CN108582764A - 一种3d打印机用散热装置及挤出机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种3D打印机用散热装置，包括送料管和散热控制器，在所述送料管的左侧设置有散热风扇，在所述散热风扇的外围设置有罩体，所述罩体向右延伸至所述送料管处并将所述送料管部分包围，所述罩体对送料管的部分包围形成挡风结构，减少了风量外散，使风扇的风量集中在送料管处，提高了该散热装置的散热效果和散热效率，且在所述罩体内设置温度传感器达到了对送料管精确控温的目的，风扇的风量可根据送料管的实时温度进行自动调节，进一步提高了散热效果，节能效果佳。本发明还公开了一种应用该散热装置的3D打印机用挤出机构，提高了3D打印的工作效率与工作质量。

Description

一种3D打印机用散热装置及挤出机构

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，具体涉及一种3D打印机用散热装置及挤出机构。

背景技术

3D打印机又称三维打印机，是一种累积制造技术，即快速成形技术的一种机器，它是一种以数字模型文件为基础，运用特殊蜡材、粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过打印一层层的粘合材料来制造三维的物体。近年来，3D打印机被用来制造各种产品。3D打印机的原理是把数据和原料放进3D打印机中，机器按照程序把产品一层层造出来。挤出机构是3D打印机的关键部件，在进行具体的打印过程中时采用的是将材料加热挤出的原理，加热熔融的打印原料经过挤出机构挤出后成型为各种产品。

对打印原料的加热会导致挤出机构发热，在3D打印过程中，长时间的高温工作容易造成挤出机构太热，进而导致3D打印机堵塞、不打印等一系列的问题，影响了打印机的工作效率与工作质量。因此，3D打印机挤出机构的散热改进一直是业内最关注的问题之一。

现有的3D打印机挤出机构通常采用风冷式散热方式进行冷却，热量通过传热的形式传递给散热片，散热片再通过风扇以流动空气的形式将热量带走，但存在以下不足：（1）风扇的风量容易外散、无法集中；（2）无法根据挤出机构的实时温度适应性调整风扇的风量；（3）无法精确控温。使得现有散热装置的散热效果差、能耗高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种3D打印机用散热装置及挤出机构，以解决上述背景技术中提出的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种3D打印机用散热装置，包括送料管和散热控制器，所述送料管竖直设置，在所述送料管的左侧设置有散热风扇，所述散热风扇的出风口朝向所述送料管，所述散热风扇由一驱动电机驱动，在所述散热风扇的外围设置有罩体，所述罩体向右延伸至所述送料管处并将所述送料管部分包围；在所述罩体内设置有温度传感器，所述温度传感器连接所述散热控制器的输入端，所述驱动电机连接所述散热控制器的输出端。

作为对上述方案的改进，所述送料管为翅片管。

作为对上述方案的改进，所述散热控制器为PLC控制器，所述驱动电机为变频电机。

作为对上述方案的改进，所述罩体延伸至所述送料管的中轴线处，将所述送料管的左半部分包围。

作为对上述方案的改进，所述温度传感器设置在所述罩体内壁上，为热电偶或热敏电阻中的一种。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种3D打印机用挤出机构，包括上述3D打印机用散热装置，在所述散热装置的上侧连接有入料单元，下侧连接有加热挤出单元；所述入料单元包括左右并排设置的动力轮和压力轮；所述加热挤出单元包括入料管、连接在所述入料管下端的喷嘴和连接在所述入料管外侧壁上的加热块。

作为对上述方案的改进，所述加热块为恒温加热块。

作为对上述方案的改进，所述入料单元还包括调节装置，所述调节装置包括支架和右端设置有旋钮的螺杆式转轴，在所述支架的两侧开设有螺纹通孔，所述转轴穿过所述螺纹通孔后其左端抵接在所述压力轮主轴上。

作为对上述方案的改进，在所述转轴与所述压力轮主轴之间设置有传递块，所述转轴的左端抵接在所述传递块上，所述传递块的左端抵接在所述压力轮主轴上。

作为对上述方案的改进，所述传递块包括主体块及设置在所述主体块左端的第一抵块和第二抵块，所述转轴的左端抵接在所述主体块上，所述第一抵块和第二抵块的左端分别抵接在所述压力轮前侧和后侧的主轴上。

本发明的有益效果是：本发明所提供的3D打印机用散热装置，其中的罩体对送料管的部分包围形成挡风结构，减少了风量外散，使风扇的风量集中在送料管处，提高了该散热装置的散热效果和散热效率，且通过设置温度传感器和散热控制器达到了对送料管精确控温的目的，风扇的风量可根据送料管的实时温度进行自动调节，进一步提高了散热效果，节能效果佳。本发明所提供的3D打印机用挤出机构，克服了现有3D打印机因散热不良而导致的堵塞、不打印等一系列问题，提高了3D打印的工作效率与工作质量。

附图说明

图1是本发明一实施例中3D打印机用散热装置的结构示意图；

图2是本发明一实施例中3D打印机用散热装置的控制框图；

图3是本发明一实施例中3D打印机用挤出机构的结构示意图；

图4是图3中入料单元的俯视示意图。

附图中各部件的标记如下：1-散热装置；10-送料管；101-管体；102-散热翅片；11-散热控制器；12-散热风扇；121-驱动电机；13-罩体；14-温度传感器；2-入料单元；21-动力轮；22-压力轮；220-压力轮主轴；23-调节装置；231-支架；232-螺杆式转轴；2321-旋钮；233-传递块；2330-主体块；2331-第一抵块；2332-第二抵块；3-加热挤出单元；31-入料管；32-喷嘴；33-加热块；40-打印原料。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1和图2，本发明提供了一种3D打印机用散热装置1，所述散热装置1用于3D打印机挤出机构的散热，图1示出了本发明一较佳实施例中所述3D打印机用散热装置1的结构，所述3D打印机用散热装置1包括送料管10和散热控制器11，其中，所述送料管10竖直设置，是3D打印机用打印原料的进料通道，所述送料管10的上端连接用于传递打印原料的入料单元，下端连接用于将打印原料加热熔融并挤出成型的加热挤出单元；所述散热控制器11用于对所述散热装置1中各相关组件的运行进行自动控制，以确保所述散热装置能够高效散热及节约能耗，本实施例中，所述散热控制器11为PLC控制器。实际应用中，所述散热控制器11可设定标准参数、采集输入数据、执行逻辑运算及发送控制指令信号。可以理解的，在本发明的其他实施例中，所述散热控制器11也可以是单片机、FPGA、MCU等数字自动控制器。

在3D打印机的打印作业中，打印原料在所述加热挤出单元上被加热至熔融状态，加热挤出单元上大量的热量极易向上传导至所述送料管10，使所述送料管10温度升高，导致送料管10内的打印原料过早软化甚至熔化，造成送料不畅，打印机堵塞。

本实施例中，所述送料管10设置为翅片管，所述送料管10包括管体101及包绕在所述管体10外壁周向上的散热翅片102，进一步的，所述送料管10可以是套装翅片管、镶嵌式螺旋翅片或钎焊螺旋翅片管中的一种，或者所述散热翅片102与所述管体10 1也可以为一体成型结构。从所述加热挤出单元传导至所述送料管10的热量可以通过所述散热翅片102快速的分散，从而有效降低所述送料管10的温度。

本实施例中，在所述送料管10的左侧设置有散热风扇12，所述散热风扇12与所述送料管10相对设置，其出风口朝向所述送料管10，用于对所述送料管10进行冷却降温，被分散至所述散热翅片102上的热量在所述散热风扇12的作用下，能够快速散出，以进一步确保所述送料管10的温度不会太高，克服所述送料管10内打印原料过早熔化造成的堵料。

本实施例中，在所述散热风扇12的外围设置有罩体13，所述罩体13为一右端开口的立方体结构，由相互连接的左壁、前壁、后壁和上壁、下壁组成，所述散热风扇12被包围所述罩体13内，优选所述散热风扇12固定在所述罩体13上，更优选所述散热风扇12固定在所述罩体13的左壁上，所述罩体13对所述散热风扇12起到固定和防护的作用。本实施例中，所述散热风扇12由一驱动电机121驱动，优选所述驱动电机121为变频电机。

所述罩体13向右延伸（即其前壁、后壁、上壁、下壁向右延伸）至所述送料管10处并将所述送料管10部分包围，对所述送料管10部分包围的所述罩体13形成了挡风结构，减少了所述散热风扇12吹向所述送料管10的风量向四周的扩散，使风量集中在送料管10处，提高了所述散热装置1的散热效果和散热效率。其中，所述罩体13的高度设置为不低于所述送料管10的高度，优选所述罩体13的高度等于所述送料管10的高度。

所述散热风扇12吹向所述送料管10的风由所述送料管10被所述罩体13包围的部分流经所述送料管10未被所述罩体13包围的部分后流出，带走所述送料管10上的热量。当所述罩体13对所述送料管10的包围部分过少时，所述罩体13的挡风作用不足，容易造成风量外散，削弱所述散热装置的散热效率及效果；当所述罩体13对所述送料管10的包围部分过多时，所述散热风扇12吹向所述送料管10的风流出减慢，使所述送料管10的热量不能及时散出，综上，在本实施例中，所述罩体13向右延伸至所述送料管10的中轴线处，以确保所述散热风扇12吹向所述送料管10的风流出顺畅，所述罩体13将所述送料管10的左半部分包围，此时，所述散热风扇12吹向所述送料管10的风由所述送料管10的左半部分经所述送料管10的右半部分后流出，带走所述送料管10上的热量。

值得一提的是，在现有常规的3D打印机挤出机构中，温度传感器通常是设置在喷嘴处，即现有技术中，本领域技术人员更倾向于检测、控制3D打印机喷嘴的挤出温度，而忽略了对送料管的温度控制，事实上，3D打印机堵料的主要原因是送料管10温度过高，其内的打印原料过早软化甚至熔化，造成3D打印机进料堵塞，因此，3D打印过程中，通过对送料管10的温度进行检测和控制才能更好的克服3D打印机堵料的问题。

请继续参阅图1和图2，本实施例中，在所述罩体13内设置有温度传感器14，所述温度传感器14用于精确检测所述送料管10的实时温度，图2示出了本实施例中所述散热装置1的控制关系，所述温度传感器14连接所述散热控制器11的输入端，其将所检测到的所述送料管10的实时温度传送至所述散热控制器11，所述散热控制器11的输出端连接所述驱动电机121，所述散热控制器11将所接收到的所述送料管10的实时温度与其上设定的标准温度进行对比，根据对比结果发送相应的控制指令信号至所述驱动电机121，通过调整所述驱动电机121的频率来适应性调整所述散热风扇12的转速和风量。可以理解的，所述标准温度可以设定为一个具体的温度值，也可以设定为一个温度范围。

具体的，当所述送料管10的实时温度高于所述设定的标准温度时，所述散热控制器11发送控制指令信号至所述驱动电机121，使所述散热风扇12的转速增大，从而增加所述散热风扇12的风量，使所述送料管10的热量能够快速散出，确保所述送料管10的温度不会太高，避免堵料的发生；当所述送料管10的实时温度低于所述设定的标准温度时，所述散热控制器11发送控制指令信号至所述驱动电机121，使所述散热风扇12的转速降低，从而减小所述散热风扇12的风量，使能源利用合理化。

在本实施例的一个应用场景中，通过所述散热风扇12风量的不断自动调整，使所述送料管10的实时温度保持在所述标准温度值上，可实现对所述送料管10的精确控温，进一步提高了所述散热装置1的散热效果，节能效果佳。

本实施例中，所述温度传感器14设置在所述罩体13内壁上，为热电偶或热敏电阻中的一种，优选为体积小、灵敏度高的热敏电阻。可以理解的，在本发明其他的实施例中，所述温度传感器14也可以设置在位于所述罩体13内的所述送料管10上，如设置在所述管体101上或所述翅片102上以精确检测所述送料管10的实时温度。

请一并参阅图3，本发明还提供了一种3D打印机用挤出机构，图3示出了本发明一较佳实施例中所述3D打印机用挤出机构的结构，所述挤出机构包括所述3D打印机用散热装置1、与所述散热装置1连接的入料单元2和加热挤出单元3。其中，所述入料单元2连接在所述散热装置1的上侧，所述加热挤出单元3连接在所述散热装置1的下侧，打印原料40由所述入料单元2传输至所述散热装置1的送料管10内后，再传送至所述加热挤出单元3，在所述加热挤出单元3上，所述打印原料40被加热熔融后挤出。本实施例中，所述打印原料40呈条带状。

请一并参阅图4，图4示出了图3中所述入料单元2的俯视结构，所述入料单元2包括左右并排设置的动力轮21和压力轮22。所述动力轮21与压力轮22的圆周面位于同一平面且两轮的圆周面之间保持间隙，所述打印原料40被夹持在所述动力轮21与压力轮22的周向间隙中。所述动力轮21、压力轮22均由电动机驱动做圆周运动，其中，所述动力轮21沿顺时针方向旋转，所述压力轮22沿逆时针方向旋转，所述打印原料40的运行方向为竖直向下。在所述动力轮21的圆周面上沿轴向均匀分布有齿状纹路，所述压力轮22为沿其轴向由中间到两端直径逐渐增大的槽轮，所述动力轮21和压力轮22均为水平设置，且所述动力轮21和压力轮22的圆周面中线位于同一平面上，当所述动力轮21和压力轮22运行时，所述打印原料40的运行方向与所述动力轮21和压力轮22的旋转方向相切，所述两个圆周面对所述打印原料40施加的摩擦为夹持在周向间隙中的所述打印原料40持续提供竖直向下的牵拉力，使所述打印原料40被连续不断地向下传送至所述散热装置1和加热挤出单元3。优选的，所述动力轮21和压力轮22之间的周向间隙不大于所述打印原料40的宽度，以确保所述动力轮21和压力轮22对所述打印原料40施加足够的摩擦传送力，可以理解的，在本发明其他的实施例中，所述动力轮21和压力轮22之间的周向间隙也可以设置为不大于所述打印原料40的厚度或设置为不大于所述打印原料40的粗度。

请继续参阅图3和图4，本实施例中，所述入料单元2还包括调节装置23，所述调节装置23用于通过调整所述动力轮21和压力轮22之间的周向间隙来调节所述入料单元2的入料压力，以使所述入料单元2可适应不同材质、不同形状或不同尺寸规格的3D打印原料，提升了3D打印的稳定性和高效性。其中，所述入料压力指所述动力轮21和压力轮22对所述打印原料40的夹持力。

其中，所述调节装置23包括支架231和螺杆式转轴232，在所述螺杆式转轴232的右端设置有旋钮2321，在所述支架231的两侧开设有螺纹通孔，所述转轴232穿过所述螺纹通孔后其左端抵接在所述压力轮主轴220上。实际应用中，针对不同形状或不同尺寸规格的3D打印原料40，可通过旋转所述旋钮2321增大或减小所述动力轮21和压力轮22之间的周向间隙以降低或增加所述入料单元2的入料压力，操作方便快捷。具体的，当逆时针旋转所述旋钮2321时，所述螺杆式转轴232向右运行，所述动力轮21和压力轮22之间的周向间隙增大，所述入料单元2的入料压力降低；当顺时针旋转所述旋钮2321时，所述螺杆式转轴232向左运行，所述动力轮21和压力轮22之间的周向间隙减小，所述入料单元2的入料压力增加。

进一步的，在所述转轴232与所述压力轮主轴220之间设置有传递块233，所述转轴232的左端抵接在所述传递块233上，所述传递块233的左端抵接在所述压力轮主轴220上。更进一步的，所述传递块233包括主体块2330及设置在所述主体块2330左端前后两侧的第一抵块2331和第二抵块2332，所述转轴232的左端抵接在所述主体块2330上，所述第一抵块2331和第二抵块2332的左端分别抵接在所述压力轮22前侧和后侧的主轴上220上。优选所述主体块2330与所述第一抵块2331、第二抵块2332为一体结构。

在一个应用场景中，所述第一抵块2331、第二抵块2332的左端与所述压力轮主轴220之间还可以设置有压变弹簧（图中未示出），所述压变弹簧用于将来自所述传递块233的压力传递至所述压力轮主轴220上，还可起到一定的缓冲作用。在另一个应用场景中，所述入料单元2还包括壳体（图中未示出），所述动力轮21、压力轮22和调节装置23均置于所述壳体内，所述旋钮2321露出在所述壳体外，在所述壳体上侧还开设有进料口，所述打印原料40通过所述进料口被向下送入至所述动力轮21和压力轮22之间的周向间隙中。

本实施例中，在所述入料单元2的所述动力轮21与压力轮22持续的向下牵拉力作用下，所述打印原料40由上至下经过所述送料管10后被传送至所述加热挤出单元3上。请继续参阅图3，所述加热挤出单元3包括连接在所述送料管10下端的入料管31、连接在所述入料管31下端的喷嘴32和连接在所述入料管31外侧壁上的加热块33，优选所述加热块33包裹在所述入料管31的整个周向上。所述打印原料40经过所述送料管10后被传送入所述入料管31内，设置在所述入料管31外侧壁上的加热块33对所述入料管31加热，使所述入料管31内的所述打印原料40熔融，熔融的打印原料40在所述送料管10内的打印原料40向下的挤压力作用下从所述喷嘴32底端的小孔挤出。

进一步的，所述入料管31与所述喷嘴32之间、所述入料管31与所述加热块33之间均通过螺纹连接，方便安装、拆卸及保养维护。优选的，在所述入料管31的侧壁上设置有外螺纹，在所述加热块33上开设有与所述入料管31外形匹配的连接孔，所述连接孔设置有相应的内螺纹；在所述入料管的下端设置有内螺纹，在所述喷嘴33上端设置有相应的外螺纹。

进一步的，所述加热块33为恒温加热块，可根据打印原料40的类型调节其加热温度，使加热温度恒定在打印原料40的最佳熔融温度，以提高所述加热挤出单元3的挤出效率和效果。其中，所述恒温加热块可选自但不限于PTC恒温加热器或COD恒温加热器中的一种。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种3D打印机用散热装置，包括送料管和散热控制器，所述送料管竖直设置，其特征在于，在所述送料管的左侧设置有散热风扇，所述散热风扇的出风口朝向所述送料管，所述散热风扇由一驱动电机驱动，在所述散热风扇的外围设置有罩体，所述罩体向右延伸至所述送料管处并将所述送料管部分包围；在所述罩体内设置有温度传感器，所述温度传感器连接所述散热控制器的输入端，所述驱动电机连接所述散热控制器的输出端。

2.根据权利要求1所述的3D打印机用散热装置，其特征在于，所述送料管为翅片管。

3.根据权利要求1所述的3D打印机用散热装置，其特征在于，所述散热控制器为PLC控制器，所述驱动电机为变频电机。

4.根据权利要求1所述的3D打印机用散热装置，其特征在于，所述罩体延伸至所述送料管的中轴线处，将所述送料管的左半部分包围。

5.根据权利要求1所述的3D打印机用散热装置，其特征在于，所述温度传感器设置在所述罩体内壁上，为热电偶或热敏电阻中的一种。

6.一种3D打印机用挤出机构，其特征在于，包括权利要求1-5中任意一项所述的3D打印机用散热装置，在所述散热装置的上侧连接有入料单元，下侧连接有加热挤出单元；所述入料单元包括左右并排设置的动力轮和压力轮；所述加热挤出单元包括入料管、连接在所述入料管下端的喷嘴和连接在所述入料管外侧壁上的加热块。

7.根据权利要求6所述的3D打印机用挤出机构，其特征在于，所述加热块为恒温加热块。

8.根据权利要求6所述的3D打印机用挤出机构，其特征在于，所述入料单元还包括调节装置，所述调节装置包括支架和右端设置有旋钮的螺杆式转轴，在所述支架的两侧开设有螺纹通孔，所述转轴穿过所述螺纹通孔后其左端抵接在所述压力轮主轴上。

9.根据权利要求8所述的3D打印机用挤出机构，其特征在于，在所述转轴与所述压力轮主轴之间设置有传递块，所述转轴的左端抵接在所述传递块上，所述传递块的左端抵接在所述压力轮主轴上。

10.根据权利要求9所述的3D打印机用挤出机构，其特征在于，所述传递块包括主体块及设置在所述主体块左端的第一抵块和第二抵块，所述转轴的左端抵接在所述主体块上，所述第一抵块和第二抵块的左端分别抵接在所述压力轮前侧和后侧的主轴上。