CN213500860U - 发热组件及3d打印机加热头 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种发热组件及3D打印机加热头，所述发热组件包括柱状发热芯、弹性导热外壳和电极引出线，所述柱状发热芯包括在通电时发热的电阻浆料层，且所述电阻浆料层与所述电极引出线电性连接，并通过所述电极引出线连接外部电源；所述弹性导热外壳包裹在所述柱状发热芯外侧，所述柱状发热芯与弹性导热外壳之间填充有导热介质，且所述电阻浆料层分别与所述导热介质、弹性导热外壳相互绝缘。本实用新型由柱状发热芯的电阻浆料层通电发热，并通过电阻浆料在高温度时电阻明显增大的特性，实现变功率控制，从而精确控制3D打印机加热头的温度和节能环保。

Description

发热组件及3D打印机加热头

技术领域

本实用新型涉及发热装置领域，更具体地说，涉及一种发热组件及3D打印机加热头。

背景技术

3D打印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。目前，3D打印技术已广泛应用于珠宝、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、枪支等领域。

采用FDM熔融堆积技术的3D打印机通过将材料加热到特定温度，使其具备可塑性，再根据待打印的模型进行塑形，得到最终成品。然而，现有采用FDM熔融堆积技术的3D打印机中，通常使用金属绕丝式发热棒对加热头进行加热，即利用金属丝通电发热的方式实现加热。

然而，由于金属丝的电阻比较稳定，无法实现变功率控制，从而无法准确进行温度控制，例如在3D打印机加热头的温度达到工作温度时，在功率不变的情况下往往很难使其保持该温度不变。另外，在3D打印机加热头中，受体积限制，金属丝加热方式中所采用的金属丝的直径很小，加工工艺复杂，个体公差较大，成本较高。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对上述3D打印机加热头中金属丝加热的控制精度较低、生产成本较高的问题，提供一种发热组件及3D打印机加热头。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案是，提供一种发热组件，应用于3D打印机加热头，所述发热组件包括柱状发热芯、弹性导热外壳和电极引出线，所述柱状发热芯包括在通电时发热的电阻浆料层，且所述电阻浆料层与所述电极引出线电性连接，并通过所述电极引出线连接外部电源；所述弹性导热外壳包裹在所述柱状发热芯外侧，所述柱状发热芯与弹性导热外壳之间填充有导热介质，且所述电阻浆料层分别与所述导热介质、弹性导热外壳相互绝缘。

优选地，所述柱状发热芯包括分别由陶瓷材料构成的柱状基体和管状套筒，所述管状套筒包裹在所述柱状基体外，所述电阻浆料层位于所述柱状基体和管状套筒之间，且所述电阻浆料层通过所述管状套筒分别与所述导热介质、弹性导热外壳相互绝缘。

优选地，所述柱状发热芯由管状套筒的生坯及插装于所述管状套筒的生坯内且外表面涂装有所述电阻浆料层的柱状基体的生坯高温烧结形成。

优选地，所述柱状发热芯的长度小于所述弹性导热外壳的长度，且在弹性导热外壳的尾端装设有绝缘套管；

所述电阻浆料层在所述柱状发热芯的尾端形成电极，所述电极引出线焊接在所述电极上，且所述电极引出线穿过所述绝缘套管后引出到所述弹性导热外壳外，并通过所述绝缘套管与所述弹性导热外壳绝缘。

优选地，所述弹性导热外壳的尾部形成有固定构件，并通过所述固定构件将所述电极引出线夹紧固定。

优选地，所述弹性导热外壳由金属材料制成，所述发热组件包括两根所述电极引出线；

所述弹性导热外壳在尾端处向首端沿轴向剪切预设距离形成轴向切口，同时在所述轴向切口的最内侧分别向两侧周向剪切预设角度，并将剪切形成的板材卷压夹紧所述电极引出线形成所述固定构件。

本实用新型实施例还提供一种3D打印机加热头，包括金属块、喷嘴及如上所述的发热组件，所述金属块上具有第一装配孔和第二装配孔；所述喷嘴装配到所述第一装配孔，所述发热组件以所述弹性导热外壳插入所述第二装配孔的方式装配到所述金属块，且所述金属块通过所述发热组件将进入所述喷嘴的打印材料加热熔融。

优选地，所述第一装配孔和所述第二装配孔分别为通孔，且所述第一装配孔的中心轴与所述第二装配孔的中心轴相垂直。

优选地，所述3D打印机加热头还包括温度传感装置，且所述温度传感装置的测头呈柱状；所述金属块上具有第三装配孔，所述温度传感装置的测头以过盈方式装配到所述第三装配孔内。

优选地，所述弹性导热外壳上具有突出于外周的倒扣，所述金属块上具有倒扣孔，且所述倒扣孔延伸到所述第二装配孔的内壁。

本实用新型的发热组件及3D打印机加热头具有以下有益效果：由柱状发热芯的电阻浆料层通电发热，并通过电阻浆料在高温度时电阻明显增大的特性，实现变功率控制，从而精确控制3D打印机加热头的温度和节能环保。本实用新型实施例的发热组件还具有工艺简单、利于标准化生产、成本相对较低的特点。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的发热组件的示意图；

图2是本实用新型实施例提供的发热组件的分解结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的3D打印机加热头的示意图；

图4是本实用新型实施例提供的3D打印机加热头的分解结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1-2所示，是本实用新型实施例提供的发热组件的示意图，该发热组件可应用于3D打印机加热头，以加热融化打印材料(丝状热熔性材料)。本实施例的发热组件包括柱状发热芯11、弹性导热外壳12和电极引出线13，且柱状发热芯11装配到弹性导热外壳12内，并可控制柱状发热芯11发热，由弹性导热外壳12提供保护并实现热量传导，从而对3D打印机加热头进行加热熔融。

本实施例中的柱状发热芯11包括在通电时发热的电阻浆料层，且上述电阻浆料层与电极引出线13电性连接(即电阻浆料层在电极引出线13之间形成回路)，并通过电极引出线13连接外部电源；弹性导热外壳12包裹在柱状发热芯11外侧，且柱状发热芯11与弹性导热外壳12之间填充有导热介质，电阻浆料层分别与导热介质、弹性导热外壳相互绝缘。

在电极引出线13接入控制回路后，可通过控制电极引出线13两端的电压，控制电阻浆料层发热，以实现对整个发热组件的发热控制。由于电阻浆料具有在高温度时电阻明显增大的特性，可方便地实现变功率控制，例如，在柱状发热芯11刚开始通电时，可通过高功率加热，当温度上升到一定温度(即接近使丝状热熔性材料熔融的温度)时，功率降低，从而精确控制3D打印机加热头的温度。

在本实用新型的一个实施例中，上述柱状发热芯11包括分别由陶瓷材料构成的柱状基体和管状套筒，管状套筒包裹在柱状基体外，电阻浆料层位于柱状基体和管状套筒之间，且电阻浆料层通过管状套筒分别与导热介质、弹性导热外壳12相互绝缘。即柱状发热芯11的主体部分采用陶瓷材料(即电阻浆料层设置在陶瓷材料中)，此时，柱状发热芯11与弹性导热外壳12之间导热介质可采用陶瓷胶，并在陶瓷胶处于流体状体时灌注到柱状发热芯11与弹性导热外壳12之间的空隙内。

具体地，可先在柱状基体的半成品上涂刷电阻浆料，然后将涂有电阻浆料的柱状基体的生坯插装到管状套筒的生坯中，再将管状套筒生坯及插装于管状套筒生坯内且外表面涂装有电阻浆料层的柱状基体生坯一起高温烧结，柱状基体上的电阻浆料在烧结过程中形成电阻浆料层。由于应用于3D打印机加热头，发热组件的尺寸较小，上述结构便于标准化生产，相较于现有发热装置中采用氧化镁粉填充保护套与金属丝间隙的方式，省去了缩管、切管等工序，降低了成本，避免了在缩管工艺中的外径变化，提高了产品的一致性，并可大大提高柱状发热芯11的生产效率。

在本实用新型的另一实施例中，电阻浆料层在柱状发热芯11的尾端形成电极，电极引出线13焊接在电极上。为对上述电极引出线13与电阻浆料层的焊接部位进行绝缘保护，可使上述柱状发热芯11的长度小于弹性导热外壳12的长度，且在弹性导热外壳12的尾端具有绝缘套管14(该绝缘套管14可与柱状发热芯11具有相同的外径)。在柱状发热芯11装配到弹性导热外壳12时，可使绝缘套管14填充到弹性导热外壳12的尾端，即电极引出线13穿过绝缘套管14后引出到弹性导热外壳12外，从而可通过绝缘套管14与弹性导热外壳12绝缘。并且为固定绝缘套管14，弹性导热外壳12的管壁上对应于绝缘套管14的安装位置处，可具有一个限位孔，绝缘套管14可卡接到该限位孔处。

此外，为避免3D打印机加热头在移动过程中，对电极引出线13与电阻浆料层之间的焊点造成损伤，弹性导热外壳12的尾部可形成有固定构件121，并通过该固定构件121将电极引出线13夹紧固定。上述固定构件121不仅可夹紧固定电极引出线13，而且可提高柱状发热芯11与弹性导热外壳12的结合的稳定性，避免柱状发热芯11从弹性导热外壳12中脱出。

特别地，上述弹性导热外壳12可由金属材料制成，相应地，发热组件包括两根电极引出线13。固定构件121可通过以下方式实现：在弹性导热外壳12的尾端处向首端沿轴向剪切预设距离形成轴向切口，同时在轴向切口的最内侧(即靠近弹性导热外壳12的首端的一侧)分别向两侧周向剪切预设角度，并将剪切形成的板材卷压夹紧电极引出线13。通过上述结构，可使固定构件121与弹性套热外壳12的主体部分一体，不仅连接强度高，而且工艺简单，成本较低。

结合图3-4所示，本实用新型实施例还提供一种3D打印机加热头，该3D打印机加热头包括金属块2、喷嘴及如上所述的发热组件1，其中金属块2上具有第一装配孔21和第二装配孔22；上述第一装配孔21可为贯穿金属块2的上表面和下表面的通孔(可具有内螺纹)喷嘴装配到第一装配孔21，发热组件1以弹性导热外壳12插入第二装配孔22(该第二装配孔22可为通孔或盲孔)的方式装配到第二装配孔22内(为提高热传导效率，弹性导热外壳12与第二装配孔22之间可填充导热介质，例如硅油等)，且金属块2通过发热组件1将进入喷嘴内的打印材料加热熔融。

在本实用新型的3D打印机加热头的一个实施例中，上述第一装配孔21和第二装配孔22分别为通孔，且第一装配孔21的中心轴与第二装配孔22的中心轴相垂直。

此外，上述3D打印机加热头还可包括温度传感装置3，且该温度传感装置3的测头32呈柱状；金属块2上具有第三装配孔23，温度传感装置3的测头32装配到第三装配孔23内。具体地，温度传感装置3可采用与发热组件1相同结构，即通过金属保护壳对测头的热敏元件(例如热电偶)进行保护，同时通过金属保护壳上的固定构件夹紧固定信号引出线33。

同时，上述发热组件1和温度传感装置3上用于夹紧固定电极引出线13及信号引出线33的固定构件，还可在发热组件1和温度传感装置3装配到金属块2时产生形变，并通过弹性回复力提高发热组件1和温度传感装置3与金属块2的结合强度。

此外，结合图1所示，还可在发热组件1的弹性导热外壳12上设置突出于外周的倒扣122，类似地，温度传感装置3的测头32上也具有倒扣，相应地，金属块2上具有倒扣孔24、25，且倒扣孔24、25延伸到第二装配孔22、第三装配孔23的内壁。在发热组件1装配到金属块2时，弹性导热外壳12上的倒扣可嵌入到倒扣孔24，温度传感装置3的测头32上的倒扣则嵌入到倒扣孔25，进一步提高发热组件1、温度传感装置3的测头32与金属块2的结合强度，且无需螺丝或压片固定，简化了装配工艺。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种发热组件，应用于3D打印机加热头，其特征在于，所述发热组件包括柱状发热芯、弹性导热外壳和电极引出线，所述柱状发热芯包括在通电时发热的电阻浆料层，且所述电阻浆料层与所述电极引出线电性连接，并通过所述电极引出线连接外部电源；所述弹性导热外壳包裹在所述柱状发热芯外侧，所述柱状发热芯与弹性导热外壳之间填充有导热介质，且所述电阻浆料层分别与所述导热介质、弹性导热外壳相互绝缘。

2.根据权利要求1所述的发热组件，其特征在于，所述柱状发热芯包括分别由陶瓷材料构成的柱状基体和管状套筒，所述管状套筒包裹在所述柱状基体外，所述电阻浆料层位于所述柱状基体和管状套筒之间，且所述电阻浆料层通过所述管状套筒分别与所述导热介质、弹性导热外壳相互绝缘。

3.根据权利要求2所述的发热组件，其特征在于，所述柱状发热芯由管状套筒的生坯及插装于所述管状套筒的生坯内且外表面涂装有所述电阻浆料层的柱状基体的生坯高温烧结形成。

4.根据权利要求2所述的发热组件，其特征在于，所述柱状发热芯的长度小于所述弹性导热外壳的长度，且在弹性导热外壳的尾端装设有绝缘套管；

所述电阻浆料层在所述柱状发热芯的尾端形成电极，所述电极引出线焊接在所述电极上，且所述电极引出线穿过所述绝缘套管后引出到所述弹性导热外壳外，并通过所述绝缘套管与所述弹性导热外壳绝缘。

5.根据权利要求2所述的发热组件，其特征在于，所述弹性导热外壳的尾部形成有固定构件，并通过所述固定构件将所述电极引出线夹紧固定。

6.根据权利要求5所述的发热组件，其特征在于，所述弹性导热外壳由金属材料制成，所述发热组件包括两根所述电极引出线；

所述弹性导热外壳在尾端处向首端沿轴向剪切预设距离形成轴向切口，同时在所述轴向切口的最内侧分别向两侧周向剪切预设角度，并将剪切形成的板材卷压夹紧所述电极引出线形成所述固定构件。

7.一种3D打印机加热头，其特征在于，包括金属块、喷嘴及如权利要求1-6中任一项所述的发热组件，所述金属块上具有第一装配孔和第二装配孔；所述喷嘴装配到所述第一装配孔，所述发热组件以所述弹性导热外壳插入所述第二装配孔的方式装配到所述金属块，且所述金属块通过所述发热组件将进入所述喷嘴的打印材料加热熔融。

8.根据权利要求7所述的3D打印机加热头，其特征在于，所述第一装配孔和所述第二装配孔分别为通孔，且所述第一装配孔的中心轴与所述第二装配孔的中心轴相垂直。

9.根据权利要求7所述的3D打印机加热头，其特征在于，所述3D打印机加热头还包括温度传感装置，且所述温度传感装置的测头呈柱状；所述金属块上具有第三装配孔，所述温度传感装置的测头以过盈方式装配到所述第三装配孔内。

10.根据权利要求7所述的3D打印机加热头，其特征在于，所述弹性导热外壳上具有突出于外周的倒扣，所述金属块上具有倒扣孔，且所述倒扣孔延伸到所述第二装配孔的内壁。

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