CN205871232U - 带感应加热功能的fdm式3d打印机喷头结构 - Google Patents

Abstract

带感应加热功能的FDM式3D打印机喷头结构，包括加热模块、冷却隔热模块喷嘴和交流电源，加热模块中感应加热线圈内设有温度传感器，温度传感器与温控器连接，温控器通过继电器连接感应加热线圈，感应加热线圈螺旋绕在喷嘴上；喷嘴为导磁导电的合金制成，交流电源采用220v交流电压，工作时通过电磁感应可使打印材料加热到很高的温度从而打印一些高熔点材质，温控器控制喷嘴温度使得加热更加均匀，出丝更加顺畅。冷却隔热模块中风扇通过风扇固定架安装在散热管上，散热管内装有喉管和隔热环；散热管末端通过法兰与喷嘴连接，该结构有效隔绝喷嘴中的温度上窜，有效地避免喷嘴以上的丝材过早软化而发生送丝不畅甚至堵头的问题。

Description

带感应加热功能的FDM式3D打印机喷头结构

技术领域

本实用新型涉及一种3D打印机结构，特别是带感应加热功能的FDM式3D打印机喷头结构以及带感应加热功能的FDM式3D打印机丝材挤出喷头装置。

背景技术

3D打印是增材制造技术（AM，Additive Manufacturing）的俗称。3D打印，名为“打印”，实为“制造”。实际上，在大量的英文文献中，3D打印（3D Printing）常被称作3DFabrication（3D制造），这更准确地描述了3D 打印的本质。 FDM 技术是 20 世纪 80 年代时Scott Crump 发明的。在获得该项技术的专利后，他于1989 年建立了Stratasys 公司。FDM 的技术原理：将丝状（直径约2 mm）的热塑性材料通过喷头加热熔化，喷头底部带有微细喷嘴（直径一般为0.2～0.6 mm）。喷头沿水平方向移动的同时，打印材料被施加一定的压力后挤喷而出，挤出的材料与前一个层面熔结在一起。一个层面沉积完成后，工作台垂直下降一个层的厚度，再继续熔融沉积，直至完成整个实体造型。

挤出喷头是3D打印机的核心部件，传统的FDM打印喷头都是使用电阻丝加热，效率低、能耗高、反应灵敏度低、预热时间长，影响3D打印机的工作效率；目前使用此类技术的打印机对材料的熔点要求比较高，仅局限于低熔点材料，例如PLA、ABS、Nylon等，无法突破打印高熔点材料这个技术瓶颈

除了挤出喷头的结构之外，材料挤出装置的结构也是保证打印出高质量产品的关键。

发明内容

了克服现有技术的不足，本实用新型公开的带感应加热功能的FDM式3D打印机喷头结构,包括加热模块、冷却隔热模块、喷嘴和交流电源，所述的喷嘴由导磁导电的合金制成；所述的加热模块包括感应加热线圈、温度传感器和温控器，感应加热线圈内设有温度传感器并且螺旋绕在喷嘴上，温度传感器与温控器连接，温控器通过继电器控制交流电源给感应加热线圈通电。工作时，温控器读取温度传感器测得的喷嘴温度，通过PID调节控制继电器开关的接通与断开，从而决定感应加热线圈的通电与断电，最终整个加热模块协调工作，将喷嘴的温度保持在一定数值。

本实用新型公开的带感应加热功能的FDM式3D打印机喷头结构, 所述的感应加热线圈上设有两根导线通过温控器与交流电源连接。

本实用新型公开的带感应加热功能的FDM式3D打印机喷头结构,所述的交流电源采用家庭用220V或工业用380V交流电压。

本实用新型公开的带感应加热功能的FDM式3D打印机喷头结构,所述的温度传感器采用K型热电偶式温度传感器，该温度传感器上有两根导线与温控器连接。

本实用新型公开的带感应加热功能的FDM式3D打印机喷头结构,所述的冷却隔热模块包括风扇固定架、风扇、散热管、喉管、隔热环，风扇通过风扇固定架安装在散热管上，散热管内装有喉管和隔热环；散热管末端设有法兰，法兰与喷嘴连接。工作中冷却隔热模块尽量隔绝喷嘴中的热量上窜，并且通过散热管和安装在散热管上的风扇对部分上窜的热量快速散热与强制冷却，从而保证丝材在喷嘴以上部分不会过早软化而发生送丝不畅甚至堵头的问题。

本实用新型公开的带感应加热功能的FDM式3D打印机喷头结构,所述的导磁导电的合金喷嘴采用CrNi钢，壁厚不宜太厚，也不宜太薄。

本实用新型公开的带感应加热功能的FDM式3D打印机喷头结构,所述的感应加热线圈表面设有强力压缩氧化镁对外进行绝缘。

本实用新型公开的带感应加热功能的FDM式3D打印机喷头结构,所述的散热管采用铝制材料，散热管壁上设有环形槽切口，散热管末端沿径向设有孔，轻量化设计且增强散热效果。

本实用新型公开的带感应加热功能的FDM式3D打印机喷头结构的有益效果在于：①采用电磁感应加热，加热效率高，能耗低，节能环保；电磁感应加热温度可以达到很高，加热速度快且温度容易控制，可以打印一些高熔点材质；同时加热更加均匀，出丝更加顺畅，使得成形效果更好。②冷却隔热模块结构能有效隔绝喷嘴中的温度上窜，从而有效地避免喷嘴以上的丝材过早软化而发生送丝不畅甚至堵头的问题。

为了克服现有技术的不足，本实用新型公开的带感应加热功能的FDM式3D打印机丝材挤出喷头装置，结构包括挤出装置、动力源和带感应加热功能的FDM式3D打印机喷头结构的全部特征；所述的动力源为电机，所述挤出装置通过电机控制打印材料进入加热模块内；所述的挤出装置包括主动辊轮、从动辊轮、轴承、紧定螺钉、安装底座、安装顶座，主动辊轮依靠紧定螺钉固定在电机的主轴上，两个深沟球轴承支撑起从动辊轮，主动辊轮和从动辊轮同时在安装底座和安装顶座的圆孔里，并通过电机轴的扭矩将一定直径的打印丝材挤压送至加热模块。

本实用新型公开的带感应加热功能的FDM式3D打印机丝材挤出喷头装置，所述的电机为步进电机。

本实用新型公开的带感应加热功能的FDM式3D打印机丝材挤出喷头装置，所述的主动辊轮采用不锈钢材料制成，工作时不易产生打滑，有效防止材料挤出力不足，主动辊轮沿着轴向对称面径向钻有尖孔，从而形成一圈齿形与从动辊轮相配合。

本实用新型公开的带感应加热功能的FDM式3D打印机丝材挤出喷头装置的有益效果在于，所述的挤出装置通过主动辊轮、从动辊轮以及电机轴的扭矩相结合，将丝材强有力地挤至喷头带感应加热功能的FDM式3D打印机喷头结构，使得打印更加流畅并防止堵头等问题。

附图说明

图1为本实用新型整体结构示意图。

图2为本实用新型整体结构主视图。

图3为本实用新型带感应加热功能的FDM式3D打印机丝材挤出喷头装置的结构简图。

图4为本实用新型的主动辊轮和从动辊轮的安装位置图。

图5为本实用新型带感应加热功能的FDM式3D打印机喷头结构的分解图。

图6为本实用新型的喷头与隔热散热结构剖视图。

图7为本实用新型的加热模块的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本实用新型，应理解下述具体实施方式仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围，在阅读了本实用新型之后，本领域技术人员对实用新型的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

结合图1所示的本实用新型整体结构示意图，包括动力源、挤出装置、加热模块、冷却隔热模块及喷嘴18。

结合图2、图5和图6所示，冷却隔热模块包括风扇固定架19、风扇20、散热管13、喉管14、隔热环15，风扇20通过风扇固定架19安装在散热管13上，散热管13装有一根喉管14和隔热环15；喷嘴18通过法兰17连接在散热管13末端。冷却隔热模块的主要作用，一方面是尽量隔绝喷嘴中的热量上窜，另外一方面通过散热管13和安装在散热管上的风扇20对部分上窜的热量快速散热与强制冷却，从而保证丝材7在喷嘴18以上部分不会过早软化而发生送丝不畅甚至堵头的问题。

作为一种优选，散热管13采用铝制材料，并且在散热管壁上切了很多环形槽，并且在末端沿径向钻了很多孔，主要考虑轻量化设计与增强散热。装在散热管中的喉管14采用耐高温、摩擦系数小、自润滑性好的特氟龙材质。隔热环15采用含锆陶瓷纤维制成。

当感应加热线圈17通50Hz 220v的交流电，就会在线圈周围产生变化的电磁场，当喷嘴18处于该电磁场中，根据法拉第电磁感应定律，将在喷嘴18中产生感应电动势，由于喷嘴18的电阻较小，则会产生强大的感应电流，再根据焦耳定律，电能转换成热能，则会在喷嘴18中产生大量的热，从而使得喷嘴18自身的温度迅速上升，从而完成对经过喷嘴18中的丝材7迅速加热。当固体的丝材7至熔融状态时，在挤出装置的挤压作用下，从喷嘴中挤出半熔融状态的细丝，在3D打印机的三维行走机构作用下，层层堆积，最终形成三维制件。

结合图7所示加热模块包括感应加热线圈17、温度传感器24、和温控器23，感应加热线圈17内设有温度传感器25并且螺旋绕在喷嘴18上，温度传感器24与温控器23连接，温控器23通过继电器控制交流电源22给感应加热线圈通电。工作时，温控器23读取温度传感器24测得的喷嘴18温度，通过PID调节控制继电器开关的接通与断开，从而决定感应加热线圈17的通电与断电，最终整个加热模块协调工作，将喷嘴18的温度保持在一定数值。

作为一种优选，所述的交流电源22采用家庭用220V或工业用380V交流电压。

作为一种优选，所述的感应加热线圈17上有两根导线25通过温控器23与交流电源22连接。

作为一种优选，所述的温度传感器24采用K型热电偶式温度传感器，该温度传感器24上有两根导线与温控器连接。

喷嘴为导磁导电的合金制成，作为一种优选，合金采用CrNi钢材质，壁厚不宜太厚，也不宜太薄，

作为一种优选，感应加热线圈表面设有强力压缩氧化镁对外进行绝缘。

结合图1、图3、图4所示，带感应加热功能的FDM式3D打印机丝材挤出喷头装置，其特征在于：结构包括挤出装置、动力源和带感应加热功能的FDM式3D打印机喷头结构的全部特征；其中动力源为步进电机1，挤出装置包括主动辊轮5、从动辊轮10、轴承11、紧定螺钉6、安装底座2、安装顶座9、销钉12，主动辊轮5依靠紧定螺钉6固定在步进电机1的主轴上，两个深沟球轴承11支撑起从动辊轮10，主动辊轮和从动辊轮10同时在安装底座2和安装顶座9的圆孔里，并通过电机轴的扭矩将一定直径的丝材7挤压送至喷嘴18。

因为铜质材料易打滑，容易导致挤出力不足，作为一种优选，挤出装置中的主动辊轮5为不锈钢材料，并且沿着轴向对称面径向钻了许多尖孔，孔径根据丝材直径而定，从而形成一圈齿形且与从动辊轮10配合，将丝材强有力地挤至喷头。

本实用新型带感应加热功能的FDM式3D打印机喷头结构的有益效果在于：①采用电磁感应加热，加热效率高，能耗低，节能环保；电磁感应加热温度可以达到很高，加热速度快且温度容易控制，可以打印一些高熔点材质；同时加热更加均匀，出丝更加顺畅，使得成形效果更好。②冷却隔热模块结构能有效隔绝喷嘴中的温度上窜，从而有效地避免喷嘴以上的丝材过早软化而发生送丝不畅甚至堵头的问题。

本实用新型公开的带感应加热功能的FDM式3D打印机丝材挤出喷头装置，所述的挤出装置通过主动辊轮、从动辊轮以及电机轴的扭矩相结合，将丝材强有力地挤至喷头带感应加热功能的FDM式3D打印机喷头结构，得打印更加流畅并防止堵头等问题。

Claims (10)

1.带感应加热功能的FDM式3D打印机喷头结构, 其特征在于：结构包括加热模块、冷却隔热模块喷嘴和交流电源；

所述的喷嘴为导磁导电的合金制成；

所述的加热模块包括感应加热线圈、温度传感器、温控器，感应加热线圈内设有温度传感器，温度传感器与温控器连接，温控器通过继电器控制交流电源给感应加热线圈通电，感应加热线圈螺旋绕在喷嘴上；

所述的冷却隔热模块包括风扇固定架、风扇、散热管、喉管、隔热环，风扇通过风扇固定架安装在散热管上，散热管内装有喉管和隔热环；散热管末端设有法兰，法兰与喷嘴连接。

2.根据权利要求1所述的带感应加热功能的FDM式3D打印机喷头结构，其特征在于：感应加热线圈上设有两根导线通过温控器与交流电源连接。

3.根据权利要求1所述的带感应加热功能的FDM式3D打印机喷头结构，其特征在于：所述的交流电源采用家庭用220V或工业用380V交流电压。

4.根据权利要求1所述的带感应加热功能的FDM式3D打印机喷头结构，其特征在于：所述的温度传感器采用K型热电偶式温度传感器，该温度传感器上设有两根导线与温控器连接。

5.根据权利要求1所述的带感应加热功能的FDM式3D打印机喷头结构，其特征在于：所述的导磁导电的合金喷嘴采用CrNi钢。

6.根据权利要求1所述的带感应加热功能的FDM式3D打印机喷头结构，其特征在于：所述的感应加热线圈表面设有强力压缩氧化镁对外进行绝缘。

7.根据权利要求1所述的带感应加热功能的FDM式3D打印机喷头结构，其特征在于：所述的散热管采用铝制材料，散热管壁上设有环形槽切口，散热管末端沿径向设有孔。

8.带感应加热功能的FDM式3D打印机丝材挤出喷头装置，其特征在于：结构包括挤出装置、动力源以及权利要求1至权利要求7带感应加热功能的FDM式3D打印机喷头结构的全部特征；所述的动力源为电机，所述挤出装置通过电机控制打印材料进入加热模块内；所述的挤出装置包括主动辊轮、从动辊轮、轴承、紧定螺钉、安装底座、安装顶座，主动辊轮依靠紧定螺钉固定在电机的主轴上，两个深沟球轴承支撑起从动辊轮，主动辊轮和从动辊轮同时在安装底座和安装顶座的圆孔里，并通过电机轴的扭矩将打印丝材挤压送至加热模块。

9.根据权利要求8所述的带感应加热功能的FDM式3D打印机丝材挤出喷头装置，其特征在于：所述的电机为步进电机。

10.根据权利要求8所述的带感应加热功能的FDM式3D打印机丝材挤出喷头装置，其特征在于：主动辊轮5为不锈钢材料，并且沿着轴向对称面径向钻有尖孔，从而形成一圈齿形与从动辊轮相配合。