CN210234014U - 电子制冷热管式3d打印恒温装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种电子制冷热管式3D打印恒温装置，旨在解决3D打印装置使用中温度不稳定时易出现的拉丝等问题。该装置主要包括温度传感器、热管换热器、电子制冷片及其控制系统、散热器和保温外壳，温度传感器用于检测3D打印装置箱体内部环境温度的变化，环境温度过高时触发电子制冷片及其控制系统，使热管换热器中的制冷剂以液态形式流至3D打印装置箱体内底部，3D打印装置箱体内部高温环境使液态制冷剂蒸发吸热，降低3D打印装置箱体内部温度，进而解决出丝不畅的问题。

Description

电子制冷热管式3D打印恒温装置

技术领域

本实用新型涉及一种3D打印装置恒温系统，具体涉及一种电子制冷热管式3D打印恒温装置，属于塑料加工技术领域。

背景技术

近年来，《国家增材制造产业发展推进计划》和《中国制造2025》相继出台，我国在提出促进制造产业转型升级和提质增效的同时，强调了利用以3D打印技术为代表的先进制造技术给传统制造业注入新活力的重要性，以期快速推进和强化以先进制造技术为核心的产品制造行业的综合竞争力。

3D打印是快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工(AEC)、汽车、航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。

但是，传统的3D打印装置在使用过程中存在一些弊端，比如传统的3D打印装置的原料一般在打印机内部进行融化，形成流体状态下的原料，融化后的原料需要一直保持流体状态才能够进行使用。传统的3D打印装置在打印过程中，若打印装置内部温度太高，喷嘴中的塑料会变的非常粘稠，从而不容易从喷嘴中流出来，易于在打印件表面形成拉丝现象，进而影响打印质量。

为了解决上述问题，技术人员为此进行了一系列的研究，例如中国实用新型专利(CN201721084843.X)公开了一种恒温型3D打印装置，但其采用水冷，管路装置都较为复杂，本实用新型装置采用热管式换热器进行降温，结构装置简单，且结合电子制冷技术与热管换热技术，能达到很好的换热效果。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种电子制冷热管式3D打印恒温装置，用于对3D打印装置进行降温处理，以解决现有3D打印装置运行中出丝不畅的问题。

3D打印熔塑过程中温度不稳定时易出现拉丝等问题，导致拉丝问题的因素是3D打印装置内部温度的变化，温度太高，打印装置喷嘴中的塑料会变的非常粘稠，从而不容易从喷嘴中流出来。针对上述问题，本实用新型开展3D打印熔塑过程中恒温装置的研发，拟建立一个恒温的环境，以保证打印过程能够顺利的不断累积完成制造操作，进而从下至上的制造出每层薄片并叠加为三维的实体零件。

本实用新型为实现上述技术目的所采取的技术方案是：

一种电子制冷热管式3D打印恒温装置，用于具有3D打印装置喷头的3D打印装置内部的温度调节，该恒温装置包括温度传感器、热管换热器、电子制冷片及其控制系统、散热器、保温外壳和散热孔；所述温度传感器与热管换热器设置于所述3D打印装置的箱体内部、且与所述电子制冷片及其控制系统相连；所述电子制冷片及其控制系统布置在所述3D打印装置的箱体的顶部，所述电子制冷片及其控制系统的上方设有散热器，所述保温外壳顶部对应所述散热器设置所述散热孔；所述热管换热器的一端与所述电子制冷片及其控制系统相连、另一端延伸至所述3D打印装置箱体内的底部；所述保温外壳包罩在所述3D打印装置的箱体外，所述散热器处于所述箱体和所述保温外壳之间。

本实用新型的电子制冷热管式3D打印恒温装置，温度传感器用于检测3D打印装置箱体内温度的变化，当3D打印装置喷头温度过高时，启动电子制冷片及其控制系统，使热管换热器中的制冷剂以液态形式流至3D打印装置底部附近，3D打印装置箱体内的较高温环境使液态制冷剂蒸发吸热，从而降低3D打印装置箱体内的温度，进而降低3D打印装置喷头处的温度，以解决出丝不畅的问题。

进一步的，所述的温度传感器布置在3D打印装置喷头附近，且所述温度传感器被配置对所述3D打印装置箱体内部的环境温度进行检测、以于检测温度过高时触发电子制冷片及其控制系统中的电子制冷片进行制冷。

3D打印装置箱体内温度的变化主要是由3D打印装置喷头温度的变化引起的，将温度传感器设置在3D打印装置喷头附近，可提高温度响应的及时性。

进一步的，所述热管换热器为左右对称布置在所述电子制冷片及其控制系统两侧的两个。

进一步的，所述热管换热器贴靠所述3D打印装置箱体的内壁而向所述3D打印装置箱体内的底部延伸。

进一步的，所述保温外壳为六面体结构，且所述保温外壳的正面为由透明玻璃钢制成的活动门，所述散热孔位于所述保温外壳的顶部中心，所述保温外壳的其它侧面由保温材料及固定所述保温材料的型材组成。

在温度传感器检测3D打印装置箱体内温度的变化时，为避免3D打印装置受外部环境温度的影响，以利于使3D打印装置内部处于恒温状态，在所述3D打印装置外部添加保温外壳，可达到减小外部环境温度影响的效果。

与现有技术相比，本实用新型的优点就在于:

1、本实用新型在3D打印装置内的打印喷头附近设置温度传感器，温度传感器与电子制冷片及其控制系统相连接，当检测到的温度过高时，可触发电子制冷片进行制冷，能够实现对打印装置内温度的调节；

2、采用电子制冷片对热管内的制冷剂进行冷却，可及时产生液态制冷剂进行换热，能够提高换热效率；

3、采用热管换热器进行换热，热管通过在全封闭真空管壳内工质的蒸发与凝结来传递热量，以热管为传热元件的换热器具有传热效率高、结构紧凑、流体阻损小、有利于控制露点腐蚀等优点；

4、3D打印装置外设置保温外壳，可减小装置外部环境对温度传感器检测的影响，且有利于使3D打印装置处于恒温状态。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是本实用新型的恒温装置的构成原理图；

图2是本实用新型具体实施例中3D打印恒温装置的布置示意图；

图3是本实用新型具体实施例中热管换热器的安装示意图；

图4是本实用新型具体实施例中散热器的结构示意图；

附图标记说明：

1-保温外壳；2-电子制冷片及其控制系统；3-热管换热器；4-温度传感器；5-3D打印装置喷头；6-3D打印装置；7-箱体；8-散热器；9-散热孔。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

本实施例涉及一种电子制冷热管式3D打印恒温装置，其用于具有3D打印装置喷头的3D打印装置，以对3D打印装置内的温度进行调节，而使其保持在一个较为稳定的温度范围内。如图1～图4所示，本实施例的电子制冷热管式3D打印恒温装置主要包括温度传感器4、热管换热器3、电子制冷片及其控制系统2、散热器8、保温外壳1和散热孔9。

其中，包含有3D打印装置喷头5的3D打印装置6的主体都设置在3D打印装置6的箱体7中，3D打印装置喷头5大致布置在3D打印装置6的中间位置，且3D打印装置6的结构参见现有的3D打印机即可。温度传感器4与热管换热器3也设置在箱体7内，同时温度传感器4布置在3D打印装置喷头5的附近，且温度传感器4和热管换热器3也均与电子制冷片及其控制系统2相连接。

电子制冷片及其控制系统2布置在3D打印装置6的箱体7的顶部，电子制冷片及其控制系统2的上方设置所述散热器8，热管换热器3的一端接在电子制冷片及其控制系统2上，其另一端向箱体7的底部延伸而延展至3D打印装置6内的底部，保温外壳1包罩布置在3D打印装置6的箱体7外，散热器8处于箱体7和保温外壳1之间，保温外壳1顶部对应于散热器8设置所述的散热孔9，以用于排出散热器8产生的热量。

本实施例所述的热管换热器3成左右对称布置在电子制冷片及其控制系统2两侧，且左右各布置14根热管换热器3，且该热管换热器3采用市购的现有成熟产品便可。热管换热器3由3D打印装置6的顶部出发，一直延展至3D打印装置6左右两侧的底部附近，以对3D打印装置箱体内部环境进行降温。同时，热管换热器3在向底部延展时，也为贴靠3D打印装置6的箱体7的内壁设置，以达到换热效果的同时又节省空间。

本实施例的电子制冷片及其控制系统2主要由电子制冷片和用于控制该电子制冷片工作的控制系统两部分组成。电子制冷片在现有技术中一般也称为半导体制冷片或热电制冷片，其同样采用市购的成熟产品便可，且其工作原理是由直流电源提供电子流所需的能量，通上电源后，电子从负极(-)出发，首先经过P型半导体，于此吸收热量，到了N型半导体，又将热量放出，每经过一个NP模块，就有热量从一边被送到另外一边造成温差而形成冷热端。冷端用来对箱体7内环境进行降温，热端散发出的热量用散热器8排出。

控制系统的功能主要是根据温度传感器4检测的温度信号，以判断是否启动电子制冷片工作，其采用市购的现有的单片机等成熟控制模块部件即可，且控制系统的工作逻辑为在温度传感器4输入的温度检测信号大于控制系统内预存的高温阈值时，控制系统便使电子制冷片启动，而在温度检测信号低于预存的低温阈值时，则可控制电子制冷片停止，高温阈值和低温阈值间的差值根据需要设定即可，以避免频繁启动电子制冷片。

温度传感器4用于检测3D打印装置6的箱体7内部环境的温度变化，该温度传感器4采用现有的热电偶温度传感器便可。当3D打印装置6内环境温度过高时，3D打印装置喷头5产生出丝不畅现象，此时温度传感器4检测到该高温，并将检测信号输送至电子制冷片及其控制系统2的控制系统，由此通过控制系统可触发电子制冷片进行制冷，使热管换热器3中的制冷剂以液态形式流至3D打印装置6内的底部附近，3D打印装置6的箱体7内部的高温环境使液态制冷剂蒸发吸热，从而降低3D打印装置6的箱体7内部环境的温度，进而解决出丝不畅的问题。

本实施例的恒温装置的具体工作原理为：3D打印装置6在工作过程中，因3D打印装置喷头5的热量扩散致使周围环境温度过高时，温度传感器4检测3D打印装置6的箱体7内部环境的温度变化，利用温度传感器4检测到该高温便需要对箱体7内进行降温。此时温度传感器4的检测信号会触发电子制冷片及其控制系统2，电子制冷片的冷端使得热管换热器3中的制冷剂以液态形式流至3D打印装置6的底部附近，3D打印装置6的箱体7内部的高温环境使液态制冷剂蒸发吸热，由此即可对箱体7内进行降温，维持3D打印装置6的箱体7内部环境温度保持不变，进而可解决3D打印装置喷头5出丝不畅的问题，电子制冷片的热端散发出的热量用散热器8排出，散热器8产生的热量则通过散热孔9排出。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种电子制冷热管式3D打印恒温装置，用于具有3D打印装置喷头(5)的3D打印装置(6)内部的温度调节，该恒温装置包括温度传感器(4)、热管换热器(3)、电子制冷片及其控制系统(2)、散热器(8)、保温外壳(1)和散热孔(9)，其特征在于：所述温度传感器(4)与热管换热器(3)设置于所述3D打印装置(6)的箱体(7)内部、且与所述电子制冷片及其控制系统(2)相连；所述电子制冷片及其控制系统(2)布置在所述3D打印装置(6)的箱体(7)的顶部，所述电子制冷片及其控制系统(2)的上方设有所述散热器(8)，所述保温外壳(1)顶部对应于所述散热器(8)设置所述散热孔(9)；所述热管换热器(3)的一端与所述电子制冷片及其控制系统(2)相连、另一端延伸至所述3D打印装置(6)的箱体(7)内的底部；所述保温外壳(1)包罩在所述3D打印装置(6)的箱体(7)外，所述散热器(8)处于所述箱体(7)和所述保温外壳(1)之间。

2.根据权利要求1所述的电子制冷热管式3D打印恒温装置，其特征在于：所述的温度传感器(4)布置在3D打印装置喷头(5)附近，且所述温度传感器(4)被配置对所述3D打印装置(6)的箱体(7)内部的环境温度进行检测、以于检测温度过高时触发电子制冷片及其控制系统(2)中的电子制冷片进行制冷。

3.根据权利要求1所述的电子制冷热管式3D打印恒温装置，其特征在于：所述热管换热器(3)为左右对称布置在所述电子制冷片及其控制系统(2)两侧的两个。

4.根据权利要求3所述的电子制冷热管式3D打印恒温装置，其特征在于：所述热管换热器(3)贴靠所述3D打印装置(6)的箱体(7)的内壁而向所述3D打印装置(6)的箱体(7)内的底部延伸。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的电子制冷热管式3D打印恒温装置，其特征在于：所述保温外壳(1)为六面体结构，且所述保温外壳(1)的正面为由透明玻璃钢制成的活动门，所述散热孔位于所述保温外壳(1)的顶部中心，所述保温外壳(1)的其它侧面由保温材料及固定所述保温材料的型材组成。

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