CN110065235A - 一种3d打印头温控装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明创造提供了一种3D打印头温控装置及方法，包括针筒温控部、针头温控部、散热部以及保温部，所述针筒温控部及针头温控部分别固定于散热部的一侧；所述保温部设于针筒温控部及针头温控部的外部。本发明所述3D打印头温控装置采用半导体控制温度，可实现较高的温度控制精度，精度可达±0.1℃。使用3D打印头温控装置，可快速准确控制针筒内打印材料的温度。
Description
技术领域
本发明创造属于3D打印技术领域，尤其是涉及一种3D打印头温控装置及方法。
背景技术
3D打印技术又称快速成型技术或增材制造技术，它的基本原理为“逐层打印、层层叠加”，首先由三维软件生成三维模型，然后由上位机切片软件对三维模型进行切片并规划路径，并生成G-code文件，将文件导入给下位机控制器，由控制器控制3D打印机逐层打印，再现三维实体模型。
其中，溶液、悬浮液、胶体、浆料或熔融体等材料的3D打印工艺对材料本身温度控制要求较高，往往温度偏差零点几摄氏度，材料性质就会出现较大变化，使打印过程难以掌控。因此，有必要提供一种3D打印头温度控制装置及方法来解决上述问题。
发明内容
有鉴于此，本发明创造旨在提出一种3D打印头温控装置及方法，以实现溶液、悬浮液、胶体、浆料或熔融体等材料在3D打印时需要的温度精确控制。
为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：
一种3D打印头温控装置，包括针筒温控部、针头温控部、散热部以及保温部，所述针筒温控部及针头温控部分别固定于散热部的一侧；所述保温部设于针筒温控部及针头温控部的外部。
进一步的，所述针筒温控部螺纹固定于散热部一侧的上部，所述针头温控部螺纹固定于散热部一侧的下部。
进一步的，所述针筒温控部包括针筒温控块、针筒温控半导体以及针筒温控传感器，所述针筒温控块设于保温部内，针筒温控内设有针筒安装孔，其用于放置针筒，所述针筒温控传感器安装于靠近针筒安装孔的一侧，所述针筒温控半导体安装于针筒温控块和散热部之间。
进一步的，所述针筒温控块的开孔内径大于针筒的外径，从而确保针筒与针筒温控块之间的传热效率。
进一步的，所述针头温控部包括针头温控块、针头温控半导体、针头温控传感器；所述针头温控块设于保温部内，针头温控块内设有针头安装孔，其用于放置针头，所述针头安装孔的孔径大于针头外径,从而确保针头温控块与针头保持较高的传热效率；
所述针头温控块内部靠近针头安装孔处设有针筒温控传感器安装孔；所述针头温控半导体安装在针头温控块和散热铝片之间。
进一步的，所述散热部包括散热铝板、散热器以及冷却风扇；所述散热器和冷却风扇依次固定在散热铝板的一侧，散热铝板螺纹固定于靠近针头温控部及针筒温控部的一侧。
进一步的，所述保温部包括针筒保温层、保温层底板以及针头保温层。所述针筒保温层及针头保温层均与保温层底板固定连接，且保温层底板设于针筒保温层及针头保温层之间，其用于分隔针筒保温层和针头保温层。
进一步的，所述针筒保温层与散热铝片固定连接，从而形成第一封闭腔，针筒温控部设于第一封闭腔内；针头保温层与散热铝片固定连接，从而形成第二封闭腔，针头温控部设于第二封闭墙内，所述针筒保温层、针头保温层分别用于减少针头温控部、及针筒温控部与外界的热传递。
进一步的，所述针筒保温层的顶部设有一温控装置安装孔，其用于本装置与3D打印机的固定连接。
一种应用于3D打印头温控装置的方法：
(4)将装满打印材料的针筒及针头安装于3D打印头温控装置内；
(5)在外部的上位机进行设定目标值，点击运行；
(6)上位机将温控目标值传递给外部的温度控制器，温度控制器分别控制针筒温控半导体和针头温控半导体工作，同时启动冷却风扇；
(7)针筒温控传感器和针头温控传感器分别实时监测针筒温控块和针头温控块温度；
(8)将步骤(4)所述的针筒温控传感器及针头温控传感器所采集的温度反馈给所述的温度控制器；
(9)温度控制器通过控制半导体升温或者降温，最终确保针筒温控和针头温控达到目标值。
进一步的，所述步骤(2)所述的目标值设定包括针筒温度目标值以及针头温度目标值。
相对于现有技术，本发明创造所述的一种3D打印头温控装置及方法具有以下优势：
本发明所述3D打印头温控装置采用半导体控制温度，可实现较高的温度控制精度，精度可达±0.1℃。使用3D打印头温控装置，可快速准确控制针筒内打印材料的温度。
附图说明
构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：
图1为本发明创造实施例所述的结构示意图；
图2为本发明创造实施例所述的剖面示意图。
附图标记说明：
1-针筒，2-保温装置，201-保温层顶板，202-保温层右侧板，203-保温层底板，204-针头保温层，205-保温层前侧板，206-保温层后侧板,3-针筒温控装置，301-针筒温控块，302-针筒温控传感器，303-针筒温控半导体，4-针头温控装置，401-针头温控块，402-针头温控传感器，403-针头温控半导体，5-针头，6-散热装置，601-散热铝板，602-散热器，603-冷却风扇。。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明创造的描述中，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创造和简化描述，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创造的限制。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。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明创造的描述中，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创造中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。
如图1、2所示，一种3D打印头温控装置，包括针筒温控装置3、针头温控装置4、散热装置6、保温装置2。所述针筒温控装置3通过安装螺钉固定在散热铝片601上侧；所述针头温控装置4通过安装螺钉固定在散热铝片601下侧；所述保温装置2安装在针筒温控装置3和针头温控装置4外侧，所述散热装置6安装在针筒温控装置3和针头温控装置4左侧。
作为优选，所述针筒温控装置3包括针筒温控块301、针筒温控半导体303、针筒温控传感器302。所述针筒温控块301采用热导率高的材料制作，针筒温控块301开孔内径比针筒1外径单边大0.1mm,确保针筒温控块301与针筒1保持较高的传热效率；所述针筒温控块301靠近针筒1安装孔处设有针筒温控传感器302安装孔，针筒温控传感器302和安装孔的间隙由导热胶填充；所述针筒温控半导体303安装在针筒温控块301和散热铝片601之间，针筒温控半导体303、散热铝片601、针筒温控块301之间的间隙由导热胶填充。
作为优选，所述针头温控装置4包括针头温控块401、针头温控半导体403、针头温控传感器402。所述针头温控块401采用热导率高的材料制作，针头温控块401设有针头5安装孔，孔径比针头2外径单边大0.1mm,确保针筒温控块401与针头1保持较高的传热效率；所述针头温控块401靠近针头5安装孔处设有针头温控传感器402安装孔，针头温控传感器402和安装孔的间隙由导热胶填充；所述针头温控半导体403安装在针头温控块401和散热铝片601之间，针头温控半导体403、散热铝片601、针头温控块401之间的间隙由导热胶填充。
作为优选，所述散热装置6包括散热铝板601、散热器602、冷却风扇603。所述散热器602和冷却风扇603通过安装螺钉固定在散热铝板601的左侧。
作为优选，所述保温装置2包括保温层顶板201、保温层前侧板205、保温层后侧板206、保温层右侧板202、保温层底板203、针头保温层204。所述保温层顶板201、保温层前侧板205、保温层后侧板206、保温层右侧板202、保温层底板203、散热铝板601通过安装螺钉固定在一起形成封闭腔，封闭腔紧紧包裹针筒温控装置3，减少针筒温控装置3与外界的热传递；所述针头保温层204、散热铝板601、保温层底板203通过安装螺钉固定在一起形成另一封闭腔，封闭腔紧紧包裹针头温控装置4，减少针头温控装置4与外界的热传递。
作为优选，所述保温层顶板201设有安装孔，用于将3D打印头温控装置固定在3D打印机上；
本发明还提供一种3D打印头温控装置的使用方法包括以下步骤，
(a)将装满打印材料的针筒1及针头5安装在3D打印头温控装置内；
(b)在上位机设定针筒温控目标值和针头温控目标值，点击运行；上位机将温控目标值传递给温度控制器，温度控制器分别控制针筒温控半导体303和针头温控半导体403开始工作，同时启动冷却风扇603；
(c)针筒温控传感器302和针头温控传感器402分别实时监测针筒温控块301和针头温控块401温度，并将测得的温度反馈给温度控制器，温度控制器通过PID算法控制半导体升温或者降温，最终确保针筒温控和针头温控达到目标值。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种3D打印头温控装置，其特征在于：包括针筒温控部、针头温控部、散热部以及保温部，所述针筒温控部及针头温控部分别固定于散热部的一侧；所述保温部设于针筒温控部及针头温控部的外部。
2.根据权利要求1所述的一种3D打印头温控装置，其特征在于：所述针筒温控部螺纹固定于散热部一侧的上部，所述针头温控部螺纹固定于散热部一侧的下部。
3.根据权利要求2所述的一种3D打印头温控装置，其特征在于：所述针筒温控部包括针筒温控块、针筒温控半导体以及针筒温控传感器，所述针筒温控块设于保温部内，针筒温控内设有针筒安装孔，其用于放置针筒，所述针筒温控传感器安装于靠近针筒安装孔的一侧，所述针筒温控半导体安装于针筒温控块和散热部之间。
4.根据权利要求3所述的一种3D打印头温控装置，其特征在于：所述针筒温控块的开孔内径大于针筒的外径，从而确保针筒与针筒温控块之间的传热效率。
5.根据权利要求4所述的一种3D打印头温控装置，其特征在于：所述针头温控部包括针头温控块、针头温控半导体、针头温控传感器；所述针头温控块设于保温部内，针头温控块内设有针头安装孔，其用于放置针头，所述针头安装孔的孔径大于针头外径,从而确保针头温控块与针头保持较高的传热效率；
所述针头温控块内部靠近针头安装孔处设有针筒温控传感器安装孔；所述针头温控半导体安装在针头温控块和散热铝片之间。
6.根据权利要求5所述的一种3D打印头温控装置，其特征在于：所述散热部包括散热铝板、散热器以及冷却风扇；所述散热器和冷却风扇依次固定在散热铝板的一侧，散热铝板螺纹固定于靠近针头温控部及针筒温控部的一侧。
7.根据权利要求6所述的一种3D打印头温控装置，其特征在于：所述保温部包括针筒保温层、保温层底板以及针头保温层。所述针筒保温层及针头保温层均与保温层底板固定连接，且保温层底板设于针筒保温层及针头保温层之间，其用于分隔针筒保温层和针头保温层。
8.根据权利要求7所述的一种3D打印头温控装置，其特征在于：所述针筒保温层与散热铝片固定连接，从而形成第一封闭腔，针筒温控部设于第一封闭腔内；针头保温层与散热铝片固定连接，从而形成第二封闭腔，针头温控部设于第二封闭墙内，所述针筒保温层、针头保温层分别用于减少针头温控部、及针筒温控部与外界的热传导。
9.根据权利要求所述的一种3D打印头温控装置，其特征在于：所述针筒保温层的顶部设有一温控装置安装孔，其用于本装置与3D打印机的固定连接。
10.一种应用如权利要求1～9的3D打印头温控装置的方法，其特征在于：一种应用于3D打印头温控装置的方法：
(1)将装满打印材料的针筒及针头安装于3D打印头温控装置内；
(2)在外部的上位机进行设定目标值，点击运行；
(3)上位机将温控目标值传递给外部的温度控制器，温度控制器分别控制针筒温控半导体和针头温控半导体工作，同时启动冷却风扇；
(4)针筒温控传感器和针头温控传感器分别实时监测针筒温控块和针头温控块温度；
(5)将步骤(4)所述的针筒温控传感器及针头温控传感器所采集的温度反馈给所述的温度控制器；
(6)温度控制器通过控制半导体升温或者降温，最终确保针筒温控和针头温控达到目标值。
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