CN211662628U - 一种3d打印挤出机喷头 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及3D打印设备领域，尤其是涉及一种3D打印挤出机喷头，包括PLC控制系统、铜料管、加热组件、进料口、出料口、设于铜料管内的活动板和固设于铜料管顶端的封盖板；活动板上部设有密封圈，活动板的外侧与铜料管的内壁贴合且可沿铜料管内壁滑动；加热组件包括环形电加热板和加热套管环形电加热板加热将热量传递给铜料管，进而使3D打印材料熔化；活动板和封盖板在铜料管内形成空腔，活动板在高压空气的作用下推动3D打印材料从出料口挤出，抽气泵通过封盖板上的排气孔和气流管道从空腔内抽出空气形成负压，3D打印材料从进料口倒吸入铜料管内本实用新型提供的3D打印挤出机喷头使3D打印材料受热均匀，出液均匀，同时出料口堵塞的概率低。

Description

一种3D打印挤出机喷头

技术领域

本实用新型涉及3D打印设备领域，尤其是涉及一种3D打印挤出机喷头。

背景技术

3D打印技术(3D printing)，即快速成形技术的一种，它是一种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。过去其常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，现正逐渐用于一些产品的直接制造，特别是一些高价值应用(例如青铜制品、髋关节或牙齿，或一些飞机零部件)已经有使用这种技术打印而成的零部件。

3D打印机是利用高温加热将材料熔化成液态，通过打印机头挤出后固化，最后在立体空间上排列形成立体实物。一般待加热材料呈丝状或粉末状，通过打印挤出机喷头的管状引导部件引导入加热部件中进行加热，但往往会由于加热部件中加热温度不均匀，导致丝料或粉料熔化不均匀，出现块状，影响效果，甚至造成挤出机喷头堵塞，致使喷涂不均匀。

现有技术中已公布本专利CN106493349A提供了一种FDM3D打印机，打印头具有腔室、螺杆和进料口，3D打印材料在腔室内加热后，通过螺杆的旋转作用带动3D打印材料由打印出料口不断挤出，从而3D打印材料喷涂在打印平台上形成初步固化物体。但依赖螺杆挤出3D打印材料，需要控制推动螺杆的作用力和螺杆旋转速度才能保证3D打印材料的出液均匀，控制难度大，3D打印材料挤出丝易出现凹凸不平、宽度不一致的现象，无法保证挤出机喷头均匀地挤出3D打印材料，容易造成挤出机喷头堵塞。

现有技术中CN109676746A提供一种基于机械臂的3D打印装置，通过涡流管输出的气体可作用于料筒内各个部位，使各部位的陶泥受力均匀，稳定挤出陶泥，陶泥为粘结的固体，气流冲击后变得更加紧实，但是金属粉末受到气流冲击时，料筒内金属粉末易由喷嘴方向反冲至料筒顶部，不利于金属粉末的熔化，不利于金属粉末的出料。

发明内容

本实用新型提供一种3D打印挤出机喷头，改进挤出机的进料方式和出料方式，使3D打印材料均匀地挤出3D打印材料。

本实用新型提供的3D打印挤出机喷头，包括PLC控制系统、铜料管、加热组件、出料口和进料口、设于所述铜料管内的活动板和固设于所述铜料管顶端的封盖板，所述封盖板与所述活动板间形成空腔；

所述活动板上部设有密封圈，所述活动板的外侧与所述铜料管的内壁贴合，所述活动板可沿所述铜料管内壁滑动；

所述封盖板的下端设有测距传感器，且所述封盖板上设有进气孔和排气孔，所述进气孔和所述排气孔通过气流管道分别连通空气压缩机和抽气泵；

所述铜料管内壁上设有限位板，所述限位板位于所述加热组件和所述进料口之间；

所述进料口设于所述铜料管底部，所述进料口上设有阀门；

所述出料口上设有单向阀；

所述压缩机、所述抽气泵和所述测距传感器分别与所述PLC控制系统电连接。

上述方案中，所述空气压缩机通过向所述空腔内充入高压空气，对所述活动板施加向下的作用力，推动所述活动板向下位移即所述活动板朝向所述出料口的方向移动，3D打印材料在所述活动板的挤压下，由所述出料口排出。由于所述活动板贴合内壁设置，即所述活动板与所述铜料管形状相适应，使得所述铜料管内的3D打印材料受力均匀，出料均匀流畅。

所述出料口处的单向阀保证3D打印材料只能由所述出料口排出，而不能由所述出料口进入所述铜料管内，防止倒吸。

所述抽气泵将所述空腔内的空气抽出，使所述空腔内形成负压，所述活动板向上位移即所述活动板朝向所述封盖板方向移动，使所述活动板下方的3D打印材料存储区形成负压，3D打印材料利用负压由所述进料口倒吸入所述铜料管内。

所述测距传感器用于测定所述封盖板与所述活动板间的距离，并将距离信息反馈给所述PLC控制系统。

本装置的工作过程为：初始状态下，所述活动板与所述封盖板接触，所述测距传感器监测到的距离数据达到最小设定值，所述铜料管内3D打印材料存量最多；所述PLC控制系统接收该信息，需要打印时，所述PLC控制系统发出命令，打开所述空气压缩机和所述出料口上的单向阀，通过所述空气压缩机充入高压气体推动所述活动板向下运动，测距传感器检测的距离数据不断增大，3D打印材料由所述出料口不断挤出；当所述活动板与所述限位板接触时，所述测距传感器监测到的距离数据达到最大设定值，即需要向所述铜料管内补充3D打印材料，所述PLC控制系统接收测距传感器监测的位置信息，发出命令，关闭所述空气压缩机，打开所述进料口上的阀门和所述抽气泵，3D打印材料由所述进料口充入，直到所述活动板与所述封盖板接触，所述测距传感器监测到的距离数据达到最小设定值，并将结果反馈给所述PLC控制系统，所述PLC控制系统发出命令，关闭所述阀门和所述抽气泵，同时打开所述空气压缩机，开始排料。

当3D打印挤出机喷头的出料口发生堵塞时，可以通过增大充入高压空气的气压，向所述活动板施加足够大的作用力，所述铜料管内的3D打印材料受到的推力也增大，进而使所述出料口位置的3D打印材料排出所述出料口，降低所述出料口堵塞的概率。

优选地，所述密封圈为金属密封圈。

采用上述方案，3D打印挤出机喷头打印金属打印材料时，需要对金属打印材料进行加热，所述铜料管内下方温度过高，采用金属密封圈具有耐高温、密封性好的特点，以防所述活动板受热后漏气导致高压空气充入时物料从所述出料口位置向上反冲。

进一步优选地，所述加热组件包括套设于所述铜料管下端的环形电加热板和加热套管，所述环形电加热板设于所述加热套管内部。

采用上述方案，环形电加热板对接触到的所述铜料管进行整体加热，保证所述铜料管受热均匀，进而使所述铜料管内部的3D打印材料受热均匀，溶解地更好，有利于排料。

进一步优选地，与所述环形电加热板接触设置有温度传感器。

通过上述方案，所述温度传感器的探头监测所述环形电加热板的温度变化，以防所述环形电加热板温度过高，致使所述铜料管整体的温度过高，影响所述3D打印挤出机喷头正常工作。

进一步优选地，围绕所述加热套管外周设有保温层。

通过上述方案，所述保温层采用耐高温保温材料，通过保温层降低所述加热套管与外部环境间的热传递效率，减小所述环形电加热板因所述加热套管与外部环境间的热传递引起的温度变化。

进一步优选地，还包括散热组件，所述散热组件包括水冷套筒和导液管，所述水冷套筒套设于所述铜料管上端；

所述水冷套筒内部为储水空腔，所述水冷套筒上设有贯穿所述水冷套筒侧壁的进液口和出液口，所述储水空腔通过所述进液口和所述出液口连通所述导液管。

所述散热组件采用水冷散热的方式，所述储水空腔通过所述进液口和所述出液口连通所述导液管，通过向所述导液管中通入水流，使水流在所述储水空腔内形成水流通路，进而通过所述水冷套筒内的水吸收热量，对所述铜料管上半部分进行散热。因所述铜料管温度过高时，3D打印挤出机喷头其他组件的温度也同时也持续升高，温度过高会影响其他组件的正常运转，急需对3D打印挤出机喷头其他组件进行散热，即对所述铜料管上端的其余组件进行散热，以免影响其他组件的正常运转。

进一步优选地，所述加热套管顶端设有空心的环形隔热板，所述环形隔热板套设于所述铜料管上，所述环形隔热板位于所述水冷套筒底端。

所述隔热板一方面为所述水冷套筒提供支撑，另一方面，降低所述加热套对3D打印挤出机喷头上端其他组件热传递的效率，避免其他组件吸收热量后，温度升高发生融毁。

工作流程：

3D打印挤出机喷头开始工作，所述测距传感器监测所述活动板与所述封盖板间的距离数据，根据所述测距传感器监测的距离数据接近最大设定值或最小设定值，进而确定3D打印挤出机喷头进料或出料。

当所述测距传感器监测的距离数据接近最小设定值，所述3D打印挤出机喷头进行出料，关闭所述阀门和所述抽气泵，打开所述单向阀和所述空气压缩机，所述空气压缩机向所述空腔内充入高压气体，3D打印材料由所述出料口挤出，根据所述测距传感器监测的距离数据变化判断出料量，直至所述测距传感器监测的距离数据达到设定最大设定值时，关闭所述空气压缩机，然后打开所述阀门和所述抽气泵，3D打印挤出机喷头开始进料。

当所述测距传感器监测的距离数据接近最大设定值，所述3D打印挤出机喷头进料，关闭所述空气压缩机，打开所述阀门和所述抽气泵，3D打印材料利用负压倒吸入所述铜料管内，根据所述测距传感器监测的距离数据变化判断所述铜料管内进料量，直至达到最小设定值时，关闭所述阀门和所述抽气泵，然后打开所述空气压缩机，3D打印挤出机喷头开始排料。

上述过程中，所述加热组件和所述散热组件同时开始工作，具体是：

所述环形电加热板开始加热，所述环形电加热板将热量传递给所述铜料管，所述铜料管温度升高，进而所述铜料管内的3D打印材料熔化；

所述水冷套管内充入水，水通过所述进液口和所述进液管进入所述储水空腔，吸收所述铜料管上半部分侧壁传递的热量，降低所述铜料管上端组件进行散热。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型提供的出液均匀的3D打印挤出机喷头，利用活动板与铜料管顶端设有固定连接的封盖板之间的空腔，通过充入高压气体来控制挤出机喷头出液，依靠充入高压气体的气压大小和气流速度调整3D打印挤出机喷头的出液速度，使3D打印挤出机喷头的出液效果更好，更加均匀，降低出料口堵塞的概率，同时3D打印材料利用负压由进料口倒吸入铜料管内，方便快捷。

(2)本实用新型提供的出液均匀的3D打印挤出机喷头，利用加热套管内部的环形电加热板，使铜料管受热均匀，进而使铜料管内部的3D打印材料受热均匀，溶解地更好，有利于3D打印挤出机喷头出液，进一步降低出料口堵塞的概率。

(3)本实用新型提供的出液均匀的3D打印挤出机喷头，利用水冷套筒对铜料管上端进行散热，有效降低铜料管上端的组件因温度过高而发生溶解烧毁的可能性。

附图说明

图1为实施例1中3D打印挤出机喷头的结构示意图；

图2为实施例1中活动板下滑抵接至限位板的结构示意图；

图3为实施例2中3D打印挤出机喷头中加热组件的结构示意图；

图中：1、铜料管；2.1、环形电加热板；2.2、加热套管；2.3、温度传感器；3、进料口；3.1、阀门；4、出料口；5、活动板；6、封盖板；6.1、测距传感器；7.1、进气孔；7.2排气孔；8、气流管道；9、空气压缩机；10、抽气泵；11、水冷套筒；11.1、储水空腔；11.2、进液口；11.3、出液口；12、导液管；13、保温层；14、空腔；15、隔热板；16、限位板；17、单向阀。

具体实施方式

下面结合实施例和说明书附图进一步说明本实用新型的技术方案。

实施例1

本实用新型提供的出液均匀的3D打印挤出机喷头，包括PLC控制系统、铜料管1、加热组件2、进料口3和出料口4，还包括设于铜料管1内的活动板5和固设于铜料管1顶端的封盖板6，封盖板6与活动板5间形成空腔14，见图1；

活动板5上部设有金属密封圈，活动板5的外侧与铜料管1的内壁贴合，活动板5沿铜料管1内壁滑动；当所述活动板5下滑抵接至限位板16时，所述金属密封圈位于所述散热组件处，参见图2；

封盖板6下端设有测距传感器6.1，封盖板6上设有进气孔7.1和排气孔7.2，进气孔7.1和排气孔7.2分别通过气流管道8连通空气压缩机9和抽气泵11；

铜料管1内壁上设有限位板16，限位板16位于加热组件和进料口3之间；

进料口3设于铜料管1底部，进料口3上设有阀门3.1；

出料口4上设有单向阀17；

压缩机9、抽气泵10和测距传感器6.1分别与PLC控制系统电连接。

本实施例中，封盖板6与铜料管1无缝连接；

单向阀17为自动止回阀，由3D打印材料排出时产生的推力控制单向阀17的开启和关闭，防止3D打印材料倒吸进入铜料管1内；铜料管1为柱状，出料口4位于铜料管1底端；出料口4的喷嘴依据3D打印要求的效果选择。

空气压缩机9通过向空腔14内充入高压空气，对活动板5施加向下的作用力，推动活动板5向下移动，3D打印材料在活动板5的挤压下，由出料口4排出。活动板5贴合内壁设置，与铜料管1形状相适应，使得铜料管1内的3D打印材料受力均匀，出料均匀流畅。此外，利用抽气泵10将空腔14内的空气抽出，使空腔14内形成负压，活动板5向上移动，进而在活动板5下方内的3D打印材料存储区形成负压，3D打印材料通过进料口3倒吸入铜料管1内。

加热组件2包括套设于铜料管1下端的环形电加热板2.1和加热套管2.2，环形电加热板2.1设于加热套管2.2内部，加热套管2.2紧密连接铜料管1侧壁；

加热套管2.2上设有温度传感器2.3，温度传感器2.3的探头贯穿加热套管2.2侧壁，温度传感器2.3的探头与环形电加热板2.1接触设置。

本实用新型提供的3D打印挤出机喷头还包括散热组件，散热组件包括水冷套筒11和导液管12，水冷套筒11套设在铜料管1上端，水冷套筒11侧壁与铜料管1侧壁紧密接触；

水冷套筒11内部为储水空腔11.1，水冷套筒11上设有贯穿水冷套筒11侧壁的进液口11.2和出液口11.3，储水空腔11.1通过进液口11.2和出液口11.3连通导液管12。

本实施例中，进液口11.2设于储水空腔11.1底部，出液口11.3位于储水空腔11.1顶部，导液管12连通外部水管，水流由导液管12流入进液口11.2，水流由下至上，从出液口11.3和导液管12溢流出储水空腔11.1形成水流通路，从而对铜料管1上端的其余组件进行散热。

作为本实施例的优选方案，加热套管2.2上方设有空心的环形隔热板15，环形隔热板15套设于铜料管1上；环形隔热板15位于水冷套筒11底端。

实施例2

与实施例1的区别在于，围绕加热套管2.2外周设有保温层13，保温层13采用耐高温保温材料，见图2。

其余组件与实施例1一致。

通过上述方案，保温层13降低加热套管2.2与外部环境间的热传递效率，减小环形电加热板2.1因加热套管2.2与外部环境的热传递导致引起的温度变化。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种3D打印挤出机喷头，包括PLC控制系统、铜料管(1)、加热组件、进料口(3)和出料口(4)，其特征在于，还包括设于所述铜料管(1)内的活动板(5)和固设于所述铜料管(1)顶端的封盖板(6)，所述封盖板(6)与所述活动板(5)间形成空腔(14)；

所述活动板(5)上部设有密封圈，所述活动板(5)外侧与所述铜料管(1)内壁贴合，所述活动板可沿所述铜料管(1)内壁滑动；

所述封盖板(6)的下端设有测距传感器(6.1)，且所述封盖板(6)上设有进气孔(7.1)和排气孔(7.2)，所述进气孔(7.1)和所述排气孔(7.2)通过气流管道(8)分别连通空气压缩机(9)和抽气泵(10)；

所述铜料管(1)内壁上设有限位板(16)，所述限位板(16)位于所述加热组件和所述进料口(3)之间；

所述进料口(3)设于所述铜料管(1)底部，所述进料口(3)上设有阀门(3.1)；

所述出料口(4)上设有单向阀(17)；

所述压缩机(9)、所述抽气泵(10)和所述测距传感器(6.1)分别与所述PLC控制系统电连接。

2.根据权利要求1所述3D打印挤出机喷头，其特征在于，所述密封圈为金属密封圈。

3.根据权利要求1所述3D打印挤出机喷头，其特征在于，所述加热组件包括套设于所述铜料管(1)下端的环形电加热板(2.1)和加热套管(2.2)，所述环形电加热板(2.1)设于所述加热套管(2.2)内部。

4.根据权利要求3所述3D打印挤出机喷头，其特征在于，与所述环形电加热板(2.1)接触设置有温度传感器(2.3)。

5.根据权利要求3所述3D打印挤出机喷头，其特征在于，围绕所述加热套管(2.2)外周设有保温层(13)。

6.根据权利要求3所述3D打印挤出机喷头，其特征在于，还包括散热组件，所述散热组件包括水冷套筒(11)和导液管(12)，所述水冷套筒(11)套设于所述铜料管(1)上端；

所述水冷套筒(11)内部为储水空腔(11.1)，所述水冷套筒(11)上设有贯穿所述水冷套筒(11)侧壁的进液口(11.2)和出液口(11.3)，所述储水空腔(11.1)通过所述进液口(11.2)和所述出液口(11.3)连通所述导液管(12)。

7.根据权利要求6所述3D打印挤出机喷头，其特征在于，所述加热套管(2.2)上方设有空心的环形隔热板(15)，所述环形隔热板(15)套设于所述铜料管(1)上，所述环形隔热板(15)位于所述水冷套筒(11)底端。

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