CN112959659B - 一种3d打印机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及打印设备技术领域，具体为一种3D打印机，包括底架，所述底架顶部设有动力装置和打印装置，所述打印装置包括助推器，所述助推器的底部设有加热器，所述加热器的底部设有喷头，所述助推器的顶部连通有进料口，所述进料口内部滑动连接有物料管，所述喷头的外表面均匀阵列设有多个冷却剂箱，相邻所述冷却剂箱之间设有扇形风扇。该装置通过扇形风扇、冷却剂箱、环形箱、电磁阀和耐热弹性端头相互配合，共同解决了装置内高温、风扇震动、定点冷却和打印壁厚增加的问题，不仅可以有效的对打印材料进行定点快速高效冷却，还可以根据壁厚的改变而改变耐热弹性端头的开口形状大小，以适应打印厚度，并根据打印厚度适配改变快速冷却位置和效率。

Description

一种3D打印机

技术领域

本发明涉及打印设备技术领域，具体为一种3d打印机。

背景技术

3D打印机（3D Printers）简称（3DP）是一位名为恩里科·迪尼（Enrico Dini）的发明家设计的一种神奇的打印机，不仅可以“打印”一幢完整的建筑，甚至可以在航天飞船中给宇航员打印任何所需的物品的形状。但是3D打印出来的是物体的模型，不能打印出物体的功能。

现有的3D打印机多采用风扇对打印过程进行冷却，该冷却方式效率慢，同时根据喷头的打印方向的改变，风扇并不能随之改变冷却方向，因此风扇震动以及其风力作用的方向会对打印过程造成影响。

同时，现阶段3D打印过程中无法对刚刚从喷头中流出的熔融打印材料进行快速高效的定点冷却，尤其是弧形拐角处，因而会对打印件的质量和精度造成影响。

同样的，在逐层进行3D打印时，无法对打印件的壁厚进行改变，因为喷头的大小无法改变，即使有些喷头大小可以发生变化，但是对应的喷头变化位置冷却的速率也常常不符合需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种3d打印机，解决了3D打印机在使用时存在风扇冷却效率慢，风力吹动会对打印方向造成影响，侧端安装的风扇震动会使材料下料不准确，同时无法控制不同层数连接部位粘性以及冷却速度的变化问题。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种3D打印机，包括底架，所述底架顶部设有动力装置和打印装置，所述打印装置包括助推器，所述助推器的底部设有加热器，所述加热器的底部设有喷头，所述助推器的顶部连通有进料口，所述进料口内部滑动连接有物料管，所述喷头的外表面均匀阵列设有多个冷却剂箱，相邻所述冷却剂箱之间设有扇形风扇，所述扇形风扇的出风口朝下，所述冷却剂箱远离喷头的一端底部设有弧形排料管，所述冷却剂箱靠近喷头的一端底部设有弧形入料管，所述弧形入料管内部设有抽料机，所述弧形排料管和弧形入料管的底部均连通有环形箱，所述所述环形箱的内部均匀圆周阵列设有多个螺旋出风管道，所述环形箱的内侧均匀阵列设有多个电磁阀，所述电磁阀位于冷却剂箱的底部且开关大小受到对应位置抽料机控制，所述电磁阀内部借助磁性设有电磁铁，所述喷头的底部且位于环形箱内侧活动连接有耐热弹性端头，所述耐热弹性端头具有磁性且与电磁阀磁性相反。

优选的，所述动力装置包括多个第一滑轨，，所述第一滑轨均匀阵列分布且与底架的顶部固定连接，正中所述第一滑轨的内部滑动连接有第一电控滑块，两侧所述第一滑轨的内部滑动连接有支撑滑块，所述第一电控滑块和支撑滑块的顶部设有热板。

优选的，所述底架的顶部设有竖架，所述竖架的一侧设有支撑块，所述竖架的一侧设有第二滑轨，所述第二滑轨的底部与支撑块固定连接，所述第二滑轨的内部滑动连接有第二电控滑块，所述第二电控滑块远离竖架的一端设有连接板。

优选的，所述连接板远离第二电控滑块的一侧设有横板，所述横板的一侧设有第三滑轨，所述第三滑轨内部滑动连接有第三电控滑块，所述第三电控滑块的另一侧设有打印装置。

优选的，当第一电控滑块和第三电控滑块同时启动时，与运动方向相反的两个所述冷却剂箱均沿弧形排料管向环形箱内排出冷却剂，两个所述冷却剂箱排出的冷却剂的总量不变，且同一轴向所述冷却剂箱的排出量随喷头速度方向与该轴向间的夹角不断增大而减小；壁厚增加端所述抽料机开启并带动底部所述电磁阀开启，所述电磁阀电磁吸引耐热弹性端头使其发生形变，所述抽料机抽取环形箱内的冷却剂并进入冷却剂箱。

优选的，所述支撑块的顶部设有支撑杆，所述支撑杆与第二电控滑块滑动连接。

优选的，所述助推器包括两个转轴，所述转轴的外表面均设有齿轮，其一所述转轴的另一端设有驱动电机，所述物料管活动连接于齿轮的啮合处。

优选的，所述热板内设有电加热丝且可设计成网状结构。

优选的，所述支撑块的一侧设有数控操作面板，所述数控操作面板电性精准控制各电器元件。

优选的，所述竖架的一侧设有物料盘，所述物料管的另一端螺旋盘绕在物料盘内部。

本发明至少具备以下有益效果：

1.本发明通过设置第一电控滑块、第二电控滑块和第三电控滑块等装置的相互配合，解决了3D打印机移动时的精度要求问题。使得打印装置在空间XYZ轴方向移动过程中移动的精度和位置受到精准控制，并结合数控操作面板进行实时的检测控制，提高了位移精度，为后续的工作提供很好的支撑与协作，电控滑块相较于普通的传送带以及丝杆传送方式，具备很高的传送精准度以及承载力，可以很好地对各部件进行支撑保护，同时在运动时受到中控系统的控制运动误差很小，充分实现3D打印所需的进度要求。

2.本发明通过设置扇形风扇、环形箱和螺旋出风管道等装置的相互配合，解决了3D打印机使用时内部高温环境以及风力过大造成打印件精度降低的问题。扇形风扇在喷头外表面圆周阵列分布，其进风口可以有效的对加热器产生的高温进行抽取，防止其对装置内部部件造成损坏，同时其对称分布可以有效的减缓扇形风扇自身工作产生的震动对喷头造成的影响，且扇形风扇出风口产生的热风在螺旋出风管道的阻风作用下有原本的直线强风转变为螺旋柔风，避免风力对打印件造成吹动倾斜甚至倒塌，降低打印精度。

3.本发明通过设置冷却剂箱、弧形排料管、弧形入料管和环形箱等装置的相互配合，共同解决了装置定点快速冷却的问题。在喷头移动过程中，与喷头移动方向相反的冷却液箱沿弧形排料管向环形箱内部流入冷却剂液氮，扇形风扇产生的高温柔风与冷却剂液氮进行热交换，同时借助螺旋出风管道增大其接触时长和接触面积，从而高温柔风充分散热降温，最终沿螺旋出风管道的出风口排出并作用于刚刚流出的熔融材料顶部进行定点快速高效冷却，使得熔融材料快速凝固成型，而顶部的冷却剂液氮由于热交换程度高，并受到后端冷却剂液氮的挤压作用逐渐进入弧形入料管内并最终进入冷却剂箱内进行二次压缩冷凝，因此该不仅实现了定点快速冷却，还能结合扇形风扇产生的柔风与移动方向进行快速有效的反馈控制，工作效果好，节约资源。

4.本发明通过设置电磁阀和耐热弹性端头等装置的相互配合，解决了逐层打印时壁厚增加的粘结问题。进行逐层打印需要增加壁厚时，壁厚增加端抽料机打开，同步就会打开对应的电磁阀，电磁阀借助自身磁性吸引耐热弹性端头使其发生形变，其形变大小尺寸与电磁阀打开程度有关，并受到中控系统的控制，当耐热弹性端头达到合适的尺寸时，电控滑块控制打印装置移动，在移动过程中与移动方向相反的冷却剂箱持续排出冷切剂液氮，同时与壁厚增加端方向相同的抽料机会抽取环形箱内部的冷却剂液氮，使其向该侧运动，并结合扇形风扇产生的柔风对该端端进行快速高效冷却，以此来解决其冷却速率问题，防止其因没有支撑点且冷却速率较慢而导致倾斜或者坍塌，从而降低打印件质量。该装置可以有效的改变喷头底部耐热弹性端头的开口形状的大小，依次适应所需要的打印件的壁厚，同时电磁铁在实际使用时不仅起到阻流的作用，还能同步控制耐热弹性端头的形状大小，从而对加工进行实时同步按要求控制，随着打印件壁厚的改变冷却的位置和效率也会随之发生相匹配的适应性改变，以此来达到高效快速的冷却效果，满足打印件的效果，提高打印效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述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为本发明结构示意图；

图2为本发明左视示意图；

图3为本发明打印装置放大示意图；

图4为本发明助推器正视剖视示意图；

图5为本发明喷头正视剖视示意图；

图6为本发明喷头俯视示意图；

图7为本发明喷头俯视剖视示意图；

图8为本发明喷头结构示意图；

图9为本发明喷头俯视结构示意图；

图10为本发明逐层打印时两侧增厚打印方式与耐热弹性端头的形状对比A；

图11为本发明逐层打印时单侧增厚打印方式与耐热弹性端头的形状对比B。

图中：1、底架；2、第一滑轨；3、第一电控滑块；4、支撑滑块；5、热板；6、竖架；7、支撑块；8、第二滑轨；9、第二电控滑块；10、支撑杆；11、连接板；12、横板；13、第三滑轨；14、第三电控滑块；15、打印装置；16、助推器；17、加热器；18、进料口；19、物料管；20、喷头；21、耐热弹性端头；22、冷却剂箱；23、弧形排料管；24、弧形入料管；25、环形箱；26、螺旋出风管道；27、电磁阀；28、扇形风扇；29、驱动电机；30、转轴；31、齿轮；32、数控操作面板。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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。

第一实施例

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

参照图1-9，本发明提供一种3D打印机，包括包括底架1，底架1顶部设有动力装置和打印装置15。

动力装置包括多个第一滑轨2，第一滑轨2均匀阵列分布且与底架1的顶部固定连接，正中第一滑轨2的内部滑动连接有第一电控滑块3，两侧第一滑轨2的内部滑动连接有支撑滑块4，第一电控滑块3和支撑滑块4的顶部设有热板5，第一电控滑块3主要控制打印件在Y轴方向上移动，且通过电控移动精度高，支撑滑块4会随着热板5的移动在第一滑轨2内滑动，其对称分布于第一电控滑块3两侧，具备很好的支撑作用，以免打印件过重造成热板5倾斜，热板5内设有电加热丝且可设计成网状结构，电阻丝的作用主要是为了其进行预热，防止熔融的打印材料落至冷的热板5顶部急剧收缩而造成翘边等情况的发生，同时网状结构可以在打印完成后方便的取下打印件，以防其底部与热板5粘连过于紧密导致取件时损坏，特殊情况下可以使用玻璃片等放置到热板5顶部，也能起到相同的作用。

底架1的顶部设有竖架6，竖架6的一侧设有支撑块7，竖架6的一侧设有第二滑轨8，第二滑轨8的底部与支撑块7固定连接，第二滑轨8的内部滑动连接有第二电控滑块9，第二电控滑块9主要控制打印装置15在Z轴方向的移动，借助电控其移动精度非常高，第二电控滑块9远离竖架6的一端设有连接板11，支撑块7的顶部设有支撑杆10，支撑杆10与第二电控滑块9滑动连接，借助支撑杆10，可以对第二电控滑块9的移动起到很好的支撑限位作用，防止其在Z轴方向上移动时发生倾斜倒塌等情况，连接板11远离第二电控滑块9的一侧设有横板12，横板12的一侧设有第三滑轨13，第三滑轨13内部滑动连接有第三电控滑块14，第三电控滑块14主要控制打印装置15在X轴方向上的移动，同样的借助电控其移动精度非常高，第三电控滑块14的另一侧设有打印装置15，打印装置15主要进行打印操作，电控滑块相较于普通的传送带以及丝杆传送方式，具备很高的传送精准度以及承载力，可以很好地对各部件进行支撑保护，同时在运动时受到中控系统的控制运动误差很小，充分实现3D打印所需的进度要求。

打印装置15包括助推器16，助推器16的底部设有加热器17，加热器17主要进行加热操作，加热器17的底部设有喷头20，助推器16的顶部连通有进料口18，进料口18内部滑动连接有物料管19，助推器16包括两个转轴30，转轴30的外表面均设有齿轮31，其一转轴30的另一端设有驱动电机29，物料管19活动连接于齿轮31的啮合处，借助驱动电机29带动转轴30转动，转轴30带动齿轮31转动，两端齿轮31对中间的物料管19进行挤压从而实现进给工作，保证打印有序高效进行，竖架6的一侧设有物料盘，物料管19的另一端螺旋盘绕在物料盘内部，喷头20的外表面均匀阵列设有多个冷却剂箱22，冷却剂箱22内部存放有冷却剂，冷却剂可以为液氮或冷却液等无论状态的物质，最优选为液氮，主要的效果是可以在常温状态下进行充分吸热，同时温度变化后的冷却剂液氮汽化成氮气可以重新进入冷却剂箱22内进行重新制冷，相邻冷却剂箱22之间设有扇形风扇28，扇形风扇28的出风口朝下，扇形风扇28与冷却剂箱22充分紧密接触，使得其处于一个相对密闭的空间环境，保证冷气不随意流动，同时扇形风扇28的抽风口正对喷头20顶部，因此借助扇形风扇28的运动可以抽取装置内的热量沿出风口向下排出，防止各部件一直处于高温环境从而造成损坏，起到很好的保护装置的作用，还有多个扇形风扇28圆周阵列分布，且出风口均朝下，因此扇形风扇28开启时会对喷头20进行多方位同步震动，起到互相抵消的作用，有效的避免了扇形风扇28工作时因为震动造成喷头20随之震动，从而使得打印材料粘接位置发生变化，损坏打印件。

冷却剂箱22远离喷头20的一端底部设有弧形排料管23，冷却剂箱22靠近喷头20的一端底部设有弧形入料管24，弧形排料管23和弧形入料管24的底部均连通有环形箱25，冷却剂箱22内部的冷却剂沿弧形排料管23进入环形箱25内，当环形箱25内的冷却剂堆满后会逐渐沿弧形入料管24重新进入冷却机箱22内部，或者可以直接借助弧形入料管24内的抽料机工作，直接将环形箱25内的冷却剂抽回冷却剂箱22内部，顶部的冷却剂箱22、扇形风扇28、弧形排料管23、弧形入料管24和环形箱25刚好组成一个密闭空间，密闭空间内正对扇形风扇28的出风口，环形箱25的内部均匀圆周阵列设有多个螺旋出风管道26，因此扇形风扇28启动后会抽取喷头20顶部的热风进入该密闭空间内，并进入螺旋出风管道26，在螺旋出风管道26内与冷却剂充分进行热交换，使得该热风充分降温冷却，最终沿螺旋出风管道26出风端排出并直接作用于喷头20的打印端进行快速冷却，而如果冷却剂使用液氮，则液氮在进行热交换吸热后，液氮由液体变为气体氮气，氮气密度低于液氮，因此会被挤到弧形入料管24内并逐渐进入冷却剂箱22内进行重复冷却，同时，由于螺旋出风管道26与扇形风扇28圆周阵列分布，以及螺旋出风管道26的螺旋阻风作用，使得吹出的风由原本的直线强风变为分散的柔性风，同时喷头20的圆周均有风力吹出，只不过特定部位具备冷却效果，这样分布可以防止风力对流出的打印材料造成吹动变形，从而影响打印件质量，冷却剂存在的腔室主要和喷头20的运动方向有关，主要为与运动方向相反冷却剂箱22的打开，因为在喷头20在朝一个方向移动时熔融的打印材料会落下并需要快速冷却，冷却剂箱22内的冷却剂进入对应的腔室内借助扇形风扇28的风力对刚刚流出的熔融打印材料进行定点快速冷却，环形箱25的内部均匀阵列设有多个电磁阀27，电磁阀27位于冷却剂箱22的底部且开关大小受到对应位置抽料机的控制，电磁阀27主要对环形箱25进行区域化的划分，以图为例为四部分，根据电磁阀27的打开与关闭直接控制环形箱25内部冷却剂的流动腔室。

当同一平面内需要对拐角进行3D打印时，当第一电控滑块3和第三电控滑块14同时启动时，说明打印装置15进入弧形拐角处，此时与运动方向相反的两个冷却剂箱22均沿弧形排料管23向环形箱25内排出冷却剂，两个冷却剂箱22排出的冷却剂的总量不变，且同一轴向冷却剂箱22的排出量随喷头20速度方向与该轴向间的夹角不断增大而减小，以此来实现其对拐角处快速冷却的控制变化。

支撑块7的一侧设有数控操作面板32，装置底部设有中控系统，数控操作面板32通过中控系统电性精准控制各电器元件，以结合三维建模的图纸进行位移、打印和冷却的精准高效控制反馈。

使用时，优先打开机器进行热机，具体热板5内部通如电流对电热丝进行加热以实现热板5加热功能，防止其温度过低与熔融打印材料接触时打印件底层骤冷后发生翘边现象，加热同时第一电动滑块3、第二电动滑块9和第三电控滑块14共同作用，使得喷头20与热板5顶部多点进行触碰，用以进行对点操作，这样是为了确定加工的精准度，保证喷头20在移动过程中与热板5间隙不会发生误差，同时将装有打印件三维模型图的U盘等插入数控操作面板32一端，此时中控系统会对该三维模型图进行数据分析，具体为形状、壁厚和尺寸等关键数值，并将计算结果编程记录，用以对各电器元件进行精准配合控制。

完成各项准备工作后，装置正式进行工作， 首先将物料盘内的物料管19一端伸进进料口18内部，打开助推器16内的驱动电机29，驱动电机29带动转轴30转动，转轴30外表面的齿轮31随之转动并配合另一齿轮31对物料管19进行啮合推进，使得物料管19不断向下运动进行进给，同时加热器17提前投入工作进行预热，达到熔融打印材料所需的温度，待物料管19进入加热器17后，高温环境使得打印材料融化并沿底部的喷头20不断喷出，在喷头20进行喷料的过程中，第一电动滑块3、第二电动滑块9和第三电控滑块14同时启动带动喷头20在热板5上进行移动。

以沿X轴方向为例，此时第三电控滑块14受中控系统的控制实现其在第三滑轨13内的滑动，Y轴方向的第一电控滑块3和Z轴方向的第二电控滑块9暂时不动，喷头20内流出熔融材料时，扇形风扇28和冷却剂箱22同时开启工作，扇形风扇28抽取喷头20顶部的高温环境内的热风并将其排入冷却剂箱22、弧形排料管23、环形箱25和弧形入料管24所组成的密闭空间内，并沿螺旋出风管道26排出，借助扇形风扇28的抽风作用可以降低加热器17加热造成的高温，有效的避免高温环境其对其余部件造成损坏，同时圆周阵列分布的扇形风扇28可以对喷头20周围进行同步震动，借助其相互抵消的作用，防止风扇产生的单侧震动带动喷头20不断晃动造成打印精度的降低，从而损坏打印件，同时，借助螺旋出风管道26的阻风效果，不仅可以使得扇形风扇28排出的强风变为较为温和的柔风，直接吹到熔融状的打印材料时不会对其造成风吹变形，还可以将密闭空间内不均匀的风有效的分化，使得喷头20圆周受到的柔风均匀分布，这样不会发生因熔融状的打印材料单侧受风而倾斜甚至倒塌。

仅仅借助均匀分布的柔风是无法实现熔融打印材料定点快速冷却降温，无法快速降温的话新流出的熔融材料高温状态会对前端已冷却的打印材料造成持续高温污染，使已经冷却凝固确定形状的打印材料二次熔融，且二次熔融进行的不彻底，可能会发生外表熔融而内部认为固态，此时就有可能造成其形状体积尺寸的变化从而降低加工精度，以喷头20在X轴方向上往右移动为例，为实现快速冷却，并结合扇形风扇28的柔风圆周均匀冷却，此时与喷头20运动方向相反的冷却剂箱22开启工作，具体即为左端的冷却剂箱22工作并将冷却剂液氮沿弧形排料管23排出环形箱25内，其余冷却剂箱22不工作，则此时电磁阀27均不工作，左端冷却剂箱22内的冷却剂液氮直接均匀分布于该侧底部的电磁阀27两端，而电磁阀27位置不会对螺旋出风管道26进行阻碍，同时借助其余电磁阀27的作用使得其余侧冷却剂箱22底部的环形箱25处于关闭状态，因此仅环形箱25左端内部充满冷却剂液氮，借助第三电控滑块14带动打印装置15在X轴方向移动产生速度，环形箱25内部的冷却剂液氮会借助自身的惯性尽量处于该侧电磁阀27两端区域，当扇形风扇28吹出的柔风通过环形箱25左端的螺旋出风管道26时，柔风与冷却剂液氮进行充分的温度交换，使得左端柔风的温度不断降低，同时由于螺旋出风通道26螺旋设计，可以有效的增加其与冷却剂液氮的接触面积与接触时长，从而更加便于其进行充分降温冷却，则左端低温柔风吹出螺旋出风管道26并作用于刚排出的熔融材料，使其进行快速冷却，而其他方向上的熔融材料仅受到常温柔风实现的一个震动和风力抵消的作用，由于左侧柔风在螺旋出风管道26内进行温度交换时，刚进入螺旋出风管道26的柔风温度最高，因此进行温度交换的速率最快，依次向下过程中柔风的温度不断下降但温度交换速率也逐渐降低，因此位于环形箱25顶部的冷却剂液氮温度降低程度快且高，因此该位置的冷却剂液氮快速进行吸热汽化为氮气，而底部的冷却剂液氮的热交换程度较低，缓慢且少量由液氮变为氮气，由于氮气的密度远低于液氮，因此已吸热变为的氮气不断受到后端新进入的冷却剂液氮的排挤并向弧形入料管24端移动，将环形箱25内最易于温度交换的位置让出，以免对后续冷却柔风造成干扰，位于入料弧形管24端的氮气不断上升最终进入冷却剂箱22内部进行二次冷却，也可在左端完成加工改变方向后，左端冷却剂箱22内的抽料机将左端环形箱25和左端弧形入料管24内残留的氮气抽回并进行二次冷却，在同一平面内主要为X轴和Y轴喷头20移动方向的均与上述相同。

同时，若存在弧形拐角的加工位置时，以上述为例进行概述，扇形风扇28同样进行同步工作且产生柔风对熔融材料进行均匀风力冷却，喷头20进入弧形拐角时，以朝X轴的右端的Y轴的右端移动为例，当第一电控滑块3和第三电控滑块14同时启动时，说明打印装置15已进入弧形拐角处，与运动方向相反的两个冷却剂箱22均沿弧形排料管23向环形箱25内排出冷却剂，相邻两个冷却剂箱22产生的冷却剂液氮会逐渐汇流在环形箱25内，且布满接近半个环形箱25内部，由于范围过大且冷却剂液氮的含量过大，不免会造成浪费，为了解决该问题，只需对应降低拐角处两个冷却剂箱22的排料量其与拐角角度相匹配即可，两个冷却剂箱22排出的冷却剂的总量不变，且同一轴向冷却剂箱22的排出量随喷头20速度方向与该轴向间的夹角不断增大而减小；例如原本沿X轴方向移动时该端的冷却剂箱22排出的为正常量，且仅第三电动滑块14工作，当第一电动滑块3也开启工作，此时打印装置15就会同步进入弧形拐角处，此时X轴方向的冷却剂箱22排出冷却剂液氮的量随着打印装置15速度方向与X轴方向的夹角的增大而不断减小，同步的Y轴方向的冷却剂箱22排出的冷却剂液氮随着打印装置15速度方向与Y轴方向的夹角的减小而增大，最终完成由X轴方向移动变为Y轴方向移动的过程，且冷却剂液氮的排出总量不变，这样就满足了以上要求，借助喷头20在拐角处移动时的速度，环形箱25内部的冷却剂液氮借助自身惯性，可实现在环形箱25内部的不断移动，且最终位置与速度方向相同，从而借助柔风可以对刚刚排出的熔融打印材料进行定点快速冷却，借助惯性可以不断确定冷却剂液氮的位置，从而实现对打印位置的快速高效冷却，冷却效果好，且不会造成材料的浪费。

第二实施例

基于第一实施例提供的一种3D打印机，在具体使用时同层打印可有效的实现快速冷却，但是在进行逐层打印，尤其是在打印时随着层数的增加打印件的厚度不断增大时，如果底部太薄，则连接位置的粘性较差，且由于喷头20喷出的熔融材料的宽度一定，第二层若想增加厚度需要进行交错叠加的方式，该方式叠加时如果冷却不到位极易发生倾斜或者倒塌，同时如果进行单侧壁厚增加，如果喷头20的宽度不发生变化则根本无法进行加工，为解决该问题，提高3D打印在进行逐层打印时连接位置的稳定性，结合图10-11，该3D打印机还包括：电磁阀27内部借助磁性设有电磁铁，电磁阀27的打开程度受到抽料机的直接控制，因此内部电磁铁的磁性大小也受到抽料机的控制，与抽料过程相匹配，喷头20的底部且位于环形箱25内活动连接有耐热弹性端头21，耐热弹性端头21具有磁性且与电磁阀27磁性相反，耐热弹性端头21因其自身具备一定的弹性，因此该形状可发生变化，且由于自身带有磁性，因此当电磁阀27内通电时，电磁阀27打开并具备磁性，从而实现对耐热弹性端头21的磁性吸引，由于电磁阀27在圆周方向上设置有多个，以本说明书为例有四个，每个的打开关闭均受冷却剂箱22抽料机控制，因此耐热弹性端头21的形状即可随之发生变化，具体为圆形、椭圆形和凸轮型等等，耐热弹性端头21的形状发生变化时流出的熔融材料的形状也会随之发生变化， 以此实现不同类型的打印形状的变化，尤其作用于逐层打印时的连接部位。

使用时，先以图10所述的逐层打印时两侧增厚打印方式与耐热弹性端头21的形状对比A为例，在逐层打印过程中需要壁厚向两侧增加时，如果不改变喷头20的形状，而简单的进行双层并排交错分布时，可以实现壁厚向两侧增加的功能，但是冷却功能就无法满足要求，因为不仅要对移动方向进行快速冷却，还要对上层伸出部分进行快速冷却，以防其因为没有支撑点而向下滴落导致其上顶面的不平整，借用装置内部件对该问题进行有效解决：当需要进行第二层打印且该层的壁厚向两侧增加时，第二电控滑块9带动打印装置15向上运动且中控系统迅速做出反应，上升之后打印装置15若向X轴右端进行移动时，此时扇形风扇28和左端冷却剂箱22如第一实施例所述正常工作，同时Y轴方向两个抽料机通电进行抽料工作，且电磁阀27同步通电打开，此时该方向上的环形箱25可以处于流通状态，同时Y轴方向上的电磁阀27由于通电产生磁性，则耐热弹性端头21在Y轴方向由于磁性相反的吸力作用不断向两侧张开，且张开程度与所受磁力大小相关，通过多次实现可以有效的控制电磁阀27的通电电流量，从而实现对耐热弹性端头21的张开程度的控制，由于耐热弹性端头21整体张开面积没变，只不过宽度和长度发生适当变化，因此冷却剂箱22只需按照正常量排放冷却剂液氮的量即可，此时喷头20向X轴右端进行移动，上述熔融材料的长度发生了减小，因此喷头20在X轴轴端的移动速度会随之减小，其减小比例与长度变化量有关，可通过面积比例公式算出，再次暂不做赘述；在喷头20移动过程中，扇形风扇28持续产生柔风通过螺旋出风管道26，此时左端冷却剂箱22产生的冷却剂液氮沿排料互相管23进入环形箱25内部与柔风进行热交换，同时Y轴方向上的电磁阀27打开，则冷却剂液氮会逐渐向Y轴方向移动并与该方向柔风进行热交换，由于Y轴方向抽料机打开，环形箱25内部的冷却剂液氮不断向Y轴方向移动循环，因此该端的柔风的热交换效率更快更高，产生的冷却柔风的冷却效率更高，并对Y轴方向上底部没有支撑的部分进行更加快速高效的冷却，避免其因为没有支撑造成下沉现象，而经过热交换吸热产生的氮气在抽料机的作用下快速进入冷却剂箱22内部进行二次制冷；在进行其余方向时与所述过程类似；若到达弧形拐角处时，就需要四个电磁阀27均处于打开状态，并结合第一实施例进行的具体分析，与运动方向相反方向上的两个冷却剂箱22进行送料，四个冷却剂箱22抽料机均工作进行抽料从而实现全方位冷却，而耐热弹性端头21的形状由四个电磁阀27的磁性共同控制，以达到适配弧形拐角的形状，该过程提前均在中控系统中进行过数据处理。

以图11所述的逐层打印时单侧增厚打印方式与耐热弹性端头21的形状对比B为例，此时如果喷头20形状不进行改变，仅仅通过上层交错排列的方式显然是无法实现的，因为进行第二圈加工时打印材料就处于完全悬空状态，根本无法进行粘结打印，为了解决该问题，就需要借助耐热弹性端头21的可变性，以向打印件内侧增加壁厚为例，且喷头20的加工方向仍为向X轴右端移动，此时扇形风扇28和左端冷却剂箱22如上述工作状态，不同的是与壁厚方向相同的冷却剂箱22内的抽料机开始工作，此时该侧电磁阀27通电并打开该端环形箱25，同时借助电磁阀27的磁性吸引耐热弹性端头21向该侧移动，从而使得耐热弹性端头21变成凸轮状，之后X轴方向的第三电控滑块14的移动速度和电磁阀27的通电大小如上述，依次实现进给过程，同时该端的柔风和左端的柔风与冷却剂液氮充分接触进行热交换冷却过程，同时借助Y轴方向上与伸长方向相同端的抽料机的工作，使得环形箱25内部的冷却剂液氮充分向该端移动，使得该端的柔风的热交换效果更快更好，从而该侧熔融材料可以更好的进行快速高效的冷却，同样的，到达弧形拐角处时主要是与X轴移动方向相反和与Y轴移动方向相反方向的冷却剂箱22开启工作，而内侧的抽料机和电磁阀27持续工作，共同实现弧形拐角处打印材料的堆叠和快速冷却功能。该装置可以有效的改变喷头20底部耐热弹性端头21的开口形状的大小，依次适应所需要的打印件的壁厚，同时电磁铁27在实际使用时不仅起到阻流的作用，还能同步控制耐热弹性端头21的形状大小，从而对加工进行实时同步按要求控制，随着打印件壁厚的改变冷却的位置和效率也会随之发生相匹配的适应性改变，依次来达到高效快速的冷却效果，满足打印件的效果，提高打印效率。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种3D打印机，包括底架（1），所述底架（1）顶部设有动力装置和打印装置（15），其特征在于：所述打印装置（15）包括助推器（16），所述助推器（16）的底部设有加热器（17），所述加热器（17）的底部设有喷头（20），所述助推器（16）的顶部连通有进料口（18），所述进料口（18）内部滑动连接有物料管（19），所述喷头（20）的外表面均匀阵列设有多个冷却剂箱（22），所述冷却剂箱（22）内部设有冷却剂，所述冷却剂为液氮，相邻所述冷却剂箱（22）之间设有扇形风扇（28），所述扇形风扇（28）的出风口朝下，所述冷却剂箱（22）远离喷头（20）的一端底部设有弧形排料管（23），所述冷却剂箱（22）靠近喷头（20）的一端底部设有弧形入料管（24），所述弧形入料管（24）内部设有抽料机，所述弧形排料管（23）和弧形入料管（24）的底部均连通有环形箱（25），所述环形箱（25）的内部均匀圆周阵列设有多个螺旋出风管道（26），所述环形箱（25）的内侧均匀阵列设有多个电磁阀（27），所述电磁阀（27）位于冷却剂箱（22）的底部且开关大小受到对应位置抽料机控制，所述电磁阀（27）内部借助磁性设有电磁铁，所述喷头（20）的底部且位于环形箱（25）内侧活动连接有耐热弹性端头（21），所述耐热弹性端头（21）具有磁性且与电磁阀（27）磁性相反。

2.根据权利要求1所述的一种3D打印机，其特征在于：所述动力装置包括多个第一滑轨（2），所述第一滑轨（2）均匀阵列分布且与底架（1）的顶部固定连接，正中所述第一滑轨（2）的内部滑动连接有第一电控滑块（3），两侧所述第一滑轨（2）的内部滑动连接有支撑滑块（4），所述第一电控滑块（3）和支撑滑块（4）的顶部设有热板（5）。

3.根据权利要求2所述的一种3D打印机，其特征在于：所述底架（1）的顶部设有竖架（6），所述竖架（6）的一侧设有支撑块（7），所述竖架（6）的一侧设有第二滑轨（8），所述第二滑轨（8）的底部与支撑块（7）固定连接，所述第二滑轨（8）的内部滑动连接有第二电控滑块（9），所述第二电控滑块（9）远离竖架（6）的一端设有连接板（11）。

4.根据权利要求3所述的一种3D打印机，其特征在于：所述连接板（11）远离第二电控滑块（9）的一侧设有横板（12），所述横板（12）的一侧设有第三滑轨（13），所述第三滑轨（13）内部滑动连接有第三电控滑块（14），所述第三电控滑块（14）的另一侧设有打印装置（15）。

5.根据权利要求4所述的一种3D打印机，其特征在于：当第一电控滑块（3）和第三电控滑块（14）同时启动时，与运动方向相反的两个所述冷却剂箱（22）均沿弧形排料管（23）向环形箱（25）内排出冷却剂，两个所述冷却剂箱（22）排出的冷却剂的总量不变，且同一轴向所述冷却剂箱（22）的排出量随喷头（20）速度方向与该轴向间的夹角不断增大而减小；壁厚增加端所述抽料机开启并带动底部所述电磁阀（27）开启，所述电磁阀（27）电磁吸引耐热弹性端头（21）使其发生形变，所述抽料机抽取环形箱（25）内的冷却剂并进入冷却剂箱（22）。

6.根据权利要求3所述的一种3D打印机，其特征在于：所述支撑块（7）的顶部设有支撑杆（10），所述支撑杆（10）与第二电控滑块（9）滑动连接。

7.根据权利要求1所述的一种3D打印机，其特征在于：所述助推器（16）包括两个转轴（30），所述转轴（30）的外表面均设有齿轮（31），其一所述转轴（30）的另一端设有驱动电机（29），所述物料管（19）活动连接于齿轮（31）的啮合处。

8.根据权利要求2所述的一种3D打印机，其特征在于：所述热板（5）内设有电加热丝且可设计成网状结构。

9.根据权利要求4所述的一种3D打印机，其特征在于：所述支撑块（7）的一侧设有数控操作面板（32），所述数控操作面板（32）电性精准控制各电器元件。

10.根据权利要求3所述的一种3D打印机，其特征在于：所述竖架（6）的一侧设有物料盘，所述物料管（19）的另一端螺旋盘绕在物料盘内部。

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