CN112373035A - 适用于高温热塑性塑料的精确控温3d打印头及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种适用于高温热塑性塑料的精确控温3D打印头及使用方法，打印头包括：真空高效隔热筒、隔热垫、通风筒形支架、加热块、加热棒、热敏传感器、超长打印头、多孔冷却管和隔热套；所述真空高效隔热筒的上部通过所述隔热垫，与所述通风筒形支架连接固定。本发明可以实现高温打印头安装的隔热保温、打印头温度的控制以及打印局部环境的控制，提高温度控制精度，能够较好地控制打印产品的冷却结晶过程，提高产品成型质量，可以应用于高温特种工程塑料3D打印领域。
Description
技术领域
本发明属于3D打印技术领域，具体涉及一种适用于高温热塑性塑料的精确控温3D打印头及使用方法。
背景技术
目前熔融沉积成型3D打印的打印头采用加热块外置的形式，热量容易散失，尤其在外部有冷却风时，不利于精确控温和热量的高效利用，因此，在对高温热塑性材料熔融沉积成型打印时，难以有效使热塑性材料熔融，易发生打印故障。另外，现有3D打印的打印头中，加热块和喉管直接连接，加热块产生的热量易向上传导到与喉管相连的运动机构，从而影响运动机构的使用性能。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种适用于高温热塑性塑料的精确控温3D打印头及使用方法，可有效解决上述问题。
本发明采用的技术方案如下：
本发明提供一种适用于高温热塑性塑料的精确控温3D打印头，包括：真空高效隔热筒(1)、隔热垫(2)、通风筒形支架(3)、加热块(4)、加热棒(5)、热敏传感器(6)、超长打印头(7)、多孔冷却管(8)和隔热套(14)；
所述真空高效隔热筒(1)的上部通过所述隔热垫(2)，与所述通风筒形支架(3)连接固定；
其中，所述通风筒形支架(3)的内部形成通风筒形支架内腔(11)；所述通风筒形支架(3)的侧面开设与所述通风筒形支架内腔(11)连通的进风口(12)，通过所述进风口(12)，向所述通风筒形支架内腔(11)输送恒温干燥风；所述通风筒形支架内腔(11)的中部安装所述多孔冷却管(8)，所述多孔冷却管(8)的表面开设通风孔，进而使所述通风筒形支架内腔(11)与所述多孔冷却管(8)的内部连通；所述通风筒形支架(3)的顶端设置送丝管接口(13)，所述送丝管接口(13)与所述多孔冷却管(8)连通，用于向多孔冷却管(8)输送丝材；
所述真空高效隔热筒(1)的中部形成隔热筒安装腔室(A)，所述真空高效隔热筒(1)的左侧形成左通风管道(9A)，所述真空高效隔热筒(1)的右侧形成右通风管道(9B)；其中，所述左通风管道(9A)的顶部通过所述隔热垫(2)开设的左通风孔(2A)，与所述通风筒形支架内腔(11)连通；所述左通风管道(9A)的底部连接左前端多孔送风喷头(10A)，形成左局部环境温控送风通路；所述右通风管道(9B)的顶部通过所述隔热垫(2)开设的右通风孔(2B)，与所述通风筒形支架内腔(11)连通；所述右通风管道(9B)的底部连接右前端多孔送风喷头(10B)，形成右局部环境温控送风通路；
所述隔热筒安装腔室(A)内紧密套入安装所述隔热套(14)；所述隔热套(14)位于所述隔热垫(2)的下方；所述隔热套(14)的腔室紧密套入安装所述加热块(4)；所述加热块(4)的中部开设第1安装孔(4A)，所述加热块(4)的左部开设第2安装孔(4B)，所述加热块(4)的右部开设第3安装孔(4C)；所述超长打印头(7)的中部与所述第1安装孔(4A)螺纹连接，所述超长打印头(7)的顶部穿过所述隔热垫(2)后，与所述多孔冷却管(8)的底端贯通，形成送料打印通道；所述超长打印头(7)的底部从所述真空高效隔热筒(1)的底部穿出，打印丝材通过打印通道，从超长打印头(7)挤出；
所述第2安装孔(4B)内安装所述加热棒(5)；所述第3安装孔(4C)内安装所述热敏传感器(6)；所述加热棒(5)和所述热敏传感器(6)的线缆均从所述隔热垫(2)引出到外部。
优选的，所述真空高效隔热筒(1)和所述通风筒形支架(3)采用不锈钢或钛合金材质。
优选的，所述隔热垫(2)和所述隔热套(14)采用气凝胶或硅酸铝陶瓷纤维。
本发明还提供一种适用于高温热塑性塑料的精确控温3D打印头的打印方法，包括以下步骤：
步骤1，将适用于高温热塑性塑料的精确控温3D打印头的通风筒形支架(3)，与打印机的对应位置连接固定，实现适用于高温热塑性塑料的精确控温3D打印头的固定；
使通风筒形支架(3)的进风口(12)与恒温干燥风管连接，通过送丝管接口(13)装入打印丝材，使加热棒(5)和热敏传感器(6)的线缆与控制器连接；
步骤2，打印时，打印丝材通过通风筒形支架(3)上面的送丝管接口(13)，进入多孔冷却管(8)的内部，再通过隔热垫(2)进入到超长打印头(7)的内部，最终利用加热块(4)的热量完成熔融和挤出，实现打印功能；
在上述打印过程中，利用外部专用设备提供恒温干燥风，恒温干燥风通过进风口(12)进入到通风筒形支架内腔(11)中，恒温干燥风通过多孔冷却管(8)的通风孔，进入到多孔冷却管(8)的内部，实现对多孔冷却管(8)内丝材的降温，防止丝材在多孔冷却管(8)内提前融化而阻塞打印通道；另外，由于恒温干燥风不断进入到多孔冷却管(8)的内部，使多孔冷却管(8)的上部形成一定压力，防止超长打印头(7)内受加热块(4)加热而产生的热量向上传导，进而阻断热量向上传导到打印运动机构，保证打印运动机构的使用性能；
在上述打印过程中，恒温干燥风通过进风口(12)进入到通风筒形支架内腔(11)中，经过由真空高效隔热筒(1)的左通风管道(9A)和左前端多孔送风喷头(10A)形成的送风通道后喷出，同时，经过由真空高效隔热筒(1)的右通风管道(9B)和右前端多孔送风喷头(10B)形成的送风通道后喷出，喷出位置位于打印部位附近，从而在打印部位形成局部恒温干燥环境，提高打印成型质量；
在上述打印过程中，打印头随着设备的移动持续挤出熔融打印材料，左前端多孔送风喷头(10A)和右前端多孔送风喷头(10B)持续随动提供恒温干燥风，实现精确打印；
在上述打印过程中，加热块(4)、加热棒(5)和热敏传感器(6)组成恒温控制加热单元，对超长打印头(7)内打印丝材进行加热，完成打印丝材的熔融和挤出；同时，加热块(4)的外围设置隔热套(14)，加热块(4)的上部设置隔热垫(2)，有效防止加热块(4)产生的热量散发，提高加热块(4)对超长打印头(7)内打印丝材的加热效果。
优选的，恒温干燥风管输送的恒温干燥风的温度为100℃；超长打印头(7)内打印丝材熔融温度为400℃。
本发明提供的适用于高温热塑性塑料的精确控温3D打印头及使用方法具有以下优点：
本发明可以实现高温打印头安装的隔热保温、打印头温度的控制以及打印局部环境的控制，提高温度控制精度，能够较好地控制打印产品的冷却结晶过程，提高产品成型质量，可以应用于高温特种工程塑料3D打印领域。
附图说明
图1为本发明适用于高温热塑性塑料的精确控温3D打印头在一个角度下的整体结构示意图；
图2为本发明适用于高温热塑性塑料的精确控温3D打印头在另一个角度下的整体结构示意图；
图3为本发明适用于高温热塑性塑料的精确控温3D打印头在一个角度下的剖面图；
图4为本发明适用于高温热塑性塑料的精确控温3D打印头在另一个角度下的剖面图；
图5为本发明真空高效隔热筒的立体图；
图6为本发明隔热垫和隔热套的装配图；
图7为本发明加热块和隔热套的装配图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、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用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种适用于高温热塑性塑料的精确控温3D打印头，可以实现高温打印头安装的隔热保温、打印头温度的控制以及打印局部环境的控制，提高温度控制精度，能够较好地控制打印产品的冷却结晶过程，提高产品成型质量，可以应用于高温特种工程塑料3D打印领域。
参考图1-图4，适用于高温热塑性塑料的精确控温3D打印头包括：真空高效隔热筒1、隔热垫2、通风筒形支架3、加热块4、加热棒5、热敏传感器6、超长打印头7、多孔冷却管8和隔热套14；
真空高效隔热筒1的上部通过隔热垫2，与通风筒形支架3连接固定；
其中，通风筒形支架3的内部形成通风筒形支架内腔11；通风筒形支架3的侧面开设与通风筒形支架内腔11连通的进风口12，通过进风口12，向通风筒形支架内腔11输送恒温干燥风；通风筒形支架内腔11的中部安装多孔冷却管8，多孔冷却管8的表面开设通风孔，进而使通风筒形支架内腔11与多孔冷却管8的内部连通；通风筒形支架3的顶端设置送丝管接口13，送丝管接口13与多孔冷却管8连通，用于向多孔冷却管8输送丝材；
参考图5，真空高效隔热筒1的中部形成隔热筒安装腔室A，真空高效隔热筒1的左侧形成左通风管道9A，真空高效隔热筒1的右侧形成右通风管道9B；其中，左通风管道9A的顶部通过隔热垫2开设的左通风孔2A，与通风筒形支架内腔11连通；左通风管道9A的底部连接左前端多孔送风喷头10A，形成左局部环境温控送风通路；右通风管道9B的顶部通过隔热垫2开设的右通风孔2B，与通风筒形支架内腔11连通；右通风管道9B的底部连接右前端多孔送风喷头10B，形成右局部环境温控送风通路；
隔热筒安装腔室A内紧密套入安装隔热套14；参考图6，隔热套14位于隔热垫2的下方；参考图7，隔热套14的腔室紧密套入安装加热块4；加热块4的中部开设第1安装孔4A，加热块4的左部开设第2安装孔4B，加热块4的右部开设第3安装孔4C；超长打印头7的中部与第1安装孔4A螺纹连接，超长打印头7的顶部穿过隔热垫2后，与多孔冷却管8的底端贯通，形成送料打印通道；超长打印头7的底部从真空高效隔热筒1的底部穿出，打印丝材通过打印通道，从超长打印头7挤出；
第2安装孔4B内安装加热棒5；第3安装孔4C内安装热敏传感器6；加热棒5和热敏传感器6的线缆均从隔热垫2引出到外部。
实际应用中，真空高效隔热筒1和通风筒形支架3采用不锈钢或钛合金材质。隔热垫2和隔热套14采用气凝胶或硅酸铝陶瓷纤维。
由此可见，该适用于高温热塑性塑料的可实现精确控温3D打印头具有以下特点：
(1)打印头主体主要包括真空高效隔热筒1、隔热垫2和通风筒形支架3三部分。其中，真空高效隔热筒1和通风筒形支架3采用不锈钢、钛合金等导热系数低、强度高的金属，隔热垫2采用气凝胶、硅酸铝陶瓷纤维等隔热材料；真空高效隔热筒1包裹加热块4，防止热量流失，隔热垫2位于真空高效隔热筒1与通风筒形支架3之间，防止热量传入打印机运动机构，的通风筒形支架3安装于打印机，实现打印头的固定。三部分使用螺栓连接。
(2)该适用于高温热塑性塑料的可实现精确控温3D打印头中，真空高效隔热筒1中内嵌有加热块4，两者之间采用隔热套14隔热，加热块4上安装有加热棒5和热敏传感器6，实现温度控制；超长打印头7通过螺纹固定于加热块4上，并贯穿隔热垫2与通风筒形支架3中心的多孔冷却管8相连形成送料打印通道，打印丝材通过打印通道，从超长打印头7挤出，实现热的高效利用及打印喷嘴的精确控温。同时超长打印头便于清理，内嵌式加热块打印操作更安全。
(3)该适用于高温热塑性塑料的可实现精确控温3D打印头中，真空高效隔热筒1与通风筒形支架3通过螺栓连接，中间为隔热垫2，真空高效隔热筒1中间设置有左右两条通风管道，下部连接前端多孔送风喷头，上部连接通风筒形支架内腔11，形成局部环境温控送风通道，恒温干燥风从通风筒形支架上的进风口12送入，通过送风通道送达打印部位，并采用环形吹风口，实现打印件的冷却和打印局部环境的精确控制，同时可为隔热筒降温。
(4)该适用于高温热塑性塑料的可实现精确控温3D打印头中，通风筒形支架3顶端有送丝管接口13，中间设有多孔冷却管8，可对丝材进行冷却和干燥。
本发明还提供一种适用于高温热塑性塑料的精确控温3D打印头的打印方法，包括以下步骤：
步骤1，将适用于高温热塑性塑料的精确控温3D打印头的通风筒形支架3，与打印机的对应位置连接固定，实现适用于高温热塑性塑料的精确控温3D打印头的固定；
使通风筒形支架3的进风口12与恒温干燥风管连接，通过送丝管接口13装入打印丝材，使加热棒5和热敏传感器6的线缆与控制器连接；
步骤2，打印时，打印丝材通过通风筒形支架3上面的送丝管接口13，进入多孔冷却管8的内部，再通过隔热垫2进入到超长打印头7的内部，最终利用加热块4的热量完成熔融和挤出，实现打印功能；
在上述打印过程中，利用外部专用设备提供恒温干燥风，恒温干燥风的温度可以为100℃；远低于超长打印头7内打印丝材熔融温度400℃；恒温干燥风通过进风口12进入到通风筒形支架内腔11中，恒温干燥风通过多孔冷却管8的通风孔，进入到多孔冷却管8的内部，实现对多孔冷却管8内丝材的降温，防止丝材在多孔冷却管8内受下部加热块上传的温度提前融化而阻塞打印通道；另外，由于恒温干燥风不断进入到多孔冷却管8的内部，使多孔冷却管8的上部形成一定压力，防止超长打印头7内受加热块4加热而产生的热量向上传导，进而阻断热量向上传导到打印运动机构，保证打印运动机构的使用性能；其中，打印运动机构安装于通风筒形支架3的上方。
在上述打印过程中，恒温干燥风通过进风口12进入到通风筒形支架内腔11中，经过由真空高效隔热筒1的左通风管道9A和左前端多孔送风喷头10A形成的送风通道后喷出，同时，经过由真空高效隔热筒1的右通风管道9B和右前端多孔送风喷头10B形成的送风通道后喷出，喷出位置位于打印部位附近，从而在打印部位形成局部恒温干燥环境，提高打印成型质量；
在上述打印过程中，打印头随着设备的移动持续挤出熔融打印材料，左前端多孔送风喷头10A和右前端多孔送风喷头10B持续随动提供恒温干燥风，实现精确打印；
在上述打印过程中，加热块4、加热棒5和热敏传感器6组成恒温控制加热单元，对超长打印头7内打印丝材进行加热，完成打印丝材的熔融和挤出；同时，加热块4的外围设置隔热套14，加热块4的上部设置隔热垫2，有效防止加热块4产生的热量散发，提高加热块4对超长打印头7内打印丝材的加热效果。加热块4和超长打印头7螺纹连接，使加热块4的热量可高传传递到超长打印头7。
本发明提供了一种适用于高温热塑性塑料的可实现精确控温3D打印头，具有以下优点：
(1)利用内嵌式加热块、恒温干燥冷却风、真空隔热、隔热垫和隔热套隔热等方式，可为高温打印头提供良好的隔热和保温，便于打印头的精确控温；恒温干燥冷却风和环形吹风口的应用，可对打印局部区域进行精确控制，便于打印件的均匀冷却结晶，实现打印件的精致打印；内嵌式加热块和内嵌式送风通道可实现热量的高效利用。
(2)该打印头设计具有较好的人机工效学特性，超长打印头更换方便，堵头清理简便，操作更为高效；内嵌式加热块安全性较好，能有效避免误操作引发的伤害；打印头结构简单，可采用常规的材料，具有较好经济性。
因此，该打印头可以应用于高温特种工程塑料的3D打印领域，可实现打印头温度和局部打印环境的精确控制，确保打印件的精确成型和均匀结晶。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种适用于高温热塑性塑料的精确控温3D打印头，其特征在于，包括：真空高效隔热筒(1)、隔热垫(2)、通风筒形支架(3)、加热块(4)、加热棒(5)、热敏传感器(6)、超长打印头(7)、多孔冷却管(8)和隔热套(14)；
所述真空高效隔热筒(1)的上部通过所述隔热垫(2)，与所述通风筒形支架(3)连接固定；
其中，所述通风筒形支架(3)的内部形成通风筒形支架内腔(11)；所述通风筒形支架(3)的侧面开设与所述通风筒形支架内腔(11)连通的进风口(12)，通过所述进风口(12)，向所述通风筒形支架内腔(11)输送恒温干燥风；所述通风筒形支架内腔(11)的中部安装所述多孔冷却管(8)，所述多孔冷却管(8)的表面开设通风孔，进而使所述通风筒形支架内腔(11)与所述多孔冷却管(8)的内部连通；所述通风筒形支架(3)的顶端设置送丝管接口(13)，所述送丝管接口(13)与所述多孔冷却管(8)连通，用于向多孔冷却管(8)输送丝材；
所述真空高效隔热筒(1)的中部形成隔热筒安装腔室(A)，所述真空高效隔热筒(1)的左侧形成左通风管道(9A)，所述真空高效隔热筒(1)的右侧形成右通风管道(9B)；其中，所述左通风管道(9A)的顶部通过所述隔热垫(2)开设的左通风孔(2A)，与所述通风筒形支架内腔(11)连通；所述左通风管道(9A)的底部连接左前端多孔送风喷头(10A)，形成左局部环境温控送风通路；所述右通风管道(9B)的顶部通过所述隔热垫(2)开设的右通风孔(2B)，与所述通风筒形支架内腔(11)连通；所述右通风管道(9B)的底部连接右前端多孔送风喷头(10B)，形成右局部环境温控送风通路；
所述隔热筒安装腔室(A)内紧密套入安装所述隔热套(14)；所述隔热套(14)位于所述隔热垫(2)的下方；所述隔热套(14)的腔室紧密套入安装所述加热块(4)；所述加热块(4)的中部开设第1安装孔(4A)，所述加热块(4)的左部开设第2安装孔(4B)，所述加热块(4)的右部开设第3安装孔(4C)；所述超长打印头(7)的中部与所述第1安装孔(4A)螺纹连接，所述超长打印头(7)的顶部穿过所述隔热垫(2)后，与所述多孔冷却管(8)的底端贯通，形成送料打印通道；所述超长打印头(7)的底部从所述真空高效隔热筒(1)的底部穿出，打印丝材通过打印通道，从超长打印头(7)挤出；
所述第2安装孔(4B)内安装所述加热棒(5)；所述第3安装孔(4C)内安装所述热敏传感器(6)；所述加热棒(5)和所述热敏传感器(6)的线缆均从所述隔热垫(2)引出到外部。
2.根据权利要求1所述的适用于高温热塑性塑料的精确控温3D打印头，其特征在于，所述真空高效隔热筒(1)和所述通风筒形支架(3)采用不锈钢或钛合金材质。
3.根据权利要求1所述的适用于高温热塑性塑料的精确控温3D打印头，其特征在于，所述隔热垫(2)和所述隔热套(14)采用气凝胶或硅酸铝陶瓷纤维。
4.一种权利要求1-3任一项所述的适用于高温热塑性塑料的精确控温3D打印头的打印方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将适用于高温热塑性塑料的精确控温3D打印头的通风筒形支架(3)，与打印机的对应位置连接固定，实现适用于高温热塑性塑料的精确控温3D打印头的固定；
使通风筒形支架(3)的进风口(12)与恒温干燥风管连接，通过送丝管接口(13)装入打印丝材，使加热棒(5)和热敏传感器(6)的线缆与控制器连接；
步骤2，打印时，打印丝材通过通风筒形支架(3)上面的送丝管接口(13)，进入多孔冷却管(8)的内部，再通过隔热垫(2)进入到超长打印头(7)的内部，最终利用加热块(4)的热量完成熔融和挤出，实现打印功能；
在上述打印过程中，利用外部专用设备提供恒温干燥风，恒温干燥风通过进风口(12)进入到通风筒形支架内腔(11)中，恒温干燥风通过多孔冷却管(8)的通风孔，进入到多孔冷却管(8)的内部，实现对多孔冷却管(8)内丝材的降温，防止丝材在多孔冷却管(8)内提前融化而阻塞打印通道；另外，由于恒温干燥风不断进入到多孔冷却管(8)的内部，使多孔冷却管(8)的上部形成一定压力，防止超长打印头(7)内受加热块(4)加热而产生的热量向上传导，进而阻断热量向上传导到打印运动机构，保证打印运动机构的使用性能；
在上述打印过程中，恒温干燥风通过进风口(12)进入到通风筒形支架内腔(11)中，经过由真空高效隔热筒(1)的左通风管道(9A)和左前端多孔送风喷头(10A)形成的送风通道后喷出，同时，经过由真空高效隔热筒(1)的右通风管道(9B)和右前端多孔送风喷头(10B)形成的送风通道后喷出，喷出位置位于打印部位附近，从而在打印部位形成局部恒温干燥环境，提高打印成型质量；
在上述打印过程中，打印头随着设备的移动持续挤出熔融打印材料，左前端多孔送风喷头(10A)和右前端多孔送风喷头(10B)持续随动提供恒温干燥风，实现精确打印；
在上述打印过程中，加热块(4)、加热棒(5)和热敏传感器(6)组成恒温控制加热单元，对超长打印头(7)内打印丝材进行加热，完成打印丝材的熔融和挤出；同时，加热块(4)的外围设置隔热套(14)，加热块(4)的上部设置隔热垫(2)，有效防止加热块(4)产生的热量散发，提高加热块(4)对超长打印头(7)内打印丝材的加热效果。
5.根据权利要求4所述的适用于高温热塑性塑料的精确控温3D打印头的打印方法，其特征在于，恒温干燥风管输送的恒温干燥风的温度为100℃；超长打印头(7)内打印丝材熔融温度为400℃。
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