CN118082193A - 一种3d打印多材料挤出机构及3d打印装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种3D打印多材料挤出机构及3D打印装置，属于3D打印技术领域，解决了现有挤出机构散热效率低，且挤出组件设置数量受限的问题，包括加热头，加热头连通有多个挤出组件，其特征在于，挤出组件外周套接有由导热材料制成的散热管，每个散热管还连接有内部设有换热介质的热管，热管包括与散热管管壁贴合固定的第一管部，第一管部顶端设有向上延伸的第二管部，第二管部的顶端延伸至散热翅片并与散热翅片固定，采用本发明的挤出机构散热效率好，且便于设置多个挤出组件。

Description

一种3D打印多材料挤出机构及3D打印装置

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，具体涉及一种3D打印多材料挤出机构及3D打印装置。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

3D打印技术作为一项革命性的制造技术，在近年来得到了广泛的关注和应用。它可以通过逐层堆叠材料的方式实现复杂形状的三维物体的快速制造，不仅可以大大节约时间和成本，还可以实现个性化定制制品的生产。然而，随着对于更复杂、更功能性的打印品需求的增加，传统的单一材料打印已经不能满足市场的需求，多材料打印逐渐成为了发展趋势。多材料打印可以使得打印品具有更丰富的性能和功能，但也带来了一系列挑战。

当前多材料3D打印设备的挤出机构包括加热头，加热头连接有多个挤出组件，其中挤出组件散热是一个至关重要的问题。挤出组件在工作过程中需要频繁切换材料，因此，快速且高效的散热系统对于确保打印质量非常重要。散热装置的设计应遵循一系列原则以应对这一挑战。首先，散热装置应具备大面积的散热表面，以增加散热效率。市面上通常采用鳍片或散热片的设计来增加散热表面积，鳍片或散热片设置在每个挤出头的外周，但是采用此种散热方式散热效率低，且会增加单个挤出头的体积，从而限制挤出头的设置数量，此外，利用风扇或冷却液将热量带走是一种常见的散热方法，采用此种方式可以提高散热效率，但是采用该种方式需要设置额外的风扇或者冷却液循环系统，结构复杂，增加了设备成本，不便于大批量生产。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种3D打印多材料挤出机构及3D打印装置，减小了单个挤出头的体积，便于集成更多个挤出头，而且结构简单，适用于大批量生产。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明的实施例提供了一种3D打印多材料挤出机构，包括加热头，加热头连通有多个挤出组件，挤出组件外周套接有由导热材料制成的散热管，每个散热管还连接有内部设有换热介质的热管，热管包括与散热管管壁贴合固定的第一管部，第一管部顶端设有向上延伸的第二管部，第二管部的顶端延伸至位于多个挤出组件顶端之间空间的散热翅片并与散热翅片固定。

可选的，所述散热管的管壁设置有安装槽，第一管部嵌入安装槽内部并与散热管的管壁固定连接。

可选的，所述第一管部由挤出组件的底端延伸至顶端。

可选的，所述挤出组件的轴线与加热头的轴线呈设定锐角设置且沿由下至上方向，所述加热头朝向外侧倾斜设置，散热翅片设置在多个挤出头的顶端之间的空间。

可选的，所述散热管采用铜管，铜管套在挤出组件外周。

可选的，所述第二管部包括连接管部和换热管部，其中连接管部采用弯管结构，其一端与第一管部连接，另一端与换热管部连接，换热管部与散热翅片的顶面贴合固定。

可选的，所述挤出组件包括挤出通道，挤出通道的外周套有散热管，挤出通道的底端设有挤出头，挤出头与加热头固定连接。

可选的，所述热管采用扁管结构。

可选的，所述散热翅片的顶面采用锥形面，热管与锥形面贴合固定。

第二方面，本发明的实施例提供了一种3D打印装置，设置有第一方面所述的3D打印多材料挤出机构。

本发明的有益效果如下：

1.本发明的3D打印挤出机构，在挤出组件外周设置散热管，散热管与热管的第一管部贴合，热管的第二管部向上延伸且顶端与散热翅片贴合固定，挤出组件的热量能够传递给热管，进而带动热管内液态换热介质蒸发，吸收热量，产生的气态换热介质向上运动至散热翅片后冷凝为液态，在重力作用下流回第一管部循环工作，采用此种方式，相对于传统的鳍片或散热片，吸热效率更高，能够更好的将热量转移至散热翅片，且挤出组件外周省去了外周鳍片或散热片，通过热管将热量转移至挤出组件顶端之间空间的散热翅片，利用散热翅片向外界耗散热量，充分利用了挤出组件顶端之间的空间来增加散热面积，而不是利用挤出组件外周的空间来增加散热面积，减小了单个挤出组件的体积，便于挤出机构布置多个挤出头。

2.本发明的3D打印挤出机构，热管内的换热介质能够循环工作，无需额外的风扇或者冷却液循环系统等设备，结构简单，制作方便，适合于大批量的生产。

3.本发明的3D打印挤出机构，将热管、散热管和散热翅片结合使用，利用体积较大的散热翅片将热量最终耗散，热管和散热管无需采用较大的体积，进一步减小了单个挤出头的体积，使得真个挤出机构结构布置紧凑，便于布置多个挤出头。

4.本发明的3D打印挤出机构，挤出组件与加热头的轴线呈设定锐角，且由下至上向外侧倾斜，散热翅片设置在多个挤出组件顶部之间的开放空间内，能够设置较大的散热翅片，散热效果好。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明实施例1整体结构示意图；

图2是本发明实施例1挤出组件与热管装配示意图；

图3是本发明实施例1挤出组件与热管装配剖视图；

图4是本发明实施例1散热原理示意图；

图5是本发明实施例2整体结构示意图；

图6是本发明实施例3整体结构示意图；

其中，1.加热头，2.散热管，3.热管，4.散热翅片，5.挤出通道，6.连接端头，7.挤出头，8.紧固螺母；

3-1.第一管部，3-2.连接管部，3-3.换热管部。

具体实施方式

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”字样，仅表示与附图本身的上、下方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1

本实施例提供了一种3D打印多材料挤出机构，如图1所示，包括加热头1以及与加热头连接的多个挤出组件，挤出组件用于接收打印材料丝线并送入加热头1，加热头1内设有加热元件，将打印材料丝线由固态加热至液态并有加热头1底端的出口流出，实现打印，所述挤出组件的外周套有散热管2，用于吸收挤出组件产生的热量，散热管2的管壁与热管3的管壁贴合固定，热管3向上延伸并与位于多个挤出组件顶部之间空间的散热翅片4贴合固定，热管3内设置有换热介质，换热介质能够吸收散热管2传递的热量并蒸发，由液态转变为气态，并向上流动，流动至散热翅片4后，将热量传递给散热翅片4并由散热翅片4将热量向外界环境耗散，同时换热介质冷凝为液态并在自身重力的作用下重新流回热管3与散热管2接触的部分，循环工作。

所述加热头1采用现有的3D打印多材料基础机构的加热头即可，其内部具有加热元件，能够将打印材料丝由固态加热至液态，多个挤出组件送入的打印材料丝在加热头1内加热并混合，最后由加热头1底端的出口流出，通过调节挤出组件送出的不同颜色打印丝材料的配比，能够实现多种颜色的3D打印。

所述挤出组件设置有三个或四个或更多个，本实施例中，所述基础组件设置有三个。

三个挤出组件的结构相同，挤出组件的底端与加热头1连接，且三个挤出组件沿环向等间隔设置。

如图2-图3所示，所述挤出组件包括挤出通道5，挤出通道5顶端设有连接端头6，用于连接送丝管路，连接端头6的结构采用现有技术即可，在此不进行详细叙述。

所述挤出通道5的底端与挤出头7同轴螺纹连接，挤出头7的底端与加热头1固定连接。

所述挤出组件的轴线与加热头1的轴线呈设定锐角，且沿由下至上方向，挤出组件向外侧倾斜设置。

所述散热管2由导热金属材料制成，优选的，所述散热管2采用铜管，散热效果好且成本低。

所述铜管套在挤出通道5外周，所述挤出通道5的底端螺纹连接有紧固螺母8，紧固螺母8与铜管的底端接触并将铜管压紧在连接端头6底面，从而实现了铜管的固定。

本实施例中，每个挤出组件均连接有一个热管3，热管3内具有换热介质。所述换热介质采用乙醚或乙醇或甲醇或氨水等，优选采用乙醚，其沸点为34.5℃。

具体的，所述热管3包括第一管部3-1和第二管部，第一管部3-1与散热管2贴合固定，本实施例中，为了减小热管3所占用的体积，所述热管3采用扁管结构，所述铜管的管壁外表面设置有安装槽，第一管部3-1嵌入安装槽并通过锡焊的方式与铜管贴合固定连接。

本实施例中热管采用扁管结构，一方面减小了其占用的空间，另一方面便于与铜管的锡焊固定，第三方面，相对于圆柱状的热管，扁管结构的热管与铜管和散热翅片4的接触面积大，散热效果更好。

优选的，所述安装槽设置在三个铜管相向的内侧部。

本实施例中，为了最大程度的利用热管吸收铜管的热量，沿铜管的轴线方向，所述第一管部3-1沿铜管通长设置，即第一管部3-1的底端延伸至铜管的底端，第一管部的顶端延伸至铜管的顶端。

所述第二管部一端与第一管部连接，第二管部向上延伸，其顶端与散热翅片4贴合固定。

本实施例中，所述第二管部包括连接管部3-2和换热管部3-3，其中连接管部3-2采用弯管结构，连接管部3-2的一端与第一管部3-1一体式连接，另一端向上弯曲并与换热管部3-3的一端一体式连接，换热管部3-3与散热翅片4的上表面贴合固定。

三个热管3的换热管部3-3在散热翅片4上表面的中心位置交叉固定。

所述散热翅片4采用现有结构即可，其具体结构在此不进行详细叙述，进一步的，为了更好的使得换热管部内冷凝的液态换热介质向下流动，所述散热翅片4的上表面采用锥形面，换热管部3-3沿远离第一管部3-1的端部向第一管部的方向，朝下倾斜，便于液态换热介质在自身重力作用下向下流动。

所述散热翅片4设置在三个挤出组件的顶端之间的空间，由于沿下至上的方向，三个挤出组件朝向外侧倾斜设置，因此三个挤出组件顶端之间预留出一个较大的空间，便于安装一个体积较大的散热翅片4，提高了散热效率和散热效果。

本实施例的3D打印多材料挤出机构的工作方法为：

将不同颜色的固态打印材料丝按照设定的配比通过连接端头分别送入三个挤出通道5，并由挤出通道通5过挤出头7进入加热头1，加热头1对固态打印材料丝加热使其变为液态，多种颜色的液态打印材料在加热头内混合，形成所需要的颜色，然后由加热头1底端的出口流出，进行3D打印。

如图4所示，打印过程中，热量有加热头1传递给挤出头7，并由挤出头7传递给挤出通道5，铜管吸收挤出通道的热量，对挤出通道5进行降温，同时铜管将热量传递给热管3内的换热介质，使得液态换热介质蒸发成为气态，气态的换热介质向上流动，通过连接管部3-2进入换热管部3-3，将热量传递给散热翅片4，由散热翅片4将热量向外界环境耗散，气态换热介质被散热翅片冷凝后成为液态换热介质，并在自身重力的作用下流回第一管部3-1，循环工作。通过铜管、热管3和散热翅片4的工作，避免了挤出通道5温度过高导致的固态打印材料丝提前熔化的现象。

本实施例的散热方法，散热原理为低沸点冷却液吸热由液态转为气态将热量带走，后由气态转为液态散掉热量，与传统的通过鳍片或散热片来增大散热表面积来提高散热效率的方法相比，吸热效率更高，能够更好的将热量转移至散热翅片，挤出组件外周省去了外周鳍片或散热片，通过热管将热量转移至挤出组件顶端之间空间的散热翅片，利用散热翅片向外界耗散热量，充分利用了挤出组件顶端之间的空间来增加散热面积，而不是利用挤出组件外周的空间来增加散热面积，减小了单个挤出组件的体积，便于挤出机构布置多个挤出头，而且将热管、铜管和散热翅片结合使用，利用体积较大的散热翅片将热量最终耗散，热管和铜管无需采用较大的体积，进一步减小了单个挤出头的体积，使得真个挤出机构结构布置紧凑，便于布置多个挤出头。

本实施例中，只需要设置热管和散热翅片即可，无需额外的设置风扇或冷却循环系统等电动动力设备，结构简单，制作方便，适合于大批量的生产。

实施例2

本实施例提供了一种3D打印多材料挤出机构，如图5所示，与实施例1相比，区别在于所述挤出组件设置有四个，相应的，所述热管3设置有四个，其余结构与实施例1相同，在此不进行重复叙述。

实施例3

本实施例提供了一种3D打印多材料挤出机构，如图6所示，与实施例1相比，区别在于所述挤出组件设置有五个，相应的，所述热管3设置有五个，其余结构与实施例1相同，在此不进行重复叙述。

实施例4

本实施例提供了一种3D打印装置，设置有实施例1或实施例2所述的3D打印多材料挤出机构，3D打印装置的其余结构采用现有技术即可，在此不进行详细叙述。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种3D打印多材料挤出机构，包括加热头，加热头连通有多个挤出组件，挤出组件外周套接有由导热材料制成的散热管，每个散热管还连接有内部设有换热介质的热管，热管包括与散热管管壁贴合固定的第一管部，第一管部顶端设有向上延伸的第二管部，第二管部的顶端延伸至位于多个挤出组件顶端之间空间的散热翅片并与散热翅片固定。

2.如权利要求1所述的一种3D打印多材料挤出机构，其特征在于，所述散热管的管壁设置有安装槽，第一管部嵌入安装槽内部并与散热管的管壁固定连接。

3.如权利要求1所述的一种3D打印多材料挤出机构，其特征在于，所述第一管部由挤出组件的底端延伸至顶端。

4.如权利要求1所述的一种3D打印多材料挤出机构，其特征在于，所述挤出组件的轴线与加热头的轴线呈设定锐角设置且沿由下至上方向，所述加热头朝向外侧倾斜设置，散热翅片设置在多个挤出头的顶端之间的空间。

5.如权利要求1所述的一种3D打印多材料挤出机构，其特征在于，所述散热管采用铜管，铜管套在挤出组件外周。

6.如权利要求1所述的一种3D打印多材料挤出机构，其特征在于，所述第二管部包括连接管部和换热管部，其中连接管部采用弯管结构，其一端与第一管部连接，另一端与换热管部连接，换热管部与散热翅片的顶面贴合固定。

7.如权利要求1所述的一种3D打印多材料挤出机构，其特征在于，所述挤出组件包括挤出通道，挤出通道的外周套有散热管，挤出通道的底端设有挤出头，挤出头与加热头固定连接。

8.如权利要求1所述的一种3D打印多材料挤出机构，其特征在于，所述热管采用扁管结构。

9.如权利要求1所述的一种3D打印多材料挤出机构，其特征在于，所述散热翅片的顶面采用锥形面，热管与锥形面贴合固定。

10.一种3D打印装置，其特征在于，设置有权利要求1-9任一项所述的3D打印多材料挤出机构。