CN108215194A - 一种3d打印精确控温装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种3D打印精确控温装置，所述控温装置设置在所述成型平台的上方，待打印模型在所述成型平台上打印成型；所述控温装置包括热源、保温腔体、测温探头以及打印喷头，吊装在横梁上的所述保温腔体设置在所述成型平台的上方，且所述待打印模型被罩在所述保温腔体内，所述测温探头穿过所述保温腔体并插入其内部，且所述测温探头由第一驱动机构驱动其进行Z轴方向的升降运动，所述热源设置在所述保温腔体的顶部内侧，所述测温探头安装在所述打印喷头的喷嘴端的周外侧，且其设置数量为两个以上。本发明通过对3D打印过程中每一层的温度进行精确控制，实现对待打印模型本身结晶度的控制，进而达到控制待打印模型塑性/脆性等力学性能。

Description

一种3D打印精确控温装置

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，特别是高能聚合物打印过程中，对于打印模型每层的温度控制，具体涉及一种3D打印精确控温装置。

背景技术

传统的3D打印技术，只考虑到了模型打印过程中的翘曲问题，没有考虑打印材料的结晶率问题。而对于高能聚合物等材料的结晶率，晶体率的大小对于材料的物理性能影响很大。现有的3D打印技术对于模型的保温一般采取底板加热，但是底板加热只对模型底部区域有保温防翘曲作用，却无法对模型整体温度进行控制。

发明内容

针对上述现有技术的缺点或不足，本发明要解决的技术问题是提供一种通过对3D打印过程中每一层的温度进行精确控制，实现对模型本身结晶度的控制，进而达到控制打印件塑性/脆性等力学性能的3D打印精确控温装置。

为解决上述技术问题，本发明具有如下构成：

一种3D打印精确控温装置，所述控温装置设置在成型平台的上方，待打印模型在所述成型平台上打印成型；所述控温装置包括热源、保温腔体、测温探头以及打印喷头，吊装在横梁上的所述保温腔体设置在所述成型平台的上方，且所述待打印模型被罩在所述保温腔体内，所述测温探头穿过所述保温腔体并插入其内部，且所述测温探头由第一驱动机构驱动其进行Z轴方向的升降运动，所述热源设置在所述保温腔体的顶部内侧，所述测温探头安装在所述打印喷头的喷嘴端的周外侧，且其设置数量为两个以上。

所述成型平台与第二驱动机构连接，并在第二驱动机构的驱动作用下进行X轴和Y轴方向的移动。

所述测温探头的外部包裹有与所述待打印模型一致的制作材料。

所述制作材料为高性能聚合物。

所述高性能聚合物包括聚醚醚酮。

所述测温探头与所述打印喷头的喷嘴端设置在同一水平面上。

所述测温探头沿周向均匀布设在所述打印喷头的喷嘴端外侧。

所述保温腔体由不锈钢材料制成。

所述热源为通过PWM(脉冲宽度调制)进行功率控制的红外加热灯管。

与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：

本发明使用热源照射打印表面，在打印表面相同高度，即在喷嘴相同高度进行温度采集与校准，从而达到对待打印模型表面温度的精确控制；本发明通过对打印过程中每一层的温度进行精确控制，保证打印过程中每一层的温度都是相同的，从而实现了对于待打印模型本身结晶度的控制，进而达到控制待打印模型塑性/脆性等力学性能的目的。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1：本发明3D打印精确控温装置结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

如图1所示，本实施例3D打印精确控温装置，所述控温装置设置在成型平台6的上方，待打印模型5在所述成型平台上打印成型；所述控温装置包括热源1、保温腔体2、测温探头3以及打印喷头4，吊装在横梁上的所述保温腔体2设置在所述成型平台6的上方，且所述待打印模型5被罩在所述保温腔体2内，所述测温探头3穿过所述保温腔体2并插入其内部，且所述测温探头3由第一驱动机构驱动其进行Z轴方向的升降运动，所述热源1设置在所述保温腔体2的顶部内侧，所述测温探头3安装在所述打印喷头4的喷嘴端的周外侧，且其设置数量为两个以上。本实施例通过对3D打印过程中每一层的温度进行精确控制，保证打印过程中每一层的温度都是相同的，从而实现了对于待打印模型5本身材料结晶度的控制，进而达到控制待打印模型5的塑性/脆性等力学性能的目的。

在本实施例使用热源1照射待打印模型5的打印表面，在打印表面相同高度，即在喷嘴相同高度进行温度采集与校准，从而达到对待打印模型5表面温度的精确控制，其中，测温探头3的温度采集使用K型热电偶读取温度数据，通过MAX6675芯片转化为数字信号传递给主控。测温探头3使用下文所述的PEEK材料进行包覆，基于打印层相同高度采集到温度后，与实际高精度测温仪器获取的数据进行对比，校准差值。其中，测温探头3测量的温度与待打印模型5当前打印面的温度非常接近，误差小。因为3D打印为逐层打印，这样设置的目的是为了保证每一层打印过程中参数相同，从而实现精确控制。

所述保温腔体2由不锈钢材料制成。所述不锈钢材料耐高温，且在加热过程中不会产生有害气体等。保温腔体2能够减少打印过程中的散温速率并且能够减少打印过程中的空气流动，所述保温腔体2设置在所述成型平台6的上方，但并非直接接触设置，两者之间还设有较小的缝隙，所以在成型平台6和打印喷头4移动过程中不会出现空气对流，保温腔体2内部空气流动性相对比较稳定。

所述热源1为通过PWM进行功率控制的红外加热灯管，通过对输出功率进行控制，从而控制了对于待打印模型5当前打印表面的温度控制。

所述成型平台6与第二驱动机构连接，并在第二驱动机构的驱动作用下进行X轴和Y轴方向的移动。

所述测温探头3与所述打印喷头4的喷嘴端设置在同一水平面上，所述测温探头3沿周向均匀布设在所述打印喷头4的喷嘴端外侧。上述设置方式能够准确测量与待打印模型5当前打印材料表面的温度，基于此温度对红外加热灯管通过PID(比例、积分、微分控制)算法进行功率控制，可达到精确控温的目的。在本实施例中，所述PID算法中，经过PID调整出的温度曲线比较平直，上下波动小，温度稳定性好。

所述测温探头3的外部包裹有与所述待打印模型5一致的制作材料，所述制作材料为高性能聚合物，其中，所述高性能聚合物包括但不限于聚醚醚酮(PEEK)。

在本实施例工作过程中，所述保温腔体2不移动，打印喷头4在第一驱动机构的作用下进行Z轴方向的运动，成型平台6在第二驱动机构的作用下进行X轴和Y轴方向的运动，从而逐渐实现待打印模型5的3D打印。在打印喷头4运动过程中，测温探头3始终对待打印模型5的当前打印面的温度进行测量，基于该测量温度，对红外加热灯源通过PID算法进行功率控制，最终达到精确控温的目的。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限定，参照较佳实施例对本发明进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (9)

1.一种3D打印精确控温装置，其特征在于，

所述控温装置设置在所述成型平台(6)的上方，待打印模型(5)在所述成型平台(6)上打印成型；

所述控温装置包括热源(1)、保温腔体(2)、测温探头(3)以及打印喷头(4)，

吊装在横梁上的所述保温腔体(2)设置在所述成型平台(6)的上方，且所述待打印模型(5)被罩在所述保温腔体(2)内，

所述测温探头(3)穿过所述保温腔体(2)并插入其内部，且所述测温探头(3)由第一驱动机构驱动其进行Z轴方向的升降运动，

所述热源(1)设置在所述保温腔体(2)的顶部内侧，

所述测温探头(3)安装在所述打印喷头(4)的喷嘴端的周外侧，且其设置数量为两个以上。

2.根据权利要求1所述的3D打印精确控温装置，其特征在于，所述成型平台(6)与第二驱动机构连接，并在第二驱动机构的驱动作用下进行X轴和Y轴方向的移动。

3.根据权利要求1所述的3D打印精确控温装置，其特征在于，所述测温探头(3)的外部包裹有与所述待打印模型(5)一致的制作材料。

4.根据权利要求3所述的3D打印精确控温装置，其特征在于，所述制作材料为高性能聚合物。

5.根据权利要求4所述的3D打印精确控温装置，其特征在于，所述高性能聚合物包括聚醚醚酮。

6.根据权利要求1至5任一项所述的3D打印精确控温装置，其特征在于，所述测温探头(3)与所述打印喷头(4)的喷嘴端设置在同一水平面上。

7.根据权利要求6所述的3D打印精确控温装置，其特征在于，所述测温探头(3)沿周向均匀布设在所述打印喷头(4)的喷嘴端外侧。

8.根据权利要求1所述的3D打印精确控温装置，其特征在于，所述保温腔体(2)由不锈钢材料制成。

9.根据权利要求1所述的3D打印精确控温装置，其特征在于，所述热源(1)为通过PWM进行功率控制的红外加热灯管。