CN115447129A - 一种具备高温打印环境的3d打印机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具备高温打印环境的3D打印机，涉及3D打印技术领域，其技术方案要点是：包括打印室，其包括高温打印空间以及循环冷却液槽；打印装置，其包括打印组件以及驱动组件；打印组件位于打印室顶部；驱动组件的驱动端与打印组件连接；打印成型台，其包括沉积平台以及驱动件；沉积平台位于打印组件下方；驱动件与沉积平台连接，以驱动沉积平台在高温打印室与冷却液槽间往返移动。本发明能够通过热对流提供均匀高温的环境，且打印过程在高度方向上的渐进冷却定型，保证打印制件已完成部分在冷却液槽内均匀冷却，而较新打印部分在冷却液槽上方整体均匀受热，实现打印制件表观形状与内部高强度界面的充分发展，最终提高打印成型效果。

Description

一种具备高温打印环境的3D打印机

技术领域

本发明涉及打印技术领域，更具体地说，它涉及一种具备高温打印环境的3D打印机。

背景技术

熔融沉积3D打印原理主要是将热塑性聚合物的丝状材料通过加热喷嘴嘴，借助一定压力被熔融挤出，同时喷嘴嘴通过软件控制按照一定轨迹移动，被挤出的材料逐层累积，最终形成3D打印制件。

在熔融沉积过程中，大部分3D打印机的工作舱室为室温状态，仅在打印最初几层时通过热床(即沉积平台)-具有恒温加热功能的基板，对熔融沉积层进行保温，防止高温状态的熔融挤出物急剧冷却导致沉积层翘曲和变形。而随着已打印层累积厚度的不断增加，热床(即沉积平台)的热量很难通过热阻较大的塑料沉积体传导至最上层的熔融沉积断面上，这使得3D打印过程的绝大部分熔融沉积过程，沉积平台温度在Z轴方向上无法均匀传导致整个打印制件上，导致打印制件在高度方向上界面层发展不充分致使力学强度各向异性，降低了层与层之间的粘结强度而且易产生结构内应力，导致3D打印零件变形，成型质量较差，限制了3D打印技术大规模向工业生产发展应用。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种具备高温打印环境的3D打印机，能够通过热对流提供高温且均匀的打印环境，并且打印过程方便冷却定型，保证打印制件在空间整体上均匀受热，并提高打印制件表观形状与内部高强度界面的形成，提高打印成型效果。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种具备高温打印环境的3D打印机，包括打印室、打印装置以及打印沉积平台；

打印室，其包括由上而下依次设置的高温打印空间以及循环冷却液槽；所述高温打印空间内通过循环高温气体形成高温；所述循环冷却液槽内通过循环冷却液以对打印制件形成冷却；

打印装置，其包括打印组件以及驱动组件；所述打印组件位于打印室顶部，以进行打印作业；所述驱动组件的驱动端与打印组件连接，用于驱动打印组件沿X、Y轴移动；

打印成型台，其包括沉积平台以及驱动件；所述沉积平台位于打印组件下方；所述驱动件与沉积平台连接，以驱动沉积平台在高温空间与冷却液槽往返移动；

其中，所述沉积平台上阵列有若干个微孔，承接打印组件作业的打印制件时，由驱动件驱使其上的打印制件浸入冷却液面以下形成冷却固化，并使冷却液通过微孔进入制件中空的内部。

进一步设置：所述打印组件包括打印挤出件以及打印喷嘴；所述打印挤出件设于驱动组件的移动端，并位于高温打印空间外；所述打印喷嘴与打印挤出件连接，并位于高温打印空间内。

进一步设置：所述打印喷嘴与打印挤出件之间设置有隔热层，以隔离打印室的高温气体进入打印挤出件内；所述打印挤出机外安装有冷却壳体；所述冷却壳体内开设用于循环输送冷却水的循环冷却水通道，以对打印挤出机进行冷却降温。

进一步设置：所述打印挤出件与打印喷嘴之间设有可伸缩的隔热布；所述隔热布与循环冷却液槽表面之间形成高温打印空间，并将打印挤出件与打印喷嘴形成隔温。

进一步设置：所述隔热布通过褶皱结构形成折叠伸缩，该所述褶皱结构能够使打印挤出件在一定的打印空间内沿X、Y轴方向自由伸缩。

进一步设置：所述褶皱结构包括若干个环形折痕；各个所述环形折痕呈波浪状相互连接，且各个所述环形折痕同心设置，其半径依次逐步增大设置；所述打印喷嘴位于环形折横的圆心处，以在移动时牵引环形折横进行展开或收缩。

进一步设置：所述循环冷却液槽的冷却液表面设有用于防止冷却液蒸发的耐高温、低挥发惰性油液。

进一步设置：所述高温打印空间连接有用于循环向其提供高温气体的热气循环机构；所述循环冷却液槽内连接有用于循环向其提供冷却液的冷却液循环机构。

进一步设置：所述高温空间的两侧分别设有高温进气口和出气口；所述热气循环机构包括热气源、进气管与出气管；所述热气源通过进气管连接于高温进气口；所述出气管的两端分别连接于出气口与热气源上。

进一步设置：所述循环冷却液槽的两侧分别开设进液口以及出液口；所述冷却液循环机构包括冷却源、进液管与出液管；所述冷却液通过进液管连接于进液口处；所述出液管的两端分别连接于出液口以及冷却源上。

通过采用上述技术方案，本发明相对现有技术相比，具有以下优点：

1、通过循环输送高温气体，使得高温打印空间内处于高温且温度均匀，进而提供了沉积平台和打印组件的高温作业空间，使得制件打印过程中沉积的熔体能够较长时间内保持稳定的高温温度，克服了熔融沉积打印中传统沉积平台温度在Z轴方向上无法均匀传至整个打印制件上的不足，从而造成打印制件在高度方向上界面融合致力学强度偏低且各向异性的瓶颈，具有提高3D打印成型质量的效果；

2、通过在高温打印空间下方设置一冷却液槽，能够循环输送冷却液进行冷却，使得打印制件在打印过程中可通过沉积平台的下移而逐渐没入液面以下，从而使打印制件浸入液面以下的部分迅速冷却至冷却循环液体的温度，而液面以上部分的温度则介于打印环境温度与打印熔体温度之间，从而既保持制件的表观形状，又促进了打印制件内部高强度界面的形成，提高3D打印成型质量；

3、通过设置的隔热布，能够将打印挤出件与打印喷嘴形成隔温，由此将高温空气环境与打印挤出件隔离，防止未进入打印喷嘴的打印丝受热软化，保证打印效果；

4、通过采用褶皱结构，使得隔热布能够在X、Y平面内随着打印组件自由向X、Y方向伸缩移动，由此将高温空气环境与打印挤出件隔离，防止未进入喷嘴的打印丝受热软化，且褶皱结构方便成型，伸缩角度的范围为360°，能够实现在X、Y平面内任意位置的伸缩使用，保证始终处于隔热状态，提高使用便捷性。

附图说明

图1为本发明具备高温打印环境的3D打印机的结构示意图；

图2为本发明具备高温打印环境的3D打印机的剖视示意图；

图3为图2中A处的放大示意图；

图4为本发明打印装置的部分结构剖视示意图；

图5为本发明中隔热布的平面结构示意图；

图6为本发明具备高温打印环境的3D打印机隐藏壳体后的结构示意图。

图中：1、打印室；11、高温打印空间；111、进气口；112、出气口；12、循环冷却液槽；121、进液口；122、出液口；123、冷却液；2、打印装置；21、打印组件；211、打印挤出件；2111、金属壳体；2112、循环冷却水通道；212、打印喷嘴；2121、加热器；213、隔热层；2131、耐温盖板；2132、气相二氧化硅层；2133、支撑体；22、驱动组件；3、打印成型台；31、沉积平台；32、驱动件；321、滚珠丝杆；322、电机；4、隔热布；41、褶皱结构；42、环形折痕；5、耐高温液；6、热气循环机构；7、冷却液循环机构。

具体实施方式

参照图1至图6对具备高温打印环境的3D打印机做进一步说明。

一种具备高温打印环境的3D打印机，如图1和图2所示，包括打印室1、打印装置2以及打印沉积平台31；打印室1采用隔热壳体制成，使其内部高温时不会影响到室外的环境温度；打印装置2设于打印室1顶部，打印沉积平台31位于打印室1内，从而承接打印装置2喷出的沉积材料，实现3D打印作业。

如图1和图2所示，打印室1的内部由上而下依次分为高温打印空间11以及循环冷却液槽12；高温打印空间11内通过高温气体形成高温，该打印沉积平台31位于高温打印空间11中进行使用；循环冷却液槽12中具有冷却液123，以通过冷却液123来对打印制件进行冷却。本实施例中，高温打印空间11连接有用于循环向其提供高温气体的热气循环机构6，使得高温打印空间11能够循环供热，方便使其处于恒温状态或者通过调控气流温度来调控高温打印空间11内的温度；循环冷却液槽12连接有用于循环向其提供冷却液123的冷却液循环机构7，使得冷却液123循环流动，保证循环冷却液槽12长期具有冷却效果。

如图1、图2和图6所示，具体的，高温打印空间11的两侧分别设有高温进气口111与出气口112，以配合热气循环机构6使得高温气流形成循环流动；该热气循环机构6包括热气源、进气管与出气管，热气源通过进气管连接于高温进气口111，以输送高温气体给进气管，进而通过进气管送入高温进气口111；出气管的两端分别连接于出气口112与热气源上；进气管不断向高温打印空间11内输送热气，使得气流进入高温打印空间11内形成热对流，并通过出气口112送出形成热气循环，进而只要热气温度不变的情况下，高温打印空间11内处于恒定高温，可通过改变热气温度来调控高温打印空间11内的温度，满足多种打印需求，同时克服打印制件在高度方向上界面融合各向异性的瓶颈。

如图1和图6所述，具体的，循环冷却液槽12的两侧分别开设进液口121以及出液口122；该冷却液循环机构7包括冷却源、进液管与出液管；冷却源通过进液管连接于进液口121处；出液管的两端分别连接于出液口122以及冷却源上；该冷却源为循环水冷器，即可采用冷却水作为冷却液123使用，从而通过循环向循环冷却液槽12内输送冷却液123来提供及时的冷却作用，使得打印制件成型后固定，避免之后的打印造成坍塌，提高3D打印成型效果。

如图2所示，为了避免冷却液123受热蒸发，在循环冷却液槽12的冷却液123表面设有用于防止冷却液123蒸发的耐高温液5，本实施例中，采用冷却水作为冷却液13，采用耐高温油液来作为耐高温液5，使得冷却水在耐高温油液下方提供冷却作用，并且通过耐高温油液使得冷却水与高温打印空间11形成隔离，保证冷却水的冷却效果。

如图2所示，打印装置2包括打印组件21以及驱动组件22；打印组件21位于打印室1顶部，以进行打印作业，具体为，打印组件21包括打印挤出件211以及打印喷嘴212；打印挤出件211为3D打印设备常用的用于讲打印材料挤出的工具，该打印挤出件211设于驱动组件22的移动端，并位于高温打印空间11外，其内部具有供打印材料向打印喷嘴212输送的输送通道，以便于打印材料输送，并且避免打印材料在挤出过程受高温影响；打印喷嘴212与打印挤出件211连接，并位于高温打印空间11内，使得材料熔融进入打印喷嘴212内后，能够结合高温打印空间11的温度使得材料始终处于熔融状态，保证打印效果。驱动组件22的驱动端与打印组件21连接，用于驱动打印组件21沿X轴与Y轴移动，从而调整打印组件21的打印组件21，方便3D打印成型。

如图2、图3和图4所示，打印挤出件211上安装有冷却壳体，该冷却壳体为金属壳体2111，其套装于打印挤出件211，以能够提供保护，并在壳体内部开设有用于循环输送冷却水的循环冷却水通道2112，以对打印挤出件211进行冷却降温；该循环冷却水通道2112呈蛇形环绕于壳体内部，且两端分别形成冷却水进口与冷却水出口，以接入循环的冷却水进行冷却，进而通过冷却壳体来冷却打印挤出件211。其中，在打印机挤出件211于打印喷嘴212之间设置有一隔热层213，能够隔离打印室1的高温气体进入打印挤出件211内，保证打印挤出件211稳定工作。具体的，隔热层213包括耐温盖板2131、气相二氧化硅层2132以及支撑体2133，该耐温盖板2131为耐温环氧树脂盖板，具有良好的耐温性，其位于冷却壳体内壁，并组成一安装腔室供气相二氧化硅层2132与支撑体2133安装；且该耐温盖板2131中心形成供料的输送通道；该支撑体2133为聚醚醚酮支撑体，其设于输送通道的内壁上，以将安装腔室封闭，来支撑耐温盖板2131安装，并提高耐温能力；该气相二氧化硅层2132填充于安装腔室中，进而有效隔离打印室的高温气流进入到打印挤出件211内部，保证打印挤出件211的温度不宜过高，进而进一步保证打印挤出件211稳定工作。

如图2、图3和图5所示，进一步的，打印挤出件211与打印喷嘴212之间安装有可伸缩的隔热布4；该隔热布4与循环冷却液槽12的表面之间形成了供高温气体流动的高温打印空间11，使得打印挤出件211与打印喷嘴212之间形成隔温，避免未进入打印喷嘴212的打印丝受热软化。本实施例中，隔热布4通过褶皱结构41形成折叠伸缩，该褶皱结构41能够朝X轴与Y轴自由伸缩，使得打印挤出件211安装于驱动组件22的驱动端后，由驱动组件22驱使打印挤出件211移动，通过褶皱结构41带动了隔热部向X轴与Y轴伸缩，使得打印挤出件211与打印喷嘴212始终具有隔热效果，避免高温打印空间11的温度流失以及打印喷嘴212向打印挤出件211传热的情况。

如图2、图3和图5所示，具体的，褶皱结构41包括若干个环形折横；该隔热布4为柔性隔热材料制成，其圆心位于打印喷嘴212的位置，各个环形折痕42同心成型于隔热布4上，且半径依次逐步增大形成波纹状，使得隔热布4不管是受到X轴还是Y轴的牵引拉扯，均能够向相应方向形成折叠伸缩，保证隔热效果，并且不影响驱动组件22的驱动作用。

如图2和图6所示，驱动组件22包括X轴电动滑台以及Y轴电动滑台，Y轴电动滑台安装于打印室1顶部的壳体上，其移动端与X轴电动滑台连接，使其移动时带动X轴电动滑台沿Y轴方向移动；X轴电动滑台的移动端与打印组件21连接，使其移动时能够带动打印组件21沿X轴方向移动，从而通过X轴与Y轴电动滑台的配合，实现打印组件21沿X、Y轴方向移动的效果。

如图2和图6所示，打印成型台3包括沉积平台31以及驱动件32；沉积平台31位于打印组件21下方；驱动件32与沉积平台31连接，以驱动沉积平台31在高温空间与冷却液123槽往返移动。其中，沉积平台31承接打印组件21作业的打印制件时，由驱动件32驱使其上的打印制件浸入冷却液123面以下形成冷却固化。本实施例中，驱动件32滚珠丝杆321以及电机322；滚珠丝杆321空转于打印室1上，并与沉积平台31螺纹连接；电机322与滚珠丝杆321连接，以驱动滚珠丝杆321转动，进而带动沉积平台31沿滚珠丝杆321轴向移动。其中，沉积平台31上阵列有若干个微孔，微孔直径0.5～1.0mm，在沉积平台31承接打印组件21作业的打印制件时，由驱动件32驱使其上的打印制件浸入冷却液面以下形成冷却固化，并使冷却液通过各个微孔进入制件中空的内部。

工作原理：在3D打印过程中，向高温打印空间11内输入热气流，使得热气流在高温打印空间11内形成热对流传热，使得高温打印空间11的温度均匀并位于高分子材料的熔点或粘流态温度附近，即可通过打印装置2将打印制件打印于沉积平台31上，从而通过加强热对流及热辐射方式保证打印过程中高温打印空间11处于高温、均匀的打印环境，促使熔体丝沉积后相邻层间的截面融合更充分的发展，夹块大分子在截面处的渗透扩散，提高界面粘附强度，并有效降低打印制件的内部孔隙率，提高打印制件的表面精度；同时，在打印制件成型过程中，通过驱动件32带动沉积平台31下降，使得打印制件随沉积平台31的下移而逐渐没入冷却液123以下，使得打印制件没人冷却液123以下的部分迅速冷却定型，而冷却液123棉以上的部分的温度则介于打印环境温度与打印熔体温度制件，从而既可以保持打印制件的表观形状，又能够促进打印制件内部高强度界面的形成，提高打印成型效果。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。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前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种具备高温打印环境的3D打印机，其特征在于，包括打印室、打印装置以及打印沉积平台；

打印室，其包括由上而下依次设置的高温打印空间以及循环冷却液槽；所述高温打印空间内通过循环高温气体形成高温；所述循环冷却液槽内通过循环冷却液以对打印制件形成冷却；

打印装置，其包括打印组件以及驱动组件；所述打印组件位于打印室顶部，以进行打印作业；所述驱动组件的驱动端与打印组件连接，用于驱动打印组件沿X、Y轴移动；

打印成型台，其包括沉积平台以及驱动件；所述沉积平台位于打印组件下方；所述驱动件与沉积平台连接，以驱动沉积平台在高温空间与冷却液槽往返移动；

其中，所述沉积平台上阵列有若干个微孔，承接打印组件作业的打印制件时，由驱动件驱使其上的打印制件浸入冷却液面以下形成冷却固化，并使冷却液通过微孔进入制件中空的内部。

2.根据权利要求1所述的一种具备高温打印环境的3D打印机，其特征在于，所述打印组件包括打印挤出件以及打印喷嘴；所述打印挤出件设于驱动组件的移动端，并位于高温打印空间外；所述打印喷嘴与打印挤出件连接，并位于高温打印空间内。

3.根据权利要求2所述的一种具备高温打印环境的3D打印机，其特征在于，所述打印喷嘴与打印挤出件之间设置有隔热层，以隔离打印室的高温气体进入打印挤出件内；所述打印挤出机外安装有冷却壳体；所述冷却壳体内开设用于循环输送冷却水的循环冷却水通道，以对打印挤出机进行冷却降温。

4.根据权利要求2所述的一种具备高温打印环境的3D打印机，其特征在于，所述打印挤出件与打印喷嘴之间设有可伸缩的隔热布；所述隔热布与循环冷却液槽表面之间形成高温打印空间，并将打印挤出件与打印喷嘴形成隔温。

5.根据权利要求4所述的一种具备高温打印环境的3D打印机，其特征在于，所述隔热布通过褶皱结构形成折叠伸缩，该所述褶皱结构能够使打印挤出件在一定的打印空间内沿X、Y轴方向自由伸缩。

6.根据权利要求5所述的一种具备高温打印环境的3D打印机，其特征在于，所述褶皱结构包括若干个环形折痕；各个所述环形折痕呈波浪状相互连接，且各个所述环形折痕同心设置，其半径依次逐步增大设置；所述打印喷嘴位于环形折横的圆心处，以在移动时牵引环形折横进行展开或收缩。

7.根据权利要求1所述的一种具备高温打印环境的3D打印机，其特征在于，所述循环冷却液槽的冷却液表面设有用于防止冷却液蒸发的耐高温、低挥发惰性油液。

8.根据权利要求1所述的一种具备高温打印环境的3D打印机，其特征在于，所述高温打印空间连接有用于循环向其提供高温气流的热气循环机构；所述循环冷却液槽内连接有用于循环向其提供冷却液的冷却液循环机构。

9.根据权利要求1所述的一种具备高温打印环境的3D打印机，其特征在于，所述高温空间的两侧分别设有高温进气口和出气口；所述热气循环机构包括热气源、进气管与出气管；所述热气源通过进气管连接于高温进气口；所述出气管的两端分别连接于出气口与热气源上。

10.根据权利要求1所述的一种具备高温打印环境的3D打印机，其特征在于，所述循环冷却液槽的两侧分别开设进液口以及出液口；所述冷却液循环机构包括冷却源、进液管与出液管；所述冷却液通过进液管连接于进液口处；所述出液管的两端分别连接于出液口以及冷却源上。

Images