CN114043720A

CN114043720A - 3d打印机打印头

Info

Publication number: CN114043720A
Application number: CN202111358388.9A
Authority: CN
Inventors: 黄辉平; 张学聪; 孙中海
Original assignee: Mingda Technology Co ltd
Current assignee: Mingda Technology Co ltd
Priority date: 2021-11-16
Filing date: 2021-11-16
Publication date: 2022-02-15
Anticipated expiration: 2041-11-16
Also published as: CN114043720B

Abstract

本申请公开了一种3D打印机打印头，其包括机架以及安装在机架上的送料机构、喉管、加热块、散热机构、喷嘴，所述喉管竖直设置，所述送料机构位于所述喉管的上方，用于将耗材送入所述喉管中，所述加热块安装在所述喉管的下端周侧，所述喷嘴安装在所述加热块上且与所述喉管连通，所述散热机构包括散热环，所述散热环安装在所述喉管周侧，且用于对所述喉管进行散热，所述散热机构包括四个散热扇，所述散热扇安装在所述机架上，四个所述散热扇均匀布设置在所述喉管的周侧，所述散热扇的风口对准所述散热环。本申请具有提高喉管散热效率的效果。

Description

3D打印机打印头

技术领域

本发明涉及3D打印头领域，尤其是涉及一种3D打印机打印头。

背景技术

3D打印是一种快速成型技术，以模型文件为基础，将金属丝或塑料丝等其它耗材作为原料，通过逐层打印的方式构造物体。该技术应用领域广泛，如模型制造、建筑、航空航天等领域。

打印头是3D打印机的关键零部件，其主要包括机架以及安装在机架上的送料机构、加热块、喷嘴、散热环、喉管和散热扇。送料结构位于机架的顶部，主要用于将耗材不断地向喷嘴处输送，喉管位于送料机构下方，耗材从送料机构出来后直接进入到喉管中，加热块安装喉管的下端周侧，喷嘴安装在喉管的下端，加热块对喉管进行加热，将经过的耗材加热成熔融的状态，由于耗材不断的送入喉管中，熔融状态的耗材被挤出喷嘴。

通常喉管的直径大于耗材的直径，当耗材向下挤压熔融状态的耗材时，一部分熔融耗材从喷嘴流出，另一部分会沿着喉管与耗材之间的间隙向上回流，回流距离较长会使得耗材与喉管之间的摩擦力变大，造成耗材输送不畅，甚至造成堵料；散热环套设在喉管的周侧，散热扇为两个且安装在机架上，专门用于对喉管进行散热，以使回流的耗材能够凝固，进而达到阻止回流的目的。

针对上述中的相关技术，发明人发现存在有以下缺陷：通常打印头上设置的两个散热扇难以较好的对喉管进行散热。

发明内容

为了改善喉管散热效果不佳的问题，本申请提供一种3D打印机打印头。

本申请提供的一种3D打印机打印头采用如下的技术方案：

一种3D打印机打印头，包括机架以及安装在机架上的送料机构、喉管、加热块、散热机构、喷嘴，所述喉管竖直设置，所述送料机构位于所述喉管的上方，用于将耗材送入所述喉管中，所述加热块安装在所述喉管的下端周侧，所述喷嘴安装在所述加热块上且与所述喉管连通，所述散热机构包括散热环，所述散热环安装在所述喉管周侧，且用于对所述喉管进行散热，所述散热机构包括四个散热扇，所述散热扇安装在所述机架上，四个所述散热扇均匀布设置在所述喉管的周侧，所述散热扇的风口对准所述散热环。

通过采用上述技术方案，当耗材经过送料机构进入到喉管中，并在加热块加热作用下由固态转变为熔融态，固态耗材经送料机构不断进入喉管中，熔融态的耗材在固态耗材的挤压下挤出喷嘴，设置在喉管四周的散热扇不断地向喉管送风，以加快喉管周侧的空气流动，从而加快喉管的散热，使得喉管能够快速降温。

可选的，所述机架上安装有两个导流罩，每个所述导流罩对应连接一个所述散热扇，所述导流罩的一端朝向所述喷嘴，另一端与所述散热扇的风口连通。

通过采用上述技术方案，通过在风扇的下方设置导流罩，将气流引入到喷嘴处，该过程中不仅可以实现对喉管的散热，而且可对工件进行散热。

可选的，所述散热机构还包括水冷组件，所述机架包括用于支撑所述散热环的支座，所述水冷组件包括水冷管、水泵、水箱，所述水冷管布设在所述支座内，所述水冷管、所述水泵和所述水箱三者通过水管连通成闭合回路。

通过采用上述技术方案，喉管的热量传递到散热环上，散热环的热量再传递到支座上，水泵将冷却水泵入水冷管中，冷却水在流动的过程中将支座上的热量带走，从而实现对喉管降温的过程，通过增设水冷的方式，使得喉管的冷却效果更好。

可选的，所述水冷组件包括温度传感器和控制器，所述温度传感器安装在所述喉管上，所述温度传感器与所述控制器电连接，所述控制器用于控制所述水泵的启闭。

通过采用上述技术方案，通过在散热环上设置温度传感器，可以是实现检测到散热环上的温度，当风冷的方式不能较好地降低散热环上的温度时，控制器启动水泵，从而实现风冷和水冷共用的方式对喉管进行散热，该过程中不仅散热效果好，而且自动化水平高。

可选的，所述喉管的顶端设置有压管，所述压管插接于所述喉管与耗材之间的间隙中，所述压管的底端延伸向所述喉管的底端。

通过采用上述技术方案，压管插入耗材与喉管的间隙中，压管的下端可以阻挡熔融态的耗材回流，从而有利于减少发生堵料。

可选的，所述散热环上开设有通风孔，所述散热环内部的所述喉管通过所述通风孔与外部连通。

通过采用上述技术方案，喉管内部的热量会传递到压管上，由于空气通过通风孔进入到散热环内部，流动空气加速散热环内部的热量散失，从而带走热量并对压管进行降温，进而对喉管的内部进行降温，该方式有利于提供对喉管的降温效果，从而有利于减少发生堵料。

可选的，所述压管插入所述喉管的一端为阶梯状，且所述压管较小端的周侧面设置有拉环，所述拉环的直径小于所述压管较大端的直径，所述拉环与所述喉管较大端之间围成凹槽。

通过采用上述技术方案，由于压管的底端拉环直径小于压管较大端直径，当熔融态耗材流入到凹槽内并凝固时，耗材与压管形成卡嵌关系，当操作员向外拉动压管时，压管可以将凝固的耗材从喉管内部拔出，从而达到清料的目的。

可选的，所述水冷管包括两个U形管和一个连通管，所述连通管的两端分别与两个不同的U形管连通，一个所述U形管连接有进水口，另一个所述U形管连接有出水口。

通过采用上述技术方案，水冷管设置成U形有利于增大水冷管和支座之间的接触面积，从而有利于提高水冷的效率，加快散热环的散热。

可选的，所述喉管的外侧涂覆有散热膏。

通过采用上述技术方案，通过在喉管的外侧涂覆一层散热膏有利于改善喉管的导热效率，使得热量可以快速传递到散热环上，从而加快热量的散失，以实现降低喉管温度的目的。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.相较于两个风扇的冷却方式，通过在喉管的周侧设置四个风扇，喉管周侧的空气流动速度更快，风冷效率更好，同时冷却风被引导至喷嘴处，对工件也实现了冷却的效果；

2.通过在支座内设置水冷管，使得支座的热量可以被水流带走，从而加快热量的传递，降低喉管的温度；

3.通过在喉管内设置压管，压管的底端有利于阻止熔融态耗材沿着喉管向上回流，从而有利于减少喉管内发生堵料现象。

附图说明

图1是本申请实施例1的整体结构示意图。

图2是本实施例1的整体结构后视示意图。

图3是本实施例1的内部结构示意图。

图4是图3中A部分的局部放大示意图。

图5是散热环和喉管安装结构示意图。

图6是散热环和支座安装结构前视示意图。

图7是散热环和支座安装结构后视示意图。

图8是实施例2的支座结构示意图。

图9是水冷管结构示意图。

图10是压管和喉管剖视示意图。

图11是实施例2的散热环结构示意图。

附图标记：1、机架；11、导流罩；12、支座；121、圆孔；2、送料机构；21、电机；22、第一主动齿轮；23、第一从动齿轮；24、第二主动齿轮；25、第二从动齿轮；26、主动送料轴；27、从动送料轴；28、导料管；29、送料槽；291、弧形槽；3、喉管；4、加热块；5、散热机构；51、散热环；511、散热柱；5111、通风孔；512、散热片；52、散热扇；53、水冷管；531、U形管；5311、进水口；5312、出水口；532、连通管；54、温度传感器；6、喷嘴；7、压管；71、拉环；72、凹槽；73、搭接头。

具体实施方式

以下结合附图1-11对本申请作进一步详细说明。

实施例1：

本申请实施例公开一种3D打印机打印头。参照图1和图2，3D打印机打印头主要包括机架1和安装在机架1的送料机构2、喉管3、加热块4、散热机构5、喷嘴6，送料机构2将耗材不间断地送入到喉管3中，然后经过喉管3进入到喷嘴6中，加热块4为铝块，且安装在喉管3与喷嘴6之间，专门用于对喉管3进行加热，当耗材经过喉管3上安装加热块4的位置时，固态的耗材转变为熔融态的耗材，固态耗材不断地进入喉管3，熔融态的耗材则不间断地从喷嘴6中流出；该过程中散热机构5对喉管3进行散热，以减少喉管3发生堵料。

如图3和图4所示，送料结构包括电机21、第一主动齿轮22、第一从动齿轮23、第二主动齿轮24、第二从动齿轮25、主动送料轴26、从动送料轴27，导料管28。电机21通过螺栓安装在机架1上，且电机21的输出轴与第一主动齿轮22固定连接，第一从动齿轮23和主动送料轴26同轴线设置，主动送料轴26的两端部转动连接在机架1上，第一从动齿轮23和第一主动齿轮22啮合配合，当第一主动齿轮22转动时可以带动第一从动齿轮23转动，从而带动主动送料轴26转动；从动送料轴27转动连接在机架1上，且位于主动送料轴26的一侧，主动送料轴26的轴线和从动送料轴27的轴线平行设置，第二主动齿轮24固定连接在主动送料轴26上，第二从动齿轮25固定连接在从动送料轴27上，且第二主动齿轮24和第二从动齿轮25啮合配合；主动送料轴26、从动送料轴27的表面分别开设有送料槽29，送料槽29呈环形设置，且向主动送料轴26或从动送料轴27的轴线方向内凹，两个送料槽29之间的间隙供耗材通过，耗材的表面与送料槽29的槽底相接触，为了增大摩擦力，送料槽29开设有弧形槽291，弧形槽291的长度方向沿主动送料轴26的轴线方向设置，导料管28竖直安装在两个送料槽29间隙的正上方，当电机21启动时会带动主动送料轴26转动，主动送料轴26带动从动送料轴27转动，此时主动送料轴26、从动送料轴27转动方向相反，从而将耗材向下拉动，进而实现送料的过程。

如图3和图5所示，喉管3竖直安装在两个送料槽29间隙的下方，耗材经过送料槽29后进入到喉管3中，喉管3的下端插入加热块4中，且二者之间螺纹连接，喷嘴6通过螺纹配合安装在加热块4的下方，且喷嘴6与喉管3之间连通，当耗材进入到喉管3的下端时，在加热块4作用下，固态的耗材被加热成熔融态，由于固态耗材继续运动，熔融态的耗材被挤出喷嘴6。

如图1和图2所示，散热机构5包括四个散热扇52、散热环51，其中两个散热扇52布设高度等高，且相对安装在喉管3的两侧，散热扇52和机架1之间通过螺栓连接，两个散热扇52的底端分别设置有一个弧形的导流罩11，导流罩11通过螺栓固定连接在机架1上，导流罩11内部中空且一端与散热扇52的风口连通，另一端朝向喷嘴6，导流罩11将空气引导至喷嘴6处，从而使得散热扇52不仅可以对喉管3进行散热，也可以对工件进行散热；另外两个散热扇52一高一低布设，位置较高的散热扇52的风口朝向送料机构2，位置较低的散热扇52的风口朝向散热环51，四个散热扇52环绕在喉管3的周侧，同时对喉管3进行散热。

如图3、图6和图7所示，机架1上安装有专门用于支撑散热环51的支座12，支座12上开设有圆孔121，其中一个散热扇52的风口对准圆孔121，并直接向散热环51吹风，散热环51由一个散热柱511和多个散热片512构成，散热柱511和散热片512一体成型，散热片512为圆形，且呈水平布设，多个散热片512沿散热柱511的竖直方向等间距布设，散热柱511内部中空，散热柱511套设在喉管3上，且二者之间螺纹配合连接。喉管3的热量传递到散热环51上，散热片512增加了散热的面积，有利于提高散热的效率，并通过与散热扇52配合使用，有利于实现喉管3快速降温。

由于喉管3和与散热柱511之间的接触面积有限，为了增大喉管3的导热效率，加快对喉管3的散热，喉管3的外表面涂覆有散热膏，散热膏可以增大喉管3与散热柱511之间的热传导量，散热膏配合散热扇52一起使用从而加快对喉管3的散热。

本申请实施例一种3D打印机打印头的实施原理为：固态的耗材在送料机构2作用下不断送入喉管3中，并在喉管3中加热形成熔融状态，在耗材从喷嘴6中挤出的同时，一部分耗材也会沿着喉管3向上回流，通过在喉管3的外侧套设散热环51和安装四个散热扇52，可以加快底喉管3的冷却，从而使得熔融态的耗材能够冷却，以达到阻止回流的目的，进而减少堵料现象。

实施例2：

本实施例与实施例1不同之处在于，如图8和图9所示，散热机构5还包括水冷组件，水冷组件包括水冷管53、水泵和水箱，水泵和水箱图中未示出，水冷管53包括两个U形管531和一个连通管532，两个U形管531通过连通管532连通，两个U形管531上分别设置有进水口5311和出水口5312。支座12上开设有空腔，水冷管53安装在空腔内，U形管531有利于增大水冷管53和支座12之间的接触面积；水泵和水冷管53之间、水泵和水箱之间，水箱和水冷管53之间分别通过水管连通成闭合回路。为了提高自动化水平，此外还设置有温度传感器54和控制器（图中未示出），温度传感器54安装在散热环51的外侧，专门用于检测散热环51的温度，温度传感器54和控制器之间电连接，温度传动器检测到散热环51的温度，并将信号传递到控制器中，当温度过大时，控制器发出控制信号启动水泵运转，此时冷却水进入到水冷管53中，并将支座12上的热量带走，从而实现水冷降温的过程中，通过风冷和水冷结合的方式有利于提高对喉管3的降温效率。

如图10所示，喉管3的顶端设置有中空状的压管7，压管7从上向下插入到喉管3的内部，当耗材进入到喉管3中时，耗材从压管7中心穿过，压管7的下端延伸向喉管3的底端，当熔融态耗材回流时，压管7的底端有利于阻止熔融态耗材沿着喉管3向上运动，从而有利于减少喉管3发生堵料。

压管7的上端设置有搭接头73，压管7通过搭接头73架在喉管3上，压管7的下端呈阶梯状，压管7的较小端上设置有环形的拉环71，拉环71的直径小于压管7较大端的直径，拉环71和压管7较大端之间围成环形的凹槽72，当熔融态耗材发生回流时，压管7的较大端阻止耗材继续回流，当熔融态耗材凝固时，在凹槽72的作用下耗材与压管7之间形成卡嵌的结构，操作员可以通过拉动压管7将堵在喉管3中的料拉出，从而实现清料的目的。

如图11所示，为了增强对喉管3的散热效果，压管7采用铜材质制成，散热柱511靠近顶部的位置开设有两个水平设置的通风孔5111，两个通风孔5111均匀布设在散热柱511的周侧，流动的空气可以通过通风孔5111进入到散热环51的内部，从而促进散热环51内部的空气流通，喉管3上的热量传递到压管7上，压管7上热量可以被空气带走，进而有利于对喉管3进行快速降温。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种3D打印机打印头，包括机架（1）以及安装在机架（1）上的送料机构（2）、喉管（3）、加热块（4）、散热机构（5）、喷嘴（6），所述喉管（3）竖直设置，所述送料机构（2）位于所述喉管（3）的上方，用于将耗材送入所述喉管（3）中，所述加热块（4）安装在所述喉管（3）的下端周侧，所述喷嘴（6）安装在所述加热块（4）上且与所述喉管（3）连通，所述散热机构（5）包括散热环（51），所述散热环（51）安装在所述喉管（3）周侧，且用于对所述喉管（3）进行散热，其特征在于：所述散热机构（5）包括四个散热扇（52），所述散热扇（52）安装在所述机架（1）上，四个所述散热扇（52）均匀布设置在所述喉管（3）的周侧，所述散热扇（52）的风口对准所述散热环（51）。

2.根据权利要求1所述的一种3D打印机打印头，其特征在于：所述机架（1）上安装有两个导流罩（11），每个所述导流罩（11）对应连接一个所述散热扇（52），所述导流罩（11）的一端朝向所述喷嘴（6），另一端与所述散热扇（52）的风口连通。

3.根据权利要求2所述的一种3D打印机打印头，其特征在于：所述散热机构（5）还包括水冷组件，所述机架（1）包括用于支撑所述散热环（51）的支座（12），所述水冷组件包括水冷管（53）、水泵、水箱，所述水冷管（53）布设在所述支座（12）内，所述水冷管（53）、所述水泵和所述水箱三者通过水管连通成闭合回路。

4.根据权利要求3所述的一种3D打印机打印头，其特征在于：所述水冷组件包括温度传感器（54）和控制器，所述温度传感器（54）安装在所述喉管（3）上，所述温度传感器（54）与所述控制器电连接，所述控制器用于控制所述水泵的启闭。

5.根据权利要求1所述的一种3D打印机打印头，其特征在于：所述喉管（3）的顶端设置有压管（7），所述压管（7）插接于所述喉管（3）与耗材之间的间隙中，所述压管（7）的底端延伸向所述喉管（3）的底端。

6.根据权利要求1所述的一种3D打印机打印头，其特征在于：所述散热环（51）上开设有通风孔（5111），所述散热环（51）内部的所述喉管（3）通过所述通风孔（5111）与外部连通。

7.根据权利要求5所述的一种3D打印机打印头，其特征在于：所述压管（7）插入所述喉管（3）的一端为阶梯状，且所述压管（7）较小端的周侧面设置有拉环（71），所述拉环（71）的直径小于所述压管（7）较大端的直径，所述拉环（71）与所述喉管（3）较大端之间围成凹槽（72）。

8.根据权利要求3所述的一种3D打印机打印头，其特征在于：所述水冷管（53）包括两个U形管（531）和一个连通管（532），所述连通管（532）的两端分别与两个不同的U形管（531）连通，一个所述U形管（531）连接有进水口（5311），另一个所述U形管（531）连接有出水口（5312）。

9.根据权利要求1所述的一种3D打印机打印头，其特征在于：所述喉管（3）的外侧涂覆有散热膏。