CN210651818U - 一种3d打印耗材挤出成型快速冷却装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及3D打印耗材生产技术领域，具体涉及一种3D打印耗材挤出成型快速冷却装置，包括有支架、热风管路、射流喷头、冷风管路、热风机、冷风机和控制系统，热风管路、射流喷头和冷风管路均竖直固定安装在支架上，热风管路、射流喷头、冷风管路自上而下顺序连通并且密闭连接，热风管路的顶端位于挤出机的出料口，射流喷头的工作方向竖直向上设置，热风机的出风口与射流喷头内部的底端连通，冷风机的出风口与冷风管路内部的顶端连通，热风机和冷风机均与控制系统电连接；该装置可以对聚乳酸3D打印线材进行两段式冷却，并且冷却装置的工作区间长度可以调整。

Description

一种3D打印耗材挤出成型快速冷却装置

技术领域

本实用新型涉及3D打印耗材生产技术领域，具体涉及一种3D打印耗材挤出成型快速冷却装置。

背景技术

3D打印是一个新兴的材料成型技术，是材料成型技术中的一大创新和进步。其对耗材的需求和要求也促进了用于其耗材加工的挤出机的发展。塑料作为广泛的3D打印耗材，将对3D打印技术的发展和应用有巨大的推动作用。耗材挤出机是与3D打印机配套的装置，耗材首先在耗材挤出机内融化，融化后的耗材被挤出之后冷却形成丝状的耗材，丝状的耗材送至3D打印机内进行3D打印。挤出机冷却装置是为了保证塑料处于工艺要求的温度范围而设置的。具体说是为了排除螺杆旋转的剪切摩擦产生的多余热量，以避免温度过高使塑料分解、焦烧或定型困难，机筒冷却分为水冷与风冷两种，一般中小型挤塑机采用风冷比较合适，大型则多采用水冷，一般在出料管外侧也设有冷却装置，防止挤出机挤出的耗材黏着在出料管壁而造成出料慢、出料质量差的后果。

中国专利CN207509708U公开了一种3D打印耗材生产用挤出机的冷却装置，包括冷却水箱，冷却水箱顶部安装有冷风机，冷却水箱侧面连接有回流管和输水管，回流管连接有喷头，回流管安装有第一水阀，输水管安装有第二水阀，输水管连接有水泵，输水管连接有水管分流器，水管分流器连接有圆环冷却套，圆环冷却套底侧连接回流管，圆环冷却套两端安装有温度表，温度表底部连接有检测板，喷头将热水雾化，经冷风机的吹拂、搅拌装置搅拌后热蒸汽从散热孔冒出，能快速提供冷却水，耗材生产质量好，通过水管分流器使出料管或机筒散热均匀，出料更稳定，根据温度表的读数来时刻调节各水阀，使出料管或机筒时刻在最佳的温度内，保证了耗材的高质量出料。

该专利公开的冷却装置本质上是对出料管进行直接冷却，然后出料管对耗材进行间接冷却，不能完全满足现有的3D打印耗材的生产需要。

例如中国专利CN108705753A公开了一种聚乳酸3D打印线材的高精度生产方法，包括以下步骤：(1)烘干：烘干聚乳酸；(2)挤出：将烘干后的聚乳酸加入到单螺杆挤出机进行塑化挤出加工；(3)冷却：将经步骤(2)塑化挤出加工后的聚乳酸经过两段冷却，第一段冷却温度为50～53℃，第二段冷却温度为15～28℃，得到聚乳酸3D打印线材。

该专利公开的3D打印线材的生产方法需要对挤出后的线材进行恒温冷却，而不是对出料管进行冷却，所以需要一种能够对从出料管中挤出的线材进行快速恒温冷却的装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种3D打印耗材挤出成型快速冷却装置，该装置通过热风机和冷风机在管路内形成第一恒温区、变温区、第二恒温区对聚乳酸3D打印线材进行两段式冷却，并且在聚乳酸3D打印线材的挤出速度不变的前提下，其经过第一恒温区的时间可以调整。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

提供一种3D打印耗材挤出成型快速冷却装置，包括有支架、热风管路、射流喷头、冷风管路、热风机、冷风机和控制系统，热风管路、射流喷头和冷风管路均竖直固定安装在支架上，热风管路、射流喷头、冷风管路自上而下顺序连通并且密闭连接，热风管路的顶端位于挤出机的出料口，射流喷头的工作方向竖直向上设置，热风机的出风口与射流喷头内部的底端连通，冷风机的出风口与冷风管路内部的顶端连通，热风机和冷风机均与控制系统电连接。

作为一种3D打印耗材挤出成型快速冷却装置的一种优选方案，控制系统包括有工业电脑、第一温度传感器和第二温度传感器，第一温度传感器安装在热风管路的内部，第二温度传感器安装在冷风管路的内部，第一温度传感器、第二温度传感器、热风机和冷风机均与工业电脑电连接。

作为一种3D打印耗材挤出成型快速冷却装置的一种优选方案，还包括有集水机构，集水机构包括有集水板、出水管和储水桶，集水板设置在冷风管路内部的顶端，集水板为自冷风管路的内壁向内并且倾斜向上延伸的环状凸缘，出水管的一端贯穿冷风管路的外壁连通至集水板与冷风管路的内壁之间，出水管的另一端与储水桶的入水口连通。

作为一种3D打印耗材挤出成型快速冷却装置的一种优选方案，射流喷头包括有内喷管、外喷管和进气管，外喷管套设在内喷管的外侧，内喷管的底端与外喷管的底端密闭连接，进气管贯穿内喷管连通至内喷管和外喷管之间，内喷管与冷风管路密闭连接，外喷管与热风管路密闭连接，进气管和热风机的出风口连通，内喷管的顶端设置有向外扩张的喇叭口，外喷管的顶端设置有向内收缩的收束口，喇叭口和收束口的内壁之间留有狭缝。

作为一种3D打印耗材挤出成型快速冷却装置的一种优选方案，热风管路包括有固定管、活动管和直线轴承，固定管的底端与射流喷头的顶端密闭连接，活动管通过直线轴承可滑动地套设在固定管的外侧，活动管的内壁和固定管的外壁气密性连接。

作为一种3D打印耗材挤出成型快速冷却装置的一种优选方案，热风管路还包括有高度限制机构，高度限制机构包括有抵接在活动管顶端的法兰盘和可滑动地置入活动管内部的塞筒，法兰盘与活动管固定连接，塞筒内径与固定管顶端的内径相同。

本实用新型的有益效果：

热风机向射流喷头的内部输送热风，冷风机向冷风管路的内部输送冷风，射流喷头为基于文丘里效应的射流喷头，射流喷头向着热风管路的内部喷射热风，射流喷头向上喷射气流时由于射流喷头内部独特的结构产生文丘里效应，使得射流喷头与冷风管路的连接处产生负压，冷风机输送至冷风管路内部的冷气伴随着射流喷头向上喷射的热风一起向上流动，控制系统用于开闭和调整热风机、冷风机的工作功率，从而使得热风管路内部始终充斥着52℃左右的热风，而冷风管路内部始终充斥着18℃左右的热风，打印机耗材通过挤出机挤出后依次经过热风管路和冷风管路的两段冷却，从而得到聚乳酸3D打印线材。

1、该装置通过热风机和冷风机在管路内形成第一恒温区、变温区、第二恒温区对聚乳酸3D打印线材进行两段式冷却；

2、在聚乳酸3D打印线材的挤出速度不变的前提下，其经过第一恒温区的时间可以调整。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例所述的一种3D打印耗材挤出成型快速冷却装置的立体图；

图2是本实用新型实施例所述的一种3D打印耗材挤出成型快速冷却装置的正视图；

图3是本实用新型实施例所述的一种3D打印耗材挤出成型快速冷却装置的侧视图；

图4是图3的A-A方向剖视图；

图5是本实用新型实施例所述的一种3D打印耗材挤出成型快速冷却装置的热风管路、射流喷头、冷风管路的侧视图；

图6是图5的B-B方向剖视图；

图7是图6的C处局部放大图；

图中：

1、支架；

2、热风管路；2a、固定管；2b、活动管；2c、直线轴承；2d、密封圈；2e、高度限制机构；2e1、法兰盘；2e2、塞筒；

3、射流喷头；3a、内喷管；3a1、喇叭口；3b、外喷管；3b1、收束口；3c、进气管；

4、冷风管路；

5、热风机；

6、冷风机；

7、集水机构；7a、集水板；7b、出水管；7c、储水桶。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若出现术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“连接”等指示部件之间的连接关系，该术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个部件内部的连通或两个部件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

参照图1至图7所示的一种3D打印耗材挤出成型快速冷却装置，包括有支架1、热风管路2、射流喷头3、冷风管路4、热风机5、冷风机6和控制系统，热风管路2、射流喷头3和冷风管路4均竖直固定安装在支架1上，热风管路2、射流喷头3、冷风管路4自上而下顺序连通并且密闭连接，热风管路2的顶端位于挤出机的出料口，射流喷头3的工作方向竖直向上设置，热风机5的出风口与射流喷头3内部的底端连通，冷风机6的出风口与冷风管路4内部的顶端连通，热风机5和冷风机6均与控制系统电连接。

热风机5向射流喷头3的内部输送热风，冷风机6向冷风管路4的内部输送冷风，射流喷头3为基于文丘里效应的射流喷头，射流喷头3向着热风管路2的内部喷射热风，射流喷头3向上喷射气流时由于射流喷头3内部独特的结构产生文丘里效应，使得射流喷头3与冷风管路4的连接处产生负压，冷风机6输送至冷风管路4内部的冷气伴随着射流喷头3向上喷射的热风一起向上流动，控制系统用于开闭和调整热风机5、冷风机6的工作功率，从而使得热风管路2内部始终充斥着52℃左右的热风，而冷风管路4内部始终充斥着18℃左右的热风，打印机耗材通过挤出机挤出后依次经过热风管路2和冷风管路4的两段冷却，从而得到聚乳酸3D打印线材。

控制系统包括有工业电脑、第一温度传感器和第二温度传感器，第一温度传感器安装在热风管路2的内部，第二温度传感器安装在冷风管路4的内部，第一温度传感器、第二温度传感器、热风机5和冷风机6均与工业电脑电连接。

工业电脑分别通过第一、第二温度传感器监控热风管路2、冷风管路4内部的温度，第一、第二温度传感器均为PT100防水探头，工业电脑根据热风管路2、冷风管路4内部的温度发出信号给热风机5和冷风机6调整热风机5和冷风机6的输出气流速度与温度，从而调整热风管路2和冷风管路4内部的气流温度，进而确保聚乳酸3D打印线材的冷却温度。

还包括有集水机构7，集水机构7包括有集水板7a、出水管7b和储水桶7c，集水板7a设置在冷风管路4内部的顶端，集水板7a为自冷风管路4的内壁向内并且倾斜向上延伸的环状凸缘，出水管7b的一端贯穿冷风管路4的外壁连通至集水板7a与冷风管路4的内壁之间，出水管7b的另一端与储水桶7c的入水口连通。

热风机5吹出的热风和冷风机6吹出的冷风在射流喷头3的顶部交集形成位于热风管路2内部的暖风，热风和冷风交集时会产生水汽，水汽在热风管路2的管壁上凝结成水滴并且顺着热风管路2的管壁向下流动，水滴最终流入到集水板7a和冷风管路4内壁组合形成的环状积水槽中，积水顺着出水管7b流入到储水桶7c中收集，由于集水机构7不与外界大气连通，所以冷风管路4内部的冷气不会进入到集水机构7中。

射流喷头3包括有内喷管3a、外喷管3b和进气管3c，外喷管3b套设在内喷管3a的外侧，内喷管3a的底端与外喷管3b的底端密闭连接，进气管3c贯穿内喷管3a连通至内喷管3a和外喷管3b之间，内喷管3a与冷风管路4密闭连接，外喷管3b与热风管路2密闭连接，进气管3c和热风机5的出风口连通，内喷管3a的顶端设置有向外扩张的喇叭口3a1，外喷管3b的顶端设置有向内收缩的收束口3b1，喇叭口3a1和收束口3b1的内壁之间留有狭缝。

热风机5的出风口通过进气管3c向着内喷管3a和外喷管3b之间的环状空腔内部喷射热风，热风经过喇叭口3a1和收束口3b1之间的狭缝向上喷射而出，形成沿着收束口3b1的内壁向上喷射的环形气流，从而产生文丘里效应在内喷管3a内部形成负压，进而使得冷风管路4内部的冷气被内喷管3a内部的负压抽吸到内喷管3a内部，内喷管3a内部的冷气融合热风一起上升。

热风管路2包括有固定管2a、活动管2b和直线轴承2c，固定管2a的底端与射流喷头3的顶端密闭连接，活动管2b通过直线轴承2c可滑动地套设在固定管2a的外侧，活动管2b的内壁和固定管2a的外壁气密性连接。

直线轴承2c为铜套，活动管2b通过法兰和螺栓与直线轴承2c的外圈固定连接，直线轴承2c可滑动地套设在固定管2a的外壁，从而使得活动管2b可以上下调节高度，进而使得热风管路2的整体高度可以调节，固定管2a的顶端固定安装有抵接在活动管2b内壁上的密封圈2d，从而使得固定管2a和活动管2b气密性连接，固定管2a、活动管2b、直线轴承2c和密封圈2d共同组成一个长度可调的管路，进而使得聚乳酸3D打印线材通过热风管路2的时间可以调节，也就意味着工作人员可以通过调整热风管路2的高度调节聚乳酸3D打印线材在52℃的温度中加热的时间，固定管2a的顶部为向外膨出的喇叭口形状，固定管2a顶部的膨出一方面使得固定管2a和活动管2b之间留出了可供直线轴承2c安装的空间，另一方面直线轴承2c滑动到固定管2a顶部时即无法继续向上滑动，从而避免了活动管2b带动直线轴承2c从固定管2a上滑脱。

热风管路2还包括有高度限制机构2e，高度限制机构2e包括有抵接在活动管2b顶端的法兰盘2e1和可滑动地置入活动管2b内部的塞筒2e2，法兰盘2e1与活动管2b固定连接，塞筒2e2内径与固定管2a顶端的内径相同。

活动管2b通过法兰和螺栓与法兰盘2e1固定连接，无外力作用下高度限制机构2e的底端抵接在固定管2a的顶端，从而限制了活动管2b的最低高度，通过更换不同高度的高度限制机构2e即可调节活动管2b的最低高度，从而精确地调节热风管路2的整体高度。

本实用新型的工作原理：

热风机5向射流喷头3的内部输送热风，冷风机6向冷风管路4的内部输送冷风，射流喷头3为基于文丘里效应的射流喷头，射流喷头3向着热风管路2的内部喷射热风，射流喷头3向上喷射气流时由于射流喷头3内部独特的结构产生文丘里效应，使得射流喷头3与冷风管路4的连接处产生负压，冷风机6输送至冷风管路4内部的冷气伴随着射流喷头3向上喷射的热风一起向上流动，控制系统用于开闭和调整热风机5、冷风机6的工作功率，从而使得热风管路2内部始终充斥着52℃左右的热风，而冷风管路4内部始终充斥着18℃左右的热风，打印机耗材通过挤出机挤出后依次经过热风管路2和冷风管路4的两段冷却，从而得到聚乳酸3D打印线材。

需要声明的是，上述具体实施方式仅仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员应该明白，还可以对本实用新型做各种修改、等同替换、变化等等。但是，这些变换只要未背离本实用新型的精神，都应在本实用新型的保护范围之内。另外，本申请说明书和权利要求书所使用的一些术语并不是限制，仅仅是为了便于描述。

Claims (6)

1.一种3D打印耗材挤出成型快速冷却装置，其特征在于，包括有支架(1)、热风管路(2)、射流喷头(3)、冷风管路(4)、热风机(5)、冷风机(6)和控制系统，热风管路(2)、射流喷头(3)和冷风管路(4)均竖直固定安装在支架(1)上，热风管路(2)、射流喷头(3)、冷风管路(4)自上而下顺序连通并且密闭连接，热风管路(2)的顶端位于挤出机的出料口，射流喷头(3)的工作方向竖直向上设置，热风机(5)的出风口与射流喷头(3)内部的底端连通，冷风机(6)的出风口与冷风管路(4)内部的顶端连通，热风机(5)和冷风机(6)均与控制系统电连接。

2.根据权利要求1所述的一种3D打印耗材挤出成型快速冷却装置，其特征在于，控制系统包括有工业电脑、第一温度传感器和第二温度传感器，第一温度传感器安装在热风管路(2)的内部，第二温度传感器安装在冷风管路(4)的内部，第一温度传感器、第二温度传感器、热风机(5)和冷风机(6)均与工业电脑电连接。

3.根据权利要求1所述的一种3D打印耗材挤出成型快速冷却装置，其特征在于，还包括有集水机构(7)，集水机构(7)包括有集水板(7a)、出水管(7b)和储水桶(7c)，集水板(7a)设置在冷风管路(4)内部的顶端，集水板(7a)为自冷风管路(4)的内壁向内并且倾斜向上延伸的环状凸缘，出水管(7b)的一端贯穿冷风管路(4)的外壁连通至集水板(7a)与冷风管路(4)的内壁之间，出水管(7b)的另一端与储水桶(7c)的入水口连通。

4.根据权利要求1所述的一种3D打印耗材挤出成型快速冷却装置，其特征在于，射流喷头(3)包括有内喷管(3a)、外喷管(3b)和进气管(3c)，外喷管(3b)套设在内喷管(3a)的外侧，内喷管(3a)的底端与外喷管(3b)的底端密闭连接，进气管(3c)贯穿内喷管(3a)连通至内喷管(3a)和外喷管(3b)之间，内喷管(3a)与冷风管路(4)密闭连接，外喷管(3b)与热风管路(2)密闭连接，进气管(3c)和热风机(5)的出风口连通，内喷管(3a)的顶端设置有向外扩张的喇叭口(3a1)，外喷管(3b)的顶端设置有向内收缩的收束口(3b1)，喇叭口(3a1)和收束口(3b1)的内壁之间留有狭缝。

5.根据权利要求1所述的一种3D打印耗材挤出成型快速冷却装置，其特征在于，热风管路(2)包括有固定管(2a)、活动管(2b)和直线轴承(2c)，固定管(2a)的底端与射流喷头(3)的顶端密闭连接，活动管(2b)通过直线轴承(2c)可滑动地套设在固定管(2a)的外侧，活动管(2b)的内壁和固定管(2a)的外壁气密性连接。

6.根据权利要求5所述的一种3D打印耗材挤出成型快速冷却装置，其特征在于，热风管路(2)还包括有高度限制机构(2e)，高度限制机构(2e)包括有抵接在活动管(2b)顶端的法兰盘(2e1)和可滑动地置入活动管(2b)内部的塞筒(2e2)，法兰盘(2e1)与活动管(2b)固定连接，塞筒(2e2)内径与固定管(2a)顶端的内径相同。

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