CN108501371A - 一种生物3d打印机的高温喷头 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种生物3D打印机的高温喷头。一种生物3D打印机的高温喷头，其中，包括依次连接形成整体直通式流道的料筒、喉管和针头，所述料筒和喉管的外围沿径向依次套设有料筒导热套和外壳，所述料筒导热套上设有温控组件且所述料筒导热套底部与所述喉管对应的位置设有用于固定和定位所述喉管的“L”型压块，所述针头的外围设有与所述料筒导热套可拆卸连接的针头导热套，所述针头导热套的外围设有针头绝热套。本发明的高温喷头的加热效率高，料筒受热均匀；针头温度可控，可有效防止针头堵塞；材料流阻低，挤出力小；无高温导致的密封失效问题；且可避免喉管摩擦松动。

Description

一种生物3D打印机的高温喷头

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，更具体地，涉及一种生物3D打印机的高温喷头。

背景技术

3D打印技术是一种增材制造技术，3D打印机是一种依据特定格式的数字模型利用各种原材料进行三维堆积成型的设备，所使用的材料有高分子线材和粒材、金属粉末、胶状生物材料和粉状无机材料等。根据成型原理不同，打印机的成型方式可分为熔融挤出成型、喷墨成型以及电纺丝成型等。

在3D打印时，一般根据不同材料的特性确定打印工艺，对于光敏类材料，打印机在打印成型室或喷头位置会配置紫外固化灯等相应的固化措施。对于温敏性材料，需要控制打印过程中的温度，包括喷头的温度和成型平台的温度甚至是打印室的空气温度。对于需要高温熔融挤出的材料，打印时对喷头的温度控制至关重要，通常的高温喷头因结构限制，一般依靠单一热源进行加热，并通过传热结构传递热量，这样使得加热过程变得缓慢并且不均匀，严重降低了打印效率和材料的性能。

3D打印机的喷头是一种为特定材料提供服务的成型工具，对于一些高分子类的材料，需要提供几百摄氏度的温度才能使材料达到熔融状态，有时为了保证打印体的一些力学或者生物兼容性特征，往往需要把几种高温材料混合在一起形成一种均质材料，这种混合形成的均质材料很难加工为线材，因此无法直接使用常见FDM打印机的高温喷头。

发明内容

为克服上述现有技术中的缺陷，本发明提供一种生物3D打印机的高温喷头。该高温喷头的加热效率高，料筒受热均匀；针头温度可控，可有效防止针头堵塞；材料流阻低，挤出力小；无高温导致的密封失效问题；且可避免喉管摩擦松动。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种生物3D打印机的高温喷头，其中，包括依次连接形成整体直通式流道的料筒、喉管和针头，整体直通式流道可以有效避免异性流道产生的压力阻滞现象，在打印流动性较差的材料时可以有效降低气动挤出力，同时，在清理阶段以及换材料时可以保证剩余材料更有效的去除。所述料筒和喉管的外围沿径向依次套设有料筒导热套和外壳，所述料筒导热套上设有温控组件且所述料筒导热套底部与所述喉管对应的位置设有用于固定和定位所述喉管的“L”型压块，所述针头的外围设有与所述料筒导热套可拆卸连接的针头导热套，所述针头导热套的外围设有针头绝热套，所述料筒导热套上设有温控组件，所述料筒、喉管、针头、料筒导热套和针头导热套均由导热系数良好且耐高温的材料制成。这样，就可以使得料筒、喉管及针头能够抵抗高温，而且可以保证它们温度的均匀性。料筒导热套内壁与料筒的外壁贴合，以确保传热稳定性；料筒导热套的外壁与外壳内壁对应但不贴合，这样就留有一定余量以保证外壳可以平衡高温导致的料筒导热套膨胀，因此，在外壳的两侧预留螺纹孔并通过紧定螺钉的方式定位料筒导热套与外壳。外壳和针头绝热套可以阻隔热量泄露。

进一步的，所述料筒导热套底部设有用于容纳所述喉管的缺口，所述缺口的内壁上设有半圆形定位槽，所述喉管上设有与所述半圆形定位槽配合的定位部，所述“L”型压块抵住所述定位部的底面，这样就限制了喉管在竖直方向上的滑动；且“L”型压块通过螺栓与所述料筒导热套固定并压紧所述喉管，这样就限制了喉管剩余的自由度。并且，在日常使用时，喉管利用“L”型压块定位和固定的方式，使得设备在检修和维护时喉管可拆卸更换。

进一步的，所述针头导热套前端设有细长中空管，所述细长中空管延伸至针头的末端针尖处。从温控组件产生的热量通过料筒导热套直接传导至料筒中，由于针头直接通过喉管与料筒连接，料筒的一部分热量可以传导至针头，单仅仅依靠这种方式传导热量不足以保证温度一致，还需要连接在料筒导热套底端的针头导热套，针头导热套的细长中空管可以把料筒导热套的热量直接传递至针头的针尖处，有效保证温度的一致性。

进一步的，所述料筒导热套底部设有内螺纹，所述针头导热套顶部外壁上设有与所述内螺纹配合的外螺纹，所述针头导热套与所述料筒导热套通过螺纹旋转连接，所述喉管前端的外侧壁为楔形面，所述针头套设在喉管前端的楔形面上。料筒导热套与针头导热套的连接会在竖直方向产生一个预紧力，这个预紧力保证了针头与喉管前端楔形面的严格密封。

进一步的，所述温控组件包括设在所述料筒导热套周向侧壁内的加热棒和温度传感器，所述料筒导热套顶部端面上设有向料筒导热套周向侧壁内部延伸的槽孔，所述加热棒和温度传感器分别插设在对应的槽孔中。加热棒直接镶嵌在料筒导热套的方式可以更高效的把热量传递至料筒中。

优选的，所述加热棒的数量至少为两个，所述加热棒均匀分布在所述料筒导热套的周向侧壁内，以确保料筒导热套受热更加均匀。所述温度传感器设在相邻两个加热棒正中间位置的料筒导热套周向侧壁内，以确保准确采集料筒导热套的平均温度。所述加热棒和温度传感器的外表面涂覆有导热硅脂，以确保加热棒的热量传导及温度传感器的温度采集更加快速和稳定。

进一步的，所述料筒靠下的2/3长度位于所述料筒导热套内，所述外壳的顶端设有接线槽，所述料筒靠上的1/3长度穿过所述接线槽的底部伸入到接线槽中。料筒位于料筒导热套内的部分属于直接受热区，这段区域的料筒起到直接熔融材料的功能，剩余1/3长度的料筒起到了高温缓冲区的作用，避免了温度过高破坏气动连接密封性以及发生烫伤危险。

进一步的，所述接线槽底部与所述温控组件对应的位置设有穿线孔，所述温控组件的控制线路穿过所述穿线孔进入到所述接线槽中，所述料筒顶端的周向外侧壁上套设有用于隔离所述料筒和所述温控组件的控制线路的压线盖。压线盖可以避免高温对控制线路的影响。

进一步的，所述外壳的顶端设有顶盖，所述顶盖上设有进气孔，进气孔可以为气动管路提供接头，以便料筒内的材料能够通过气动方式挤压出喷头。所述顶盖的一侧设有航空插头，所述航空插头与所述接线槽中的温控组件控制线路电连接，通过连接航空插头可以实现对加热棒以及温度传感器的控制和信号输出。

优选的，所述料筒和针头由不锈钢材质制成，所述料筒导热套和针头导热套由铝合金材质制成，所述喉管由黄铜材质制成，所述外壳和针头绝热套由抗高温的peek材质制成。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明在料筒外围设置了料筒导热套，在针头外围设置了针头导热套，针头导热套延伸至针头针尖处，并在料筒导热套的周向侧壁内均匀设置了加热棒，加热效率高，料筒受热均匀，并能使针头温度可控，有效保证料筒到针头温度的一致性，防止针头堵塞。

本发明的料筒、喉管和针头依次连接形成整体直通式流道，整体直通式流道可以有效避免异性流道产生的压力阻滞现象，在打印流动性较差的材料时可以有效降低气动挤出力，同时，在清理阶段以及换材料时可以保证剩余材料更有效的去除。

本发明的喉管采用“L”型压块定位并利用压力固定，避免了摩擦松动，且检修和维护时喉管可拆卸更换；不使用密封圈，避免了因高温导致的密封失效的问题。

本发明的料筒和针头可独立更换，方便对料筒加料和清理以及更换不同规格的针头。

附图说明

图1是本发明生物D打印机的高温喷头的纵向剖面图。

图2是本发明生物D打印机的高温喷头中喉管与料筒导热套的连接示意图。

图3是本发明生物D打印机的高温喷头中料筒到针头的热传导示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

如图1到图3所示，一种生物D打印机的高温喷头，其中，包括依次连接形成整体直通式流道的料筒1、喉管2和针头3，整体直通式流道可以有效避免异性流道产生的压力阻滞现象，在打印流动性较差的材料时可以有效降低气动挤出力，同时，在清理阶段以及换材料时可以保证剩余材料更有效的去除。所述料筒1和喉管2的外围沿径向依次套设有料筒导热套4和外壳6，所述料筒导热套4上设有温控组件且所述料筒导热套4底部与所述喉管2对应的位置设有用于固定和定位所述喉管2的“L”型压块8，所述针头3的外围设有与所述料筒导热套4可拆卸连接的针头导热套5，所述针头导热套5的外围设有针头绝热套7，所述料筒导热套4上设有温控组件，所述料筒1、喉管2、针头3、料筒导热套4和针头导热套5均由导热系数良好且耐高温的材料制成。这样，就可以使得料筒1、喉管2及针头3能够抵抗高温，而且可以保证它们温度的均匀性。料筒导热套4内壁与料筒1的外壁贴合，以确保传热稳定性；料筒导热套4的外壁与外壳6内壁对应但不贴合，这样就留有一定余量以保证外壳6可以平衡高温导致的料筒导热套4膨胀，因此，在外壳6的两侧预留螺纹孔并通过紧定螺钉的方式定位料筒导热套4与外壳6。外壳6和针头绝热套7可以阻隔热量泄露。

如图1和图2所示，所述料筒导热套4底部设有用于容纳所述喉管2的缺口，所述缺口的内壁上设有半圆形定位槽，所述喉管2上设有与所述半圆形定位槽配合的定位部21，所述“L”型压块8抵住所述定位部21的底面，这样就限制了喉管2在竖直方向上的滑动；且“L”型压块8通过螺栓与所述料筒导热套4固定并压紧所述喉管2，这样就限制了喉管2剩余的自由度。并且，在日常使用时，喉管2利用“L”型压块8定位和固定的方式，使得设备在检修和维护时喉管2可拆卸更换。

如图1和图3所示，所述针头导热套5前端设有细长中空管，所述细长中空管延伸至针头3的末端针尖处。从温控组件产生的热量通过料筒导热套4直接传导至料筒1中，由于针头3直接通过喉管2与料筒1连接，料筒1的一部分热量可以传导至针头3，单仅仅依靠这种方式传导热量不足以保证温度一致，还需要连接在料筒导热套4底端的针头导热套5，针头导热套5的细长中空管可以把料筒导热套4的热量直接传递至针头3的针尖处，有效保证温度的一致性。

本实施例中，所述料筒导热套4底部设有内螺纹，所述针头导热套5顶部外壁上设有与所述内螺纹配合的外螺纹，所述针头导热套5与所述料筒导热套4通过螺纹旋转连接，所述喉管2前端的外侧壁为楔形面，所述针头3套设在喉管2前端的楔形面上。料筒导热套4与针头导热套5的连接会在竖直方向产生一个预紧力，这个预紧力保证了针头3与喉管2前端楔形面的严格密封。

如图1所示，所述温控组件包括设在所述料筒导热套4周向侧壁内的加热棒9和温度传感器10，所述料筒导热套4顶部端面上设有向料筒导热套4周向侧壁内部延伸的槽孔，所述加热棒9和温度传感器10分别插设在对应的槽孔中。加热棒9直接镶嵌在料筒导热套4的方式可以更高效的把热量传递至料筒1中。

本实施例中，所述加热棒9的数量为三个，三个加热棒9均匀分布在所述料筒导热套4的周向侧壁内，以确保料筒导热套4受热更加均匀。所述温度传感器10设在相邻两个加热棒9正中间位置的料筒导热套4周向侧壁内，以确保准确采集料筒导热套4的平均温度。所述加热棒9和温度传感器10的外表面涂覆有导热硅脂，以确保加热棒9的热量传导及温度传感器10的温度采集更加快速和稳定。

如图1所示，所述料筒1靠下的2/3长度位于所述料筒导热套4内，所述外壳6的顶端设有接线槽61，所述料筒1靠上的1/3长度穿过所述接线槽61的底部伸入到接线槽61中。料筒1位于料筒导热套4内的部分属于直接受热区，这段区域的料筒1起到直接熔融材料的功能，剩余1/3长度的料筒1起到了高温缓冲区的作用，避免了温度过高破坏气动连接密封性以及发生烫伤危险。

本实施例中，所述接线槽61底部与所述温控组件对应的位置设有穿线孔，所述温控组件的控制线路穿过所述穿线孔进入到所述接线槽61中，所述料筒1顶端的周向外侧壁上套设有用于隔离所述料筒1和所述温控组件的控制线路的压线盖11。压线盖11可以避免高温对控制线路的影响。

如图1所示，所述外壳6的顶端设有顶盖12，所述顶盖12上设有进气孔13，进气孔13可以为气动管路提供接头，以便料筒1内的材料能够通过气动方式挤压出喷头。所述顶盖12的一侧设有航空插头，所述航空插头与所述接线槽61中的温控组件控制线路电连接，通过连接航空插头可以实现对加热棒9以及温度传感器10的控制和信号输出。

本实施例中，所述料筒1和针头3由不锈钢材质制成，所述料筒导热套4和针头导热套5由铝合金材质制成，所述喉管2由黄铜材质制成，所述外壳6和针头绝热套7由抗高温的peek材质制成。需要说明的是，本实施例中，所述料筒、针头、外壳、针头绝热套所采用的材料仅为举例性说明，本发明对以上所述各部件所采用的材料不做限制，可以是其他的抗高温材料。同样，本实施例中，所述料筒导热套、针头导热套、喉管所采用的材料也仅为举例性说明，本发明对以上所述各部件所采用材料的不做限制，可以是其他导热系数良好的材料。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种生物3D打印机的高温喷头，其特征在于，包括依次连接形成整体直通式流道的料筒（1）、喉管（2）和针头（3），所述料筒（1）和喉管（2）的外围沿径向依次套设有料筒导热套（4）和外壳（6），所述料筒导热套（4）上设有温控组件，且所述料筒导热套（4）底部与所述喉管（2）对应的位置设有用于固定和定位所述喉管（2）的“L”型压块（8），所述针头（3）的外围设有与所述料筒导热套（4）可拆卸连接的针头导热套（5），所述针头导热套（5）的外围设有针头绝热套（7）。

2.根据权利要求1所述的生物3D打印机的高温喷头，其特征在于，所述料筒导热套（4）底部设有用于容纳所述喉管（2）的缺口，所述缺口的内壁上设有半圆形定位槽，所述喉管（2）上设有与所述半圆形定位槽配合的定位部（21），所述“L”型压块（8）抵住所述定位部（21）的底面，且“L”型压块（8）通过螺栓与所述料筒导热套（4）固定并压紧所述喉管（2）。

3.根据权利要求1所述的生物3D打印机的高温喷头，其特征在于，所述针头导热套（5）前端设有细长中空管，所述细长中空管延伸至针头（3）的末端针尖处。

4.根据权利要求1所述的生物3D打印机的高温喷头，其特征在于，所述料筒导热套（4）底部设有内螺纹，所述针头导热套（5）顶部外壁上设有与所述内螺纹配合的外螺纹，所述针头导热套（5）与所述料筒导热套（4）通过螺纹旋转连接，所述喉管（2）前端的外侧壁为楔形面，所述针头（3）套设在喉管（2）前端的楔形面上。

5.根据权利要求1所述的生物3D打印机的高温喷头，其特征在于，所述温控组件包括设在所述料筒导热套（4）周向侧壁内的加热棒（9）和温度传感器（10），所述料筒导热套（4）顶部端面上设有向料筒导热套（4）周向侧壁内部延伸的槽孔，所述加热棒（9）和温度传感器（10）分别插设在对应的槽孔中。

6.根据权利要求5所述的生物3D打印机的高温喷头，其特征在于，所述加热棒（9）的数量至少为两个，所述加热棒（9）均匀分布在所述料筒导热套（4）的周向侧壁内，所述温度传感器（10）设在相邻两个加热棒（9）正中间位置的料筒导热套（4）周向侧壁内，所述加热棒（9）和温度传感器（10）的外表面涂覆有导热硅脂。

7.根据权利要求1所述的生物3D打印机的高温喷头，其特征在于，所述料筒（1）靠下的2/3长度位于所述料筒导热套（4）内，所述外壳（6）的顶端设有接线槽（61），所述料筒（1）靠上的1/3长度穿过所述接线槽（61）的底部伸入到接线槽（61）中。

8.根据权利要求7所述的生物3D打印机的高温喷头，其特征在于，所述接线槽（61）底部与所述温控组件对应的位置设有穿线孔，所述温控组件的控制线路穿过所述穿线孔进入到所述接线槽（61）中，所述料筒（1）顶端的周向外侧壁上套设有用于隔离所述料筒（1）和所述温控组件的控制线路的压线盖（11）。

9.根据权利要求8所述的生物3D打印机的高温喷头，其特征在于，所述外壳（6）的顶端设有顶盖（12），所述顶盖（12）上设有进气孔（13），所述顶盖（12）的一侧设有航空插头，所述航空插头与所述接线槽（61）中的温控组件控制线路电连接。

10.根据权利要求1所述的生物3D打印机的高温喷头，其特征在于，所述料筒（1）和针头（3）由不锈钢材质制成，所述料筒导热套（4）和针头导热套（5）由铝合金材质制成，所述喉管（2）由黄铜材质制成，所述外壳（6）和针头绝热套（7）由抗高温的peek材质制成。