CN110293676A - 一种高温熔融沉积成形喷头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高温熔融沉积成形喷头，在打印必须高温熔融的塑料条件下，能确保喷头进入端内的塑料线材不软化、不变粗，不堵塞喷头中的送料通道，喷头能长时间正常打印。其技术方案为：喷头包括：套管，用于进入喷头上端的塑料线材导向；喉管，用于进入喷头下端的塑料线材导向，隔离高温喷嘴的热传导；散热片，用于散发喷头上端的热量；陶瓷堆，用于隔离高温喷嘴的辐射热，保护喉管不会受侧向力作用而损坏；电加热块，用于加热喷嘴中的塑料线材，使其熔融；喷嘴，用作熔融塑料的挤出口，控制挤出塑料丝的直径；紧固螺钉，用于电加热块、陶瓷堆和散热片之间的连接定位。

Description

一种高温熔融沉积成形喷头
技术领域
本发明涉及一种熔融沉积成形式3D打印机喷头，尤其涉及一种可打印具有高熔融温度塑料的喷头。
背景技术
熔融沉积成形(简称FDM/FFF)是一种常见的3D打印工艺，实现这种工艺的设备称为FDM 3D打印机。在这种打印机上，通过送料机构将可熔融的塑料线材送入喷头，由于喷头中电加热器的作用，喷头内的线材逐段熔融并从喷头挤出至工作台上，在打印机运动机构的作用下，熔融的塑料在工作台上逐步形成所需工件的一层层图形。
图1是常用的一种FDM 3D打印机喷头，这种喷头由套管7、喉管2、电加热块3、散热片1、喷嘴4和电风扇5等组成。塑料线材6的外径较小(通常为1.75mm)。套管7和喉管2用于线材6的导向。套管7用铁氟龙材料制作，以便减少线材与喷头的之间的摩擦力，使线材能顺利进入喷头，其内径略微大于线材的外径。喉管2用不锈钢制作。进入喷头的线材6在喷头的下端受电加热块3的加热作用，呈熔融状态，在上端未熔融线材6的推动下，挤出到下部的工作台上(未示出)。散热片1和电风扇5用于冷却喉管2和套管7，以免喉管2和套管7过热而导致线材6上端软化、变粗，从而堵塞送料通道，造成不能继续挤料，以至打印失败。
采用上述风冷喷头结构时，当打印时间较长后，会由于喉管2和套管7冷却不充分而导致喷头上部仍然过热，其中的塑料线材软化、变粗，造成喷头中的送料通道堵塞，不能继续正常打印，成为FDM 3D打印机使用过程的一大弊端。近年来由于3D打印材料的发展，出现了许多高性能塑料，打印这些材料时，要求喷头中喷嘴处的加热温度很高，有的甚至必需达到400℃(例如聚醚醚酮)，否则不能使其中的线材充分熔融。由于喷嘴处于如此高温，上述图1所示风冷方式不能使喉管2和套管7充分冷却，因而必然造成喷头上部显著过热，其中的塑料线材严重软化、变粗，送料通道堵塞问题更加突出，喷头根本无法正常工作。
为解决上述问题，近年来出现了水冷结构的喷头。例如中国发明专利CN105666876A所示喷头(图2)，其中，水泵13输入来自散热器15的冷却水，其输出的冷却水通过进水管12、接头11、冷却体4、冷却管3、接头17和出水管16流回散热器15，从而冷却喉管5及其中的塑料线材(未示出)，使线材进入加热块8之前不会过热而软化、变粗，保证喷头处于良好的工作状态。
上述水冷结构的喷头虽可降低喉管及其中线材的温度，但喷头的结构较复杂，特别是需外设水泵和散热器，并需通过进、出两根水管输入、输出水液，浪费打印机的有效成形空间，增加喷头的外形轮廓尺寸和运动惯量，十分不利。
发明内容
以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
本发明的目的在于解决上述问题，提供了一种高温熔融沉积成形喷头，在打印必须高温熔融的塑料条件下，能确保喷头进入端内的塑料线材不软化、不变粗，不堵塞喷头中的送料通道，喷头能长时间正常打印。
本发明的技术方案为：本发明揭示了一种高温熔融沉积成形喷头，包括：
套管，用于进入喷头上端的塑料线材导向；
喉管，用于进入喷头下端的塑料线材导向，隔离高温喷嘴的热传导；
散热片，用于散发喷头上端的热量；
陶瓷堆，用于隔离高温喷嘴的辐射热，保护喉管不会受侧向力作用而损坏；
电加热块，用于加热喷嘴中的塑料线材，使塑料线材熔融；
喷嘴，用作熔融塑料的挤出口，控制挤出塑料丝的直径；
紧固螺钉，用于电加热块、陶瓷堆和散热片之间的连接定位。
根据本发明的高温熔融沉积成形喷头的一实施例，套管嵌入喷头的上端，套管内孔用作塑料线材的通道，套管内孔孔径略大于塑料线材的外径，套管由铁氟龙材料制作，以便减少塑料线材与喷头的之间的摩擦力。
根据本发明的高温熔融沉积成形喷头的一实施例，喉管嵌入喷头中的套管之下，喉管内孔用作塑料线材的通道，喉管内孔孔径略大于塑料线材的外径，喉管由高性能氧化锆陶瓷制作，以便隔离下部高温喷嘴向上部塑料线材的传导热。
根据本发明的高温熔融沉积成形喷头的一实施例，散热片处于喷头的外表，散热片由铝材制作。
根据本发明的高温熔融沉积成形喷头的一实施例，陶瓷堆处于散热片与电加热块之间，陶瓷堆是由若干氧化锆陶瓷片叠加而成，以便隔离下部高温喷嘴向上的辐射热。
根据本发明的高温熔融沉积成形喷头的一实施例，电加热块处于喷头下部喷嘴的外面，内部嵌入电加热棒和热电偶。
根据本发明的高温熔融沉积成形喷头的一实施例，喷嘴嵌入喉管之下的电加热块之内，喷嘴由黄铜制作，喷嘴用于传导电加热块产生的热量，以便熔融喷嘴中的塑料，喷嘴内孔为熔融塑料的挤出口。
根据本发明的高温熔融沉积成形喷头的一实施例，紧固螺钉穿过电加热块和陶瓷堆的内孔，拧紧在散热片上。
本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明的高温熔融沉积成形喷头采用高性能陶瓷材料隔离高温喷嘴的热传导和热辐射，从而在打印必须高温熔融的塑料条件下，能确保喷头进入端内的塑料线材不软化、不变粗，不堵塞喷头中的送料通道，喷头能长时间正常打印。
附图说明
在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。
图1示出了常用的一种风冷式熔融沉积成形喷头的示意图。
图2示出了一种水冷式熔融沉积成形喷头的示意图。
图3示出了本发明的一种高温熔融沉积成形喷头的示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本发明的保护范围进行任何限制。
图3示出了本发明的高温熔融沉积成形喷头的实施例的组成示意图。请参见图3，本实施例的高温熔融沉积成形喷头主要包括：套管37、喉管32、散热片31、陶瓷堆33、电加热块34、喷嘴36和紧固螺钉35。其中，套管37处于喷头的上端入口处，喉管32的上端与套管37的下端相接，喷嘴36的上端与喉管32的下端相接，散热片31包裹在套管37和喉管32的外部，陶瓷堆33处于散热片31下端面与电加热块34上端面之间，紧固螺钉35穿过电加热块34和陶瓷堆33，拧紧在散热片31中。
套管37用于进入喷头上端的塑料线材导向。套管37嵌入喷头的上端，内孔用作塑料线材的通道，其孔径略微大于塑料线材的外径，用铁氟龙材料制作，以便减少塑料线材与喷头的之间的摩擦力。
喉管32嵌入喷头中套管之下，内孔用作塑料线材的通道，其孔径略微大于塑料线材的外径，用高性能氧化锆陶瓷制作，用于进入喷头下端的塑料线材导向，以便隔离下部高温喷嘴向上部塑料线材的传导热。
散热片31处于喷头的外表，用铝材制作，以便散发喷头上端的热量。
陶瓷堆33处于散热片31与电加热块34之间，用若干氧化锆陶瓷片叠加而成，以便隔离下部高温喷嘴向上的辐射热，保护喉管不会受侧向力作用而损坏。
电加热块34处于喷头下部喷嘴的外面，内部嵌入电加热棒和热电偶，用于加热喷嘴中的塑料线材，使其达到熔融所需温度。
喷嘴36嵌入喉管32之下的电加热块34之内，用黄铜制作，传导电加热块产生的热量，以便熔融其中的塑料，其内孔为熔融塑料的出口，控制挤出塑料丝的直径。
紧固螺钉35穿过电加热块34和陶瓷堆33的内孔，拧紧在散热片上，用于电加热块34、陶瓷堆33和散热片31之间的连接定位。
在送料机构(未示出)的作用下，塑料线材(未示出)穿过套管37和喉管32的内孔，并向下推进，在电加热块34的加热下，喉管32内下部的塑料线材熔融，在上端未熔融塑料线材的推动下，熔融的塑料由喷嘴36的内孔挤出至下方的工作台(未示出)上，在打印机运动机构(未示出)的作用下，在工作台上逐步形成所需工件的一层层图形。
由于喉管32用高性能氧化锆陶瓷制作，这种陶瓷有很好的强度、很低的热导系数和很好的耐高温特性，因此能有效地隔离下部高温喷嘴36向上部塑料线材的传导热。同时，电加热块34的上部设置了氧化锆陶瓷堆33，能有效地隔离下部高温喷嘴36向上部塑料线材的辐射热，保护喉管32不会受侧向力作用而损坏。因此，高温喷嘴36产生的传导热和辐射热都不会使喷头上部塑料线材软化、变粗，保证喷头处于良好的工作状态。
采用本发明的上述实施例的结构后，在高温喷头中不会发生材料堵塞现象，可以长时间正常打印。
提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

Claims (8)

1.一种高温熔融沉积成形喷头，其特征在于，包括：
套管，用于进入喷头上端的塑料线材导向；
喉管，用于进入喷头下端的塑料线材导向，隔离高温喷嘴的热传导；
散热片，用于散发喷头上端的热量；
陶瓷堆，用于隔离高温喷嘴的辐射热，保护喉管不会受侧向力作用而损坏；
电加热块，用于加热喷嘴中的塑料线材，使塑料线材熔融；
喷嘴，用作熔融塑料的挤出口，控制挤出塑料丝的直径；
紧固螺钉，用于电加热块、陶瓷堆和散热片之间的连接定位。
2.根据权利要求1所述的高温熔融沉积成形喷头，其特征在于，套管嵌入喷头的上端，套管内孔用作塑料线材的通道，套管内孔孔径略大于塑料线材的外径，套管由铁氟龙材料制作，以便减少塑料线材与喷头的之间的摩擦力。
3.根据权利要求1所述的高温熔融沉积成形喷头，其特征在于，喉管嵌入喷头中的套管之下，喉管内孔用作塑料线材的通道，喉管内孔孔径略大于塑料线材的外径，喉管由高性能氧化锆陶瓷制作，以便隔离下部高温喷嘴向上部塑料线材的传导热。
4.根据权利要求1所述的高温熔融沉积成形喷头，其特征在于，散热片处于喷头的外表，散热片由铝材制作。
5.根据权利要求1所述的高温熔融沉积成形喷头，其特征在于，陶瓷堆处于散热片与电加热块之间，陶瓷堆是由若干氧化锆陶瓷片叠加而成，以便隔离下部高温喷嘴向上的辐射热。
6.根据权利要求1所述的高温熔融沉积成形喷头，其特征在于，电加热块处于喷头下部喷嘴的外面，内部嵌入电加热棒和热电偶。
7.根据权利要求1所述的高温熔融沉积成形喷头，其特征在于，喷嘴嵌入喉管之下的电加热块之内，喷嘴由黄铜制作，喷嘴用于传导电加热块产生的热量，以便熔融喷嘴中的塑料，喷嘴内孔为熔融塑料的挤出口。
8.根据权利要求1所述的高温熔融沉积成形喷头，其特征在于，紧固螺钉穿过电加热块和陶瓷堆的内孔，拧紧在散热片上。
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