CN110315757A - 一种熔融沉积成形3d打印机的工件加热保温系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种熔融沉积成形3D打印机的工件加热保温系统，不必将环绕工件的整个成形室加热并保持至所需高温，不必在工件外部设置高温框室，也不会使周边的机械零部件受到不必要的高温烘烤。其技术方案为：系统包括：红外灯，用于产生红外热辐射，使打印过程中的工件加热保温；灯罩，用于汇聚红外灯发出的热辐射线，使热辐射线集中照射工件，并隔离热辐射线对包括周围喷头在内的零部件的影响；支架，用于灯罩的连接定位；风扇，用于包括红外灯周围喷头在内的零部件的通风降温；安装座，用于安装红外灯；变压器，用于调节红外灯的输入电压，改变被其照射的工件温度，使其符合避免工件翘曲变形的需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种3D打印机的组件，尤其涉及一种熔融沉积成形式3D打印机上工件所需的加热保温系统。
背景技术
熔融沉积成形(简称FDM/FFF)3D打印机是一种常见的3D打印机，通常用于打印塑料工件，在其打印过程中，为了避免工件上因温差而发生翘曲变形，往往必须对工件进行加热保温。随着打印塑料品种的发展，特别是一些高性能塑料(例如尼龙、聚醚醚酮等)的出现，工件要求的加热保温温度愈来愈高，甚至超过200℃。
目前，在FDM 3D打印机上，为达到工件加热保温的要求，通常在打印过程中，将环绕工件的整个成形室加热至所需高温，或者在工件外部设置高温框室。上述方法虽可达到工件加热保温的目的，但是不仅结构较复杂，热效率低，而且还会导致成形室、框室周边的机械零部件受到不必要的高温烘烤，甚至伤害其性能。
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，提供了一种熔融沉积成形3D打印机的工件加热保温系统，不必将环绕工件的整个成形室加热并保持至所需高温，不必在工件外部设置高温框室，也不会使周边的机械零部件受到不必要的高温烘烤。
本发明的技术方案为：本发明揭示了一种熔融沉积成形3D打印机的工件加热保温系统，包括：
红外灯，用于产生红外热辐射，使打印过程中的工件加热保温；
灯罩，用于汇聚红外灯发出的热辐射线，使热辐射线集中照射工件，并隔离热辐射线对包括周围喷头在内的零部件的影响；
支架，用于灯罩的连接定位；
风扇，用于包括红外灯周围喷头在内的零部件的通风降温；
安装座，用于安装红外灯；
变压器，用于调节红外灯的输入电压，改变被其照射的工件温度，使其符合避免工件翘曲变形的需求。
根据本发明的熔融沉积成形3D打印机的工件加热保温系统的一实施例，红外灯为环形管状红外灯，环绕打印机喷头的喷嘴，红外灯的灯管固定在位于其上部的灯罩内，红外灯的输入电源线与变压器的输出端相连。
根据本发明的熔融沉积成形3D打印机的工件加热保温系统的一实施例，灯罩为环形，灯罩的横截面为半圆弧状，灯罩处于红外灯灯管的上部，灯罩上表面通过支架与固定喷头的安装座相连，灯罩由耐高温隔热材料制作。
根据本发明的熔融沉积成形3D打印机的工件加热保温系统的一实施例，支架的下端与灯罩相连，支架的上端与安装座相连。
根据本发明的熔融沉积成形3D打印机的工件加热保温系统的一实施例，风扇固定在安装座，风扇的吹风面朝向喷头。
根据本发明的熔融沉积成形3D打印机的工件加热保温系统的一实施例，安装座与支架、喷头和风扇相连，可沿X轴运动，跟随X轴沿Y轴运动。
根据本发明的熔融沉积成形3D打印机的工件加热保温系统的一实施例，变压器的输出端与红外灯的输入电源线相连，变压器的输入端连接外部电源。
本发明还揭示了一种熔融沉积成形3D打印机的工件加热保温系统，其特征在于，包括第一套加热保温系统和第二套加热保温系统，其中：
第一套加热保温系统包括：
第一红外灯，第一红外灯为环形管状红外灯，环绕打印机喷头的喷嘴，用于产生红外热辐射，使打印过程中的工件加热保温；
第一灯罩，第一灯罩为环形，第一灯罩的横截面为半圆弧状，第一灯罩处于红外灯灯管的上部，用于汇聚第一红外灯发出的热辐射线，使热辐射线集中照射工件，并隔离热辐射线对包括周围喷头在内的零部件的影响；
第一支架，用于第一灯罩的连接定位；
风扇，用于包括第一红外灯周围喷头在内的零部件的通风降温；
第一安装座，用于安装第一红外灯；以及
第一变压器，第一变压器的输出端与第一红外灯的输入电源线相连，第一变压器的输入端连接外部电源，用于调节第一红外灯的输入电压，改变被其照射的工件温度，使其符合避免工件翘曲变形的需求；
第二套加热保温系统包括：
第二红外灯，第二红外灯为红外射灯；
第二灯罩，第二灯罩为喇叭形，红外射灯安装在第二灯罩中；
第二支架，用于第二灯罩的连接定位；
第二安装座，第二支架固定在第二安装座上；以及
第二变压器，第二变压器的输出端与第二红外灯的输入电源线相连，第二变压器的输入端连接外部电源，用于调节第二红外灯的输入电压，改变被其照射的工件温度，使其符合避免工件翘曲变形的需求。
根据本发明的熔融沉积成形3D打印机的工件加热保温系统的一实施例，第二支架通过其上的定轴与第二灯罩连接，以使红外射灯可相对第二支架旋转，红外射灯发出的红外线投向工作台上的工件。
根据本发明的熔融沉积成形3D打印机的工件加热保温系统的一实施例，第二安装座的下表面固定在动梁的拐角处，使得在逐层升高的打印过程中，红外射灯随同动梁在Z方向沿立柱向上运动，以使红外射灯发出的红外线能始终照射并加热工作台上正在打印的工件。
根据本发明的熔融沉积成形3D打印机的工件加热保温系统的一实施例，第一灯罩的上表面通过第一支架与固定喷头的第一安装座相连，第一灯罩由耐高温隔热材料制作。
根据本发明的熔融沉积成形3D打印机的工件加热保温系统的一实施例，风扇固定在第一安装座上，风扇的吹风面朝向喷头。
根据本发明的熔融沉积成形3D打印机的工件加热保温系统的一实施例，第一安装座与第一支架、喷头和风扇相连，可沿X轴运动，跟随X轴沿Y轴运动。
本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明的熔融沉积成形3D打印机的工件加热保温系统的运动与喷头的运动相关连，用系统中红外灯产生的热辐射直接加热工件，在打印过程中达到工件加热保温的要求，从而不必将环绕工件的整个成形室加热并保持至所需高温，不必在工件外部设置高温框室，也不会使周边的机械零部件受到不必要的高温烘烤。
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示出了本发明的熔融沉积成形3D打印机的工件加热保温系统的第一实施例的示意图。
图2示出了本发明的红外环形灯的示意图。
图3示出了本发明的红外环形灯的仰视图。
图4示出了本发明的熔融沉积成形3D打印机的工件加热保温系统的第二实施例的示意图。
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1示出了本发明的熔融沉积成形3D打印机的工件加热保温系统的第一实施例的组成示意图。请参见图1，本实施例的工件加热保温系统主要包括：红外灯1、灯罩2、支架6、风扇7、安装座10和变压器(未示出)。
图2和图3分别是红外环形灯的示意图和仰视图。请参见图1、图2和图3，本实施例的工件加热保温系统的环形管状的红外灯1处于打印机喷头的喷嘴3和加热块5的周围，且红外灯的灯管固定在灯罩2的下方。红外灯1用于产生红外热辐射，使打印过程中的工件13加热保温。
灯罩2为环形，横截面为半圆弧状，灯罩2上表面通过支架6与固定喷头的安装座10连接，灯罩由耐高温隔热材料制作。灯罩2用于汇聚红外灯1发出的热辐射线，使热辐射线集中照射工件，并隔离热辐射线对包括周围喷头在内的零部件的影响.
支架6的下端与灯罩2相连，支架6的上端与安装座10相连，支架6用于灯罩的连接定位。
喷头部件固定在安装座10上，喷头部件由喷嘴3、加热块5和送料机构8等组成。在送料机构8的驱动下，塑料线材9从上而下进入喷头部件，并受加热块5的加热熔融，然后从喷嘴3向下挤出至工作台14上。
用于安装红外灯1的安装座10与支架6、喷头部件和风扇7相连，安装座10与X运动轴的滑块12相连，滑块12与导轨11配合，可沿着X轴运动，跟随X轴沿着Y轴运动。导轨11与滑块15连接，滑块15与导轨16配合。导轨16与滑块17连接，滑块17与导轨18配合。在打印机控制系统(未示出)和驱动机构(未示出)的作用下，喷头部件和红外灯1可沿x、y和z的3个方向运动，红外灯1向下发出红外线，照射正在打印的工件13，使其加热保温，避免因温差而翘曲变形。
风扇7固定在安装座10上，风扇的吹风面朝向喷头，用于包括红外灯周围喷头在内的零部件的通风降温。
变压器的输出端与红外灯1的输入电源线相连，变压器的输入端连接外部电源。红外灯1发出的红外光强可通过变压器调节(变压器调节红外灯的输入电压)，从而调节照射工件13的加热温度，使其符合避免工件翘曲变形的需求。
上述第一实施例适合小型熔融沉积成形3D打印机的工件加热保温。
图4示出了本发明的熔融沉积成形3D打印机的工件加热保温系统的第二实施例的组成示意图。请参见图4，本实施例的工件加热保温系统主要包括：由第一套加热保温系统和第二套加热保温系统构成的工件加热保温系统。其中，由第一套加热保温系统与上述的第一实施例的工件加热保温系统相同。
第二套加热保温系统包括：红外射灯19(包括外部的灯罩)、支架21、安装座22和变压器(未示出)。其中，红外射灯19有4个，分别通过支架21和安装座22固定在动梁20的4个拐角处，使得在逐层升高的打印过程中，4个红外射灯19随同动梁20在Z方向沿立柱向上运动，以使红外射灯19发出的红外线能始终照射并加热工作台14上正在打印的工件13。灯罩为喇叭形，红外射灯19安装在喇叭形的灯罩中。支架21用于灯罩的连接定位，支架21固定在安装座22上，安装座22的下表面固定在动梁20的拐角处。
支架21通过其上的定轴与灯罩连接，红外射灯19可相对支架21旋转，使其发出的红外光投向下部工作台14上的工件13。在打印机控制系统(未示出)和驱动机构(未示出)的作用下，4个红外射灯19可随同动梁20、喷头部件和第一套加热保温系统，在z方向沿4个立柱25上、下运动，使4个红外射灯19发出的红外线，始终照射并加热工作台14上的工件13。
Y轴运动导轨24固定在动梁20上，X轴运动导轨23通过滑块(未示出)与Y轴运动导轨24相连。
上述第二实施例的加热保温系统的红外线照射面积大，适合大型和中型熔融沉积成形3D打印机的工件加热保温。
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 (13)
1.一种熔融沉积成形3D打印机的工件加热保温系统，其特征在于，包括：
红外灯，用于产生红外热辐射，使打印过程中的工件加热保温；
灯罩，用于汇聚红外灯发出的热辐射线，使热辐射线集中照射工件，并隔离热辐射线对包括周围喷头在内的零部件的影响；
支架，用于灯罩的连接定位；
风扇，用于包括红外灯周围喷头在内的零部件的通风降温；
安装座，用于安装红外灯；
变压器，用于调节红外灯的输入电压，改变被其照射的工件温度，使其符合避免工件翘曲变形的需求。
2.根据权利要求1所述的熔融沉积成形3D打印机的工件加热保温系统，其特征在于，红外灯为环形管状红外灯，环绕打印机喷头的喷嘴，红外灯的灯管固定在位于其上部的灯罩内，红外灯的输入电源线与变压器的输出端相连。
3.根据权利要求1所述的熔融沉积成形3D打印机的工件加热保温系统，其特征在于，灯罩为环形，灯罩的横截面为半圆弧状，灯罩处于红外灯灯管的上部，灯罩上表面通过支架与固定喷头的安装座相连，灯罩由耐高温隔热材料制作。
4.根据权利要求1所述的熔融沉积成形3D打印机的工件加热保温系统，其特征在于，支架的下端与灯罩相连，支架的上端与安装座相连。
5.根据权利要求1所述的熔融沉积成形3D打印机的工件加热保温系统，其特征在于，风扇固定在安装座，风扇的吹风面朝向喷头。
6.根据权利要求1所述的熔融沉积成形3D打印机的工件加热保温系统，其特征在于，安装座与支架、喷头和风扇相连，可沿X轴运动，跟随X轴沿Y轴运动。
7.根据权利要求1所述的熔融沉积成形3D打印机的工件加热保温系统，其特征在于，变压器的输出端与红外灯的输入电源线相连，变压器的输入端连接外部电源。
8.一种熔融沉积成形3D打印机的工件加热保温系统，其特征在于，包括第一套加热保温系统和第二套加热保温系统，其中：
第一套加热保温系统包括：
第一红外灯，第一红外灯为环形管状红外灯，环绕打印机喷头的喷嘴，用于产生红外热辐射，使打印过程中的工件加热保温；
第一灯罩，第一灯罩为环形，第一灯罩的横截面为半圆弧状，第一灯罩处于红外灯灯管的上部，用于汇聚第一红外灯发出的热辐射线，使热辐射线集中照射工件，并隔离热辐射线对包括周围喷头在内的零部件的影响；
第一支架，用于第一灯罩的连接定位；
风扇，用于包括第一红外灯周围喷头在内的零部件的通风降温；
第一安装座，用于安装第一红外灯；以及
第一变压器，第一变压器的输出端与第一红外灯的输入电源线相连，第一变压器的输入端连接外部电源，用于调节第一红外灯的输入电压，改变被其照射的工件温度，使其符合避免工件翘曲变形的需求；
第二套加热保温系统包括：
第二红外灯，第二红外灯为红外射灯；
第二灯罩，第二灯罩为喇叭形，红外射灯安装在第二灯罩中；
第二支架，用于第二灯罩的连接定位；
第二安装座，第二支架固定在第二安装座上；以及
第二变压器，第二变压器的输出端与第二红外灯的输入电源线相连，第二变压器的输入端连接外部电源，用于调节第二红外灯的输入电压，改变被其照射的工件温度，使其符合避免工件翘曲变形的需求。
9.根据权利要求8所述的熔融沉积成形3D打印机的工件加热保温系统，其特征在于，第二支架通过其上的定轴与第二灯罩连接，以使红外射灯可相对第二支架旋转，红外射灯发出的红外线投向工作台上的工件。
10.根据权利要求8所述的熔融沉积成形3D打印机的工件加热保温系统，其特征在于，第二安装座的下表面固定在动梁的拐角处，使得在逐层升高的打印过程中，红外射灯随同动梁在Z方向沿立柱向上运动，以使红外射灯发出的红外线能始终照射并加热工作台上正在打印的工件。
11.根据权利要求8所述的熔融沉积成形3D打印机的工件加热保温系统，其特征在于，第一灯罩的上表面通过第一支架与固定喷头的第一安装座相连，第一灯罩由耐高温隔热材料制作。
12.根据权利要求8所述的熔融沉积成形3D打印机的工件加热保温系统，其特征在于，风扇固定在第一安装座上，风扇的吹风面朝向喷头。
13.根据权利要求8所述的熔融沉积成形3D打印机的工件加热保温系统，其特征在于，第一安装座与第一支架、喷头和风扇相连，可沿X轴运动，跟随X轴沿Y轴运动。
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