CN204423198U

CN204423198U - 3d打印恒温控制装置

Info

Publication number: CN204423198U
Application number: CN201520065505.6U
Authority: CN
Inventors: 韩加军; 章赣阳; 劳长石
Original assignee: Three-Dimensional Science And Technology Ltd Of Shenzhen Chang Lang
Current assignee: Three-Dimensional Science And Technology Ltd Of Shenzhen Chang Lang
Priority date: 2015-01-29
Filing date: 2015-01-29
Publication date: 2015-06-24
Anticipated expiration: 2025-01-29

Abstract

一种3D打印恒温控制装置，包括保温外壳、温度传感器、温度控制器、加热器、风扇，该保温外壳包括顶板、底板、前面板、后面板、左面板和右面板，在前面板的侧面设有温度控制器和打印控制器，在保温外壳内后面板上设有温度传感器；在保温外壳内设有一对风扇，左右对称分布；该加热器为板状加热器分别设置在保温外壳内，左面板上以及右面板上。本实用新型通过温度控制器设置预定温度，温度控制器控制加热器进行加热，温度传感器检测装置内的实时温度，并反馈给温度控制器，温度控制器保持预设温度的稳定；风扇在加热过程中开启，保持装置内空气循环流动，加强空气对流，有助于整个打印装置内部的温度均匀分布。

Description

3D打印恒温控制装置

【技术领域】

本实用新型涉及3D打印技术领域，尤其涉及3D打印技术中对于环境温度的控制。

【背景技术】

本实用新型主要涉及一种大尺寸熔融3D打印技术领域，3D打印技术又称为增材制造技术，是通过数值化逐层叠加的方式实现设计零件的快速成型。相对于传统的数控加工技术，3D打印成型过程中无需模具，并且能够制造传统加工方法无法制造的复杂结构，如内部镂空结构、复杂仿生结构、优化的拓扑结构，而这些结构能够在保证力学性能的同时大幅降低结构重量，有利于减少材料与能源的消耗。如空客公司使用3D技术制造A320客机的铰链，与传统制造零件相比质量降低60％。此外，3D打印制造复杂结构件的成本相对与简单结构件相当，这将大幅降低企业的研发成本，并能够缩短研发周期。这种技术优势能够满足不断增长的个性化定制需求。因此，3D打印技术被称作是第三次工业革命的重要工具。目前，3D打印已广泛运用于航空航天、医疗、汽车、模具、教育等领域。

熔融沉积3D打印技术利用高温将线材熔化，喷头按照生成的路径代码运动，将熔融的材料涂覆在基板或打印层上，熔融的材料快速冷却固化形成二维截面形状，不断反复地逐层叠加直至模型打印完毕。由于熔融沉积3D打印技术利用加热熔化的特点，无需采用昂贵激光器，因此设备的价格、使用和维修成本都较低，同时具有成型强度和精度高的特点，可以直接制造功能性零部件。目前，该技术已经可以打印多种工业中常用的材料，包括ABS、PLA、HIPS以及柔性、导电、碳纤维增强等塑料。熔融沉积打印机已被用于制造概念模型、功能模型，甚至直接制造零部件和生产工具。

但对于大尺寸零件的打印而言，在工作状态时如果工作环境的温度仅为自然环境的温度时，对高温熔融状态的丝材相当于受到了骤然冷却，则会产生较大的残余应力，特别是对于结构不对称的零件，应力不均匀分布更容易形成较大的残余应力。当累积的残余应力超过材料与底板的结合强度或材料本身的屈服极限强度时，打印的模型便会脱离底板和产生明显的翘曲变形，甚至开裂，导致打印失败，既浪费材料、能源，又耗费大量的时间。而目前市场上大尺寸熔融沉积打印机几乎都没有恒温保温功能，而无法很好地应对上述材料骤然预冷而造成残余应力过大的问题。

【发明内容】

本实用新型针对以上问题提出了针对高温熔融材料进行恒温控制的恒温控制装置。

本实用新型所述涉及3D打印恒温控制装置，包括保温外壳、温度传感器、温度控制器、加热器、风扇，该保温外壳包括顶板、底板、前面板、后面板、左面板和右面板，在前面板的侧面设有温度控制器和打印控制器，在保温外壳内后面板上设有温度传感器；在保温外壳内后面板上设有一对风扇，左右对称分布；该加热器为板状加热器分别设置在保温外壳内，左面板上以及右面板上。

该顶板、底板、后面板、左面板和右面板固定安装，而前面板活动扣装在其他板上。

该左面板包括左加热器、左保温板和左外壳，该左加热器、左保温板和左外壳层叠结构组合在一起。

该右面板包括右加热器、右保温板和右外壳，该右加热器、右保温板和右外壳层叠结构组合在一起。

该顶板、底板和前面板均包含两层板材，内侧为保温板外侧为外壳板，两侧板材层叠组合在一起。

该后面板为三层板材，包括后内壳板、后保温板、后外壳板，三层板材由内向外层叠组合在一起。

该温度传感器为热电偶型温度传感器、热敏电阻型温度传感器或者非接触红外测温型温度传感器。

在保温外壳内，水平设置了一个打印平台，该打印平台通过保温外壳内两侧的螺纹轴安装固定。

本实用新型通过温度控制器设置预定温度，温度控制器控制加热器进行加热，温度传感器检测装置内的实时温度，并反馈给温度控制器，温度控制器保持预设温度的稳定；风扇在加热过程中开启，保持装置内空气循环流动，加强空气对流，有助于整个打印装置内部的温度均匀分布。

【附图说明】

图1是本实用新型3D打印恒温控制装置的结构示意图；

图2是本实用新型3D打印恒温控制装置剖视图；

图3是本实用新型3D打印恒温控制装置内部结构示意图；

其中：10、保温外壳；11、顶板；111、顶部保温板；112、顶部外壳板；12、底板；121、底部保温板；122、底部外壳板；13、前面板；131、前保温板；132、前外壳板；133、透明观察窗口；14、后面板；141、后内壳板；142、后保温板；143、后外壳板；15、左面板；151、左加热器、152、左保温板；153、左外壳；16、右面板；161、右加热器；162、右保温板；163、右外壳；20、温度传感器；30、温度控制器；40、加热器；50、风扇；60、打印控制器；70、打印平台。

【具体实施方式】

下面将结合附图及实施例对本实用新型3D打印恒温控制装置进行详细说明。

请参考附图1：该图中示出了3D打印恒温控制装置，包括保温外壳10、温度传感器20、温度控制器30、加热器40、风扇50，该保温外壳10包括顶板11、底板12、前面板13、后面板14、左面板15和右面板16，顶板11、底板12、前面板13、后面板14、左面板15和右面板16合起来构成一个立方体的保温外壳10。在该保温外壳内进行温度的控制和调节，以便能在适合的温度下确保3D打印的过程顺利完成。

该保温外壳的结构是：该顶板11、底板12、后面板14、左面板15和右面板16固定安装，构成前面不封闭的敞口盒子结构，而前面板13活动扣装在其他板上。这是方便3D打印设备的安装以及打印成品的取出操作。

在前面板13的侧面设有温度控制器30和打印控制器60，在保温外壳10内后面板14上设有温度传感器20；该温度传感器20为热电偶型温度传感器、热敏电阻型温度传感器或者非接触红外测温型温度传感器。在保温外壳10内设有一对风扇40，左右对称分布；该加热器为板状加热器分别设置在保温外壳内，左面板15上以及右面板16上。

该左面板15包括左加热器151、左保温板152和左外壳153，该左加热器151、左保温板152和左外壳153层叠结构组合在一起。

该右面板16的结构与左面板15相似，包括右加热器161、右保温板162和右外壳163，该右加热器161、右保温板162和右外壳163层叠结构组合在一起。

这种层叠加热结构能够集加热保温保护多重功能于一体，加热器处于保温外壳最内侧，能够持续对保温外壳内部进行加热，而保温板在加热器外侧，保持温度不易散热，节省能源；而最外侧的面板则有效保护内部结构。

该顶板11、底板12和前面板13均包含两层板材，内侧为保温板外侧为外壳板，两侧板材层叠组合在一起。则顶板11包括顶部保温板111和顶部外壳板112；底板包括底部保温板121和底部外壳板122；前面板13包括前保温板131和前外壳板132；而后面板14则为三层板材，包括后内壳板141和后保温板142、后外壳板143，三层板材由内向外层叠组合在一起

在保温外壳内的后面板上还设有一对风扇，该对风扇左右对称分布，风扇通过螺母、螺帽固定在后面板上。

在保温外壳10内，水平设置了一个打印平台70，该打印平台70通过保温外壳内两侧的螺纹轴安装固定。打印平台通过螺纹轴可以实现上下移动，调整打印时的高度。在实际工作中，还需要在保温外壳10内安装打印喷头，打印喷头受到打印控制器的控制。

实际的打印过程中：首先通过温度控制器30设定目标加热温度T_set，温度控制器30控制左加热器151和右加热器161的通断使得恒温控制装置内部的温度从室温T_room升至T_set。温度传感器20测得恒温控制装置内部的实时温度T_real，并实时反馈给温度控制器50。当T_real小于T_set时，温度控制器30控制左加热器151和右加热器161处于接通状态，进行加热，恒温控制装置内部的温度不断上升。为了加快恒温控制装置内部热能交换作用，两个风扇50处于工作状态，促进恒温控制装置内部空气的对流，有助于整个恒温控制装置内部的温度更均匀分布。当T_real等于或大于T_set时，温度控制器30控制左加热器151和右加热器161处于断开状态，恒温控制装置内部的热能向外界环境散热，温度开始下降。当温度下降至T_set以下时，温度控制器30又控制左加热器151和右加热器161处于接通状态，从而使得恒温控制装置内部与外界环境的热交换处于平衡状态，保持恒温控制装置内部始终处于恒温状态。

当恒温控制装置内部处于恒定温度时，通过打印控制器60控制3D打印过程，喷头将线材熔化，并在数控代码的控制下逐层在打印平台70或前一打印层上涂覆新的熔融层，直至模型打印完毕。为了方便观察3D打印过程，在前面板13上对应3D打印机前段留有一透明观察窗口133。

以上所述，仅是本实用新型较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当利用上述揭示的技术内容作出些许变更或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型技术是指对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims

1.一种3D打印恒温控制装置，包括保温外壳、温度传感器、温度控制器、加热器、风扇，该保温外壳包括顶板、底板、前面板、后面板、左面板和右面板，在前面板的侧面设有温度控制器和打印控制器，在保温外壳内后面板上设有温度传感器；在保温外壳内设有一对风扇，左右对称分布；该加热器为板状加热器分别设置在保温外壳内，左面板上以及右面板上。

2.根据权利要求1所述3D打印恒温控制装置，其特征在于，该顶板、底板、后面板、左面板和右面板固定安装，而前面板活动扣装在其他板上。

3.根据权利要求2所述3D打印恒温控制装置，其特征在于，该左面板包括左加热器、左保温板和左外壳，该左加热器、左保温板和左外壳层叠结构组合在一起。

4.根据权利要求2所述3D打印恒温控制装置，其特征在于，该右面板包括右加热器、右保温板和右外壳，该右加热器、右保温板和右外壳层叠结构组合在一起。

5.根据权利要求2所述3D打印恒温控制装置，其特征在于，该顶板、底板和前面板包含两层板材，内侧为保温板外侧为外壳板，两侧板材层叠组合在一起。

6.根据权利要求2所述3D打印恒温控制装置，其特征在于，该后面板为三层板材，包括后内壳板、后保温板、后外壳板、三层板材由内向外层叠组合在一起。

7.根据权利要求1所述3D打印恒温控制装置，其特征在于，该温度传感器为热电偶型温度传感器、热敏电阻型温度传感器或者非接触红外测温型温度传感器。