CN206598542U - 一种耐高温fdm打印头结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种耐高温FDM打印头结构,包括导料管、温控结构和喷头;导料管采用空心直管结构,温控结构采用空心圆台结构,喷头采用空心锥台结构,温控结构的两端分别与导料管和喷头固定连接,温控结构内部分别设有用于降温的气冷通道和用于升温的加热圈。本实用新型通过设置螺旋形的加热圈,提供了稳定的环向加热环境,克服了传统打印头熔池加热效率较低的难题;通过设置螺旋形的气冷通道,实现了对打印头的快速冷却,弥补了传统的打印头冷却效率较低的缺陷;通过气冷通道和加热圈的配合,形成了稳定的温度场,解决了传统打印头加热均匀性较差的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种耐高温FDM打印头结构,尤其适用于高熔点材料的高效稳定打印,属于3D打印技术领域。
背景技术
FDM成形工艺打印头是FDM成形设备的关键组件,用来实现打印材料熔池氛围的稳定控制。它是一个集打印喷头、隔热管、加热块、导料管等零部件为一体的功能组件,实现FDM打印材料稳定性挤出成形。
目前FDM打印头加热模块多采用局部安装加热棒的方式加热。该方法存在以下问题:
一是加热过程缓慢,当材料需要300℃以上高温融化时,局部加热的方式效率过低,预热时间较长。目前市场上使用的FDM打印头多数是针对ABS和PLA设计的,加热温度最高达230℃左右,对于高性能材料PEEK而言,其融化温度需要达到350℃,局部加热的模式效率太低。
二是传统的打印头一般采用风冷的方式,该方式对于高性能材料而言,冷却效率较低,高温情况下容易造成导料管过热,使材料输送受阻,无法正常将材料输送到熔池中。
三是熔池加热过程不够均匀,在熔池较大的情况下,容易造成温度场不均,对于有结晶温度要求苛刻的材料来说,局部温度过低会降低材料性能,降低熔池材料流动性,甚至堵塞打印头,局部温度过高反而会引起材料过烧,同时加大了导热管温度控制的难度。
实用新型内容
本实用新型解决的技术问题是:克服现有技术的不足,本实用新型提供了一种耐高温FDM打印头结构,通过设置螺旋形的加热圈,提供了稳定的环向加热环境,克服了传统打印头熔池加热效率较低的难题;通过设置螺旋形的气冷通道,实现了对打印头的快速冷却,弥补了传统的打印头冷却效率较低的缺陷;通过气冷通道和加热圈的配合,形成了稳定的温度场,解决了传统打印头加热均匀性较差的问题。
本实用新型的技术解决方案是:
一种耐高温FDM打印头结构,包括导料管、温控结构和喷头;导料管采用空心直管结构,温控结构采用空心圆台结构,喷头采用空心锥台结构,温控结构的两端分别与导料管和喷头固定连接,温控结构内部分别设有用于降温的气冷通道和用于升温的加热圈。
在上述的一种耐高温FDM打印头结构中,所述温控结构由降温段、隔温段和升温段组成,降温段位于温控结构的小直径端,并与导料管固定连接,升温段位于温控结构的大直径端,并与喷头固定连接,隔温段位于降温段和升温段之间,用于隔绝温度传递。
在上述的一种耐高温FDM打印头结构中,所述降温段上设有螺旋形的气冷通道,气冷通道围绕的轴线与温控结构的轴线的夹角范围是7~11°,气冷通道的直径不小于降温段壁厚的五分之二,气冷通道的圈数不少于四圈。
在上述的一种耐高温FDM打印头结构中,所述隔温段的长度不小于温控结构整体长度的六分之一。
在上述的一种耐高温FDM打印头结构中,所述升温段上设有螺旋形的加热圈,加热圈的直径不小于升温段壁厚的70%,加热圈覆盖整个升温段。
在上述的一种耐高温FDM打印头结构中,所述导料管内部设有用于输送丝材的通孔,通孔的直径范围是丝材的1.05~1.06%。
在上述的一种耐高温FDM打印头结构中,所述温控结构内部设有用于储存待熔融丝材的锥孔,锥孔与温控结构同轴,锥孔与温控结构的锥度偏差不大于5°,锥孔的小直径端与所述通孔连通,锥孔的大直径端与喷头连通,锥孔大直径端的直径不大于所述隔温段壁厚的三分之一。
在上述的一种耐高温FDM打印头结构中,所述喷头内部设有用于熔融丝材并输送熔融状态介质的台阶孔,台阶孔的阶数不少于三阶,台阶孔的大直径端与所述锥孔连通,台阶孔的小直径端与喷头的小直径端连通。
在上述的一种耐高温FDM打印头结构中,所述降温段和升温段上分别设有用于配合导料管和喷头的螺孔。
在上述的一种耐高温FDM打印头结构中,所述导料管的材料采用钛合金,温控结构的材料采用铝合金,喷头的材料采用黄铜。
本实用新型与现有技术相比的有益效果是:
【1】本实用新型通过设置螺旋形的加热圈,优化了打印头的整体结构,相比普通加热棒,加热效率更高,熔池温度更加均匀,防止局部材料温度过高,更容易实现熔池温度场的精确控制。
【2】本实用新型相比于传统的风冷模式,冷却效率更高,对于真空环境或具有恒温要求的环境,适应性更强,对于存在空间介质干扰的情况,也具备较好的抗干扰能力。
【3】本实用新型通过设置螺旋形的气冷通道,一方面能够高效冷却熔池上部分温控模块的温度,防止热量向上传递;另一方面冷却气体能够通过管路将热量带走,能够实现封闭区域内温度相对稳定,更加利用具有结晶温度要求的材料打印成形。
【4】本实用新型整体结构紧凑,集成度高,功能结构实现了一体化的设计要求,适用于多种工作环境,且具有较长的使用寿命,在复杂工况下依然能够良好运转,具有通用性强、适用范围广的特点。
【5】本实用新型的导料管、温控结构和喷头拆装灵活,而且便于维修和更换,大幅降低了生产成本,在工艺流程也得到了相应的简化,具有广阔的市场应用前景。
附图说明
图1为本实用新型的结构图
图2为本实用新型的剖视图
图3为导料管的剖视图
图4为温控结构的剖视图
图5为喷头的剖视图
其中:1导料管;2温控结构;201降温段;202隔温段;203升温段;3喷头;4气冷通道;5加热圈;
具体实施方式
为使本实用新型的方案更加明了,下面结合附图说明和具体实施例对本实用新型作进一步描述:
如图1~2所示,一种耐高温FDM打印头结构,包括导料管1、温控结构2和喷头3;导料管1采用空心直管结构,温控结构2采用空心圆台结构,喷头3采用空心锥台结构,温控结构2的两端分别与导料管1和喷头3固定连接,温控结构2内部分别设有用于降温的气冷通道4和用于升温的加热圈5。
优选的,温控结构2由降温段201、隔温段202和升温段203组成,因为温控结构2采用空心圆台结构,所以温控结构2两端的直径不同,降温段201位于温控结构2的小直径端,并与导料管1固定连接,升温段203位于温控结构2的大直径端,并与喷头3固定连接,隔温段202位于降温段201和升温段203之间,用于隔绝温度传递。
优选的,降温段201上设有螺旋形的气冷通道4,气冷通道4围绕的轴线与温控结构2的轴线的夹角范围是9°,气冷通道4的直径设为降温段201壁厚的五分之二,气冷通道4的圈数设为四圈。
优选的,隔温段202的长度设为温控结构2整体长度的六分之一。
优选的,升温段203上设有螺旋形的加热圈5,加热圈5的直径设为升温段203壁厚的70%,加热圈5覆盖整个升温段203。
如图3所示,导料管1内部设有用于输送丝材的通孔,通孔的直径范围是丝材的1.055%。
如图4所示,温控结构2内部设有用于储存待熔融丝材的锥孔,锥孔与温控结构2同轴,锥孔的小直径端与所述通孔连通,锥孔的大直径端与喷头3连通,锥孔大直径端的直径不大于所述隔温段202壁厚的三分之一。
如图5所示,喷头3内部设有用于熔融丝材并输送熔融状态介质的台阶孔,台阶孔的阶数设为三阶,台阶孔的大直径端与所述锥孔连通,台阶孔的小直径端与喷头3的小直径端连通,台阶孔的孔径比设为1:4:6,喷头3外部攻有用于配合温控结构2的螺纹。
优选的,降温段201和升温段203上分别设有用于配合导料管1和喷头3的螺孔,螺纹选型设为M6,降温段201与导料管1之间采用间隙配合,升温段203与喷头3之间采用间隙配合。
优选的,导料管1的材料采用钛合金,温控结构2的材料采用铝合金,喷头3的材料采用黄铜。
本实用新型的工作原理是:
当丝材通过导料管1进入温控结构2的锥孔进行预热处理,随后,丝材通过喷头3的台阶孔进行熔融处理,最后,熔融状态介质由喷嘴3的台阶孔流出,即可进行打印成形工作,整个工作过程中,气冷通道4和加热圈5始终处于工作状态,气冷通道4和加热圈5分别对温控结构2的降温段201和升温段203进行精确的温控处理。
本实用新型说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知技术。
Claims (10)
1.一种耐高温FDM打印头结构,其特征在于:包括导料管(1)、温控结构(2)和喷头(3);导料管(1)采用空心直管结构,温控结构(2)采用空心圆台结构,喷头(3)采用空心锥台结构,温控结构(2)的两端分别与导料管(1)和喷头(3)固定连接,温控结构(2)内部分别设有用于降温的气冷通道(4)和用于升温的加热圈(5)。
2.根据权利要求1所述的一种耐高温FDM打印头结构,其特征在于:所述温控结构(2)由降温段(201)、隔温段(202)和升温段(203)组成,降温段(201)位于温控结构(2)的小直径端,并与导料管(1)固定连接,升温段(203)位于温控结构(2)的大直径端,并与喷头(3)固定连接,隔温段(202)位于降温段(201)和升温段(203)之间,用于隔绝温度传递。
3.根据权利要求2所述的一种耐高温FDM打印头结构,其特征在于:所述降温段(201)上设有螺旋形的气冷通道(4),气冷通道(4)围绕的轴线与温控结构(2)的轴线的夹角范围是7~11°,气冷通道(4)的直径不小于降温段(201)壁厚的五分之二,气冷通道(4)的圈数不少于四圈。
4.根据权利要求2所述的一种耐高温FDM打印头结构,其特征在于:所述隔温段(202)的长度不小于温控结构(2)整体长度的六分之一。
5.根据权利要求2所述的一种耐高温FDM打印头结构,其特征在于:所述升温段(203)上设有螺旋形的加热圈(5),加热圈(5)的直径不小于升温段(203)壁厚的70%,加热圈(5)覆盖整个升温段(203)。
6.根据权利要求2所述的一种耐高温FDM打印头结构,其特征在于:所述导料管(1)内部设有用于输送丝材的通孔,通孔的直径范围是丝材的1.05~1.06%。
7.根据权利要求6所述的一种耐高温FDM打印头结构,其特征在于:所述温控结构(2)内部设有用于储存待熔融丝材的锥孔,锥孔与温控结构(2)同轴,锥孔与温控结构(2)的锥度偏差不大于5°,锥孔的小直径端与所述通孔连通,锥孔的大直径端与喷头(3)连通,锥孔大直径端的直径不大于所述隔温段(202)壁厚的三分之一。
8.根据权利要求7所述的一种耐高温FDM打印头结构,其特征在于:所述喷头(3)内部设有用于熔融丝材并输送熔融状态介质的台阶孔,台阶孔的阶数不少于三阶,台阶孔的大直径端与所述锥孔连通,台阶孔的小直径端与喷头(3)的小直径端连通。
9.根据权利要求2所述的一种耐高温FDM打印头结构,其特征在于:所述降温段(201)和升温段(203)上分别设有用于配合导料管(1)和喷头(3)的螺孔。
10.根据权利要求2所述的一种耐高温FDM打印头结构,其特征在于:所述导料管(1)的材料采用钛合金,温控结构(2)的材料采用铝合金,喷头(3)的材料采用黄铜。
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