100的相对的两侧壁，开放腔110为两侧贯通的腔。进一步增加送料管200与空气的接触面积，减少送料管200与散热器100的接触面积。同时，开放腔110增加了空气的流通性，进一步确保送料管200的温度接近环境温度，避免在送料管200内形成长距离的半软化材料。具体到本实施方式中，开放腔110为方形腔，有利于增加送料管200与空气的接触面积，增加空气的流通性，提高送料管200的散热效率。

在其他实施方式中，开放腔110贯穿散热器100的侧壁与底壁，送料管200靠近喷嘴300的部分位于开放腔110内。开放腔110增加了送料管200与空气的接触面积，确保送料管200靠近喷嘴300的部分的温度接近环境温度，进一步避免在送料管200内形成长距离的半软化材料。

当然，开放腔110也可以贯穿散热器100的多个侧壁，只要能实现开放腔110内的送料管200与空气直接接触，并实现空气的流通即可。当然，开放腔110还可以为圆柱形腔、椭圆形腔等，只要能实现开放腔110内的送料管200与空气直接接触即可。

散热器100的侧壁还设有多个散热翅130，散热翅130相对于散热器100的侧壁向外延伸，进一步辅助散热器100将喷嘴300传递的热量散发出去，避免喷嘴300的热量传递到送料管200，使得送料管200内的打印材料软化，导致3D打印头10堵塞。

散热器100及散热翅130均由散热效果较好的材料制成。具体到本实施方式中，散热器100及散热翅130由铝合金制成，使得散热器100及散热翅130具有优异的散热效果。进一步地，散热器100及散热翅130一体成型，可以通过拉型材切割而成，加工成本低廉。当然，在其他实施方式中，散热器100及散热翅130可以由其他的散热材料制成，只要散热效果较好即可。散热器100及散热翅130也可以由不同的散热材料制成，只要能实现散热效果较好即可。

送料管200的一端穿设于散热器100的底部170，送料管200的内壁形成送料通道210，送料通道210用于输送打印材料。打印材料通过送料通道210输送到喷嘴300。具体地，底部170上开设有第二接孔140，第二接孔140连通开放腔110。送料管200的一端进一步穿过第二接孔140与喷嘴300连接。

喷嘴300位于散热器100的底部170的下方且与送料管200的一端相连接，喷嘴300开设有进料孔310，进料孔310与送料通道210相连通。具体地，进料孔310的孔径与送料通道210的孔径相同，并且送料管200的一端与喷嘴300的一端直接贴合，使得打印材料由送料通道210进入进料孔310更加流畅，不存在明显接缝，不易造成堵塞。传统的打印头的喷嘴300通过喉管与送料管200连通，与传统的打印头相比，本3D打印头10去除了喉管，进一步消除了喷嘴300与喉管形成的接缝，消除了喉管与送料管200形成的接缝，避免半软化材料在接缝处形成结节，对3D打印头10造成堵塞。

具体到本实施方式中，喷嘴300采用导热性能优良的材料制成，确保喷嘴300具有快速熔化打印材料的能力，提高3D打印头10的打印特性。进一步地，喷嘴300由铜制成，保证喷嘴300快速熔化打印材料。当然，在其他实施方式中，喷嘴300还可以由银、金等材料制成，只要保证喷嘴300熔化打印材料即可。

喷嘴300包括一体成型的喷头320和喷管330，喷头320位于喷管330的一端。具体地，喷管330的另一端连接于送料管200的一端。喷头320远离喷管330的一端开设有第一喷孔321，喷管330开设有第二喷孔322。第二喷孔322贯穿喷头320的一端并与第一喷孔321相连通，第一喷孔321与第二喷孔322共同形成进料孔310。喷头320的一端的外径向远离喷管330的方向逐渐减小，使得打印材料出料更加精准。

3D打印头10还包括隔热密封件400，隔热密封件400使得喷嘴300的热量不易向散热器100传导，喷嘴300可以采用导热性能优良的材料，这样可以确保喷嘴300具有快速熔化打印材料的能力，提高3D打印头10的打印特性。具体地，隔热密封件400的外径尺寸大于喷嘴300的外径尺寸，可以有效阻挡喷嘴300的热量散向送料管200及散热器100。进一步地，隔热密封件400的外径尺寸大于喷管330的外径尺寸。具体到本实施方式中，隔热密封件400为隔热密封圈。隔热密封圈的厚度为2mm以上，便可起到有效的隔热效果。

具体到本实施方式中，隔热密封件400设置于散热器100的底部170与喷嘴300之间且套设于送料管200的一端的外壁。送料管200的一端的端面与喷嘴300的一端的端面直接贴合，使得送料管200与喷嘴300之间不存在明显接缝，避免半软化材料在接缝处形成结节。隔热密封件400可以有效防止喷嘴300热量传递到散热器100及送料管200，进一步避免了送料管200内的打印材料形成半软化状态，造成打印材料在送料管200内形成堵塞或在接缝处形成膨大结节而形成堵塞，克服3D打印头10堵塞问题。

进一步地，隔热密封件400的内径尺寸与送料管200外径尺寸相同，隔热密封件400的外径尺寸大于喷管330的外径尺寸，进一步阻挡喷嘴300的热量散向送料管200及散热器100。例如，常用送料管200外径尺寸是4mm，喷管330外径尺寸是6mm，则隔热密封件400可选用内径尺寸为4mm，外径尺寸为8mm的隔热密封圈。

在其他实施方式中，送料管200的一端的端面与喷嘴300的一端的端面直接贴合，使得送料管200与喷嘴300之间不存在明显接缝，避免半软化材料在接缝处形成结节。隔热密封件400套设于喷嘴300的一端与送料管200的一端。具体地，隔热密封件400的一端套设于送料管200的外壁，另一端套设于喷嘴300的外壁，可以有效防止喷嘴300热量传递到散热器100。同时，使得喷管330的热量不易向送料管200传导，避免了打印材料在送料管200内形成半软化状态。

在另外的实施方式中，隔热密封件400位于送料管200的端部与喷嘴300的端部之间。隔热密封件400的相对的两端面分别与送料管200的一端的端面与喷嘴300的一端的端面直接贴合，使得送料管200与喷嘴300与隔热密封件400之间不存在明显接缝，避免半软化材料在接缝处形成结节。同时，隔热密封件400进一步有效防止喷嘴300的热量向送料管200传递，避免了打印材料在送料管200内形成半软化状态。具体地，隔热密封件400上开设有通孔，通孔的尺寸与进料孔310的尺寸与送料通道210的尺寸相同，使得打印材料由送料通道210通过隔热密封圈进入进料孔310更加流畅，不存在明显接缝，不易造成堵塞。

隔热密封件400由隔热材料制成。具体到本实施方式中，隔热密封件400为聚四氟乙烯密封圈，不仅能有效阻隔热量传递，还具有耐高温的特点。当然，在其他实施方式中，隔热密封件400还可以由玻璃纤维、石棉等材料制成，只要能实现阻挡喷嘴300的热量散向送料管200及散热器100即可。

3D打印头10还包括加热块500，加热块500套设于喷嘴300的外壁且与散热器100间隔设置。具体地，加热块500套设于喷管330的外壁，用于加热喷管330内的打印材料处于完全融化状态。进一步地，喷管330外壁设有第一啮合齿331，加热块500内壁设有第二啮合齿510，第一啮合齿331与第二啮合齿510相配合，使得加热块500与喷管330固定连接。同时增加喷管330的受热面积，加快打印材料的融化，提高打印效率。

3D打印头10还包括固定件520，加热块500上开设有第一固定孔530，固定件520穿过第一固定孔530将加热块500与散热器100固定连接。具体地，散热器100的底部170上开设有第二固定孔150，固定件520穿过第一固定孔530并穿设于第二固定孔150内。散热器100不仅起到散热作用，还起到对加热块500的固定支撑作用。

进一步地，固定件520包括固定杆521和卡台522，卡台522连接于固定杆521的一端，卡台522位于加热块500远离散热器100的一端。具体到本实施方式中，固定件520为不锈钢螺丝，第二固定孔150的内壁攻有内螺纹，不锈钢螺丝的外螺纹与第二固定孔150的内壁的内螺纹相配合连接。当然，在其他实施方式中，固定件520还可以为螺栓、螺钉、销钉等，只要能将加热块500与散热器100固定连接即可。

更进一步地，固定件520可以由隔热材料制成，可以有效阻隔加热块500的热量向散热器100扩散。例如，固定件520可以由聚四氟乙烯、玻璃纤维、石棉等材料制成。固定件520也可以通过镀隔热材料来阻隔加热块500的热量向散热器100扩散。

3D打印头10还包括隔热管540，隔热管540设置于第一固定孔530内且套设于所述固定件520外。隔热管540位于固定件520外壁与第一固定530孔内壁之间。具体地，隔热管540的管长大于第一固定孔530的深度，隔热管540的一端由加热块500向远离散热器100的一端伸出形成伸出端。固定件520的卡台522卡设于隔热管540的伸出端，可以避免固定件520与加热块500的直接接触，进一步避免加热块500的热量由固定件520传向散热器100，导致送料管200内的打印材料软化。

具体到本实施方式中，隔热管540由具有耐高温的聚四氟乙烯制成，能有效阻隔加热块500的热量传向固定件520。当然，在其他实施方式中，隔热管540还可以由玻璃纤维、石棉等材料制成，只要能实现阻挡加热块500的热量散向固定件520即可。

3D打印头10还包括接头600及卡固件620，接头600的一端插设于第一接孔120内，接头600上开设有送料接孔610，送料管200穿设于送料接孔610内。接头600对送料管200起到导向作用。卡固件620位于送料接孔610内且套设于送料管200外壁，卡固件620用于将送料管200卡固在送料接孔610内，防止在挤出机将打印材料挤入送料管200内时，送料管200在打印材料的反作用力下从接头600中松脱。具体到本实施方式中，卡固件620为卡簧。当然，在其他实施方式中，卡固件620还可以为其他结构，只要能使得送料管200卡固在送料接孔610内即可。

FDM型3D打印机还包括散热风扇(图未示)，散热风扇位于散热器100上开设有开放腔110的侧面。3D打印头10作业时，启动散热风扇，散热风扇产生的气流可以带动位于开放腔120内的送料管200部分的周围的空气与散热器100周围的空气的流通，加快送料管200及散热器100的热量的散失，进一步避免送料管200内的打印材料的软化，导致3D打印头10堵塞。

上述FDM型3D打印机及3D打印头10至少具有以下有益效果：

FDM型3D打印机采用上述3D打印头10，可以有效避免3D打印头10堵塞问题。送料管200的一端穿过开放腔110，使得送料管200位于开放腔110内的部分与空气直接接触，确保送料管200的温度接近环境温度，避免在送料管200内的打印材料受热而形成长距离的半软化材料，进而避免3D打印头堵塞。隔热密封件400使得喷嘴300的热量不易向散热器100及送料管200传导，进一步避免送料管200内的打印材料软化。同时，喷嘴300可以采用导热性能优良的材料，这样可以确保喷嘴300具有快速熔化材料的能力，提高FDM型3D打印机的打印特性，提高打印效率。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种3D打印头，其特征在于，包括：

散热器，其侧壁开设有开放腔，所述散热器具有一顶部和一底部，所述顶部与所述侧壁相邻且与所述底部相对，所述顶部上开设有第一接孔，所述第一接孔与所述开放腔相连通，所述底部上开设有第二接孔，所述第二接孔连通开放腔；

送料管，一端依次穿过所述第一接孔与所述开放腔，并穿过所述第二接孔，所述送料管的内壁形成送料通道，所述送料通道用于输送打印材料；

喷嘴，位于所述底部的下方且与所述送料管的一端相连接，所述喷嘴开设有进料孔，所述进料孔与所述送料通道相连通；及

隔热密封件，所述隔热密封件设置于所述底部与所述喷嘴之间，所述隔热密封件套设于所述送料管的一端的外壁，所述送料管的一端的端面与所述喷嘴的一端的端面直接贴合；或者所述隔热密封件套设于所述喷嘴的一端与所述送料管的一端，所述喷嘴的一端的端面与所述送料管的一端的端面直接贴合；或者所述隔热密封件位于所述送料管的端部与所述喷嘴的端部之间，所述隔热密封件的相对的两端面分别与所述送料管的一端的端面与所述喷嘴的一端的端面直接贴合。

2.根据权利要求1所述的3D打印头，其特征在于，所述隔热密封件为聚四氟乙烯密封圈。

3.根据权利要求1所述的3D打印头，其特征在于，所述隔热密封件的外径尺寸大于所述喷嘴的外径尺寸。

4.根据权利要求1所述的3D打印头，其特征在于，所述开放腔贯穿所述散热器的相对的两侧壁。

5.根据权利要求1-4任一项所述的3D打印头，其特征在于，还包括加热块，所述加热块套设于所述喷嘴的外壁且与所述散热器间隔设置。

6.根据权利要求5所述的3D打印头，其特征在于，还包括固定件，所述加热块上开设有第一固定孔，所述固定件穿过所述第一固定孔将所述加热块与所述散热器固定连接。

7.根据权利要求6所 述的3D打印头，其特征在于，还包括隔热管，所述隔热管设置于所述第一固定孔内且套设于所述固定件外，所述隔热管位于所述固定件的外壁与所述第一固定孔的内壁之间。

8.根据权利要求1所述的3D打印头，其特征在于，还包括接头及卡固件，所述接头的一端插设于所述第一接孔内，所述接头上开设有送料接孔，所述送料管穿设于所述送料接孔内，所述卡固件位于所述送料接孔内且套设于所述送料管的外壁。

9.一种FDM型3D打印机，其特征在于，包括：

机架；

如权利要求1-8任一项所述的3D打印头，设置于所述机架上；及

控制电路，用于控制所述3D打印头运动。

10.根据权利要求9所述的FDM型3D打印机，其特征在于，还包括散热风扇，所述散热风扇位于所述散热器上开设有开放腔的侧面。

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