CN208855054U - 一种3d打印机喷头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种3D打印机喷头，包括基板、散热块、风冷系统以及至少一个熔融出丝组件，散热块安装在基板的下方，熔融出丝组件的上部与基板连接，中部与散热块连接，风冷系统包括涡轮风扇、涡轮风扇导风板、角度调整板、轴流风扇和轴流风扇导风板，轴流风扇位于熔融出丝组件的前方，上端通过角度调整板安装在基板上，下端与轴流风扇导风板连接，涡轮风扇位于熔融出丝组件的后方，上端与基板连接，下端与涡轮风扇导风板连接。本实用新型通过散热块对熔融出丝组件进行冷却，通过风冷系统加速热量的传递，可有效避免丝料过早软化，从而能够减少喷头的送丝阻力，降低喷头堵塞的风险。

Description

一种3D打印机喷头

技术领域

本实用新型涉及3D打印技术领域，具体涉及一种3D打印机喷头。

背景技术

3D打印技术是快速成型技术的一种，它以数字模型文件为基础，按照程序将成型材料逐层堆叠的方式来构造物体的技术。熔融沉积成型技术(FDM技术)是目前运用较多的一种3D打印技术，它利用高温将热塑性材料融化成熔融态，通过打印头挤出后固化，最后在三维空间上堆叠形成立体实物。

作为3D打印成型核心部件之一的打印喷头，其性能和可靠性对3D打印的效果至关重要，一款设计精良的打印喷头，不仅可以提高样件打印的表面质量和成型精度，而且能极大提高打印机的稳定性及生产效益。

然而目前很多熔融沉积成型3D打印机在打印过程中容易出现出丝不畅、喷头堵塞等问题，究其原因大都是因为喷头结构设计不合理、喷头散热端的散热不良导致丝料过早软化，使得喷头的送丝阻力过大最终导致喷头出丝不正常。

实用新型内容

针对上述现有技术的不足，本实用新型提供一种3D打印机喷头，可有效缩短丝状在打印喷头内的高弹态长度，减少送丝阻力，提高样件打印的表面质量和成型精度。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：

一种3D打印机喷头，包括基板、散热块、风冷系统以及至少一个熔融出丝组件，散热块安装在基板的下方，熔融出丝组件的上部与基板连接，中部与散热块连接，风冷系统包括涡轮风扇、涡轮风扇导风板、角度调整板、轴流风扇和轴流风扇导风板，轴流风扇位于熔融出丝组件的前方，上端通过角度调整板安装在基板上，下端与轴流风扇导风板连接，涡轮风扇位于熔融出丝组件的后方，上端与基板连接，下端与涡轮风扇导风板连接。

通过散热块对熔融出丝组件进行冷却，通过涡轮风扇和离心风扇构成半循环式的风冷方式，可以大大提高散热块和熔融出丝组件的冷却效率，可有效避免丝料过早软化，从而能够降低喷头的送丝阻力，提高打印效率。

作为本实用新型的一种改进，所述的熔融出丝组件包括喉管、喷嘴、储热块、加热棒、隔热件和接头，隔热件上端与基板连接，下端伸入散热块中与喉管上端连接，喉管下端与储热块连接，喷嘴安装在储热块下方，加热棒安装在储热块内，接头安装在隔热件上端面，隔热件和接头为管状中空结构，接头、隔热件、喉管和喷嘴依次同轴连通，构成丝料流通通道。

喉管只有下方的一段接触储热块，再通过散热块与隔热件连接，可以有效防止储热块的热量通过喉管向上传递，从而可以缩小丝料在丝料流通通道内的高弹态长度，加强丝料的活塞作用，降低送丝阻力。

进一步地，所述的喷嘴上端设有与喉管下端相匹配的内孔，当喷嘴从下往上螺接在储热块上时，喷嘴内孔的底面与喉管的下端面紧密贴合。这样，既保证了连接的紧密性，防止熔融丝材的泄漏；同时由于喉管外径与喷嘴内孔是柱形嵌套配合，降低了装配的要求，提高了喉管与喷嘴的同轴度。

进一步地，为了精准控制丝料熔融温度，在储热块内安装有温度传感器。

进一步地，所述的喉管靠近储热块上端面的一段设有外径突变缩小的收缩段。这种设计可以减少储热块的热量传导到收缩段上方的喉管中，使加热棒的热量尽可能多的保持在储热块和喷嘴，加大丝料流通通道的温度阶梯，进一步降低丝料的高弹态长度。

进一步地，所述的隔热件采用聚四氟乙烯或聚醚醚酮制成。具有耐高温、高稳定性、高润滑的特点，可以减少丝料经过时受到的摩擦阻力及弹性变形量。

进一步地，所述的散热块上部设有规则排列的长薄鳍片。长薄鳍片的结构能够增加散热表面积，有利于风冷系统的循环散热，提高冷却效率。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

1、通过散热块对熔融出丝组件中的喉管和隔热件进行散热，可以有效防止储热块的热量通过喉管向上传递，尽量缩短丝料在进入储热块前的软化长度，降低喷头堵塞的风险。

2、散热块采用底部具有一定厚度、上部为长薄鳍片的结构，既增大与喉管上端部的接触面积，利于喉管上端部热量的快速传导，同时也增加喉管与散热块连接的牢固性，上部的长薄鳍片的结构还能够增加散热表面积，有利于风冷系统的循环散热，提高冷却效率。

3、接头、隔热件、喉管和喷嘴的结合部均采用嵌套连接结构，提高了中心料孔的同轴度，降低了熔融状丝料溢料的风险。

4、设计轴流风扇吹风、涡轮风扇抽风的双风扇结构，有效加快散热片的对流散热效果，减少散热块热量的聚集。

5、通过轴流风扇导风板引流出部分风束流经储热块与散热块之间，减少热端热辐射对散热端的影响。

6、通过涡轮风扇导风板将风吹向喷嘴下方打印好的模型表面，加快挤出后熔融状丝材的冷却速度，提高模型的打印精度和表面质量。

附图说明

图1为3D打印机喷头的轴测图；

图2为3D打印机喷头的正剖视图(隐藏风冷系统)；

图3为熔融出丝组件的熔融器的剖视图；

图4为喉管与散热块固定方式剖视图；

图5为散热块的结构示意图；

图6为风冷系统的风冷示意图；

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1至图4所示，一种3D打印机喷头，包括基板1、连接柱2、散热块3、风冷系统4、两个左右对称安装的熔融出丝组件5。基板1是整个打印喷头的安装板，所有零部件都直接或间接的安装在上面；散热块3通过均匀设置的若干连接柱2固定在基板1下方，熔融出丝组件5分别与基板1及散热块3固定连接，风冷系统4安装在基板1的前后两端，风口分别对准散热块3和熔融出丝组件5的相应部位，形成对熔融出丝组件5的高效散热。

熔融出丝组件5包括喉管501、喷嘴502、储热块503、温度传感器504、加热棒505、隔热件506和接头507。其中喉管501、喷嘴502、储热块503、温度传感器504和加热棒505统称为熔融器。喉管501的下端插入储热块503的配合孔内并用螺钉拧紧固定在储热块503上，上端滑配穿过散热块3上的配合孔后调节到恰当位置后拧紧螺钉固定在散热块3上(详见图4)，喉管501在连接储热块503同时，其上端部的热量能快速引导到散热块3表面散发掉，缩短了丝料在喉管501内的软化长度。为了保证熔融器对丝料的熔融效率，减少热量向喉管501上端部的传递，在满足连接强度的条件下，将喉管501位于储热块503上端面的一段设计成薄壁结构，即形成外径突变缩小的收缩段L。喷嘴502从下往上螺接进储热块503配合孔内，并使其内台阶面与喉管501下端面紧密贴合，可保证与喉管501连接的紧密性，防止熔融丝料的泄漏；同时由于喉管501外径与喷嘴502内孔是柱形嵌套配合，降低了装配的要求，提高了喉管501与喷嘴502内孔的同轴度。加热棒505与温度传感器504从侧面安装固定在储热块503内；为了提高加热棒505的加热效率、延长使用寿命，加热棒505设计固定在靠近熔融道位置，且加热段与储热块503完全接触，提高储热块503对丝料的熔融效果。隔热件506和接头507为管状中空结构，隔热件506下端套入喉管501中并与喉管501顶端面贴合，上端螺接固定到基板1上后将接头507螺接拧紧在其上端面。安装完成后，接头507、隔热件506、喉管501和喷嘴502的中心孔在同一轴线上，构成构成丝料流通通道。为减少喉管501顶端部温度对丝料的影响，隔热件506采用耐高温、高稳定性、高润滑的高性能工程塑料加工而成，减少丝料经过时受到的摩擦阻力及弹性变形量，例如聚四氟乙烯、聚醚醚酮树脂等均是很好的选择。

如图5所示，散热块3既要满足对喉管501的良好导热，其本身又要满足能够快速将热量散发出去。为此，散热块3设计成底部具有一定厚度、上部为长薄鳍片301的结构；底部具有一定厚度，能够增大与喉管501上端部的接触面积，利于喉管501上端部热量的快速传导到散热块3上，同时也能增加喉管501与散热块3连接的牢固性；上部设计成长薄鳍片301的结构能够增加散热表面积，有利于风冷系统4的循环散热，提高冷却效率。

如图1和图6所示，风冷系统4主要是由涡轮风扇401、涡轮风扇导风板402、角度调整板403、轴流风扇404和轴流风扇导风板405组成的一个半循环式的风冷装置。轴流风扇404布置在熔融出丝组件5的前方，通过角度调整板403固定在基板1前端面，轴流风扇导风板405为朝向熔融出丝组件5的L型板结构，安装在轴流风扇404底部，改变角度调整板403的折角大小可以调节轴流风扇导风板405出风方向；轴流风扇404吹出来的冷风一部分顺着散热块3的长薄鳍片301方向流动，另一部分经轴流风扇导风板405对着喉管501收缩段L进行强制冷却，尽量缩短丝料在进入储热块503前的软化长度，降低喷头堵塞的风险。涡轮风扇401布置在熔融出丝组件5的后方，通过涡轮风扇401上端固定孔安装连接在基板1后端面，涡轮风扇导风板402安装在涡轮风扇401底部，其进风口与涡轮风扇401底部的出风口连通，涡轮风扇401的吸风口正对贴紧散热块3，以达到最快加大散热块3热量散发的效果；涡轮风扇导风板402的出风口则正对着喷嘴502下方，轴流风扇404吹出来的冷风经过散热块3后进入到涡轮风扇401，再由涡轮风扇导风板402吹向喷嘴502下方打印好的模型表面，加快挤出后熔融状丝材的冷却速度，提高模型的打印精度和表面质量。风冷系统4设计成轴流风扇404吹风、涡轮风扇401抽风的双风扇结构，可明显加快散热块3的对流散热效果，减少散热端热量的聚集；轴流风扇导风板405引流出的风束流经储热块503与散热块3之间，可减少高温端热辐射对散热端的影响。

本实用新型的3D打印机喷头工作时，丝料经过接头507、隔热件506、喉管501并在储热块503内熔融后经由喷嘴502挤出，风冷系统4对散热块3和喉管501收缩段L进行强制冷却，防止了丝料在打印机喷头进料端的过早软化，降低喷头堵塞的风险，提高了打印机喷头的可靠性。

需要理解的是，本实施例中的术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型的实施方式和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的实施方式的限制。

上述实施例只是为了说明本实用新型的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡是根据本实用新型内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1.一种3D打印机喷头，其特征在于：包括基板(1)、散热块(3)、风冷系统(4)以及至少一个熔融出丝组件(5)，散热块(3)安装在基板(1)的下方，熔融出丝组件(5)的上部与基板(1)连接，中部与散热块(3)连接，风冷系统(4)包括涡轮风扇(401)、涡轮风扇导风板(402)、角度调整板(403)、轴流风扇(404)和轴流风扇导风板(405)，轴流风扇(404)位于熔融出丝组件(5)的前方，上端通过角度调整板(403)安装在基板(1)上，下端与轴流风扇导风板(405)连接，涡轮风扇(401)位于熔融出丝组件(5)的后方，上端与基板(1)连接，下端与涡轮风扇导风板(402)连接。

2.根据权利要求1所述的3D打印机喷头，其特征在于：所述的熔融出丝组件(5)包括喉管(501)、喷嘴(502)、储热块(503)、加热棒(505)、隔热件(506)和接头(507)，隔热件(506)上端与基板(1)连接，下端伸入散热块(3)中与喉管(501)上端连接，喉管(501)下端与储热块(503)连接，喷嘴(502)安装在储热块(503)下方，加热棒(505)安装在储热块(503)内，接头(507)安装在隔热件(506)上端面，隔热件(506)和接头(507)为管状中空结构，接头(507)、隔热件(506)、喉管(501)和喷嘴(502)依次同轴连通，构成丝料流通通道。

3.根据权利要求2所述的3D打印机喷头，其特征在于：所述的喷嘴(502)上端设有与喉管(501)下端相匹配的内孔，当喷嘴(502)从下往上螺接在储热块(503)上时，喷嘴(502)内孔的底面与喉管(501)的下端面紧密贴合。

4.根据权利要求2所述的3D打印机喷头，其特征在于：所述的熔融出丝组件(5)还包括安装在储热块(503)内的温度传感器(504)。

5.根据权利要求2所述的3D打印机喷头，其特征在于：所述的喉管(501)靠近储热块(503)上端面的一段设有外径突变缩小的收缩段(L)。

6.根据权利要求2所述的3D打印机喷头，其特征在于：所述的隔热件(506)采用聚四氟乙烯或聚醚醚酮制成。

7.根据权利要求1所述的3D打印机喷头，其特征在于：所述的散热块(3)上部设有规则排列的长薄鳍片(301)。