CN111633984A - 一种基于石墨烯夹层换热的3d打印机喷头的冷却装置 - Google Patents

一种基于石墨烯夹层换热的3d打印机喷头的冷却装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于石墨烯夹层换热的3D打印机喷头的冷却装置，3D打印机喷头包括加热装置和打印机喷头，加热装置为柱状结构，加热装置为导热加热装置；基于石墨烯夹层换热的3D打印机喷头的冷却装置包括冷却夹层；冷却夹层包覆在加热装置的周面上，至少包含两层，一层为紧贴加热装置的石墨烯层，另一层为紧贴石墨烯的散热管层；散热管为导热散热管，散热管内不完全填充有冷却液，冷却液的沸点低于打印机喷头的工作温度。本发明有效解决了传统水循环冷却主要通过对流的方式传热从而冷却喷头，导致结构复杂且冷却效果不理想的问题，避免了在打印机工作时，风扇冷却装置冷却工作时会产生大量的震动影响打印时的精度。

Description

一种基于石墨烯夹层换热的3D打印机喷头的冷却装置
技术领域
本发明属于3D打印机技术领域，涉及一种基于石墨烯夹层换热的3D打印机喷头的冷却装置。
背景技术
3D打印技术是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料以及光固化树脂等可粘合材料，通过逐层打印的方式转化为实物的制造技术。而3D打印机的喷头作为3D打印机的核心部件之一，在很大的程度上会决定成型的质量。而喷头出丝温度将会影响3D打印的精度。但如果在打印机工作时喷头温度过高，没有良好散热，喷嘴的热量会传到上方的喉管和电机，导致过热影响打印头出丝，从而将一些零部件烧毁，所以需要一种冷却装置将打印机喷头工作时的温度控制在一个合理的范围内。
如今市面上大多数3D打印机都采用的是风扇和水循环冷却系统对打印机喷头散热。但在打印机工作时，风扇冷却装置冷却工作时会产生大量的震动影响打印时的精度。而水循环冷却系统结构较为复杂，极大的增加打印机的工作压力。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中存在的问题，提供一种基于石墨烯夹层换热的3D打印机喷头的冷却装置。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种基于石墨烯夹层换热的3D打印机喷头的冷却装置，3D打印机喷头包括加热装置和打印机喷头，加热装置为柱状结构，加热装置为导热加热装置，基于石墨烯夹层换热的3D打印机喷头的冷却装置包括冷却夹层；冷却夹层包覆在加热装置的周面上，至少包含两层，一层为紧贴加热装置的石墨烯层，另一层为紧贴石墨烯的散热管层；散热管为导热散热管，散热管内不完全填充有冷却液，冷却液的沸点低于打印机喷头的工作温度。
本发明的冷却原理为：当打印机喷头温度过高时，由于加热装置为导热材质，同时散热管为导热材质，散热管内不完全填充有冷却液，冷却液的沸点低于打印机喷头的工作温度，因而加热装置中的热量能够经高导热石墨烯(石墨烯导热系数高达5300W/m·K，是目前为止导热系数最高的材料)迅速传导到散热管，又由于散热管中的冷却液的沸点较低，吸收热量后即蒸发变成蒸汽，蒸发过程会带走热量，降低加热装置的温度，进而降低了打印机喷头的温度，待加热装置冷却后，冷却液体的蒸汽冷凝成液体，冷却液体能够循环利用，节约能源。
本发明主要的冷却方式主要是通过石墨烯层强化了导热环节，散热管的冷却为辅助。
本发明的冷却夹层使用石墨烯强化了导热环节的同时通过散热管中的冷却液以相变的方式吸热冷却，有效解决了传统水循环冷却主要通过对流的方式传热从而冷却喷头，导致结构复杂且冷却效果不理想的问题，避免了在打印机工作时，风扇冷却装置冷却工作时会产生大量的震动影响打印时的精度。
作为优选的技术方案：
如上所述的一种基于石墨烯夹层换热的3D打印机喷头的冷却装置，加热装置为铝合金加热装置或铜合金加热装置，不锈钢或铜材质的加热装置导热性好，因而作为本发明的优选。
如上所述的一种基于石墨烯夹层换热的3D打印机喷头的冷却装置，冷却夹层为三层复合结构，由第一石墨烯层、第二石墨烯层以及位于二者之间的散热管层组成；第一石墨烯层紧贴加热装置，散热管层的空隙采用压制石墨烯的方式填充石墨烯粉末，第二石墨烯层是在前两层的基础上进一步加强导热效果从而进一步强化散热，各层的厚度具体需要根据喷头的实际尺寸进行计算。
如上所述的一种基于石墨烯夹层换热的3D打印机喷头的冷却装置，第一石墨烯层和第二石墨烯层由石墨烯碳纤维压制而成。
如上所述的一种基于石墨烯夹层换热的3D打印机喷头的冷却装置，散热管为不锈钢散热管或黄铜散热管，不锈钢或铜材质的散热管导热性好，对打印机喷头具有良好的散热作用，因而作为本发明的优选。
如上所述的一种基于石墨烯夹层换热的3D打印机喷头的冷却装置，散热管沿着散热装置的轴向螺旋缠绕，相关参数应参考加热装置的实际尺寸。
如上所述的一种基于石墨烯夹层换热的3D打印机喷头的冷却装置，冷却液为蒸馏水，蒸馏水易获取，价格便宜，且循环再利用，环保效果好，且打印机喷头的工作温度一般为220摄氏度左右，高于蒸馏水的沸点(100摄氏度)，因而作为本发明的优选。
如上所述的一种基于石墨烯夹层换热的3D打印机喷头的冷却装置，3D打印机喷头还包括固定平台；加热装置的一个端部与打印机喷头连接，另一个端部与固定平台连接。
如上所述的一种基于石墨烯夹层换热的3D打印机喷头的冷却装置，基于石墨烯夹层换热的3D打印机喷头的冷却装置还包括止挡板和隔热毛毡；止挡板安装在加热装置与打印机喷头连接的端部上，止挡板为圆板，直径≥a+2b，a为加热装置的直径，b为冷却夹层的厚度，止挡板的作用是防止冷却夹层滑落，与加热装置分离；隔热毛毡(由羊毛加工粘合而成)位于止挡板的下方，且与止挡板连接，隔热毛毡的作用是进一步减少加热装置对打印机喷头的影响。
有益效果：
本发明中的冷却装置结构简单，工作时也不会产生震动影响打印机精度，成本较低，冷却效果好，循环利用水等冷却液，环保效果好且不会妨碍打印时的操作。
附图说明
图1为安装冷却装置的3D打印机喷头；
图2为未安装冷却装置的3D打印机喷头；
图3为冷却夹层的结构示意图；
其中，1-固定平台，2-加热装置，3-冷却夹层，4-止挡板，5-隔热毛毡，6-打印机喷头，7-石墨烯层，8-散热管层。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
一种基于石墨烯夹层换热的3D打印机喷头的冷却装置，如图2所示，3D打印机喷头由加热装置2、打印机喷头6和固定平台1组成，加热装置2的一个端部与打印机喷头6连接，另一个端部与固定平台1连接；加热装置2为柱状结构，加热装置2为导热加热装置2，具体地，加热装置2为铝合金加热装置2，也可以为铜合金加热装置2；
如图1和图3所示，基于石墨烯夹层换热的3D打印机喷头的冷却装置由冷却夹层3、止挡板4和隔热毛毡5组成；
冷却夹层3包覆在加热装置2的周面上；
冷却夹层3为三层复合结构，由两个石墨烯层7和一个散热管层8组成，具体由第一石墨烯层、第二石墨烯层以及位于二者之间的散热管层组成；第一石墨烯层紧贴加热装置2，散热管层的空隙采用压制石墨烯的方式填充石墨烯粉末；第一石墨烯层和第二石墨烯层由石墨烯碳纤维压制而成；
散热管为导热散热管，具体地，散热管为不锈钢散热管，也可以为黄铜散热管，散热管沿着散热装置的轴向螺旋缠绕，散热管内不完全填充有冷却液(例如蒸馏水等)，冷却液的沸点低于打印机喷头6的工作温度；
止挡板4安装在加热装置2与打印机喷头6连接的端部上，止挡板4为圆板，直径≥a+2b，a为加热装置2的直径，b为冷却夹层3的厚度；
隔热毛毡5位于止挡板4的下方，且与止挡板4连接。
本发明的冷却原理为：当打印机喷头温度过高时，由于加热装置为导热材质，同时散热管为导热材质，散热管内不完全填充有冷却液，冷却液的沸点低于打印机喷头的工作温度，因而加热装置中的热量能够经高导热石墨烯(石墨烯导热系数高达5300W/m·K，是目前为止导热系数最高的材料)迅速传导到散热管，又由于散热管中的冷却液的沸点较低，吸收热量后即蒸发变成蒸汽，蒸发过程会带走热量，降低加热装置的温度，进而降低了打印机喷头的温度，待加热装置冷却后，冷却液体的蒸汽冷凝成液体，冷却液体能够循环利用，节约能源。
本发明主要的冷却方式主要是通过石墨烯层强化了导热环节，散热管的冷却为辅助。
本发明的冷却夹层使用石墨烯强化了导热环节的同时通过散热管中的冷却液以相变的方式吸热冷却，有效解决了传统水循环冷却主要通过对流的方式传热从而冷却喷头，导致结构复杂且冷却效果不理想的问题，避免了在打印机工作时，风扇冷却装置冷却工作时会产生大量的震动影响打印时的精度。
本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明实质内容的情况下，本领域技术人员可以想到的任何修改、变形均在本发明保护范围。

Claims (9)

1.一种基于石墨烯夹层换热的3D打印机喷头的冷却装置，3D打印机喷头包括加热装置和打印机喷头，加热装置为柱状结构，加热装置为导热加热装置，其特征是：基于石墨烯夹层换热的3D打印机喷头的冷却装置包括冷却夹层；冷却夹层包覆在加热装置的周面上，至少包含两层，一层为紧贴加热装置的石墨烯层，另一层为紧贴石墨烯的散热管层；散热管为导热散热管，散热管内不完全填充有冷却液，冷却液的沸点低于打印机喷头的工作温度。
2.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯夹层换热的3D打印机喷头的冷却装置，其特征在于，加热装置为铝合金加热装置或铜合金加热装置。
3.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯夹层换热的3D打印机喷头的冷却装置，其特征在于，冷却夹层为三层复合结构，由第一石墨烯层、第二石墨烯层以及位于二者之间的散热管层组成；第一石墨烯层紧贴加热装置，散热管层的空隙采用压制石墨烯的方式填充石墨烯粉末。
4.根据权利要求3所述的一种基于石墨烯夹层换热的3D打印机喷头的冷却装置，其特征在于，第一石墨烯层和第二石墨烯层由石墨烯碳纤维压制而成。
5.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯夹层换热的3D打印机喷头的冷却装置，其特征在于，散热管为不锈钢散热管或黄铜散热管。
6.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯夹层换热的3D打印机喷头的冷却装置，其特征在于，散热管沿着散热装置的轴向螺旋缠绕。
7.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯夹层换热的3D打印机喷头的冷却装置，其特征在于，冷却液为蒸馏水。
8.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯夹层换热的3D打印机喷头的冷却装置，其特征在于，3D打印机喷头还包括固定平台；加热装置的一个端部与打印机喷头连接，另一个端部与固定平台连接。
9.根据权利要求8所述的一种基于石墨烯夹层换热的3D打印机喷头的冷却装置，其特征在于，基于石墨烯夹层换热的3D打印机喷头的冷却装置还包括止挡板和隔热毛毡；止挡板安装在加热装置与打印机喷头连接的端部上，止挡板为圆板，直径≥a+2b，a为加热装置的直径，b为冷却夹层的厚度；隔热毛毡位于止挡板的下方，且与止挡板连接。
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