CN116551990A - 一种3d打印头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种3D打印头，包括：喉管，从上至下依次分为冷却区、阻热区和热熔区；散热器，内部开设上部安装腔体和下部安装腔体；锁紧件，内部具有物料通道，安装在上部安装腔体内，且与散热器的内壁贴合连接，喉管的冷却区安装在锁紧件内；加热块，其上部分安装在下部安装腔体内，且与散热器的内壁之间形成有间隔，加热块内部具有物料通道，喉管的热熔区连接至加热块内；支撑件，两端分别连接加热块和散热器；喷嘴，连接加热块的下部分且连通加热块内的物料通道。本申请利用散热段下方加工出来的的空间把加热段散热段内部延伸，可以在保持热端外形和总长度不变的情况下的同时还能把加热段尽可能加长，从而增加流量，提高打印速度。
Description
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，具体为一种3D打印头。
背景技术
3D打印机的打印头一般由散热器、喉管、加热块、喷嘴、加热棒、热敏以及风扇构成，而风扇根据其作用，又分为散热风扇和打印风扇，通常来说，散热器属于冷端，散热风扇在打印过程中不停的对散热器吹风，起到对散热器散热的作用；相对的是加热块、加热棒、喷嘴他们属于热端，在热端打印使用的材料是处于预热和热熔状态的。连接冷端与热端的部分就是喉管，它既起到连接两端的作用，还有一个作用就是尽可能的隔绝热量。
在打印过程中，通过挤出电机对打印头进行输送材料，因为冷端的温度低于打印耗材的融化温度，此时打印耗材是固态的，而热端的温度是高于打印耗材的融化温度的，在热端耗材是熔融状态的，也就是液态的，熔融状态是不利于材料传送的，或者说，相比较传送固体耗材比传送熔融的耗材更容易把控传送的量的大小、多少，更好精确把控，如果冷端和热端温度隔绝不明显，甚至导致冷端温度过高，导致在冷端耗材已近熔融了，传送材料会变得极其困难，甚至无法完成传送。因此加热块和散热器之间要尽量减少连接，故而喉管在加工过程中，通过在喉管中段加工出一段薄壁，其厚度只有0.15毫米左右，来隔断热量的传导，喉管上端连接冷端散热器，中间切断热量传导，下端连接热端的加热块。
传统打印头都是通过喉管来连接固定加热段和散热段，打印机运行中热端难免会碰撞，很容易就造成喉管的形变或者断裂，另外维护或更换喷嘴等操作时也有可能造成形变或者断裂，还有维护或者更换喷嘴等操作都需要用工具另外固定加热段才有可能施行，因此现有的打印头在加热块和散热器之间通常采用螺丝或者其他的支撑结构进行紧固拉紧，这样的方式不仅会增加热端和冷端之间连接的导热截面积，有时也会导致打印头整体刚性不足，导致加热块和散热器发生轴向位移和扭转；同时，传统的打印头如果想要增加流量来加快打印速度，一般只能通过增加加热段的长度来增加单位时间内能挤出的熔融的塑料的量，传统的热端都是向加热段的底端增加长度，这样做会导致打印头整体长度增加，造成打印机运动行程不变的情况下，在和热端相同的轴向上的成型空间变小，从而降低了机器可以打印的产品的高度，很麻烦也增加了很多局限性。
发明内容
为解决现有技术的不足，本申请提供了一种3D打印头，包括：
喉管，从上至下依次分为冷却区、阻热区和热熔区；
散热器，内部开设上部安装腔体和下部安装腔体，所述喉管的阻热区和所述热熔区安装在所述下部安装腔体内；
锁紧件，内部具有物料通道，安装在所述上部安装腔体内，且与散热器的内壁贴合连接，所述喉管的冷却区安装在所述锁紧件内且连通物料通道；
加热块，其上部分安装在所述下部安装腔体内，且与散热器的内壁之间形成有间隔，加热块内部具有物料通道，所述喉管的热熔区连接至加热块内且连通物料通道；
支撑件，两端分别连接所述加热块和所述散热器；
喷嘴，连接所述加热块的下部分且连通加热块内的物料通道。
进一步的，所述锁紧件包括锥形部和柱形部，所述锥形部呈倒锥形设置且底部连接所述柱形部，所述上部安装腔体为适应锁紧件形状的腔体。
进一步的，所述喉管的热熔区分为拉紧部和连接部，所述连接部与所述加热块构成螺纹连接，所述拉紧部与加热块的端部抵接，其中，拉紧部的直径大于连接部的直径。
进一步的，所述喉管的冷却区与所述支撑件构成螺纹连接，所述阻热区的直径小于冷却区的直径，冷却区的直径小于连接部的直径。
进一步的，所述散热器分为散热段和支撑段，其中，所述上部安装腔体所在的部分为所述散热段，所述下部安装腔体所在的部分为所述支撑段，散热段和支撑段的外侧均设置有多组上下间隔的散热鳍片。
进一步的，所述散热段与所述支撑段的连接处的壁厚小于散热段上散热鳍片的厚度，以降低支撑段与散热段之间的热传导。
进一步的，所述散热段与所述支撑段一体成型或两者活动连接。
进一步的，所述加热块上部形成有支撑平台，所述支撑件至少包括两组均布在所述支撑平台上，支撑平台和散热器上均开设支撑孔，支撑件的两端活动设置在所述支撑孔内。
进一步的，所述支撑件为钛合金支撑柱或氧化锆陶瓷柱或钛合金支撑球或氧化锆陶瓷球。
进一步的，所述3D打印头还包括加热片和热敏电阻，所述加热片和所述热敏电阻均连接所述加热块。
本申请提供的3D打印头具有以下有益效果：
1.本申请利用散热器下方加工出来的的空间把加热块向散热器内部延伸，可以在保持热端外形和总长度不变的情况下的（可以兼容尽可能多的打印机）同时还能把加热段尽可能加长，从而增加流量，提高打印速度。
2.相较于传统打印头只采用螺丝和其他支撑结构来连接加热块和散热器，同时在拆装喷嘴过程中，需要使用活动扳手将加热块固定住，然后再用套筒扳手拆装喷嘴而言，本申请通过采用具有锥形结构的锁紧件，通过螺纹旋转拉紧喉管，再通过压紧支撑件，将加热块和散热器连接成为刚性整体从而限制两个部件的轴向位移和水平扭转。
3.支撑件采用隔热性能较好的钛金属或氧化锆陶瓷，可有效减少加热块的热量传导至散热器上。
4.喉管的上端通过外螺纹和一个导热材质的锁紧件拧紧产生拉力，使得锁紧件的锥形面和散热器内部锥度相同的锥形面贴紧，在固定整个热端的同时自动对齐散热器和喉管的中心不会造成通道偏心，同时由于拉力的存在让两个锥面互相压紧从而让热量更容易从该零件传导到散热器上，使得传导到冷端的热量及时传递到散热器上，通过散热风扇及时将热量吹走，很好的实现了拉紧喉管、固定加热块、压紧支撑住，自动对中心、传递热量等功能。
附图说明
图1为本申请3D打印头一种实施例结构示意图；
图2为图1另一视角结构示意图；
图3为图2中A-A剖视图；
图4为图3中喉管结构示意图；
图5为锁紧件结构示意图；
图6为散热器结构示意图；
图7为加热块结构示意图。
图中标记为：10、散热器，101、上部安装腔体，102、下部安装腔体，103、支撑段，104、散热段，11、加热块，111、底部物料通道，112、支撑平台，113、支撑孔，114、热敏安装孔，115、安装平面，116、卡槽，12、喉管，121、冷却区，122、阻热区，123、热熔区，124、拉紧部，125、连接部，13、锁紧件，131、上部物料通道，132、锥形部，133、柱形部，134、旋拧槽，14、喷嘴，15、支撑件，16、弹片，17、热敏电阻，18、加热片。
实施方式
下面将结合附图和具体实施例对本发明进一步详细说明。
参见图1-7，本实施例提供了一种3D打印头，包括从上至下依次设置的散热器10、加热块11和喷嘴14，其中，散热器10与加热块11之间通过喉管12和支撑件15连接，散热器10的上下两端分别开设相互连通的上部安装腔体101和下部安装腔体102，上部安装腔体101内设置有锁紧件13，喉管12从上至下依次分为冷却区121、阻热区122和热熔区123，冷却区121连接至锁紧件13内，阻热区122和热熔区123安装在下部安装腔体102内。
具体而言，锁紧件13内开设上部物料通道131连通喉管，加热块11内开设底部物料通道111，底部物料通道111的上下两端分别连通喉管和喷嘴，为了增强打印头整体强度，锁紧件13包括锥形部132和柱形部133，锥形部132呈倒锥形设置且底部连接柱形部133，同样的，上部安装腔体101为适应锁紧件形状的腔体，以实现锁紧件与散热器之间紧密贴合连接。
为了便于各部件之间的装配和拆卸，锁紧件13内攻有内螺纹，加热块11的上下两端也攻有内螺纹，喉管12的冷却区121分别与锁紧件和加热块螺纹连接，喷嘴14与加热块的底部也采用螺纹连接，而锁紧件13的上端面上开设旋拧槽134，以便于将锁紧件安装在上部安装腔体101内。
更具体的，喉管12的热熔区123分为拉紧部124和连接部125，连接部125与加热块构成螺纹连接，装配后，拉紧部124与加热块11的上端抵接，冷却区121与锁紧件13采用螺纹连接，其中，拉紧部的直径大于连接部的直径，阻热区的直径小于冷却区的直径，冷却区的直径小于连接部的直径。
为了进一步增强打印头整体强度，加热块11上设置有支撑平台112，支撑平台上周向开设间隔均匀的三组支撑孔113，在上方散热器10的底部对应位置处也开设三组支撑孔，上下对应的支撑孔内设置支撑件15。
为了减少加热块11与散热器10之间的热传递，散热器10分为散热段104和支撑段103，其中，上部安装腔体101所在的部分为散热段104，下部安装腔体102所在的部分为支撑段103，散热段和支撑段的外侧均设置有多组上下间隔的散热鳍片，散热段与支撑段的连接处的壁厚小于散热段上散热鳍片的厚度，如图6中B处位置，只要在满足强度要求的情况下，加工成最小截面即可。
作为优选的，散热段104和支撑段103为一个整体，当然两者也可为单独的结构，当采用单独的结构时，两者之间的连接也可以用锥面配合，实现自动对中防止整体装配后散热段偏离轴向中心。
由于加热块11的上端安装在散热器内部，因此下部安装腔体102的空间在满足要求的情况下适当增大，以避免加热块与散热器接触，同时，加热块11与散热器10之间的热传递还存在两部分，一部分是支撑件15，因此支撑件15采用隔热性能较好的钛合金支撑柱或氧化锆陶瓷柱，考虑到圆柱体与支撑孔的接触面还不是最小接触面，因此支撑件15还可采用球体的结构，与支撑孔配合，这样的接触面更小，球体的支撑件可采用钛合金支撑球或氧化锆陶瓷球；还有一部分的热传递存在于喉管12上，因此喉管12的阻热区122加工成最薄的结构，同时，锁紧件13采用导热性能较好的材料，以实现将传递上来的热量快速传递至散热器。
具体而言，本申请的3D打印头还包括加热片18和热敏电阻17，加热块11的支撑平台112的侧壁开设热敏安装孔用于安装热敏电阻17，支撑平台的下部分上铣有安装平面115用于安装加热片18，为了固定加热片18，加热块上相对开设卡槽116，加热片的外侧包覆有弹片116，弹片116弹片通过卡槽固定，其中加热片18采用陶瓷加热片。
安装原理：先将喉管12的下端使用扳手拧入加热块11的上端，然后将支撑件15共3根放入支撑平台上的支撑孔孔内，把支撑件对准散热器下端加工预留的支撑孔内，此时，从散热器10上端放入锁紧件13，使用专用的一字工具对锁紧件13进行旋转安装，在旋转过程中，锁紧件13下端与喉管的上端不断拧紧。锁紧件13的锥度斜面接触到散热器的锥度斜面后继续拧紧，将拉动喉管带动加热块向上拉近，直到支撑件15上下两端分别顶死散热器下端和加热块上端，直至拉紧，完成紧固，后面安装热敏电阻17，通过不锈钢弹片16卡住陶瓷加热片18,，最后拧紧喷嘴14，完成安装。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种3D打印头，其特征在于，包括：
喉管，从上至下依次分为冷却区、阻热区和热熔区；
散热器，内部开设上部安装腔体和下部安装腔体，所述喉管的阻热区和所述热熔区安装在所述下部安装腔体内；
锁紧件，内部具有物料通道，安装在所述上部安装腔体内，且与散热器的内壁贴合连接，所述喉管的冷却区安装在所述锁紧件内且连通物料通道；
加热块，其上部分安装在所述下部安装腔体内，且与散热器的内壁之间形成有间隔，加热块内部具有物料通道，所述喉管的热熔区连接至加热块内且连通物料通道；
支撑件，两端分别连接所述加热块和所述散热器；
喷嘴，连接所述加热块的下部分且连通加热块内的物料通道。
2.根据权利要求1所述的一种3D打印头，其特征在于：所述锁紧件包括锥形部和柱形部，所述锥形部呈倒锥形设置且底部连接所述柱形部，所述上部安装腔体为适应锁紧件形状的腔体。
3.根据权利要求1所述的一种3D打印头，其特征在于：所述喉管的热熔区分为拉紧部和连接部，所述连接部与所述加热块构成螺纹连接，所述拉紧部与加热块的端部抵接，其中，拉紧部的直径大于连接部的直径。
4.根据权利要求3所述的一种3D打印头，其特征在于：所述喉管的冷却区与所述支撑件构成螺纹连接，所述阻热区的直径小于冷却区的直径，冷却区的直径小于连接部的直径。
5.根据权利要求1所述的一种3D打印头，其特征在于：所述散热器分为散热段和支撑段，其中，所述上部安装腔体所在的部分为所述散热段，所述下部安装腔体所在的部分为所述支撑段，散热段和支撑段的外侧均设置有多组上下间隔的散热鳍片。
6.根据权利要求5所述的一种3D打印头，其特征在于：所述散热段与所述支撑段的连接处的壁厚小于散热段上散热鳍片的厚度。
7.根据权利要求5所述的一种3D打印头，其特征在于：所述散热段与所述支撑段一体成型或两者活动连接。
8.根据权利要求1所述的一种3D打印头，其特征在于：所述加热块上部形成有支撑平台，所述支撑件至少包括两组均布在所述支撑平台上，支撑平台和散热器上均开设支撑孔，支撑件的两端活动设置在所述支撑孔内。
9.根据权利要求8所述的一种3D打印头，其特征在于：所述支撑件为钛合金支撑柱或氧化锆陶瓷柱或钛合金支撑球或氧化锆陶瓷球。
10.根据权利要求1所述的一种3D打印头，其特征在于：所述3D打印头还包括加热片和热敏电阻，所述加热片和所述热敏电阻均连接所述加热块。
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Cited By (1)
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| CN117103678A (zh) * | 2023-08-29 | 2023-11-24 | 深圳拓竹科技有限公司 | 一种热端结构、三维打印机的打印头和三维打印机 |
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