CN207345084U - 一种3d打印机腔体热风循环加热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种3D打印机腔体热风循环加热装置，解决当前3D打印机腔体温度不高以及均匀性不理想的问题，其包括腔体、腔体隔热层、风道、风机、加热器、温度传感器；腔体的左右两侧分别设有进风口和出风口，两者正向相对；风道位于腔体的外侧，连接腔体左右两侧的进风口和出风口；加热器位于风道内部；腔体隔热层包裹于腔体及风道外侧；风机包含风机叶片和风机电机，风机叶片位于风道内，风机电机位于腔体隔热层外。本实用新型通过采用合理的空气循环回路，并对腔体进行充分保温，以及将风机电机安装在腔体隔热层外，用于实现3D打印所需的最佳腔体温度。

Description

一种3D打印机腔体热风循环加热装置

技术领域

本实用新型涉及一种3D打印机，具体涉及一种3D打印机腔体热风循环加热装置。

背景技术

3D打印技术是一种快速成形技术，它以数字三维模型文件为基础，将金属、塑料、光敏树脂等成型材料通过逐层打印的方式成型物体的技术，属于增材制造。其相对于传统的加工方式有成型速度快，无需模具，可以成型传统方式无法实现的复杂结构。目前这种方式已在教育、珠宝、医疗、工业设计等众多领域得到广泛应用。

目前基于熔融沉积成型（FDM：Fused Deposition Modeling）原理的3D打印机由于结构简单，适用材料种类丰富，设备及耗材成本低等优势，已成为普及率最高的一种3D打印机。但目前常见的FDM打印机大多采用开放式腔体结构，无法实现成型腔体保温，部分高端FDM打印机虽然具有封闭式的腔体结构以及腔体加热功能，但基本送风方式都为垂直送风，如申请号为201610618212.5的专利《一种具有加热保温性能的FDM3D打印机》，在腔体的左右两侧各安装一个风道，且风道均为进风口在下，出风口在上，此方式结构简单、易于实现，但其热风循环回路不利于热量均匀扩散，同时由于打印平台的阻隔，进一步限制了热风循环的效果，影响了腔体加热的均匀性及恒温效果。

又如申请号为201621416399.2的专利《一种恒温工业3D打印机内腔加热循环装置》所公开的一种技术方案，其与前者的最大区别只在于右侧风道的进风在上，出风口在下，虽然这种设计目的是为了实现水平循环送风，但在实际应用中，由于空气的自然对流使两侧会形成各自的垂直送风回路，特别是在腔体尺寸较大时，该现象会更为明显，因此在小尺寸腔体中，其热循环效果要优于前者，但在大尺寸腔体中，两者存在相同的问题；另外，该方案中将风机电机安装在腔体内部，且并未提及热防护相关内容，电机对极限环境温度的要求也限制了腔体能够加热的极限温度，而在此处使用昂贵的高耐热等级高温电机显然也不是优选方案；同时该方案中并未对腔体保温作要求，这也不利于加热到高温，以上几点缺陷导致该方案能够加热到的最高温度及温度均匀性均受到很大影响。

目前市面上普遍的FDM打印机的腔体温度极限都在100℃以下，个别产品腔体的最高温度也只能到120℃左右，且均匀性也不够理想，因此对于像PC、PA、PEI、PEEK等这类具有较高热变形温度的材料打印成功率低，易出现翘曲、开裂等问题，同时还导致成型模型的力学性能相较于注塑模型也有非常大的差距，特别是拉伸强度与冲击强度表现很差。上述缺陷很大程度上限制了FDM打印机在工业领域的应用。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种3D打印机腔体热风循环加热装置，以解决目前FDM打印机腔体温度不够高以及温度均匀性不理想的两大难题。

为了达到上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

一种3D打印机腔体热风循环加热装置，包括腔体、腔体隔热层、风道、风机、加热器以及温度传感器，所述腔体的左右两侧分别设有进风口和出风口，两者正向相对，以实现水平送风；所述风道位于腔体的外侧，连接腔体左右两侧的进风口和出风口；所述腔体隔热层包裹于腔体及风道外侧；所述风机包含风机叶片和风机电机，风机叶片位于风道内，风机电机位于腔体隔热层外。

优选的，所述进风口和出风口为多孔阵列结构，开孔可以是圆孔、方孔、槽孔等形式。

优选的，所述多孔阵列位于腔体侧壁的上侧。

优选的，所述多孔阵列的宽度至少为打印平台宽度的2/3；多孔阵列的高度至少为平台Z向行程的1/3。

优选的，所述加热器位于风道内部。

优选的，所述风机的类型为离心风机或横流风机。

优选的，所述温度传感器至少为两个，分别位于进风口和出风口处。

优选的，所述温度传感器为四个，分别位于进风口和出风口的上端及下端。

优选的，所述腔体隔热层厚度至少为5厘米。

优选的，所述腔体隔热层材料为硅酸铝纤维。

本实用新型与现有技术相比，通过采用水平送风方式，使得经风道加热后的热风横向穿过腔体，有效解决了垂直送风方式由于打印平台的阻隔导致热风无法充分沐浴腔体内空间的问题，并将风机的电机部分安装在保温层外，使得腔体加热温度不再受电机最高工作温度的限制，同时腔体通过包裹保温材料有效降低对外的热耗散，使得可以实现高达250℃以上的腔体温度，且有很好的温度均匀性。本实用新型有效地解决了目前FDM打印机腔体温度不够高以及温度均匀性不理想的两大问题，从而从根本上解决了目前FDM打印机打印质量不高的缺陷。

附图说明

图1为本实用新型的3D打印机腔体热风循环装置的平面结构示意图。

图2为本实用新型的3D打印机腔体热风循环装置的内部结构三维图。

图中：1.腔体，10.进风口，11.出风口，2.腔体隔热层，3.风道，4.风机，41.风机叶片，42.风机电机，5.加热器，6.温度传感器。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型的3D打印机腔体热风循环装置做进一步描述，以便于更清楚的理解本实用新型所要求保护的技术思想。

如图1和图2所示，一种3D打印机腔体热风循环装置，其包括腔体（1）、腔体隔热层（2）、风道（3）、风机（4）、加热器（5）、温度传感器（6）。所述腔体（1）的左右两侧设有多孔阵列结构的进风口（10）和出风口（11），两者正向相对，且位于腔体侧壁的上侧，本实施例中开孔形式为圆孔，多孔阵列的宽度为打印平台宽度的3/4，高度为平台Z向运动行程的1/2；所述风道（3）位于腔体外侧，连接进风口（10）和出风口（11）；所述腔体隔热层包裹于腔体（1）及风道（3）的外侧；所述风机（4）为离心风机，包括风机叶片（41）和风机电机（42），其中风机叶片（41）位于风道内，风机电机（42）安装于腔体隔热层（2）外，以确保电机可以长时间可靠工作；所述加热器（5）安装于风道（3）内；所述温度传感器（6）共有4个，分别安装于进风口（10）以及出风口（11）的上下两端。本实施例中使用硅酸铝纤维保温材料作为腔体隔热层，这种材料具有耐高温，且导热系数极低等优点，且腔体隔热层最薄处厚度也达到5厘米，以此最大程度降低腔体的热耗散功率。

本实施例的工作原理如下：

所述风机（4）启动后在风道（3）内产生压差，推动风道（3）内产生持续的气流，腔体内的空气首先被从腔体侧壁的进风口（10）吸入到风道内，经过加热器（5）加热后，再由出风口（11）回流到腔体（1）内。腔体内的空气从出风口（11）均匀地横穿过腔体，再回流入进风口（10），以此实现腔体的均匀加热。由于FDM打印机的沉积成型区位于腔体空间的上侧，因此进风口和出风口也设置于腔体侧壁的上端，以确保沉积成型区域的温度均匀性为整个腔体中最佳，以保证打印高热变形温度的塑料材料时可以有很好的打印效果。

本实施例中，共安装4个温度传感器（6），分别位于进风口（10）和出风口（11）的上端以及下端，使用四个传感器的目的在于通过采样四个点的温度数据可以分析确定腔体内温度以及温度的均匀性，以此作为调整风机转速与加热器功率的依据。

从以上的描述可以看出，本实用新型通过将腔体送风方式设计为水平送风，解决目前常见的垂直送风热风循环不充分而导致腔体温度不均匀的问题，并通过将风机电机安装于腔体保温层外侧，以及在腔体及风道外包裹充分的保温材料，使得腔体能够加热到250℃以上的高温，以此解决当前FDM打印机的腔体加热的两大问题。最高250℃以上的腔体温度可以适应几乎所有常见的通用工程塑料及特种工程塑料的成型需求，具有很好的工业应用前景。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种3D打印机腔体热风循环加热装置，其特征在于，包括腔体（1）、腔体隔热层（2）、风道（3）、风机（4）、加热器（5）以及温度传感器（6）；所述腔体的左右两侧分别设有进风口（10）和出风口（11），两者正向相对；所述风道（3）位于腔体（1）的外侧，连接腔体（1）左右两侧的进风口（10）和出风口（11）；所述腔体隔热层（2）包裹于腔体（1）及风道（3）外侧；所述风机（4）包含风机叶片（41）和风机电机（42），风机叶片（41）位于风道内，风机电机（42）位于腔体隔热层（2）外。

2.如权利要求1所述的一种3D打印机腔体热风循环加热装置，其特征在于，所述进风口（10）和出风口（11）为多孔阵列结构。

3.如权利要求2所述的一种3D打印机腔体热风循环加热装置，其特征在于，所述多孔阵列位于腔体侧壁的上侧。

4.如权利要求3所述的一种3D打印机腔体热风循环加热装置，其特征在于，所述多孔阵列的宽度至少为打印平台宽度的2/3；多孔阵列的高度至少为平台Z向运动行程的1/3。

5.如权利要求1所述的一种3D打印机腔体热风循环加热装置，其特征在于，所述加热器（5）位于风道（3）内部。

6.如权利要求1所述的一种3D打印机腔体热风循环加热装置，其特征在于，所述风机（4）的类型为离心风机或横流风机。

7.如权利要求1所述的一种3D打印机腔体热风循环加热装置，其特征在于，所述温度传感器（6）至少为两个，分别位于进风口和出风口处。

8.如权利要求7所述的一种3D打印机腔体热风循环加热装置，其特征在于，所述温度传感器（6）为四个，分别位于进风口和出风口的上端及下端。

9.如权利要求1所述的一种3D打印机腔体热风循环加热装置，其特征在于，所述腔体隔热层厚度至少为5厘米。

10.如权利要求9所述的一种3D打印机腔体热风循环加热装置，其特征在于，所述腔体隔热层材料为硅酸铝纤维。