CN111890675A - 一种3d打印笔 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种3D打印笔，包括原料输送组件、加热组件、驱动组件和壳体组件。相比于现有技术，本发明的齿轮箱动力总成驱动蜗杆齿转动，蜗杆齿与齿条段啮合，蜗杆齿用于驱动齿条推杆移动，利用齿条推杆将原料挤出，不会出现卡死、挤出过程间断以及挤出量不易控制等问题；本发明使用的原料可以是条状加热可熔性食物，不局限于塑料；本发明的整体结构可拆卸，便于清洗。
Description
技术领域
本发明涉及二次固化成型技术领域，特别是涉及一种3D打印笔。
背景技术
目前，3D打印已经广泛应用在各个领域，3D打印笔产品也成为儿童智力开发、科教，以及平时人们创作、消遣、娱乐的工具，但目前市场上并没有3D打印笔可以使用食品类型的材料作为耗材。
现有的3D打印笔基本原理是：靠一个加热装置和一个驱动装置来进行工作，使用的耗材是线条形状的塑料线条。当加热装置达到设定的温度时，驱动装置通过动力输出到最后的金属齿轮上。金属齿轮的齿尖比较锋利，此时，塑料线条的一侧由轴承顶住，另一侧与金属齿轮相互挤压，金属齿轮咬合进塑料线条并带动塑料线条往加热装置的方向运动。当塑料线条进入加热装置时，塑料线条熔化并在出料口挤出，冷却后成型。
但是这种3D打印笔对塑料线条的线径(直径)稳定性要求很高，塑料线条某处线径较大时，3D打印笔在金属齿轮处就会出现卡死的情况；塑料线条某处线径较小时，金属齿轮咬合处就会因为金属齿轮与塑料线条接触面小而导致难以推动塑料线条运动。
目前广泛用于各行业的热熔胶枪原理是：接通电源打开电源开关后，热熔铝枪管里面的发热丝加热升温并通过热敏电阻控制温度，当温度达到设定值，胶棒通过胶棒插入口进入到热熔铝枪管内，此时热熔铝枪管的温度把胶棒熔化，通过扳机推动装置带动胶棒推进装置套管来推动胶棒往枪嘴(出胶口)的方向挤出。
但是这种热熔胶枪为完全手动控制，挤出的熔化的胶量不易控制，并且胶棒挤出的时候，有时挤出装置卡不住胶棒导致挤出失败。
发明内容
本发明的目的是提供一种3D打印笔，用于解决上述现有技术存在的对塑料线条的线径稳定性要求高、挤出量不易控制等问题，实现对糖果、巧克力、塑料等多种材料的二次固化成型。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明公开了一种3D打印笔，包括：
原料输送组件，所述原料输送组件包括导管和陶瓷头喷嘴，所述陶瓷头喷嘴连接于所述导管的一端，所述导管上设有原料加载口；
加热组件，所述加热组件包括控制电路板、耐高温连接件、导热铜套、发热膜和热敏电阻，所述导热铜套、所述耐高温连接件和所述控制电路板依次固定连接，所述发热膜固定于所述导热铜套外侧，所述发热膜与所述控制电路板电连接，所述导热铜套套设于所述陶瓷头喷嘴外侧，所述热敏电阻与所述控制电路板电连接并与所述导热铜套接触；
驱动组件，所述驱动组件用于推动所述导管内的原料尾部，使原料向所述陶瓷头喷嘴方向移动；
壳体组件，所述原料输送组件、所述加热组件和所述驱动组件位于所述壳体组件内，所述壳体组件的一端设有喷嘴出口，所述陶瓷头喷嘴伸出所述喷嘴出口。
优选地，所述导管包括第一导管和第二导管，所述第一导管与所述第二导管可拆卸式连接，所述第二导管与所述陶瓷头喷嘴螺纹连接，所述第二导管为耐高温材质。
优选地，所述驱动组件包括齿轮箱动力总成、蜗杆齿和齿条推杆，所述控制电路板为所述齿轮箱动力总成供电，所述齿条推杆包括插入所述导管内的光杆段和在所述导管外的齿条段，所述齿条段上沿轴向设有齿条，所述齿轮箱动力总成用于驱动所述蜗杆齿转动，所述蜗杆齿与所述齿条段啮合，所述蜗杆齿用于驱动所述齿条推杆移动。
优选地，所述控制电路板上布置有归位限位开关和挤出限位开关，所述归位限位开关比所述挤出限位开关更靠近所述陶瓷头喷嘴，所述齿条推杆上布置有前凸块和后凸块，所述归位限位开关和所述挤出限位开关位于所述前凸块和所述后凸块之间，所述前凸块与所述归位限位开关接触后所述齿轮箱动力总成停止工作，所述后凸块与所述挤出限位开关接触后所述齿轮箱动力总成反向转动，带动齿条推杆归位。
优选地，所述壳体组件包括笔头帽、大壳主体和下壳，所述笔头帽可分离式连接于所述大壳主体的一端，所述喷嘴出口设置于所述笔头帽上，所述下壳可分离连接于所述大壳主体上。
优选地，所述齿轮箱动力总成和所述蜗杆齿安装于所述下壳上。
优选地，还包括电源接口、接口电路板和供电伸缩顶针，所述电源接口和所述供电伸缩顶针均安装于所述接口电路板上，所述供电伸缩顶针的一端与所述控制电路板上对应触点可分离式接触。
优选地，所述控制电路板具有双色指示灯、电源键和挤出控制键，所述大壳主体上与所述双色指示灯、所述电源键和所述挤出控制键对应位置处设有键槽，所述电源键用于控制所述发热膜的电流通断，所述挤出控制键用于控制所述齿轮箱动力总成的电流通断，所述双色指示灯通过控制电路监测所述热敏电阻阻值的变化控制所述双色指示灯颜色的转换。
优选地，所述下壳具有前端扣位和后端扣位，所述前端扣位与所述大壳主体上的扣合位置A可分离式扣合，所述后端扣位与所述大壳主体上的扣合位置B可分离式扣合。
优选地，所述笔头帽的内壁设有限位卡块，所述大壳主体上靠近所述笔头帽的一端设有圆周方向不连续分布的限位卡环，相邻两段所述限位卡环之间为缺口，所述限位卡块穿过所述缺口后旋转所述笔头帽，实现所述笔头帽与所述大壳主体的旋转扣合。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明的齿轮箱动力总成驱动蜗杆齿转动，蜗杆齿与齿条段啮合，蜗杆齿用于驱动齿条推杆移动，利用齿条推杆将原料挤出，不会出现卡死、挤出过程间断以及挤出量不易控制等问题；本发明使用的原料可以是条状加热可熔性食物，不局限于塑料；本发明的整体结构可拆卸，便于清洗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实施例3D打印笔的爆炸图；
图2为本实施例3D打印笔的剖视图；
图3为本实施例3D打印笔拆下下壳总成后的示意图；
图4为本实施例3D打印笔去掉壳体组件后的结构示意图；
图5为图4的剖视图；
图6为笔头帽与大壳主体的连接关系示意图；
图7为陶瓷头喷嘴与导热铜套分离后的结构示意图；
图8为本实施例3D打印笔的电路连接关系示意图；
附图标记说明：1-电源供电线；2-电源供电伸缩顶针；3-马达供电伸缩顶针；4-电源键；5-挤出控制键；6-原料加载口；7-发热膜；8-导热铜套；9-热敏电阻；10-陶瓷头喷嘴；11-归位限位开关；12-挤出限位开关；13-齿轮箱动力总成；14-蜗杆齿；15-齿条推杆；16-原料；17-第二导管；18-第一导管；19-控制电路板；20-双色指示灯；21-大壳主体；22-下壳；23笔头帽；24-耐高温连接件；25-前端扣位；26-后端扣位；27-扣合位置A；28-扣合位置B；29-限位卡块；30-限位卡环。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种3D打印笔，用于解决上述现有技术存在的对塑料线条的线径稳定性要求高、挤出量不易控制等问题，实现对糖果、巧克力、塑料等多种材料的二次固化成型，本发明是利用蜗杆齿带动齿条推杆推动原料移动挤出，这区别于传统3D打印笔利用金属齿轮咬合塑料线条带动塑料线条移动的挤出方式。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-8所示，本实施例提供一种3D打印笔，包括原料输送组件、加热组件、驱动组件和壳体组件。
其中，原料输送组件包括导管和陶瓷头喷嘴10，陶瓷头喷嘴10连接于导管的一端，导管上设有原料加载口6。原料16经原料加载口6进入导管后，在驱动组件的推动下移动至陶瓷头喷嘴10处，被加热熔化，从陶瓷头喷嘴10处流出。加热组件包括控制电路板19、耐高温连接件24、导热铜套8、发热膜7和热敏电阻9。导热铜套8、耐高温连接件24和控制电路板19依次固定连接，发热膜7固定于导热铜套8外侧，发热膜7与控制电路板19电连接，导热铜套8套设于陶瓷头喷嘴10外侧，热敏电阻9与控制电路板19电连接并与导热铜套8接触。控制电路板19为发热膜7供电，使发热膜7升温，热量经导热铜套8传递至陶瓷头喷嘴10，使陶瓷头喷嘴10升温，将陶瓷头喷嘴10内的原料16加热熔化。热敏电阻9的温度与导热铜套8基本一致，控制电路板19通过对热敏电阻9的电阻值的测量得到导热铜套8的温度情况，当导热铜套8温度达到控制电路板19所设定的温度值时，控制电路板19通过监测热敏电阻9的阻值变化调整供给发热膜7的电流的大小使导热铜套8维持在设定的温度范围内。驱动组件用于推动导管内的原料16尾部，使原料16向陶瓷头喷嘴10方向移动。原料输送组件、加热组件和驱动组件位于壳体组件内，壳体组件的一端设有喷嘴出口，陶瓷头喷嘴10伸出喷嘴出口，熔化后的原料16经喷嘴出口流出。齿轮箱动力总成13有多种类型，例如包括驱动电机和与驱动电机传动连接的减速箱，只要能进行动力输出即可。
该3D打印笔在使用时，将原料16经原料加载口6进入导管后，在控制电路板19的控制下，驱动组件推动导管内的原料16尾部，使原料16向陶瓷头喷嘴10方向移动。与此同时，发热膜7升温，热量经导热铜套8传递至陶瓷头喷嘴10，使陶瓷头喷嘴10升温，将陶瓷头喷嘴10内的原料16加热熔化。齿条推杆15继续推动导管内的原料16，使熔化后的原料16经陶瓷头喷嘴10流出。本实施例使用的原料16可以是条状的糖果、巧克力等加热可熔性食物，或者普通的塑料比如ABS、PETG、PLA、PCL等，本领域技术人员可以根据需要进行选择。该3D打印笔既可以用于3D打印领域，也可以用于创意书写等其它用途。
由于陶瓷头喷嘴10附近温度较高，为了延长导管的使用寿命和便于拆卸清洁，本实施例的导管包括第一导管18和第二导管17，第一导管18与第二导管17可拆卸式连接。第二导管17与陶瓷头喷嘴10螺纹连接，第二导管17为PFA等耐高温材质。由于第二导管17为耐高温材质，延长了使用寿命，又由于第一导管18选用食品级塑料或常规材质即可，降低了制造成本。陶瓷头10与第二导管17螺纹连接形成一体，第一导管18前端与第二导管17末端呈大小喇叭口形状互套装配，拆卸时两部分的导管可直接分离，操作过程简单方便。
驱动组件的类型有多种，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。本实施例中，驱动组件包括齿轮箱动力总成13、蜗杆齿14和齿条推杆15，控制电路板19为齿轮箱动力总成13供电。齿条推杆15包括插入导管内的光杆段和在导管外的齿条段，光杆段能够在导管内沿导管滑动，从而推动导管内的原料16朝陶瓷头喷嘴10方向滑动；齿条段上沿轴向设有齿条，齿轮箱动力总成13用于驱动蜗杆齿14转动，蜗杆齿14与齿条段啮合，蜗杆齿14旋转时驱动齿条推杆15整体移动。使用时，齿轮箱动力总成13驱动蜗杆齿14旋转，进而驱动齿条推杆15整体移动，齿条推杆15推动导管内的原料16朝陶瓷头喷嘴10方向滑动。
为了便于进行自动化控制，本实施例的控制电路板19上布置有归位限位开关11和挤出限位开关12，归位限位开关11比挤出限位开关12更靠近陶瓷头喷嘴10。齿条推杆15上布置有前凸块和后凸块，归位限位开关11和挤出限位开关12位于前凸块和后凸块之间。前凸块与归位限位开关11接触时齿条推杆15与陶瓷头喷嘴10的距离最大，前凸块与归位限位开关11接触后齿轮箱动力总成13停止工作。后凸块与挤出限位开关12接触时齿条推杆15与陶瓷头喷嘴10的距离最小，后凸块与挤出限位开关12接触后齿轮箱动力总成13反向转动，带动齿条推杆15归位。
为了便于拆卸和清洗，本实施例的壳体组件包括笔头帽23、大壳主体21和下壳22。笔头帽23可分离式连接于大壳主体21的一端，喷嘴出口设置于笔头帽23上，下壳22可分离连接于大壳主体21上。
具体的，下壳22具有前端扣位25和后端扣位26，前端扣位25与大壳主体21上的扣合位置A27可分离式扣合，后端扣位26与大壳主体21上的扣合位置B28可分离式扣合。笔头帽23的内壁设有限位卡块29，大壳主体21上靠近笔头帽23的一端设有圆周方向不连续分布的限位卡环30，相邻两段限位卡环30之间为缺口，限位卡块29穿过缺口后旋转笔头帽23，实现笔头帽23与大壳主体21的旋转扣合。
该3D打印笔可以使用内置蓄电池的方式供电，也可以直接连接外部电源。本实施例采用直接连接外部电源的方式供电，具体为还包括电源接口、接口电路板和供电伸缩顶针，电源接口和供电伸缩顶针均安装于接口电路板上，接口电路板安装于下壳22上，供电伸缩顶针的一端与控制电路板19上对应触点可分离式接触，将电源供电线1插入电源接口后即实现供电。本实施例中，供电伸缩顶针分为两类，包括电源供电伸缩顶针2和马达供电伸缩顶针3。其中，电源供电伸缩顶针2为控制电路板19供电，马达供电伸缩顶针3为齿轮箱动力总成13供电。进一步的，本实施例中齿轮箱动力总成13和蜗杆齿14也安装于下壳22上，下壳22、齿轮箱动力总成13、蜗杆齿14、电源接口、接口电路板和供电伸缩顶针共同组成下壳22总成。
为了便于观察加热温度以及对打印过程进行人工控制，本实施例的控制电路板19具有双色指示灯20、电源键4和挤出控制键5，大壳主体21上与双色指示灯20、电源键4和挤出控制键5对应位置处设有键槽。电源键4用于通断控制电路板19的电流，挤出控制键5用于控制齿轮箱动力总成13的电流通断，双色指示灯20的颜色由控制电路板19进行控制，正常工作为蓝色，加热状态为红色，工作状态信息通过监测热敏电阻9的阻值变化得到。此种热敏电阻9的监测方式为本领域的公知常识，故此处不再赘述。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种3D打印笔，其特征在于，包括：
原料输送组件，所述原料输送组件包括导管和陶瓷头喷嘴，所述陶瓷头喷嘴连接于所述导管的一端，所述导管上设有原料加载口；
加热组件，所述加热组件包括控制电路板、耐高温连接件、导热铜套、发热膜和热敏电阻，所述导热铜套、所述耐高温连接件和所述控制电路板依次固定连接，所述发热膜固定于所述导热铜套外侧，所述发热膜与所述控制电路板电连接，所述导热铜套套设于所述陶瓷头喷嘴外侧，所述热敏电阻与所述控制电路板电连接并与所述导热铜套接触；
驱动组件，所述驱动组件用于推动所述导管内的原料尾部，使原料向所述陶瓷头喷嘴方向移动；
壳体组件，所述原料输送组件、所述加热组件和所述驱动组件位于所述壳体组件内，所述壳体组件的一端设有喷嘴出口，所述陶瓷头喷嘴伸出所述喷嘴出口。
2.根据权利要求1所述的3D打印笔，其特征在于，所述导管包括第一导管和第二导管，所述第一导管与所述第二导管可拆卸式连接，所述第二导管与所述陶瓷头喷嘴螺纹连接，所述第二导管为耐高温材质。
3.根据权利要求1所述的3D打印笔，其特征在于，所述驱动组件包括齿轮箱动力总成、蜗杆齿和齿条推杆，所述控制电路板为所述齿轮箱动力总成供电，所述齿条推杆包括插入所述导管内的光杆段和在所述导管外的齿条段，所述齿条段上沿轴向设有齿条，所述齿轮箱动力总成用于驱动所述蜗杆齿转动，所述蜗杆齿与所述齿条段啮合，所述蜗杆齿用于驱动所述齿条推杆移动。
4.根据权利要求3所述的3D打印笔，其特征在于，所述控制电路板上布置有归位限位开关和挤出限位开关，所述归位限位开关比所述挤出限位开关更靠近所述陶瓷头喷嘴，所述齿条推杆上布置有前凸块和后凸块，所述归位限位开关和所述挤出限位开关位于所述前凸块和所述后凸块之间，所述前凸块与所述归位限位开关接触后所述齿轮箱动力总成停止工作，所述后凸块与所述挤出限位开关接触后所述齿轮箱动力总成反向转动，带动齿条推杆归位。
5.根据权利要求4所述的3D打印笔，其特征在于，所述壳体组件包括笔头帽、大壳主体和下壳，所述笔头帽可分离式连接于所述大壳主体的一端，所述喷嘴出口设置于所述笔头帽上，所述下壳可分离连接于所述大壳主体上。
6.根据权利要求5所述的3D打印笔，其特征在于，所述齿轮箱动力总成和所述蜗杆齿安装于所述下壳上。
7.根据权利要求5所述的3D打印笔，其特征在于，还包括电源接口、接口电路板和供电伸缩顶针，所述电源接口和所述供电伸缩顶针均安装于所述接口电路板上，所述供电伸缩顶针的一端与所述控制电路板上对应触点可分离式接触。
8.根据权利要求5所述的3D打印笔，其特征在于，所述控制电路板具有双色指示灯、电源键和挤出控制键，所述大壳主体上与所述双色指示灯、所述电源键和所述挤出控制键对应位置处设有键槽，所述电源键用于控制所述发热膜的电流通断，所述挤出控制键用于控制所述齿轮箱动力总成的电流通断，所述双色指示灯通过控制电路监测所述热敏电阻阻值的变化控制所述双色指示灯颜色的转换。
9.根据权利要求5所述的3D打印笔，其特征在于，所述下壳具有前端扣位和后端扣位，所述前端扣位与所述大壳主体上的扣合位置A可分离式扣合，所述后端扣位与所述大壳主体上的扣合位置B可分离式扣合。
10.根据权利要求5所述的3D打印笔，其特征在于，所述笔头帽的内壁设有限位卡块，所述大壳主体上靠近所述笔头帽的一端设有圆周方向不连续分布的限位卡环，相邻两段所述限位卡环之间为缺口，所述限位卡块穿过所述缺口后旋转所述笔头帽，实现所述笔头帽与所述大壳主体的旋转扣合。
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