CN114701164B - 一种恒温3d打印机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及3D打印机技术领域，具体公开了一种恒温3D打印机，包括由机箱、箱盖、柜门组成的密闭机箱总成，机箱上端设置有喷头组件以及实现喷头组件移动的传动装置，机箱中设置有上下移动的升降框架，升降框架上设置有打印平台，升降框架左右两端均安装有加热装置，两个加热装置之间固定有组送风风扇，送风风扇的出风口朝向加热装置设置，升降框架的左右两端连接有导流板；本发明将产生热气流的装置设置在打印平台的下方，并通过设置的导流板将其送入打印平台的上方，使得在打印起始阶段由于打印平台上方空间较小，其导入的热气流能够快速将其升温至设定温度，有效避免了现有整个设备需要将打印腔升温至设定温度而导致前期预热时间过长。

Description

一种恒温3D打印机

技术领域

本发明涉及3D打印机技术领域，具体公开了一种恒温3D打印机。

背景技术

3D打印机是一种以计算机三维设计模型为蓝本，通过软件分层离散和数控成型系统，利用热熔喷嘴的方式将原材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成型出实体产品的设备。在3D打印过程对打印室内部的温度的控制以及喷头组件移动过程中精度控制在较大程度上决定了3D打印的效果。

目前，现有的3D打印机在控制打印室温度时主要采用对平台板进行加热控制和对整个打印机内部进行温度控制两种方式，通过控制温度减少因温差作用导致材料热胀冷缩产生的质量问题。例如申请号为2019100665436的发明专利公开了一种恒温3D打印机，包括机架，机架内固定有打印仓，打印仓内升降连接有打印平台，打印仓顶部开口设有打印喷头，打印平台底部连接有通电加热的加热板，打印仓外侧靠近底部设有循环风道。该发明公开的3D打印机通过在打印平台底部加设加热板使平台底部温度保持在设定温度，并在配合循环风道运控制打印仓内部温度稳定，但是该类打印机的恒温控制的技术方案存在两点不足。其一，将加热板设置在打印平台底部虽然能够将打印平台的表面达到预设温度并，但是对于立体结构较强的产品，随着模型打印层数的增加其远离打印平台的部分无法有效控制温度，仍存在因热胀冷缩产生的质量问题；其二，该3D打印机虽然通过循环风道将热风布满整个打印仓内部，有效控制了打印机内仓温度恒定，但是由于要控制整个打印仓内部温度的恒定，不仅前期打印平台上方温度上升速度慢、电能损坏高，而且有些电器件是安装在打印仓底部的，从而造成了电器件老化速度过快，极大降低了设备的使用寿命。因此，针对现有3D打印机在恒温控制设计方案上的不足，本申请提出了一种能够有效解决上述技术问题的恒温3D打印机。

发明内容

本发明的目的是针对现有3D打印机在恒温控制设计方案上设计的不足，设计了一种全新的恒温3D打印机方案。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种恒温3D打印机，包括由机箱、箱盖、柜门组成的密闭机箱总成，所述机箱上端设置有喷头组件以及实现喷头组件移动的传动装置，所述机箱中设置有上下移动的升降框架，所述升降框架上设置有打印平台，位于所述打印平台下方的升降框架左右两端均安装有加热装置，两个所述加热装置之间固定有两组送风风扇，每组所述送风风扇的出风口朝向对应的加热装置设置，所述升降框架的左右两端均连接有将经过加热装置的热风送入打印平台上方的导流板。

本发明公开的恒温3D打印机通过将加热装置和送风风扇设置在升降框架下表面的左右两端，同时结合导流板的作用能够持续的将产生的热风送至打印平台上方的打印空间，使得打印平台上方的空间维持在一个较高温度的恒温环境，而且打印平台下方的空间仍处于室温环境。此类打印腔恒温环境的实现方案不仅能够有效防止安装在箱体底部电器件受热老化，更重要的是打印前期打印平台上方的空间较小，通过热风作用使其温度上升得较快，设备在启动一小段时间后就能立马进行打印操作，有效避免了现有整个打印腔需要保持恒温时造成的前期预热时间过长、电能损耗过高的问题。

作为上述方案的进一步设置，所述机箱的侧端设置有隔板，所述隔板将机箱内部分隔为打印腔和储料腔，且储料腔中设置有料卷架，所述隔板的上端设置有将打印腔和储料腔相连通的抽气风扇；上述隔板和抽气风扇的设置使得打印腔和储料腔相连通，放入的料卷能够自动进行干燥。

作为上述方案的进一步设置，所述储料腔中设置有循环风扇，所述循环风扇上连接有送气管，所述送气管的上端伸入传动装置中设置，且在送气管的端部连接有散热罩体，所述散热罩体设置在喷头组件的一侧，且散热罩体的侧面上下间隔开设有多个出风口；上述循环风扇、送气管以及散热罩体的设置不仅能够对喷头组件进行送风散热，而且能够使得打印平台上方的空间和储料腔之间的空气形成了一个循环的气流，有效维持了恒温环境。

作为上述方案的具体设置，所述传动装置包括沿架板，所述架板的上表面两端均固定连接有沿Y轴方向的滑轨一，所述滑轨一的上方平行设置有丝杆一，所述滑轨一上设置有滑块，所述滑块上连接有与丝杆一相匹配的螺母座，两个所述螺母座之间设置有沿X轴方向的滑轨二和丝杆二，所述滑块二上滑动设置有安装座，所述丝杆二上设置有与安装座相连接的螺母块，所述喷头组件固定设置在安装座上；上述传动装置的设置能够有效避免现有3D打印机中因滑轨悬空设置，而出现滑轨晃动、不稳定的情况，一定程度上保证了喷头组件移动过程中的精准性。

作为上述方案的具体设置，所述机箱中的左右两端均设置有两个竖直设置的滑杆，两个滑杆之间设置有丝杆三，所述升降框架的两端均开设有与滑杆对应的滑孔以及与丝杆三匹配的螺纹孔；上述通过滑杆与滑孔的导向作用，通过丝杆三与螺纹孔的传动作用能够实现升降框架沿着Z轴进行垂直升降。

作为上述方案的进一步设置，所述机箱中设置有用于监测打印平台上方温度的温度传感器；上述温度传感器用于实时采集打印平台上方的环境温度，并反馈至打印机自身的控制模块，从而进一步根据环境温度进行自身调节，然后有效维持打印平台上方温度的恒定。

作为上述方案的具体设置，所述导流板的截面形状呈C字形，且两个导流板均向对应的加热装置处弯曲设置；上述导流板的形状设计能够使得经过散热翅片的加热后的气流能够在其作用下向打印平台上方的中心处流动，极大避免了高温气流下窜的可能性，实际使用效果较为优异。

有益效果：

1）本发明公开的恒温3D打印机在对打印空间进行恒温控制时，将产生热气流的装置设置在打印平台的下方，并通过设置的导流板将其送入打印平台的上方，使得在打印起始阶段由于打印平台上方空间较小，其导入的热气流能够快速将其升温至设定温度，有效避免了现有整个设备需要将打印腔升温至设定温度而导致前期预热时间过长的问题。

2）本发明中通过导流板的设置使得位于打印平台上方的空间温度维持在较高温度进行打印，同时由于热气流无法下窜从而能够维持下方空间处于室温，整个打印过程中恒温空间随着打印平台的升降而改变，无需对整个机箱内部进行加热，不仅有效避免了安装在机箱下端电器件的老化，而且在一定程度上降低了电能损耗，使用效果优异。

3）本发明还对传动装置进行重新设计，将沿Y轴方向的滑轨固定设置在架板上，而并非采用悬空设计的方式，从而有效避免了喷头组件移动过程中因滑轨悬空设计而导致滑轨晃动、不稳定的情况，较大程度上提高了喷头组件移动过程中的精准性，提高了对产品的打印质量。

4）本发明在对喷头组件进行散热设计时，采用风机外装的方式，然后通过送风管和散热罩的作用将储料仓中的空气送至喷头组件处进行散热，其不仅有效避免现有风机直接装在喷头处而引起的喷头振动的情况，提高了打印效果，而且能够使得打印平台上方的空间和储料腔之间的空气形成了一个循环的气流，有效维持了恒温环境。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明内部结构的第一角度立体结构示意图；

图3为本发明内部结构的第二角度立体结构示意图；

图4为本发明中喷头组件、传动装置的立体结构示意图；

图5为本发明中升降框架、打印平台等第一角度立体结构示意图；

图6为本发明中升降框架、打印平台等第二角度立体结构示意图；

图7为本发明中电加热装置的立体结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图1~7，并结合实施例来详细说明本申请。

实施例1

本实施例1公开了一种恒温3D打印机，参考附图1、附图2和附图3，该3D打印机的主体包括机箱100，机箱100的前侧面转动连接有柜门101，柜门101和机箱100之间设置有直扣式门锁102。在机箱100的顶端设置有箱盖103，通过设置的箱体100、柜门101和箱盖103构成了一个密封的打印腔，并且在设置时机箱100、柜门101和箱盖103均采用双层隔热板的形式组成，能够防止打印腔中热量散发。另外，还在机箱100的右端通过设置的中空隔热板104将其划分出一个储料腔，使得储料腔104与打印腔之间隔开。在储料腔中设置有料卷放置架105，并在隔板104的上端设置有抽气风扇106，通过抽气风扇106能够将打印腔中的热空气抽入储料腔中，从而能够对料卷进行干燥。

参考附图3和附图4，在机箱100的顶端设置有喷头组件200以及实现喷头组件200沿X轴和Y轴移动的传动装置300。其中，传动装置300包括固定安装在机箱100顶端的架板301，在架板301左右两侧的前后端均固定安装有支撑座302，每组支撑座302之间均设置有沿Y轴方向设置的丝杆一303，同时还在每个丝杆一303正下方的架板301上固定安装一个沿Y轴方向的滑轨一304，在每个滑轨一304上均滑动设置一个与之匹配的滑块305，在滑块305的上端固定连接有与对应丝杆一303相匹配的螺母座306。在两个螺母座306之间设置有沿X轴方向设置的丝杆二307，同时两个螺母座306之间还固定设置有沿X轴方向的滑轨二308，在丝杆二307上设置有与之相匹配的螺母块，并且螺母块上固定连接有与滑轨二308相匹配的安装座309，并将喷头组件200固定设置在安装座309上，另外丝杆一303和丝杆二307的端部均设置有对应的驱动电机310。上述通过控制驱动电机310的转动过程不仅能够实现对喷头组件200在XY轴上的精准移动，而且由于Y轴上的滑轨一304是直接固定在架板301上，在移动过程中能够有效避免因滑轨悬空设置，而出现滑轨晃动、不稳定的情况，一定程度上保证了喷头组件200的精准移动过程。

在机箱100内部中设置有四个竖直滑杆107，每两个竖直滑杆107为一组，分别固定打印腔内部的左右两端，同时每组竖直滑杆107之间均设置有竖直状的丝杆三108，在箱体100的底端设置有用于驱动丝杆三108的驱动装置（图中未画出）。在打印腔内部设置有升降框架400，其升降框架400的左右两端均开设有与对应竖直滑杆107和丝杆三108相匹配的滑孔401和螺纹孔402，通过丝杆三108与螺纹孔402之间的传动作用以及竖直滑杆107与滑孔401之间的导向作用，能够使得升降框架400在打印腔内部上下垂直移动。

参考附图5、附图6和附图7，在升降框架400的上端中心处安装有打印平台403，在打印平台403下方的升降框架400左右两端各固定连接有一个横条体404，在每个横条体404的下表面均固定安装有电加热装置405。在两个横条体404之间的打印平台403下表面连接有安装板406，安装板406的左右两端均固定设置有送风风扇407，并且将送风风扇407的出风口朝着对应的电加热装置405方向设置。

在具体设置时电加热装置405包括与横条体404固定连接的散热体4051，该散热体4051的上下两端均设置有左右贯通的散热翅片4052，并在散热体4051的后端设置有插入散热体4051内部的电加热棒4053。同时安装板406每端的送风风扇407均可设置在2~3个，使得出风口能够覆盖整个电加热装置405，使得上述由送风风扇吹入的空气在经过散热翅片4052之间的间隙时能够充分热交换，然后再将加热后的热空气吹出。

最后，本实施例重点设计之处是在升降框架400的左右两端均固定连接有导流板408，导流板408具体的截面形状呈C字形，并且两个导流板408均向对应的电加热装置405处弯曲，从而使得由送风风扇407和电加热装置405产生的热风在经过导流板408的作用后全部进入打印平台403上方的空间，从而使得打印平台403上方的打印腔空间处于一个恒温环境，而打印平台403下方空间的温度仍处于较低温度。在打印前期阶段由于打印平台403上方的空间较小，从而能够实现快速升温并维持在恒定温度，然后随着打印过程的不断进行以及模型打印层数的增加，整个打印平台会逐渐下降，打印平台403上方的空间逐渐变大，同时由于不断的导入热空气能够始终将打印平台403上方的打印腔空间维持在一个恒温环境。另外，为了实现对打印平台403上方温度的实时监控，还在打印平台403上方的机箱100中或者在打印平台403的上端设置有温度传感器（图中未画出），通过温度传感器温度的采集作用，再加上打印机上控制系统的控制能够进一步自动调节其恒温空间的温度。

综上，本实施例公开的恒温3D打印机在打印前期由于需要维持恒温的空间小，从而能够实现快速升温以及使得电加热装置405进行一个低功率的输出，有效解决了现有恒温3D打印机需要将整个打印腔升温至恒定温度而导致开机温度上升过慢以及电耗过大的问题。

实施例2

本实施例2公开了一种以实施例1为基础进行改进设置的恒温3D打印机，本实施例2与实施例1相同之处不做再次说明，其不同之处是在于进一步对喷头组件200的冷却方式进行了改进设计。

参考附图2、附图3和附图4，本实施例2在储料腔的下方设置有一个循环风扇500，循环风扇500的出风口连接有送风管501，并且送风管501穿过架板301伸入传动装置300处设置。在喷头组件200的旁侧固定设置有一个散热罩体502，将送风管501的端部与散热罩体502的上端相连通，为了保证送风管501能够弯曲和伸缩，将其选用大口径的波纹伸缩管，然后沿着传动装置300中XY轴上的坦克链（图中未画出）布置。

在散热罩体502朝向喷头组件200的下端侧面从下往上依次开设有三组出风口，三组出风口分别对应着喷头组件200上的喷头部、散热部和送料部设置，使得在长时间3D打印过程中由循环风扇500抽入的空气，再经过送风管501的传递由三组出风口送出，从而对喷头组件200的各个部位进行降温，同时也能够使得打印平台403上方的恒温空间与储料腔空间中的空气形成一个循环。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种恒温3D打印机，包括由机箱、箱盖、柜门组成的密闭机箱总成，所述机箱上端设置有喷头组件以及实现喷头组件移动的传动装置，所述机箱中设置有上下移动的升降框架，所述升降框架上设置有打印平台，其特征在于，位于所述打印平台下方的升降框架左右两端均安装有加热装置，两个所述加热装置之间固定有两组送风风扇，每组所述送风风扇的出风口朝向对应的加热装置设置，所述升降框架的左右两端均连接有将经过加热装置的热风送入打印平台上方的导流板。

2.根据权利要求1所述的恒温3D打印机，其特征在于，所述机箱的侧端设置有隔板，所述隔板将机箱内部分隔为打印腔和储料腔，且储料腔中设置有料卷架，所述隔板的上端设置有将打印腔和储料腔相连通的抽气风扇。

3.根据权利要求2所述的恒温3D打印机，其特征在于，所述储料腔中设置有循环风扇，所述循环风扇上连接有送气管，所述送气管的上端伸入传动装置中设置，且在送气管的端部连接有散热罩体，所述散热罩体设置在喷头组件的一侧，且散热罩体的侧面上下间隔开设有多个出风口。

4.根据权利要求1所述的恒温3D打印机，其特征在于，所述传动装置包括沿架板，所述架板的上表面两端均固定连接有沿Y轴方向的滑轨一，所述滑轨一的上方平行设置有丝杆一，所述滑轨一上设置有滑块，所述滑块上连接有与丝杆一相匹配的螺母座，两个所述螺母座之间设置有沿X轴方向的滑轨二和丝杆二，所述滑轨二上滑动设置有安装座，所述丝杆二上设置有与安装座相连接的螺母块，所述喷头组件固定设置在安装座上。

5.根据权利要求1所述的恒温3D打印机，其特征在于，所述机箱中的左右两端均设置有两个竖直设置的滑杆，两个滑杆之间设置有丝杆三，所述升降框架的两端均开设有与滑杆对应的滑孔以及与丝杆三匹配的螺纹孔。

6.根据权利要求1所述的恒温3D打印机，其特征在于，所述机箱中设置有用于监测打印平台上方温度的温度传感器。

7.根据权利要求1所述的恒温3D打印机，其特征在于，所述导流板的截面形状呈C字形，且两个导流板均向对应的加热装置处弯曲设置。