CN205439284U - 一种基于熔融沉积成型技术3d打印机的喷头组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于熔融沉积成型技术3D打印机的喷头组件，包括组件保护壳、核心支架、送丝部和外围冷却部，其中，外围冷却部的工件冷却导流罩和工件散热涡流风扇安装在核心支架的两侧，工件冷却导流罩设有向下开口。通过工件冷却导流罩的准确导向使得工件冷却的位置准确，能够保证熔融状态的丝料在挤出到工件的瞬间能够快速冷却，保持工件的形状；通过控制散热管散热风扇的转速来准确地控制丝料散热管的散热快慢，内置铁氟龙管以降低送料的阻力，便于丝材在送料传送力的作用下从喷头挤出，这样解决了处在高温喷头阶段的材料变形而导致的喷头组件堵塞的技术问题。

Description

一种基于熔融沉积成型技术3D打印机的喷头组件

技术领域

本实用新型涉及3D打印机领域，尤其涉及一种基于熔融沉积成型技术3D打印机的喷头组件。

背景技术

3D打印机是实现快速成型制造的一种装备，通过直接的数字化模型，用专用的切片软件，生成一种带有路径信息的文件格式(.gcode)，通过SD卡或者USB高速数据线将该文件导入到3D打印机，然后通过解析gcode文件，控制X、Y、Z和E轴四个电机的运动，以及打印喷头的加热装置、温度感应装置，从而实现逐层堆积成型。

熔融沉积(FusedDepositionModeling，简称FDM)是3D打印机采用的一种技术，主要是利用热塑性材料(如PLA、ABS、Nylon、PC和PE等)的热熔性，通过喷头组件的加热装置加热和温度感应装置检测喷头的温度是否达到材料的熔点，利用材料达到熔融状态具有一定流动性的特性，等熔融的材料流经喷头并粘结在工件的上一层上，通过喷头组件的工件冷却风扇，快速冷却，从而保持轨迹的精准。

作为这种成型原理的3D打印机的核心部件，喷头组件的稳定性和合理性直接影响着装备能否持续工作和成型的精度，也是这种成型原理3D打印机质量好坏的直接体现。

现有市场上销售的打印机的喷头组件结构不甚合理，容易造成喷头的堵塞，从而使工件的成型精度得不到保证，这样的喷头一旦损坏难以维修；再者，市面上销售机器的喷头也过于简陋，例如，喷头组件内部有高温加热元件，没做高温防烫措施，内部有精密的温度感应器，也没做保护措施，如此更是没法保证3D打印机的长期而稳定的工作。主要存在的一些技术不足造成喷头的堵塞原因有二：一是受到加热块的热辐射和热传导的影响，材料在散热管的位置就发生材料的热膨胀而导致喷头堵塞；二是材料的长期处于熔融状态的高温下容易变性而导致堵头。造成无法保持成型尺寸精度的原因是材料在粘接在工件上的瞬间冷却的温度不合适，而如果冷却范围控制不够精确，则会导致工件冷却收缩产生的热应力导致工件形状变形。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种用于熔融沉积3D打印机的喷头组件，通过其改进了的结构设计，实现避免堵头、提高精度控制的效果。

实用新型内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是FDM打印机喷头容易堵塞以及工件打印时冷却不及时造成成形精度不好的缺陷。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种应用于3D打印机的喷头组件，包括组件保护壳、核心支架、送丝部和外围冷却部，其中，送丝部包括导料管接头、丝料散热管、连接螺纹管、加热块和喷头，外围冷却部包括工件散热涡流风扇、工件冷却导流罩和散热管散热风扇；工件冷却导流罩和工件散热涡流风扇与核心支架连接并安装在核心支架的两侧，散热管散热风扇安装在核心支架的与工件散热涡流风扇垂直的背侧；连接螺纹管通过螺纹安装在丝料散热管的内部，丝料散热管通过核心支架的顶部通孔穿入至底部，连接螺纹管下方设有加热块，加热块内部含有可拆卸更换的加热棒，喷头与加热块通过螺纹连接。

进一步地，核心支架底面为沟槽结构；核心支架除两侧和背侧设有风扇之外，在前侧设有中空开口；组件保护壳的两侧和背侧具有对应风扇的进风口，前侧和底面具有出风口。

特别地，连接螺纹管内置铁氟龙管。

进一步地，工件冷却导流罩设有向下开口，两个工件冷却导流罩的开口方向的交汇处位于喷头的正下方。

进一步地，导料管接头通过组件连接板固定在核心支架上，组件连接板上设有组件保护盖。

进一步地，该喷头组件还包括喷头电控连接电路板和温度感应器，喷头电控连接电路板与组件连接板连接，温度感应器安装在加热块的安装孔之中。

更进一步地，还设有工作指示灯电路板与加热块下方连接，工作指示灯电路板上设有LED灯和透光孔。

技术效果：

1.在本实用新型中，通过控制散热管散热风扇的转速来准确的控制丝料散热管的散热快慢，根据不同打印材料的熔点设定散热管散热风扇的转速，散热管散热风扇的根本作用是冷却通过内置铁氟龙管的丝材，防止处在内置铁氟龙管阶段的丝材受到处在高温阶段喷头的热传导使丝材提前膨胀而导致喷头组件的堵塞现象出现，这样就解决了丝材受高温段的丝材的影响而变形导致的喷头组件阻塞的技术问题；连接螺纹管与核心支架紧密连接，核心支架底面具有散热沟槽，使得加热块传导到螺纹管的热量能够及时地散去，进一步抑制了内置铁氟龙管的丝材受高温变形导致喷头组件的堵塞。

2.即使处于高温喷头部分的材料发生了变形而导致喷头组件的内部送料阻力增加，此时的内置铁氟龙管可以降低送料的阻力，丝材在保持很好的刚性的前提下，变性的丝材可以在送料传送力的作用下从喷头挤出，这样解决了处在高温喷头阶段的材料变形而导致的喷头组件堵塞的技术问题。

3.本实用新型通过工件冷却导流罩的准确导向，使得工件冷却的位置准确，能够保证熔融状态的丝料在挤出到工件的瞬间能够快速冷却，保持工件的形状。喷头组件中的两个工件冷却导流罩的出风口倾斜一定的夹角，通过准确控制工件散热涡流风扇的转速来控制工件的冷却的快慢。

4.本实用新型的保护壳两侧和背侧都有散热风扇的进风口，前侧和底面有出风口，还有工作指示灯电路板的透光孔、喷头的过孔、工件冷却导流罩出口，均能够方便散热。喷头组件的保护壳和喷头组件保护盖可以有效的防止高温烫伤，保护喷头组件内部精密元件，喷头组件体积小，可移植性强，维修也非常方便。

以下将结合附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本实用新型的一个较佳实施例的3D打印机的喷头组件的剖面图；

图2是本实用新型的喷头组件的各组件分解图；

图3是本实用新型的喷头组件的各侧面视图及轴测图。

其中，1组件保护壳，2工件冷却导流罩，3工件散热涡流风扇，4核心支架，5组件保护盖，6喷头电控连接电路板，7导料管接头，8组件连接板，9丝料散热管，10连接螺纹管，11内置铁氟龙管，12散热管散热风扇，13加热块，14加热棒，15工作指示灯电路板，16温度感应器，17喷头。

具体实施方式

如图1所示为本实用新型的一个较佳实施例的FDM3D打印机喷头组件的剖面图，主要包括17种部件，分别是：组件保护壳(1)，工件冷却导流罩(2)，工件散热涡流风扇(3)，核心支架(4)，组件保护罩(5)，喷头电控连接电路板(6)，导料管接头(7)，组件连接板(8)，丝料散热管(9)，连接螺纹管(10)，内置铁氟龙管(11)，散热管散热风扇(12)，加热块(13)，加热棒(14)，工作指示灯电路板(15)，温度感应器(16)，喷头(17)。

在图2中，表达了喷头组件的各个零部件的相对位置。以喷头的核心支架(4)为主体，两侧连接工件冷却导流罩(2)和工件散热涡流风扇(3)，后侧连接散热管散热风扇(12)。铁氟龙管(11)内置嵌入连接螺纹管(10)中，再将连接螺纹管(10)通过螺纹连接旋入到丝料散热管(9)内部，然后将丝料散热管(9)通过核心支架(4)顶部通孔穿入直至底部，再旋动丝料散热管(9)带动连接螺纹管(10)一起旋动，穿过核心支架(4)底部的螺纹孔，直至丝料散热管(9)与核心支架(4)相互锁紧。先将喷头(17)旋入加热块(13)直至锁紧，再将加热块(13)与连接螺纹管(10)连接，再将组件连接板(8)卡住丝料散热管(9)并通过螺钉连接组件连接板(8)和核心支架(4)，导料管接头(7)旋入到丝料散热管(9)的顶部螺纹孔。将工作指示灯电路板(15)固定在组件保护壳(1)内部盲孔螺柱上，将加热棒(14)和温度感应器(16)插入到加热块(13)的安装孔里面。将加热棒(14)、工作指示灯电路板(15)和温度感应器(16)的线路接到喷头电控连接电路板(6)上，再将喷头电控连接电路板(6)固定在组件连接板(8)上，套上喷头组件保护壳(1)，将组件连接板(8)与喷头组件保护壳(1)连接，最后将喷头组件保护盖(5)扣在喷头组件保护壳(1)上。

工作原理：

如图2，具体运行过程中，打印丝材(例如，选用直径为1.75mm的PLA或ABS丝材)通过送料结构传送到导料管接头(7)，经过丝料散热管(9)，再穿过镶嵌在连接螺纹管(10)内置的铁氟龙管(11)，此时的丝材状态处于固态，最后通过经过加热块(13)加热到高温的喷头(17)瞬间变成了熔融状态，在后面丝材向前挤压的作用下，流经喷头(17)，粘接在工件上；两个工件冷却导流罩(2)的开口方向的交汇处位于喷头的正下方，朝向工件，在工件散热涡流风扇(3)的作用下向下出风冷却，粘接在工件上面的熔融状态的材料快速冷却定型。喷头的加热由加热棒(14)来实现，通过温度感应器(16)进行温度的实时检测和反馈，进而控制加热棒(14)。当喷头组件开始工作时，工作指示灯电路板(15)的LED灯会亮起，警示喷头组件处于工作状态，喷头(17)此时处于高温，防止烫伤。当加热棒(14)开始工作时，散热管散热风扇(12)开始工作。当打印机开始打印的时候，工件散热涡流风扇(3)开始工作。

在本实施例中，通过控制散热管散热风扇(12)的转速来准确的控制丝料散热管(9)的散热快慢，根据不同打印材料的熔点，本发明设计控制散热管散热风扇(12)的转速也不一样，散热管散热风扇(12)的根本作用是冷却通过内置的铁氟龙管(11)的丝材，防止处在铁氟龙管(11)阶段的丝材受到处在高温阶段喷头(17)的热传导，使丝材提前膨胀而导致喷头组件的堵塞现象出现，这样就解决了丝材受高温段的丝材的影响而变形导致的喷头组件阻塞的技术问题。连接螺纹管(10)与核心支架(4)紧密连接，也使得加热块(13)传导到连接螺纹管(10)的热量通过核心支架(4)底面的散热沟槽及时地散去，进一步抑制了铁氟龙管(11)的丝材受高温变形导致喷头组件的堵塞。当处于喷头(17)部分的材料万一发生了变形而导致喷头组件的内部送料阻力增加，此时的铁氟龙管(11)可以降低送料的阻力，然后丝材在前面铁氟龙管(11)段散热良好、丝材还保持很好的刚性的前提下，变性的丝材可以在送料传送力的作用下从喷头(17)平稳挤出，这样解决了处在喷头(17)阶段的材料变形而导致的喷头组件堵塞的技术问题。

本实用新型通过工件冷却导流罩(2)的准确导向，使得工件冷却的位置准确，能够保证熔融状态的丝料在挤出到工件的瞬间能够快速冷却，保持工件的形状。喷头组件中的2个工件冷却导流罩(2)的出风口倾斜一定的夹角，通过准确控制工件散热涡流风扇(3)的转速来控制工件的冷却的快慢。

在图3中，本实用新型的组件保护壳(1)两侧和背面都有散热风扇的进风口，前面和底面有出风口，还有工作指示灯电路板(15)的透光孔，喷头(17)的过孔，工件冷却导流罩(2)出口。组件保护盖(5)顶部有喷头电控连接电路板(6)的出口和导料管接头(7)出口。组件保护壳(1)和组件保护盖(5)可以有效的防止高温烫伤，保护喷头组件内部精密元件，喷头组件体积小，可移植性强，维修也非常方便。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种3D打印机的喷头组件，包括组件保护壳、核心支架、送丝部和外围冷却部，其特征在于，所述送丝部包括导料管接头、丝料散热管、连接螺纹管、加热块和喷头，所述外围冷却部包括工件散热涡流风扇、工件冷却导流罩和散热管散热风扇；以及

所述工件冷却导流罩和所述工件散热涡流风扇与所述核心支架连接并安装在所述核心支架的两侧，所述散热管散热风扇安装在所述核心支架的与所述工件散热涡流风扇垂直的背侧；所述连接螺纹管通过螺纹安装在所述丝料散热管的内部，所述丝料散热管通过所述核心支架的顶部通孔穿入至底部，所述连接螺纹管下方设有所述加热块，所述加热块含有加热棒，所述喷头与所述加热块通过螺纹连接。

2.如权利要求1所述的喷头组件，其特征在于，所述核心支架底面为沟槽结构。

3.如权利要求1所述的喷头组件，其特征在于，所述核心支架除两侧和背侧设有风扇之外，在前侧设有中空开口。

4.如权利要求3所述的喷头组件，其特征在于，所述组件保护壳的两侧和背侧具有对应风扇的进风口，前侧和底面具有出风口。

5.如权利要求1所述的喷头组件，其特征在于，所述连接螺纹管内置铁氟龙管。

6.如权利要求1所述的喷头组件，其特征在于，所述工件冷却导流罩设有向下开口，两个所述工件冷却导流罩的开口方向的交汇处位于所述喷头的正下方。

7.如权利要求1所述的喷头组件，其特征在于，所述导料管接头通过组件连接板固定在所述核心支架上，所述组件连接板上设有组件保护盖。

8.如权利要求7所述的喷头组件，其特征在于，还包括喷头电控连接电路板和温度感应器，所述喷头电控连接电路板与所述组件连接板连接，所述温度感应器位于所述加热块的安装孔内。

9.如权利要求1所述的喷头组件，其特征在于，设有工作指示灯电路板与所述加热块下方连接，所述工作指示灯电路板上设有LED灯和透光孔。