CN116039081A - 一种低温沉积制造的制冷系统 - Google Patents

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赵文涛
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Abstract

本发明属于低温沉积制冷技术领域，涉及一种低温沉积制造的制冷系统，包括箱体、打印模块、成型模块、料筒、喷嘴、导水管、制冷板、循环制冷模块及控制模块、喷嘴进水管、喷嘴出水管；循环制冷模块，设置在箱体侧面，与喷嘴进水管的另一端及水泵连接，用于为喷嘴进行制冷；制冷板设置在箱体后壁，用于为箱体空间大范围制冷。本发明通过制冷板、循环制冷模块及控制模块的配合设置，以料筒筒身加热及喷嘴制冷并复合箱体环境制冷的方式，改善了料筒内材料温度场的均匀性，使喷嘴处温度更易保持在粘流态至橡胶态的转变温度，降低了材料在成型板上所需的冷凝时间，提高了打印材料的成形精度。

Description

一种低温沉积制造的制冷系统
技术领域
本发明属于低温沉积制冷技术领域，涉及一种低温沉积制造的制冷系统。
背景技术
低温沉积制造是一种增材制造技术，使用较低粘度的打印材料进行打印(低粘度材料需在精确的温度下才具有良好的打印性能)，因较低粘度材料的限制导致成形过程中必须存在精确的制冷环境，温度过低会使材料凝固，不易挤出沉积，温度过高会使材料更具流动性，致使更差的成形精度，显著影响沉积制造性能。
目前，现有的制造过程中，采用的常规制冷方式为打印空间大范围风冷或半导体制冷、打印喷头风冷制冷及成型板风冷或水冷制冷等方式，上述制冷方式都需要较大的制冷空间，而较大的制冷空间容易导致制冷时间长，外界因素干扰大，无法实现喷嘴处临界温度域的精确控制，降低了打印材料的成形精度。
发明内容
本发明目的在于提供一种低温沉积制造的制冷系统，以解决现有的低温沉积制造中，采用的常规制冷方式都需要较大的制冷空间，而较大的制冷空间容易导致制冷时间长，外界因素干扰大，无法实现喷嘴处临界温度域的精确控制，降低了打印材料的成形精度的技术问题。
为实现上述目的，本发明一种低温沉积制造的制冷系统的具体技术方案如下：
一种低温沉积制造的制冷系统，包括箱体，箱体前部为开口结构，箱体内部设置有打印模块与成型模块，成型模块位于打印模块的下部，还包括：
料筒，设置在箱体内部，位于打印模块与成型模块之间的位置，上端与打印模块连接；
喷嘴，设置在料筒的下端，为倒锥形结构，内壁内部开设有导水通道，侧面开设有喷嘴进水口与喷嘴出水口，所述喷嘴进水口、喷嘴出水口分别与导水通道连通；
喷嘴进水管，设置在箱体内部，一端与喷嘴进水口连接，另一端穿过箱体侧壁后位于箱体外部；
喷嘴出水管，设置在箱体内部，一端与喷嘴出水口连接，另一端穿过箱体侧壁后位于箱体外部；
循环制冷模块，设置在箱体侧面，与喷嘴进水管的另一端、喷嘴出水管的另一端连接，用于为喷嘴进行制冷。
本发明的特点还在于：
其中导水通道为螺旋形，导水通道围绕喷嘴的轴线设置，喷嘴进水管与导水通道的下端连接，喷嘴出水管与导水通道的上端连接。
其中循环制冷模块包括循环箱，箱体侧面开设有密封连接口，喷嘴进水管另一端与喷嘴出水管另一端的穿过密封连接口，循环箱设置在箱体侧面靠近密封连接口的位置，循环箱设置在箱体的下部设置有冷水箱，循环箱的侧面开设有制冷进水口与制冷出水口，制冷出水口与喷嘴进水管另一端连接，喷嘴出水管另一端与冷水箱连接，冷水箱内部设置有水泵，循环箱与冷水箱之间设置有循环进水管，循环进水管的上端与制冷进水口连接，循环进水管的下端穿过冷水箱上部后与水泵的出水口连接，循环箱的下部水平设置有制冷片，制冷片的上部与循环箱的下部连接，制冷片的下部设置有换热模块。
其中换热模块包括两个换热块，两个换热块对称设置，每一个换热块由多个散热片组成，两个换热块与制冷片之间分别设置多个有导热管，每一个导热管的一端与制冷片下部连接，每一个导热管的另一端与换热块的上部连接，两个换热块之间设置有散热风扇。
其中箱体的侧面靠近循环箱与冷水箱的位置设置有制冷支架，循环箱、冷水箱与两个换热块分别设置有制冷支架内部。
其中箱体的内部竖直设置有制冷板，制冷板的侧面与箱体的后部连接。
其中还包括控制模块，箱体的壁上设置有第一温度传感器，第一温度传感器与控制模块电连接。
其中喷嘴内部设置有第二温度传感器，第二温度传感器与控制模块电连接。
本发明的一种低温沉积制造的制冷系统具有以下优点：
第一，通过导水通道、喷嘴进水管、喷嘴出水管与循环制冷模块的配合设置，能够通过控制喷嘴内部小范围温度，减少外界因素的影响，精确控制喷嘴处临界温度域，使打印材料挤出的温度得到精确控制，从而使打印材料能够顺利挤出的同时提高了打印材料的成形精度；
第二，通过导水通道的螺旋形设置，能够使水流进入导水通道后在喷嘴处形成涡流，使水流与打印材料的接触面积增加，从而提高制冷效率；
第三，通过制冷板的设置，使箱体内部整体大范围的温度能够进行控制，结合喷嘴内部小范围的温度控制，制冷更为高效，受外界环境因素影响更小。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明中料筒与喷嘴主视结构示意图；
图3为本发明中料筒与喷嘴截面结构示意图；
图4为本发明中循环制冷模块的整体结构示意图；
图5为本发明中循环制冷模块的主视结构示意图；
图6为本发明中循环制冷系统示意图；
图7为本发明的未设置喷嘴制冷及15℃环境温度下，料筒及喷嘴在打印过程中的温度分布示意图；
图8为本发明的设置了喷嘴制冷及15℃环境温度下，料筒及喷嘴在打印过程中的温度分布示意图；
附图标记：
1、箱体；2、制冷板；3、料筒；4、喷嘴；5、喷嘴进水口；6、喷嘴出水口；7、导水通道；8、喷嘴进水管；9、喷嘴出水管；10、制冷支架；11、冷水箱；12、水泵；13、循环箱；14、导热管；15、换热块；16、散热风扇；17、循环进水管；18、打印模块；19、成型模块；20、密封连接口；21、制冷进水口；22、制冷出水口；23、散热片；24、控制模块；25、第一温度传感器；26、第二温度传感器；27、制冷片。
具体实施方式
为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明一种低温沉积制造的制冷系统做进一步详细的描述。
如图1所示，本发明一种低温沉积制造的制冷系统，包括箱体1，箱体1前部为开口结构，箱体1前部开口处设置有箱门，箱门上设置有门把手，箱体1内部设置有打印模块18与成型模块19，成型模块19位于打印模块18的下部，箱体1内部位于打印模块18与成型模块19之间的位置设置有料筒3，料筒3内部用于放置较低粘度的打印材料，料筒3的上端与打印模块18连接，料筒3上套设有加热衬套，便于为料筒3内部的打印材料进行加热，增加打印材料的流动性，使打印材料更容易挤出，料筒3的下端设置有喷嘴4，喷嘴4用于打印时向下挤出打印材料，喷嘴4为倒锥形结构，喷嘴4的内壁内部开设有导水通道7，喷嘴4的侧面开设有喷嘴进水口5与喷嘴出水口6，喷嘴进水口5、喷嘴出水口6分别与导水通道7连通，箱体1内部设置有喷嘴进水管8，喷嘴进水管8的一端与喷嘴进水口5连接，喷嘴进水管8的另一端穿过箱体1侧壁后位于箱体1外部，箱体1内部设置有喷嘴出水管9，喷嘴出水管9的一端与喷嘴出水口6连接，喷嘴出水管9的另一端穿过箱体1侧壁后位于箱体1外部，箱体1侧面设置有循环制冷模块，循环制冷模块与喷嘴进水管8的另一端、喷嘴出水管9的另一端连接，循环制冷模块用于为喷嘴4进行制冷，通过控制喷嘴内部小范围温度，减少外界因素的影响，精确控制喷嘴处临界温度域，使打印材料挤出的温度得到精确控制，从而使打印材料能够顺利挤出的同时提高了打印材料的成形精度。
打印模块18与成型模块19，打印模块18包括挤出模块与升降模块，挤出模块包括电机、丝杆、活塞，用于控制打印材料的挤出，升降模块包括电机与丝杆，用于控制喷嘴4的升降，成型模块19包括成型台、两个电机与两个丝杆组成，通过另个丝杆的垂直设置，控制上部成型台在水平面的移动，便于控制需要打印物品的形状，升降模块控制喷嘴4与成型台之间的距离，控制需要打印物品的高度。
如图2、3所示，导水通道7为螺旋形，导水通道7围绕喷嘴4的轴线设置，喷嘴进水管8与导水通道7的下端连接，喷嘴出水管9与导水通道7的上端连接，通过螺旋形的导水通道7使喷嘴4处形成涡流，增加水流与打印材料的接触面积，提高制冷效率。
如图1、4、5所示，循环制冷模块包括循环箱13，箱体1侧面开设有密封连接口20，喷嘴进水管8另一端与喷嘴出水管9另一端的穿过密封连接口20，循环箱13设置在箱体1侧面靠近密封连接口20的位置，循环箱13设置在箱体1的下部设置有冷水箱11，冷水箱11内部用于储存水，循环箱13的侧面开设有制冷进水口21与制冷出水口22，制冷出水口22与喷嘴进水管8另一端连接，喷嘴出水管9另一端与冷水箱11连接，冷水箱11内部设置有水泵12，循环箱13与冷水箱11之间设置有循环进水管17，循环进水管17的上端与制冷进水口21连接，循环进水管17的下端穿过冷水箱11上部后与水泵12的出水口连接，循环箱13的下部水平设置有制冷片27，制冷片27的上部与循环箱13的下部连接，制冷片27的下部设置有换热模块，水泵12将冷水箱11内部的水通过循环进水管17输送到循环箱13内部，并通过制冷片27进行冷却，制冷片27的温度通过换热模块进行散热，冷却之后的水通过喷嘴进水管8输送到导水通道7内对打印材料进行制冷降温，制冷之后的水通过喷嘴出水管9再次回流到冷水箱11内。
换热模块包括两个换热块15，两个换热块15对称设置，每一个换热块15由多个散热片23组成，多个散热片23堆叠成矩形的换热块15，两个换热块15与循环箱13之间分别设置有多个导热管14，每一个导热管14的一端与制冷片27下部连接，每一个导热管14的另一端与换热块15的上部连接两个换热块15之间设置有散热风扇16，制冷片27上热量通过多个导热管14传导至两个换热块15，然后两个换热块15上对应的多个散热片23与之间散热风扇16的作用，快速进行热交换，使制冷片27温度快速降低，从而便于对喷嘴4内部的打印材料进行制冷降温。
箱体1的侧面靠近循环箱13与冷水箱11的位置设置有制冷支架10，循环箱13、冷水箱11与两个换热块15分别设置有制冷支架10内部。
箱体1的内部竖直设置有制冷板2，制冷板2的侧面与箱体1的后部连接，制冷板2与制冷压缩机连接，通过制冷压缩机对制冷板2进行制冷，降低箱体1内部整体大范围的温度。
如图6所示，本发明一种低温沉积制造的制冷系统，还包括控制模块24，箱体1的壁上设置有第一温度传感器25，第一温度传感器25与控制模块24电连接，第一温度传感器25用于检测箱体1内部温度，并将检测到的温度值反馈到控制模块24，通过控制模块24控制制冷板2的温度，从而控制箱体1内部整体大范围的温度。
喷嘴4内部设置有第二温度传感器26，第二温度传感器26与控制模块24电连接，第二温度传感器26用于检测喷嘴4内部温度，并将检测到的温度值反馈到控制模块24，通过控制模块24控制导水通道7内部的水流温度，从而精确控制喷嘴4内部打印材料的温度，从而精确控制小范围的温度。
如图7、8所示，图7为未设置喷嘴制冷及15℃环境温度下，料筒及喷嘴在打印过程中的温度分布示意图，图8为设置了喷嘴制冷及15℃环境温度下，料筒及喷嘴在打印过程中的温度分布示意图，从图中可以看出，未设置喷嘴制冷时料筒内低温集中在喷嘴一线，同一截面分布不均，导致粘度分布出现明显差异，在挤出时会出现挤出材料在喷嘴处过早凝固、堵塞喷嘴、材料沉积状态差等问题；设置了喷嘴制冷后可以看出，料筒内部温度分布有明显的改善，料筒内温度下降更为平缓，喷嘴处温度得到了明显提高，可避免材料在喷嘴处凝固进而堵塞喷嘴，有效改善材料沉积性能。
工作原理，使用时，将较低粘度的打印材料加入料筒3内，通过加热衬套为打印材料加热增加打印材料的流动性，启动水泵12，水泵12将冷水箱11内部的水通过循环进水管17输送到循环箱13内部，通过下部的制冷片27进行冷却，制冷片27上热量通过多个导热管14传导至两个换热块15，然后两个换热块15上对应的多个散热片23与之间散热风扇16的作用，快速进行热交换，使制冷片27温度快速降低，然后冷却之后的水通过喷嘴进水管8输送到导水通道7内对打印材料进行制冷降温，制冷之后的水通过喷嘴出水管9再次回流到冷水箱11内，然后通过打印模块18控制打印材料的挤出与喷嘴4与成型台之间的距离，通过成型模块19控制成型台在水平面的移动，进行打印，打印过程中，通过第一温度传感器25检测箱体1内部温度，并将检测到的温度值反馈到控制模块24，通过控制模块24控制制冷板2的温度，从而控制箱体1内部整体大范围的温度，通过第二温度传感器26检测喷嘴4内部温度，并将检测到的温度值反馈到控制模块24，通过控制模块24控制导水通道7内部的水流温度，从而精确控制喷嘴4内部打印材料的温度，从而精确控制小范围的温度。
本发明的一种低温沉积制造的制冷系统具有以下优点：
第一，通过导水通道、喷嘴进水管、喷嘴出水管与循环制冷模块的配合设置，能够通过控制喷嘴内部小范围温度，减少外界因素的影响，从而精确控制喷嘴处临界温度域，使打印材料挤出的温度得到精确控制，从而使打印材料能够顺利挤出的同时提高了打印材料的成形精度；
第二，通过导水通道的螺旋形设置，能够使水流进入导水通道后在喷嘴处形成涡流，使水流与打印材料的接触面积增加，从而提高制冷效率；
第三，通过制冷板的设置，使箱体内部整体大范围的温度能够进行控制，结合喷嘴内部小范围的温度控制，制冷更为高效，受外界环境因素影响更小。
可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

Claims (8)

1.一种低温沉积制造的制冷系统，包括箱体(1)，所述箱体(1)前部为开口结构，所述箱体(1)内部设置有打印模块(18)与成型模块(19)，所述成型模块(19)位于打印模块(18)的下部，其特征在于，还包括：
料筒(3)，设置在箱体(1)内部，位于打印模块(18)与成型模块(19)之间的位置，上端与打印模块(18)连接；
喷嘴(4)，设置在料筒(3)的下端，为倒锥形结构，内壁内部开设有导水通道(7)，侧面开设有喷嘴进水口(5)与喷嘴出水口(6)，所述喷嘴进水口(5)、喷嘴出水口(6)分别与导水通道(7)连通；
喷嘴进水管(8)，设置在箱体(1)内部，一端与喷嘴进水口(5)连接，另一端穿过箱体(1)侧壁后位于箱体(1)外部；
喷嘴出水管(9)，设置在箱体(1)内部，一端与喷嘴出水口(6)连接，另一端穿过箱体(1)侧壁后位于箱体(1)外部；
循环制冷模块，设置在箱体(1)侧面，与喷嘴进水管(8)的另一端、喷嘴出水管(9)的另一端连接，用于为喷嘴(4)进行制冷。
2.根据权利要求1所述的一种低温沉积制造的制冷系统，其特征在于，所述导水通道(7)为螺旋形，所述导水通道(7)围绕喷嘴(4)的轴线设置，所述喷嘴进水管(8)与导水通道(7)的下端连接，所述喷嘴出水管(9)与导水通道(7)的上端连接。
3.根据权利要求1所述的一种低温沉积制造的制冷系统，其特征在于，所述循环制冷模块包括循环箱(13)，所述箱体(1)侧面开设有密封连接口(20)，所述喷嘴进水管(8)另一端与喷嘴出水管(9)另一端的穿过密封连接口(20)，所述循环箱(13)设置在箱体(1)侧面靠近密封连接口(20)的位置，所述循环箱(13)设置在箱体(1)的下部设置有冷水箱(11)，所述循环箱(13)的侧面开设有制冷进水口(21)与制冷出水口(22)，所述制冷出水口(22)与喷嘴进水管(8)另一端连接，所述喷嘴出水管(9)另一端与冷水箱(11)连接，所述冷水箱(11)内部设置有水泵(12)，所述循环箱(13)与冷水箱(11)之间设置有循环进水管(17)，所述循环进水管(17)的上端与制冷进水口(21)连接，所述循环进水管(17)的下端穿过冷水箱(11)上部后与水泵(12)的出水口连接，所述循环箱(13)的下部水平设置有制冷片(27)，所述制冷片(27)的上部与循环箱(13)的下部连接，所述制冷片(27)的下部设置有换热模块。
4.根据权利要求3所述的一种低温沉积制造的制冷系统，其特征在于，所述换热模块包括两个换热块(15)，两个所述换热块(15)对称设置，每一个所述换热块(15)由多个散热片(23)组成，两个所述换热块(15)与制冷片(27)之间分别设置多个有导热管(14)，每一个所述导热管(14)的一端与制冷片(27)下部连接，每一个所述导热管(14)的另一端与换热块(15)的上部连接，两个换热块(15)之间设置有散热风扇(16)。
5.根据权利要求4所述的一种低温沉积制造的制冷系统，其特征在于，所述箱体(1)的侧面靠近循环箱(13)与冷水箱(11)的位置设置有制冷支架(10)，所述循环箱(13)、冷水箱(11)与两个换热块(15)分别设置有制冷支架(10)内部。
6.根据权利要求1所述的一种低温沉积制造的制冷系统，其特征在于，所述箱体(1)的内部竖直设置有制冷板(2)，所述制冷板(2)的侧面与箱体(1)的后部连接。
7.根据权利要求1所述的一种低温沉积制造的制冷系统，其特征在于，还包括控制模块(24)，所述箱体(1)的壁上设置有第一温度传感器(25)，所述第一温度传感器(25)与控制模块(24)电连接。
8.根据权利要求7所述的一种低温沉积制造的制冷系统，其特征在于，所述喷嘴(4)内部设置有第二温度传感器(26)，所述第二温度传感器(26)与控制模块(24)电连接。
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