CN111745954A - 一种新型3d打印头 - Google Patents

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CN111745954A CN202010766741.6A CN202010766741A CN111745954A CN 111745954 A CN111745954 A CN 111745954A CN 202010766741 A CN202010766741 A CN 202010766741A CN 111745954 A CN111745954 A CN 111745954A
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heat dissipation
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刘伟
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季红琛
唐庆忱
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Runice Transmission System Suzhou Co ltd
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Abstract

本发明公开了一种新型3D打印头，包括依次连接的散热体、喉管、加热块和喷嘴，所述喉管包括散热部、隔热部和吸热部，所述散热部与隔热部为一体式圆柱形管，所述散热部穿入至散热体内，与散热体通过顶丝结构连接，该顶丝结构包括顶丝和缓冲块，所述缓冲块嵌设在所述散热体内，贴合在所述散热部的外侧壁上，所述顶丝顶紧至所述缓冲块上。该新型3D打印头，散热体与喉管通过顶丝结构连接，顶丝的顶紧力通过缓冲块间接作用于散热部的侧壁上，该顶丝结构将喉管与散热体锁紧的同时，可保护所述散热部，有效防止喉管变形失效，且顶丝从散热体的侧部旋入固定连接散热体与喉管，提升了3D打印头拆装的便捷性。

Description

一种新型3D打印头
技术领域
本发明涉及3D打印机结构设计领域，具体涉及一种新型3D打印头。
背景技术
FDM级的3D打印机其基本原理是电机驱动挤出轮，将耗材以丝状进料，经过过散热体、喉管，最终在喷嘴处加热化成微米级细丝并随着喷头的移动，按照3D模型截面轮廓通过堆积、凝固及成型，最终形成实物零件的过程。
3D打印头包括散热体、喉管、加热块和喷嘴。其中，喉管下端与加热块通过螺纹方式连接，将热量传递给耗材，使耗材充分熔融；喉管上端与散热体连接，将热量传递给散热体并通过风扇将热量散发，避免内部耗材软化导致堵料；喉管中段阻隔下端的热量向上传递，避免上端耗材软化导致堵料。
目前，3D打印机喉管与散热体的连接方式主要有螺纹连接和顶丝连接两种，其中，螺纹连接需从散热体底部旋入螺栓，由于散热体与加热块之间的距离非常短，拆装螺栓非常不便，3D打印头装配较繁琐；顶丝连接中，顶丝从散热体的侧部旋入，拆装较螺栓连接便利，但顶丝的顶紧力直接作用于喉管上端的外侧壁上，随着打印的积累，喉管易变形失效，生产成本提高。
发明内容
鉴于上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种新型3D打印头。
本发明采用的技术方案是：提供一种新型3D打印头，包括依次连接的散热体、喉管、加热块和喷嘴，所述喉管连通散热体进料通道和喷嘴腔，其中，
所述喉管包括散热部、隔热部和吸热部，所述散热部连接所述散热体，所述吸热部连接所述加热块，所述隔热部位于所述散热体和加热块之间；
所述散热部与隔热部为一体式圆柱形管，所述散热部穿入至散热体内，与散热体通过顶丝结构连接，该顶丝结构包括顶丝和缓冲块，所述缓冲块嵌设在所述散热体内，贴合在所述散热部的外侧壁上，所述顶丝顶紧至所述缓冲块上。
作为对上述方案的改进，所述散热部、隔热部和吸热部为一体式圆柱形管，所述吸热部压接至所述喷嘴内，所述喷嘴通过外螺纹连接所述加热块。
作为对上述方案的改进，所述一体式圆柱形管与所述吸热部为分体加工件，所述吸热部为柱形管，该一体式圆柱形管的下侧压接至所述吸热部内，所述吸热部通过外螺纹连接所述加热块。
作为对上述方案的改进，所述喷嘴通过外螺纹连接所述加热块，所述吸热部的底部压紧贴合至所述喷嘴的底部。
作为对上述方案的改进，所述一体式圆柱形管的壁厚为0.2mm～0.3mm。
作为对上述方案的改进，所述缓冲块包括柱状的基块，所述基块包括纵向和垂直于该纵向的横向，在基块表面沿所述纵向延伸有弧形凹槽，该弧形凹槽与散热部的外壁紧密贴合；在基块上与所述弧形凹槽相对的一侧沿所述横向开设有盲孔，所述顶丝顶紧至该盲孔上。
作为对上述方案的改进，所述缓冲块设置于所述散热部的中部。
作为对上述方案的改进，所述弧形凹槽贴合散热部的周向弧长不小于所述散热部底面周长的1/4，所述盲孔的深度设置为所述缓冲块厚度的1/3～1/2。
作为对上述方案的改进，在所述基块上与所述弧形凹槽相对的一侧沿所述纵向延伸有弧形定位槽，所述盲孔开设在该弧形定位槽上。
作为对上述方案的改进，所述散热体包括连接部，在该连接部上开设有连接孔；该新型3D打印头还包括转接头，所述转接头可拆卸连接至所述散热体上，所述转接头包括间隔设置有第一卡环和第二卡环，在该第一卡环与第二卡环之间限定出一环状凹进。
有益效果：本发明所提供的新型3D打印头，散热体与喉管通过顶丝结构连接，顶丝的顶紧力通过缓冲块间接作用于散热部的侧壁上，该顶丝结构将喉管与散热体锁紧的同时，可保护所述散热部，有效防止喉管变形失效；该顶丝结构中，顶丝从散热体的侧部旋入固定连接散热体与喉管，提升了3D打印头拆装的便捷性。
附图说明
图1是本申请第一实施例中新型3D打印头的结构示意图；
图2是本申请第一实施例中顶丝结构的结构示意图；
图3是本申请第二实施例中新型3D打印头的结构示意图。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“纵”、“横”、“水平”、“竖直”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，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接。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。
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。
本发明第一实施例提供了一种新型3D打印头，请参阅图1，图1示出了本实施例中所述新型3D打印头的外形结构及纵向剖面结构，所述新型3D打印头包括依次连接的散热体10、喉管20、加热块30和喷嘴40，所述喉管20连通散热体进料通道101和喷嘴腔401，3D打印原料通过该散热体进料通道101进料，通过喉管30，由加热块30加热熔融后由喷嘴40喷出，完成3D打印。
其中，所述喉管20包括散热部21、隔热部22和吸热部23，所述散热部21连接所述散热体10，确保散热及时，避免耗材软化导致的堵料；所述吸热部23连接所述加热块30，用于确保耗材加热充分，避免耗材熔化不充分；所述隔热部22位于所述散热体10和加热块30之间，用于阻隔下端的热量向上传递，同时作为散热体10和加热块30的连接件。
所述散热部21与隔热部22为一体式圆柱形管，该一体式圆柱形管为不锈钢管，该不锈钢管的导热系数为12～18 W/m·k，优选该一体式圆柱形管设置为SUS303不锈钢管，不锈钢相对较低的热传导性能，可有效阻隔所述吸热部23的热量向上传递，避免散热部21的耗材软化导致堵料；同时，SUS303不锈钢管赋予所述隔热部22以高强度，提高了散热体10和加热块30的连接强度，可承受质量较大的加热块30及喷嘴40的快速移动，实现快速打印。
在其他的实施方式中，所述该一体式圆柱形管也可以设置为钛合金管，该钛合金管的导热系数为10～15 W/m·k，优选该一体式圆柱形管设置为TC4钛合金管。
进一步的，所述一体式圆柱形管的壁厚设置为0.2mm～0.3mm，优选设置为0.25mm。
进一步的，本实施例中，所述喉管20为一体式喉管，所述散热部21、隔热部22和吸热部23为一体式圆柱形管，所述吸热部23压接至所述喷嘴40内，所述喷嘴40通过外螺纹连接所述加热块30。
本实施例的一体式喉管密封性强，喉管20与喷嘴40之间无泄漏通道，可有效解决3D打印过程中的漏料问题。
优选所述吸热部23过盈压接至所述喷嘴40内，以确保所述吸热部23与喷嘴40之间为紧密配合，提高喉管20与喷嘴40之间的连接强度。
本实施例中，所述散热部21穿入至散热体10内，与散热体10通过顶丝结构50连接，请一并参阅图2，图2示出了所述顶丝结构50的结构，该顶丝结构50包括顶丝51和缓冲块52，所述缓冲块52嵌设在所述散热体10与散热部21外侧壁之间，贴合在所述散热部21的外侧壁上，所述顶丝51顶紧至所述缓冲块52上。
本实施例中，所述顶丝结构50包括一枚顶丝51，在其他的实施例中，根据喉管与散热体的连接要求，所述顶丝结构50中顶丝51也可以设置两枚以上。
本实施例中，所述散热部21与散热体10之间通过一套所述顶丝结构50连接，可以理解的，在其他的实施例中，根据喉管与散热体的连接要求，在散热部与散热体之间也可以间隔连接两套以上的所述顶丝结构。
所述散热体10与喉管散热部21通过顶丝结构50连接，顶丝51的顶紧力通过缓冲块52传递至散热部21上，顶丝51间接作用于散热部21的侧壁上，将喉管20与散热体10锁紧的同时，该顶丝结构50可保护所述散热部21，有效防止喉管20变形失效。同时，该顶丝结构50从散热体10的侧部对散热体10与散热部21进行锁紧固定，提升了该3D打印头拆装的便捷性。
进一步的，所述缓冲块52为销子，请继续参阅图2，所述缓冲块52包括柱状的基块520，所述基块520包括纵向和垂直于该纵向的横向，具体的，所述纵向指图2中所述基块520的高度方向，所述横向指所述基块520的厚度方向。在基块520表面沿所述纵向延伸有弧形凹槽521，该弧形凹槽521包覆所述散热部21的部分外壁，与散热部21的外壁紧密贴合。
在基块520上与所述弧形凹槽521相对的一侧沿所述横向开设有盲孔，该盲孔的中心正对该弧形凹槽521的中部，以提高所述顶丝结构50的连接稳定性，所述顶丝51顶紧至该盲孔上。可以理解的，在所述散热体10上对应开设有螺纹通孔，顶丝51从外至内穿过该螺纹通孔后旋入该盲孔内，顶丝51末端顶紧在该盲孔的内壁上。
在一些优选的实施方式中，所述缓冲块52设置于所述散热部21高度方向的中部，即，所述缓冲块52的中部对应所述散热体10的中部，以进一步提高所述顶丝结构50的连接稳定性。
进一步的，所述缓冲块52的高度不小于所述散热部21高度的2/3倍，以确保所述缓冲块52传递至所述散热部21的顶紧力均匀分散在散热部21上，使所述顶丝结构50为所述散热体10与所述喉管提供可靠连接。优选所述缓冲块52的高度等于所述散热部21高度。
进一步的，为确保所述散热体10与喉管20之间的连接强度，所述弧形凹槽521贴合散热部21的周向弧长不小于所述散热部21底面周长的1/4，所述盲孔的深度设置为所述缓冲块52厚度的1/3～1/2。
本实施例中，所述缓冲块52从散热体10的底部嵌入至所述散热体10内，所述缓冲块52的底面与所述散热体10的底面平齐，可以理解的，在所述散热体10上对应开设有安装孔，所述缓冲块52嵌入至该安装孔内，所述安装孔与所述缓冲块52的外形相匹配，所述螺纹通孔与该安装孔连通。
进一步的，在所述基块520上与所述弧形凹槽521相对的一侧沿所述纵向延伸有弧形定位槽522，所述盲孔开设在该弧形定位槽522上。可以理解的，在所述安装孔内对应设置有定位凸条，该定位凸条与所述弧形定位槽522的形状相匹配，所述缓冲块52可通过所述弧形定位槽522卡设至所述安装孔内，以便于顶丝51的旋入。
请继续参阅图1，本实施例中，所述散热体10包括连接部，在该连接部上开设有连接孔102，该3D打印头可通过所述连接孔102连接特定型号的3D打印机，所述连接孔102可以为螺纹孔或光孔。
进一步的，该新型3D打印头还包括转接头（图中未示出），该3D打印头也可通过所述转接头连接特定型号的3D打印机，在所述散热体进料通道101上侧设置有内螺纹，所述转接头可通过螺纹可拆卸连接至所述散热体10上。
该新型3D打印头，可根据3D打印机的不同结构适应性连接不同结构的转接头至散热体上，当所述散热体10上连接不同结构的转接头时，该3D打印头可与不同型号的3D打印机匹配安装，市场兼容性大幅度提升。
本发明第二实施例提供了一种新型3D打印头，请参阅图3，图3示出了本实施例中所述新型3D打印头的外形结构及纵向剖面结构，所述新型3D打印头包括依次连接的散热体10、喉管20、加热块30和喷嘴40，所述喉管20连通散热体进料通道101和喷嘴腔401，3D打印原料通过该散热体进料通道101进料，通过喉管30，由加热块30加热熔融后由喷嘴40喷出，完成3D打印。
其中，所述喉管20包括散热部21、隔热部22和吸热部23，所述散热部21与隔热部22为一体式圆柱形管，该一体式圆柱形管为不锈钢管，该不锈钢管的导热系数为12～18 W/m·k，优选该一体式圆柱形管设置为SUS303不锈钢管，不锈钢相对较低的热传导性能，可有效阻隔所述吸热部23的热量向上传递，避免散热部21的耗材软化导致堵料；同时，SUS303不锈钢管赋予所述隔热部22以高强度，提高了散热体10和加热块30的连接强度，可承受质量较大的加热块30及喷嘴40的快速移动，实现快速打印。
进一步的，所述一体式圆柱形管的壁厚设置为0.2mm～0.3mm，优选设置为0.25mm。
本实施例中，所述散热部21穿入至散热体10内，与散热体10通过顶丝结构50连接，该顶丝结构50包括顶丝51和缓冲块52，所述缓冲块52嵌设在所述散热体10与散热部21外侧壁之间，贴合在所述散热部21的外侧壁上，所述顶丝51顶紧至所述缓冲块52上。
散热体10与喉管散热部21通过顶丝结构50连接，顶丝51的顶紧力通过缓冲块52传递至散热部21上，顶丝51间接作用于散热部21的侧壁上，该顶丝结构50将喉管20与散热体10锁紧的同时，可保护所述散热部21，有效防止喉管20变形失效。同时，该顶丝结构50从散热体10的侧部对散热体10与散热部21进行锁紧固定，提升了该3D打印头拆装的便捷性。
所述顶丝结构50与第一实施例中结构相同，所述顶丝结构50的具体结构详见第一实施例的说明，此处不再赘述。
进一步的，本实施例中，所述喉管20为分体式喉管，所述一体式圆柱形管（散热部21与隔热部22）与所述吸热部23为分体加工件，该一体式圆柱形管的下侧过盈压接至所述吸热部23内，所述吸热部23通过外螺纹连接所述加热块30。
所述喷嘴40通过外螺纹连接所述加热块30，所述吸热部23底部压紧贴合至喷嘴40底部，以确保耗材的密封。所述喷嘴40底部对应图3中的喷嘴上部。
本实施例中，所述吸热部23为紫铜，该紫铜的导热系数为318～330W/ m·k，紫铜优良的导热性能使得加热块30的热量可通该吸热部23高效传递至吸热部23通道内的耗材，将其熔化，从而使耗材通过喷嘴40高效喷出。
请继续参阅图3，进一步的，本实施例中，在所述散热体进料通道101的入口处还连接有连接器70，用于在3D打印头未使用时封闭其原料入口，防止污染3D打印通道。
本实施例中，所述散热体10包括连接部，在该连接部上开设有连接孔102，该3D打印头可通过所述连接孔102连接特定型号的3D打印机，所述连接孔102可以为螺纹孔或光孔。
进一步的，该新型3D打印头还包括转接头60，该3D打印头也可通过所述转接头60连接特定型号的3D打印机，所述转接头60的下侧可拆卸连接至所述散热体10上，该转接头60包括间隔设置有第一卡环601和第二卡环602，在该第一卡环601、第二卡环602之间限定出一环状凹进603，该3D打印头通过所述环状凹进603连接3D打印机。
可以理解的，本发明所提供的新型3D打印头，所述转接头60的结构并不局限于本实施例中的结构，实际生产中，可根据3D打印机的不同结构适应性连接不同结构的转接头至散热体上，当所述散热体10上连接不同结构的转接头时，该3D打印头可与不同型号的3D打印机匹配安装，市场兼容性大幅度提升。
进一步的，所述转接头60包括入料通道，该入料通道连通散热体进料通道101，所述连接器70连接在该入料通道的入口处，所述连接器70包括卡爪71，卡爪71的下部插入至该入口内，卡爪71上部卡接在所述第一卡环601的顶面上，在所述卡爪71上部与所述第一卡环601的顶面之间嵌设有卡簧72，以确保3D打印通道密闭。
其中，所述卡爪71、卡簧72均为塑料件。
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)

1.一种新型3D打印头，其特征在于，包括依次连接的散热体、喉管、加热块和喷嘴，所述喉管连通散热体进料通道和喷嘴腔，其中，
所述喉管包括散热部、隔热部和吸热部，所述散热部连接所述散热体，所述吸热部连接所述加热块，所述隔热部位于所述散热体和加热块之间；
所述散热部与隔热部为一体式圆柱形管，所述散热部穿入至散热体内，与散热体通过顶丝结构连接，该顶丝结构包括顶丝和缓冲块，所述缓冲块嵌设在所述散热体内，贴合在所述散热部的外侧壁上，所述顶丝顶紧至所述缓冲块上。
2.根据权利要求1所述的新型3D打印头，其特征在于，所述散热部、隔热部和吸热部为一体式圆柱形管，所述吸热部压接至所述喷嘴内，所述喷嘴通过外螺纹连接所述加热块。
3.根据权利要求1所述的新型3D打印头，其特征在于，所述一体式圆柱形管与所述吸热部为分体加工件，所述吸热部为柱形管，该一体式圆柱形管的下侧压接至所述吸热部内，所述吸热部通过外螺纹连接所述加热块。
4.根据权利要求3所述的新型3D打印头，其特征在于，所述喷嘴通过外螺纹连接所述加热块，所述吸热部的底部压紧贴合至所述喷嘴的底部。
5.根据权利要求1所述的新型3D打印头，其特征在于，所述一体式圆柱形管的壁厚为0.2mm～0.3mm。
6.根据权利要求1所述的新型3D打印头，其特征在于，所述缓冲块包括柱状的基块，所述基块包括纵向和垂直于该纵向的横向，在基块表面沿所述纵向延伸有弧形凹槽，该弧形凹槽与散热部的外壁紧密贴合；在基块上与所述弧形凹槽相对的一侧沿所述横向开设有盲孔，所述顶丝末端顶紧至该盲孔上。
7.根据权利要求6所述的新型3D打印头，其特征在于，所述缓冲块设置于所述散热部的中部。
8.根据权利要求6所述的新型3D打印头，其特征在于，所述弧形凹槽贴合散热部的周向弧长不小于所述散热部底面周长的1/4，所述盲孔的深度设置为所述缓冲块厚度的1/3～1/2。
9.根据权利要求6所述的新型3D打印头，其特征在于，在所述基块上与所述弧形凹槽相对的一侧沿所述纵向延伸有弧形定位槽，所述盲孔开设在该弧形定位槽上。
10.根据权利要求1-9中任意一项所述的新型3D打印头，其特征在于，所述散热体包括连接部，在该连接部上开设有连接孔；该新型3D打印头还包括转接头，所述转接头可拆卸连接至所述散热体上，所述转接头包括间隔设置有第一卡环和第二卡环，在该第一卡环与第二卡环之间限定出一环状凹进。
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