CN111844750A - 3d打印头、3d打印机及3d打印方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开3D打印头、3D打印机及3D打印方法，涉及激光沉积制造技术领域，用以提高零件在3D打印过程中，熔池散热速率的一致性。该3D打印头，包括：打印头本体，所述打印头本体具有原料输送结构和热源输送结构；所述原料输送结构输送的打印原料和所述热源输送结构输送的热源汇交在熔池区域；所述3D打印头还包括温度调节装置，所述温度调节装置用于对所述3D打印头打印的打印件上的温度调节区域进行温度调节；所述熔池区域位于所述打印头本体与所述温度调节区域之间。通过温度调节装置对3D打印头打印的打印件上的温度调节区域进行调温，使得熔池与基板在距离变化时，熔池的散热速率不会变化过大，进而保证了零件的整体性能的一致性。

Description

3D打印头、3D打印机及3D打印方法

技术领域

本发明涉及激光沉积制造技术领域，尤其涉及3D打印头、3D打印机及3D打印方法。

背景技术

3D打印是一种增材制造技术，是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体。

在3D打印中，通过3D打印头用于将打印热源和打印原料进行聚焦，在聚焦处，热源用于对打印原料进行熔融，熔融后的打印原料在基板上逐渐形成打印件。该基板用于承载所述打印件的同时，还用于吸收熔融状态的打印原料中的热量，从而使该熔融状态的打印原料逐渐形成打印件。

但在3D打印的过程中，随着打印件不断增高，基板对熔融状态的打印原料热量的吸收能力逐渐降低，此时，可能会导致位于基板上不同高度区域的熔融状态的打印原料的散热速率不同，从而会导致打印件中各个部分的性能不一致的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种3D打印头、3D打印机及3D打印方法，用以保证在3D打印过程中，打印的打印件各个部分的性能一致性。

为了实现上述目的，本发明提供一种3D打印头。该3D打印头，包括：打印头本体，所述打印头本体具有原料输送结构和热源输送结构；所述原料输送结构输送的打印原料和所述热源输送结构输送的热源汇交在熔池区域；所述3D打印头还包括温度调节装置，所述温度调节装置用于对所述3D打印头打印的打印件上的温度调节区域进行温度调节；所述熔池区域位于所述打印头本体与所述温度调节区域之间。

与现有技术相比，本发明提供的3D打印头具有原料输送结构和热源输送结构，原料输送结构输送的打印原料和热源输送结构输送的热源汇交在熔池区域，3D打印头还包括温度调节装置，温度调节装置用于对3D打印头打印的打印件上的温度调节区域进行温度调节，熔池区域位于打印头本体与温度调节区域之间。温度调节装置对位于打印件上的温度调节区域进行调温，之后温度调节区域与熔融状态的打印原料交换热量，温度调节区域补偿打印件不断增高时，基板不能及时与熔融状态的打印原料进行的热交换量；从而保证打印件在打印时，熔融状态的打印原料在散热凝固的过程中，均能保持恒定的散热速率，进而保证打印件中各个部分性能的一致性。

本发明还提供一种3D打印设备，包括上述实施例中的3D打印头。

与现有技术相比，本发明提供的3D打印设备的有益效果与上述技术方案所述3D打印头的有益效果相同，此处不做赘述。

本发明还提供一种3D打印方法，包括：所述3D打印方法应用于上述的3D打印头中；利用原料输送结构输送原料以及利用热源输送结构输送热源，所述热源与所述原料汇交在熔池区域；在所述熔池区域，利用所述热源对所述原料进行熔融；利用所述熔融后的原料打印打印件，所述打印件具有温度调节区域；利用温度调节装置对所述打印件的温度调节区域的温度进行调节。

与现有技术相比，本发明提供的3D打印方法的有益效果与上述技术方案所述3D打印头的有益效果相同，此处不做赘述。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明一实施例中一种3D打印头的整体结构剖视图；

图2为本发明一实施例中一种3D打印头的正视图；

图3为本发明一实施例中一种3D打印头的俯视图；

图4为本发明一实施例中一种3D打印头的立体图；

图5为本发明一实施例中打印件上温度调节区域的示意图。

附图标记：

1-控制电路；2-输气管道；21-冷却管道气体节流片；22-冷却管道内部电机；23-冷却管道内部冷却风扇；3-保护气体输送通道；4-粉末输送通道；5-激光输送通道；6-紧固件；7-位置调节件；8-第三出口；9-第二出口；10-第一出口；11-出口；12-温度传感器；13-熔融原料；14-打印头本体；15-熔池区域；16-基板；17-第一温度调节区域；18-第二温度调节区域。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

此外，术语“第一”、“第二”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”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，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”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。

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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

现有3D打印技术中，熔池的冷却速度受多个因素的影响，比如：激光功率、扫描速度、光斑大小等与能量输入相关的工艺参数，以及扫描方式、熔池形貌、沉积高度、基板温度等与外在成形条件相关的因素。但其中沉积高度所带来的熔池的散热速率问题最为不可控。

3D打印头是现有的3D打印机的必备部件，用于耗材的进料以及用于对耗材的加热。耗材被热源加热后，在基板上不断形成熔池，熔池在加工过程中为最小基本单元，通过熔池的冷却以及堆积，最终形成所要加工的工件。发明人发现在使用3D打印头打印工件时存在以下问题：在加工初期，熔池形成于基板表面，因基板是承载设备以及用于对熔池进行调温的设备，在加工初期基板与熔池之间的距离较小，两者之间的热传递较快，基板可以根据所加工工件的需求对熔池的散热速率进行调控；但在加工后期，由于所加工工件的高度不断升高，基板与熔池之间的距离不断增加，基板与熔池之间间隔的工件长度不断增加，导致基板不能对熔池区域的散热速率进行合理调控，特别是使用一些对温度较为敏感的材料，导致工件两侧的性能因为散热速率不一样，而出现工件两侧性能相差较大的情况。

针对上述问题，本发明提供一种3D打印头，该3D打印头应用于3D打印中，应理解，该3D打印头可以打印金属制品，也可以打印塑料制品或者有机材质制品以及需要基板进行控温的各种制品中。

图1示出了本发明实施例中一种3D打印头的整体结构剖视图。如图1所示，本发明实施例提供的3D打印头，包括：打印头本体14，打印头本体14具有原料输送结构和热源输送结构。原料输送结构输送的打印原料和热源输送结构输送的热源汇交在熔池区域15。

如图1所示，上述的打印头本体14可以为打印塑料制品的打印头、打印金属制品的打印头或打印有机材质的打印头。

上述打印头本体14的原料输送结构，可以是位于打印头本体14内的固体粉末输送管道4，如图1所示，原料输送结构为图1中的粉末输送通道4，粉末输送通道4可以输送固体颗粒的打印原料。原料输送结构也可以是液态材质输送管道，例如普通的塑料制品3D打印机，其打印头本体14输出的打印原料经过打印头本体14加热后输出液体形态的打印原料。原料输送结构还可以是不断输送条状原材料的给料装置，例如等离子弧3D打印机，所需的打印原料多为丝状，打印原料直接通过给料装置输送到熔池区域内。

如图1所示，上述打印头本体14的热源输送结构，可以是设置在打印头本体14内的激光输送通道5。如图1所示，图1为一个激光3D打印头，激光3D打印头的激光输送通道5后端安装有激光发生器结构；热源输送结构为图1中的激光输送通道5，激光输送通道5可以输送激光。

热源输送结构也可以是对打印头本体14进行预加热的加热丝，例如，普通的塑料制品3D打印机，其3D打印头需要预热，3D打印头需要对丝状的热塑性打印原料进行加热，并通过喷头底部喷出熔融状态的打印原料，普通的塑料制品3D打印机的热源输送结构可通过使用加热丝的加热方式为3D打印头加热。

热源输送结构还可以是允许等离子束通过的等离子束输送通道，例如，采用等离子3D打印技术时，3D打印头内部设有等离子束发生器，等离子束发生器生成的等离子束，通过等离子束输送通道射入熔池区域。

如图1及5所示，上述3D打印头还包括温度调节装置，温度调节装置用于对3D打印头打印的打印件上的温度调节区域进行温度调节。熔池区域15位于打印头本体14与温度调节区域之间。通过温度调节装置对打印件上位于熔池区域15下方的温度调节区域进行温度调节。补偿因熔池区域15与基板16距离较远时，基板16不能及时调整其与熔池区域15进行的热交换量，通过控制温度调节区域的温度，使熔池区域15的散热速率始终保持基本一致。

如图1所示，其中，温度调节装置可以为气流调温装置，通过输送热气流或者冷气流对温度调节区域进行调温。

温度调节装置也可以为，热接触导热装置，其包括：导热件、机械臂、机械臂控制系统和位置监测器，导热件设在机械臂的工作端，位置监测器设在机械臂的基座上，位置监测器用于监测打印头本体14的位置，并将打印头本体14所在的位置发送给机械臂控制系统，之后机械臂控制系统控制机械臂，机械臂带动导热件不断跟随温度调节区域移动，导热件最终与温度调节区域持续接触，导热件与温度调节区域持续交换热量。

在激光打印时，温度调节装置还可以是具有输送出可导热固体颗粒的输送装置。可导热固体颗粒的温度可以根据具体需求进行调整。通过固体颗粒与温度调节区域的接触，固体颗粒与温度调节区域相互交换热量，进而调整温度调节区域的温度。

随着打印头输送的打印原料在基板上的不断沉积，基板与熔池区域之间间距越来越大，基板对熔池区域的散热速率的控制也越来越困难。基于此，如图1所示，本发明提供的3D打印头，通过温度调节装置对熔池区域15下方的温度调节区域进行调温，间接控制熔池区域的散热速率。其中，随着打印原料的不断沉积，熔池区域的会相应的发生移动，进而温度调节区域也随之变化。例如，如图5所示，熔池区域在打印件的打印过程中为形成打印件的最小的基本单元。可以理解，在打印件的打印过程中，熔池区域的位置会不断的发生变化，此时，温度调节区域的位置也会随着熔池区域发生相应变化。

如图5所示，上述温度调节装置对3D打印头打印的打印件上的温度调节区域进行温度调节；熔池区域15位于打印头本体14与温度调节区域之间。通过温度调节装置对温度调节区域进行调温，使得熔池与基板16在距离变化时，温度调节区域对熔池区域进行补偿调温，熔池的散热速率不会变化过大，进而保证了零件的整体性能的一致性。

作为一种可能的实现方式，如图2所示，上述打印头本体14还具有至少一个保护气体输送通道3。在打印头本体14打印打印件时，通过保护气体输送通道3输送保护气体，保护打印件不被氧化。

如图3和图4所示，上述保护气体输送通道3位于原料输送结构的远离热源输送结构的一侧。将保护气体输送通道3远离热源输送结构，可以减小保护气体对热源产生的影响。将原料输送结构设置于热源输送结构和保护气体输送通道3之间，可以确保保护气体对打印原料进行充分保护，并且输送的保护气体可以携带打印原料进入熔池区域15，在一定程度上保持了打印原料的聚集性。

作为一种可能的实现方式，如图3及图4所示，上述打印头本体14具有朝向打印件的打印侧面。该打印侧面面向熔池区域15。

如图3及图4所示，上述热源输送结构包括激光输送通道5，激光输送通道5具有第一出口10；原料输送结构包括至少一个粉末输送通道4，每个粉末输送通道4均具有第二出口9；每个保护气体输送通道3均具有第三出口8。第一出口10、第二出口9和第三出口8均位于打印侧面上，第二出口9和第三出口8均环绕第一出口10设置，第二出口9位于第一出口10和第三出口8之间。本实施例中，打印头本体14具有激光输送通道5、粉末输送通道4和保护气体输送通道3，该打印头本体14具体应用于激光金属粉末成型3D打印技术。其中第一出口10用于输送激光，第二出口9用于输送粉末状的打印原料，第三出口8用于输送保护气体。其中的第一出口10、第二出口9和第三出口8的排列方式具体为：用于输送激光的第一出口10位于打印侧面中心位置，用于输送打印原料的第二出口9位于第一出口10外围，而用于输送保护气体的第三出口8位于第二出口9外围。通过上述设置方式，保护气体既可以对粉末状的打印原料进行防氧化保护，又可以将粉末状的打印原料进行聚焦，使打印原料与激光充分接触，加快熔池区域内给料的效率，可以提高打印件的打印效率。

作为一种可能的实现方式，如图1所示，上述温度调节装置包括至少一个输气管道2、电连接的温度传感器12和温度控制器。在采用温度调节区域调控熔池区域的散热速率时，可以采用控制温度调节区域的温度，间接控制熔池区域的散热效率。具体的，采用温度传感器12监测温度调节区域的温度，温度控制器控制输气管道2的输气量或输气温度，对温度调节区域的温度进行调节。

如图1所示，上述输气管道2用于向温度调节区域输送调温物，温度传感器12用于获取温度调节区域的温度，温度控制器根据所测量的温度，最终调节调温物的温度。采用温度控制器对温度调节区域进行调温时，可以采用以下示例中的一种：

例如，参考图1，上述温度传感器12与打印头本体14相对固定，温度传感器12随打印头本体14移动。温度传感器12对熔池区域15正下方的温度调节区域进行测温。由于熔池区域15的位置不断发生变化，因此温度调节区域的位置也随熔池区域15不断发生变化。对温度调节区域进行降温时，采用输气管道2对其进行降温。输气管道2采用输送保护气体的方式，对温度调节区域进行风冷降温。输气管道2输送保护气体对温度调节区域进行降温时，可以采用控制出风量的方式进行降温；也可以采用控制出风温度的方式进行降温。在控制出风温度时，可以使用冷却装置对保护气体进行直接降温的方式；也可以采用两种不同温度的保护气体进行混合调温的方式，调控混合气体到所需温度。对温度调节区域进行调温后，温度调节区域协同基板16对熔池区域15留下的熔融原料13进行热交换，熔融原料13最终成型为打印件的一部分，由于温度调节区域和基板16的协同作用，熔融原料13的散热速率得到有效控制，由熔融原料13形成的打印件的整体性能可尽量保持一致性。

又例如，参考图1及图5，上述熔池区域15留下的熔融原料13在成型以及更进一步结晶时，熔融原料13的降温过程是在一个时间段内。对温度调节区域进行调温时，设置多个温度传感器12以及设置多个输气管道2；其中，规定熔池区域15正下方的温度调节区域为第一温度调节区域17，规定熔池区域15后方正在成型的打印原料正下方的温度调节区域为第二温度调节区域18；使用多个温度传感器12分别对第一温度调节区域17和第二温度调节区域18进行温度监测；并采用一些输气管道2对第一温度调节区域17进行调温，采用另一些输气管道2对第二温度调节区域18进行持续调温。输气管道2采用输送保护气体的方式，对温度调节区域进行风冷降温。

在一些实施例中，如图1所示，上述输气管道2的材质为导热材质，输气管道2的进口的横截面积大于输气管道2的出口11的横截面积。当输气管道2的进口的横截面积大于出口的横截面积时，气体在输气管道2内会有一定的压缩，气体会升温；而当输气管道2为导热材质时，气体升高的温度会被管壁吸收。当输气管道2内的气体从小口输出时，气体释放压力，吸收热量，气体温度降低。当采用进口的横截面积大于出口的横截面积的输气管道2时，输气管道2可以增强输气管道2的风冷降温效果。

在一些实施例中，如图1所示，上述输气管道2的材质为导热材质，沿输气管道2的进口到输气管道2的出口的方向，输气管道2的横截面积逐渐减小，输气管道2的进口到输气管道2的出口的方向的管内内径逐渐减小时，输气管道2的管壁可以充分的吸收管壁内气体被压缩时所产生的热量，可以增加输气管道2的降温效率。

在一些实施例中，如图1所示，上述输气管道2的出口11位于打印件和打印头本体14之间。在通过输气管道2对温度调节区域进行温度调节时，若输气管道2低于正在打印的打印件，输气管道2跟随温度调节区域移动时，会与正在打印的打印件发生碰撞，为避免输气管道2与打印件碰撞，因此将输气管道2的出口设置于打印件和打印头本体14之间，防止碰撞的发生。

在一些实施例中，如图1所示，上述输气管道2为多个的情况下，输气管道2均匀的分布在打印头本体14周围。在对温度调节区域进行降温时，保证温度调节区域的温度均匀，因此将多个输气管道2均匀设在打印头本体14周围，可以保证温度调节区域温度的一致性。

在一些实施例中，如图1所示，上述输气管道2通过位置调节件7与打印头本体14连接。位置调节件7的本体固定在打印头本体14上，输气管道2设在位置调节件7的工作端。输气管道2的位置可调时，则输气管道2作用于打印件上的冷却区域的位置可调，通过调整输气管道2的位置可以改变降温区域的位置。上述位置调节件7可以是可拆卸的紧固件6，拆下紧固件6时调整输气管道2的位置，调整好位置后通过上紧紧固件6固定输气管道2的位置。位置调节件7也可以为导轨和丝杠螺母组成的位置调整装置，位置调整装置被固定在打印头本体14上，其中螺母与导轨的滑块固定，丝杠与导轨的导向方向一致，输气管道2固定在滑块上，通过丝杠驱动螺母运动，螺母带动滑块和输气管道2移动，最终调整丝杠对输气管道2的位置进行调整。

在一些实施例中，如图1所示，上述输气管道2包括第一输气管道和第二输气管道；第一输气管道和第二输气管道均固定在打印头本体14上，第一输气管道的出口和第二输气管道的出口均正对温度调节区域。在一个示例中，第一输气管道沿打印头本体14的X轴移动方向设置，第二输气管道沿打印头本体14的Y轴移动方向设置。该设置方式使打印头本体14无论沿X轴运动或沿Y轴运动时，第一输气管道或第二输气管道均能对温度调节区域进行调温。

参考图1，上述3D打印头还包括位于第一输气管道内的第一电磁阀、位于第二输气管道内的第二电磁阀、以及与第一电磁阀和第二电磁阀电连接的开关控制器。为避免第一输气管道或第二输气管道在移动时，第一输气管道或第二输气管道吹出的气体沿打印件表面转向后吹向熔池区域15。因此需要对第一输气管道或第二输气管道的断通进行控制。其控制方式为，当打印头本体14沿X轴方向移动时，第一电磁阀控制第一输气管道关闭；当打印头本体14沿Y轴方向移动时，第二电磁阀控制第二输气管道关闭。该控制方式可以确保，无论打印头本体14沿X轴或是Y轴方向移动，第一输气管道或第二输气管道均能作用于温度调节区域，并且能避免第一输气管道或第二输气管道的气流作用到熔池区域15内。

上述开关控制器用于根据打印头的移动方向，控制第一电磁阀和/或第二电磁阀。开关控制器获取打印头的移动方向时，可以直接获取3D打印机的内部数据。开关控制器获取打印头的移动方向也可以通过磁场感应器和加速度感应器，磁场感应器和加速度感应器设置在打印头本体14上，磁场感应器和加速度感应器在共同的协作下获得打印头本体14的移动方向。

在一些实施例中，如图1所示，输气通道2内具有冷却管道气体节流片21、冷却管道内部电机22和冷却管道内部冷却风扇23，控制电路1控制冷却管道气体节流片21的旋转角度，控制输气通道2的通断。冷却管道内部电机22带动冷却管道内部冷却风扇23输送风力，冷却管道内部冷却风扇23将风力从输气通道2后端输进口送到输气通道2的前端出口，该示例中，输气通道2采用风力对温度调节区域进行降温。

本发明实施例提供的一种3D打印设备，包括上述实施例中任意实施例的3D打印头。使用上述3D打印头的3D打印设备，所打印的打印件质地均匀。特别是在打印金属打印件中，采用该3D打印设备打印出的打印件，打印件的各部分在结晶时，柱状晶尺寸相当，可确保所制产品的整体性能统一。

本发明实施例提供的一种3D打印方法，包括：3D打印方法应用于上述任意一项3D打印头的实施例中。该3D打印方法具体包括：

利用原料输送结构输送原料以及利用热源输送结构输送热源，热源与原料汇交在熔池区域15。原料输送结构可以是图1中的输送固体粉末的输送管道4；原料输送结构也可以是液态材质输送管道；原料输送结构还可以是不断输送条状原材料的给料装置。

热源输送结构可以是图1所示的激光输送通道5；热源输送结构也可以是对打印头本体14进行预加热的加热丝；热源输送结构还可以是允许等离子束通过的等离子束输送通道。

在熔池区域15，利用热源对原料进行熔融。3D打印机可以采用激光3D打印机、热塑性塑料的3D打印机、电弧金属3D打印工艺或等离子3D打印机的一种。

利用熔融后的原料打印打印件，打印件具有温度调节区域。温度调节区域用于控制熔池区域15的散热速率，是作为基板16补偿。

利用温度调节装置对打印件的温度调节区域的温度进行调节。熔池区域15位于打印头本体14与温度调节区域之间。通过温度调节装置对熔池区域15下方的温度调节区域进行温度调节。补偿因熔池区域15与基板16距离较远时，基板16不能及时调整熔池区域15的散热效率。通过控制温度调节区域对熔池区域15进行补偿调温，使熔池区域15的散热速率始终保持一致。

上述温度调节装置可采用气流进行调温。

上述温度调节装置还可以采用导热固体颗粒，通过固体颗粒不断与温度调节区域接触带走热量或传递热量，进而调节调节区域的温度。

上述3D打印方法中，通过3D打印机打印打印件时,控制温度调节区域的温度对熔池区域15的散热速率进行补偿调节，其可以确保打印件整体性能的一致性。

作为一种可能的实现方式，如图1所示，上述温度调节装置包括第一输气管道和第二输气管道。3D打印头还包括位于第一输气管道内的第一电磁阀、位于第二输气管道内的第二电磁阀、以及与第一电磁阀和第二电磁阀电连接的开关控制器。如图1所示，在一个示例中，第一输气管道和第二输气管道分别设置在X轴方向和Y轴方向，并与打印头本体14相对固定。因考虑到打印件和熔池区域15的存在，为避免第一输气管道或第二输气管道在移动时，其吹出的气体沿打印件表面转向后吹向熔池区域15，因此需要对第一输气管道或第二输气管道的断通进行控制。

上述的3D打印方法还包括：开关控制器根据打印头的移动方向，控制第一电磁阀和/或第二电磁阀。其控制方式为，当打印头本体14沿X轴方向移动时，第一电磁阀控制第一输气管道关闭；当打印头本体14沿Y轴方向移动时，第二电磁阀控制第二输气管道关闭；该控制方式可以确保，无论打印头本体14沿X轴或是Y轴方向移动，第一输气管道或第二输气管道均能作用于温度调节区域，并且能避免第一输气管道或第二输气管道的气流作用到熔池区域15内。开关控制器获取打印头的移动方向时，可以直接获取3D打印机的内部数据。开关控制器获取打印头的移动方向也可以通过磁场感应器和加速度感应器共同协作获得。

作为一种可能的实现方式，上述温度调节装置包括至少一个输气管道2、电连接的温度传感器12和温度控制器。上述输气管道2用于向温度调节区域输送调温物，温度传感器12用于获取温度调节区域的温度，温度控制器用于根据温度调节调温物的温度或调节调温物的量。

上述利用温度调节装置对打印件的温度调节区域的温度进行调节包括：利用温度传感器12获取温度调节区域的温度。温度控制器用于获取温度，并根据温度控制至少一个输气管道2输出的调温物的温度。采用温度控制器对温度调节区域进行调温时，可以采用以下示例中的一种：

例如，参考图1，上述温度传感器12与打印头本体14相对固定，温度传感器12随打印头本体14移动。温度传感器12对熔池区域15正下方的温度调节区域进行测温。由于熔池区域15的位置不断发生变化，因此温度调节区域的位置也随熔池区域15不断发生变化。对温度调节区域进行降温时，采用输气管道2对其进行降温。输气管道2采用输送保护气体的方式，对温度调节区域进行风冷降温。输气管道2输送保护气体对温度调节区域进行降温时，可以采用控制出风量的方式进行降温；也可以采用控制出风温度的方式进行降温。在控制出风温度时，可以使用冷却装置对保护气体进行直接降温的方式；也可以采用两种不同温度的保护气体进行混合调温的方式，调控混合气体到所需温度。对温度调节区域进行调温后，温度调节区域和基板16协同与熔池区域15留下的熔融原料13进行热交换，熔融原料13最终成型为打印件的一部分，由于温度调节区域和基板16的协同作用，熔融原料13的散热速率得到有效控制，由熔融原料13形成的打印件的整体性能一致。

又例如，参考图1及图5，上述熔池区域15留下的熔融原料13在成型以及更进一步结晶时，熔融原料13的降温过程是在一个时间段内。对温度调节区域进行调温时，设置多个温度传感器12，设置多个输气管道2；其中，规定熔池区域15正下方的温度调节区域为第一温度调节区域17，规定熔池区域15后方正在成型的打印原料正下方的温度调节区域为第二温度调节区域18；使用多个温度传感器12分别对第一温度调节区域17和第二温度调节区域18进行温度监测；并采用一输气管道2对第一温度调节区域17进行调温，采用另一输气管道2对第二温度调节区域18进行持续调温。输气管道2采用输送保护气体的方式，对温度调节区域进行风冷降温。

在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种3D打印头，其特征在于，包括：打印头本体，所述打印头本体具有原料输送结构和热源输送结构；

所述原料输送结构输送的打印原料和所述热源输送结构输送的热源汇交在熔池区域；

所述3D打印头还包括温度调节装置，所述温度调节装置用于对所述3D打印头打印的打印件上的温度调节区域进行温度调节；

所述熔池区域位于所述打印头本体与所述温度调节区域之间。

2.如权利要求1所述的3D打印头，其特征在于，所述打印头本体还具有至少一个保护气体输送通道；

所述保护气体输送通道位于所述原料输送结构远离所述热源输送结构的一侧。

3.如权利要求2所述的3D打印头，其特征在于，所述打印头本体具有朝向所述打印件的打印侧面；

所述热源输送结构包括激光输送通道，所述激光输送通道具有第一出口；所述原料输送结构包括至少一个粉末输送通道，每个所述粉末输送通道均具有第二出口；每个所述保护气体输送通道均具有第三出口；

所述第一出口、所述第二出口和所述第三出口均位于所述打印侧面上，所述第二出口和第三出口均环绕所述第一出口设置，所述第二出口位于所述第一出口和所述第三出口之间。

4.如权利要求1所述的3D打印头，其特征在于，所述温度调节装置包括至少一个输气管道、电连接的温度传感器和温度控制器，所述输气管道用于向所述温度调节区域输送调温物，所述温度传感器用于获取温度调节区域的温度，所述温度控制器用于根据所述温度调节所述调温物的温度。

5.如权利要求4所述的3D打印头，其特征在于，所述输气管道的材质为导热材质，所述输气管道的进口的横截面积大于所述输气管道的出口的横截面积。

6.如权利要求4所述的3D打印头，其特征在于，所述输气管道的出口位于所述打印件和所述打印头本体之间；

在所述输气管道为多个的情况下，所述输气管道均匀的分布在所述打印头本体周围；

所述输气管道通过位置调节件与所述打印头本体连接；

所述输气管道包括第一输气管道和第二输气管道；

所述3D打印头还包括位于所述第一输气管道内的第一电磁阀、位于所述第二输气管道内的第二电磁阀、以及与所述第一电磁阀和所述第二电磁阀电连接的开关控制器；

所述开关控制器用于根据所述打印头的移动方向，控制所述第一电磁阀和/或第二电磁阀。

7.一种3D打印设备，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的3D打印头。

8.一种3D打印方法，其特征在于，包括：所述3D打印方法应用于权利要求1-6任意一项所述的3D打印头中；

利用原料输送结构输送原料以及利用热源输送结构输送热源，所述热源与所述原料汇交在熔池区域；

在所述熔池区域，利用所述热源对所述原料进行熔融；

利用所述熔融后的原料打印打印件，所述打印件具有温度调节区域；

利用温度调节装置对所述打印件的温度调节区域的温度进行调节。

9.如权利要求8所述的3D打印方法，其特征在于，所述温度调节装置包括第一输气管道和第二输气管道；所述3D打印头还包括位于所述第一输气管道内的第一电磁阀、位于所述第二输气管道内的第二电磁阀、以及与所述第一电磁阀和所述第二电磁阀电连接的开关控制器；

所述的3D打印方法还包括：

所述开关控制器根据所述打印头的移动方向，控制所述第一电磁阀和/或第二电磁阀。

10.如权利要求9所述的3D打印方法，其特征在于，所述温度调节装置包括至少一个输气管道、电连接的温度传感器和温度控制器；

所述利用温度调节装置对所述打印件的温度调节区域的温度进行调节包括：

利用所述温度传感器获取所述温度调节区域的温度；

所述温度控制器用于获取所述温度，并根据所述温度控制所述至少一个输气管道输出的调温物的温度。

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