CN219988483U - 用于3d打印机的打印头的喷嘴组件以及3d打印机 - Google Patents

Abstract

一种用于3D打印机的打印头的喷嘴组件以及3D打印机，包括：喷嘴，其内部形成允许打印材料通过的通道；加热器，用于贴附于喷嘴上，以对喷嘴进行加热从而熔化打印材料；和固定夹具，用于夹持喷嘴和加热器，以将加热器固定在喷嘴上。本公开实施例的喷嘴组件将加热器直接贴附于喷嘴上，减小了喷嘴上方的打印头结构的复杂程度。另外，使用固定夹具通过弹性力将加热器固定到喷嘴上，避免使用螺丝等额外的紧固装置，简化了喷嘴组件的安装结构。

Description

用于3D打印机的打印头的喷嘴组件以及3D打印机

技术领域

本公开涉及3D打印技术领域，尤其涉及用于3D打印机的打印头的喷嘴组件以及3D打印机。

背景技术

3D打印机，又称三维打印机、立体打印机，是快速成型的一种工艺设备，通常是采用数字技术打印材料来实现。3D打印机常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型或零部件。近年来，3D打印技术在珠宝、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具有很高的应用前景。

3D打印的原理是将打印材料加热熔融之后再挤出冷却成型，因此，在这个过程中，需要有热源对3D打印机的喷嘴内的打印材料进行持续加热。该加热结构目前的常用解决方案为加热块和加热棒的组合，加热棒产生的热量传导到加热块，再传导到固定在加热块上的喷嘴，从而对喷嘴内部的打印材料进行持续加热，达到熔融打印材料的目的。

目前的3D打印机，加热块和加热棒一般设置在与喷嘴连接的打印头上，这种设计会使得3D打印机的打印头的体积非常臃肿，尺寸过大，结构不够简单。另外，安装与拆卸加热块还需要额外的螺丝，安装结构复杂。

实用新型内容

根据本公开的一个方面，提供了一种用于3D打印机的打印头的喷嘴组件，包括：喷嘴，其内部形成允许打印材料通过的通道；加热器，用于贴附于喷嘴上，以对喷嘴进行加热从而熔化打印材料；和固定夹具，用于夹持喷嘴和加热器，以将加热器固定在喷嘴上。

根据本公开的另一方面，还提供了一种3D打印机，包括：打印头，打印头包括上述喷嘴组件。

本公开实施例的喷嘴组件将加热器直接贴附于喷嘴上，减小了喷嘴上方的打印头结构的复杂程度。另外，使用固定夹具通过弹性力将加热器固定到喷嘴上，避免使用螺丝等额外的紧固装置，简化了喷嘴组件的安装结构。

附图说明

在附图中，除非另外规定，否则贯穿多个附图相同的附图标记表示相同或相似的部件或元素。这些附图不一定是按照比例绘制的。应该理解，这些附图仅描绘了根据本申请公开的一些实施方式，而不应将其视为是对本申请范围的限制。

图1示出了相关技术的3D打印机的打印头部分的结构示意图；

图2示出了根据本公开的一个实施方式的用于3D打印机的喷嘴组件的结构示意图；

图3示出了图2所示的喷嘴组件的结构分解示意图；

图4示出了图2所示的喷嘴组件的固定夹具的结构示意图；

图5示出了图2所示的喷嘴组件拆卸下固定夹具之后的剩余结构示意图；

图6示出了根据本公开一个实施方式的3D打印机的结构框图。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

图1示出了相关技术的用于3D打印机的打印头部分的截面示意图。如图1所示，喷嘴110设置在打印头150的末端。该打印头150包括：喷嘴110、加热块120、加热棒130。喷嘴110的上端与输入打印材料的进料管140接合，下端用于挤出熔融的打印材料。加热块120设置在喷嘴110上方，并通过螺钉固定到打印头150，以对打印头150内部的打印材料进行加热使其熔化。加热棒130插入并固定到加热块120内部，以向加热块120提供热能。这种设计会使得3D打印机的喷嘴110上方的打印头部分的体积非常臃肿，特别是导致喷嘴110附近的结构尺寸非常大。并且，安装与拆卸加热块120需要额外的螺丝和工具，安装结构复杂。

下面将参照图2至图6对本公开实施例的喷嘴组件200进行详细描述。图2示出了根据本公开的一个实施方式的用于3D打印机的喷嘴组件200的结构示意图。图3示出了图2所示的喷嘴组件200的结构分解示意图。

如图2和3所示，该喷嘴组件200包括：喷嘴210、加热器220和固定夹具230。喷嘴210内部形成允许打印材料通过的通道(由于隐藏未示出)，该通道沿着如图2所示的Z方向延伸设置，该通道的一端连通用于输入打印材料的进料管，其另一端用于挤出打印材料。加热器220与喷嘴210热接触。加热器220贴附于喷嘴210上，配置成对喷嘴210进行加热，以使得喷嘴210内部的打印材料熔化。固定夹具230用于夹持喷嘴210和加热器220，以将加热器220固定在喷嘴210上。

本公开实施例的喷嘴组件200将加热器220直接贴附于喷嘴210上，而不是位于喷嘴210的上方，减小了喷嘴210上方的打印头结构的复杂程度。另外，使用固定夹具230将加热器220固定到喷嘴210上，允许不使用螺丝等额外的紧固装置，简化了喷嘴组件200的安装和拆卸。

图4示出了图2所示的喷嘴组件200的固定夹具230的结构示意图。图5示出了图2所示的喷嘴组件200拆卸下固定夹具230之后的剩余结构示意图。

如图4所示，固定夹具230包括夹箍。夹箍包括多个侧板(在图4的示例中，如附图标记231、232、233、234和235指示的)，多个侧板顺次连接以限定供喷嘴210和加热器220穿过的空间。也就是说，在喷嘴组件200组装状态下，夹箍套设于喷嘴210和加热器220的外侧，其内侧用于夹持喷嘴210和加热器220。多个侧板中的至少一个侧板上形成有弹性凸起，弹性凸起朝向空间向内凸出。也就是说，在喷嘴组件200组装状态下，每个弹性凸起朝向喷嘴210或加热器220凸出，用于向喷嘴210或加热器220施加弹性力，以确保喷嘴210和加热器220之间固定牢固。

返回到图2，在一些实施例中，喷嘴210包括：喷嘴本体211、耦合部212和尖端部213。喷嘴本体211可以大致为长方体结构，其长度方向与上述通道的延伸方向一致，即图2所示的Z方向。喷嘴本体211包括多个侧壁。在喷嘴本体211大致为长方体结构的实施例中，喷嘴本体211共包括4个侧壁。耦合部212沿通道设置于喷嘴本体211一端，用于将喷嘴本体211与打印头的其余部分接合。尖端部213沿通道设置于喷嘴本体211另一端，并限定供打印材料挤出的挤出口。

加热器220的主体可以是具有片状形状的加热片221。加热片221可以例如由铜、铝等导热材料良好的金属制成。该加热片221贴附于喷嘴本体211的一个侧壁的外表面设置。加热片221的大小可以略小于侧壁的大小，以避免加热片221超出侧壁的边缘。在本公开另外一些实施例中，喷嘴本体211还可以是除了长方体之外的其他形状，喷嘴本体211还可以包括多于或少于4个的侧壁。在本公开另外一些实施例中，加热片221可以为具有弯折的片状结构，以使得加热器220可以同时贴靠于喷嘴本体211的两个或两个以上的侧壁的外表面设置。上述加热器220可以进一步包括多个加热电阻222，多个加热电阻222可以从加热片221的上端插入到加热片221内部并对加热片221进行加热。加热电阻222可以和外部电源连接，配置成利用电流产生的焦耳热来加热上述加热片221。通过将相关技术中设置于喷嘴上方的加热块和加热棒更换为直接贴附于喷嘴本体上的尺寸更小的加热片，可以大大减小加热结构的体积。

如图2、图3和图5所示，喷嘴本体211包括第一侧壁2111、第二侧壁2112、第三侧壁2113和第四侧壁(第四侧壁由于遮挡未示出)。加热器220贴靠于喷嘴本体211的第一侧壁2111的外表面设置。在一些实施例中，第一侧壁2111的外表面还可以形成与加热器220的形状相适配的凹槽，以便于对加热器220的安装位置进行定位。换句话说，第一侧壁2111上形成有与所述加热器220的形状适配的凹槽，用于至少部分地容纳所述加热器220。例如，上述加热器220的形状可以为长方体，对应的凹槽形状可以为矩形。

如图4所示，上述夹箍包括顺次连接的第一侧板231、第二侧板232、第三侧板233、第四侧板234和第五侧板235，第一侧板231至第五侧板235顺次连接，以形成箍状结构。第三侧板233的内表面用于面向贴附于喷嘴本体211的第一侧壁2111的加热器220。第一侧板231和第五侧板235与第三侧板233相对设置，并且第一侧板231与第五侧板235之间具有间隙，以允许夹箍形变。在组装状态下，第二侧板232面对喷嘴本体211的第二侧壁2112设置，第四侧板234面对喷嘴本体211的第三侧壁2113设置，第一侧板231和第五侧板235整体面对喷嘴本体211的第四侧壁设置。在一些实施例中，第一侧板231至第五侧板235可以一体成型，并且由可弹性形变的材料制成。第一侧板231与第五侧板235之间具有间隙，在安装和拆卸固定夹具230时，该间隙可以允许夹箍形变。例如，可以分别向第一侧板231和第五侧板235施加外力，使得这两个侧板相互远离，从而带动第二侧板232和第四侧板234相互远离，便于安装和拆卸固定夹具230。

侧板上的弹性凸起包括第一弹性凸起236和至少一个第二弹性凸起237。第一弹性凸起236形成于第三侧板233上，用于向加热器220施加弹性力。每个第二弹性凸起237形成于第一侧板231或第五侧板235上，用于向喷嘴本体211施加弹性力。如图4所示，第三侧板233的中央开设有开口，第一弹性凸起236设置于该开口内，在一些实施例中，第一弹性凸起236为具有翘起部分的片状结构，并且与第三侧板233一体成型。片状结构的第一弹性凸起236的一边连接到上述开口的一个内侧边缘，其它边则与上述开口的其它侧边缘分离，从而允许第一弹性凸起236可以轻微地形变。第一弹性凸起236的翘起部分用于抵靠加热器220，并向加热器220施加朝向喷嘴210的弹性力，以将加热器220压靠在喷嘴210的第一侧壁2111上。在如图4所示的实施例中，第二弹性凸起237的数量可以为两个，这两个第二弹性凸起237分别设置在第一侧板231和第五侧板235上。第二弹性凸起237的结构以及设置方式可以和第一弹性凸起236类似。以第一侧板231为例，其上可以形成一块缺口部分，使得具有翘起部分的片状结构的第二弹性凸起237的仅一边连接到第一侧板231。第二弹性凸起237的翘起部分抵靠喷嘴210，并向喷嘴210施加朝向加热器220的弹性力。第一弹性凸起236和第二弹性凸起237在相反的方向上施加弹性力，使得固定夹具230紧紧夹住加热器220和喷嘴210，以确保加热器220固定到喷嘴210上。虽然在本实施例中，第一和第二弹性凸起被描述为具有翘起部分的片状结构，但是在另外一些实施例中，第一和第二弹性凸起还可以具有其他结构。例如，弹性凸起可以是实心凸起，其设置在第一侧板231、第三侧板233或第五侧板235的内表面上。另外，虽然在本实施例中，仅示出了一个第一弹性凸起236以及两个第二弹性凸起237，但是在另外一些实施例中，还可以包含其他数量的第一弹性凸起236和第二弹性凸起237。而且，还可以在第二侧板232和/或第三侧板233上设置额外的弹性凸起。在一些实施例中，可以甚至没有弹性凸起。将理解的是，本公开的范围不受弹性凸起的设置位置和数量的限制。还将理解的是，图4中示出的固定夹具230(或夹箍)仅为示例，在其他实施例中，固定夹具230(或夹箍)可以为其他形式，例如类似于燕尾夹的夹具等等。

参考图3，喷嘴组件200还包括：测温器240。测温器240至少部分设置在喷嘴210上，配置成检测喷嘴210的温度。上述测温器240可以为温度传感器、温度计等测温装置。在一些实施例中，测温器240包括与喷嘴本体211热耦合的热电阻241和与热电阻241连接的导线242。导线242用于贴靠喷嘴本体211的四个侧壁中与第一侧壁2111相连接的两个侧壁(即第二侧壁2112或第三侧壁2113)之一延伸。参考图4，第二侧板232和第四侧板234中的至少一者具有隆起区段238，隆起区段238背离空间隆起，以允许当夹箍安装于喷嘴本体211上时热电阻241从隆起区段238与喷嘴本体211之间穿过。在如图2所示的实施例中，导线242贴靠第二侧壁2112延伸，第二侧板232和第四侧板234均具有隆起区段238，导线242从第二侧板232上的隆起区段238穿过。

热电阻241设置于导线242的末端。热电阻241可以是用于中低温区的测温器240，其基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加的原理来进行温度测量。热电阻241可以由诸如铂、铜、镍、铁等金属制成。在一些实施例中，导线242可以和外部的温度检测电路连接，温度检测电路配置成通过检测热电阻241的电阻值来确定喷嘴210的温度。在一些实施例中，温度检测电路可以远离喷嘴210设置，例如可以固定设置在喷嘴组件200所在的3D打印机上，以减小喷嘴210上的结构复杂度。

在一些实施例中，导线242至少包括两个区段，其中第一区段沿着喷嘴本体211的长度方向延伸设置，即沿着图5所示的Z方向延伸设置，第二区段朝向喷嘴本体211的内部延伸设置，即图5所示的Y方向延伸设置，第二区段的末端设置热电阻241。喷嘴本体211上设置有开孔2115，导线242带有热电阻241的第二区段的末端延伸进入开孔2115内。开孔2115开设在喷嘴本体211的侧壁内，也就是说，该开孔2115不与运输打印材料的通道连通，以防止打印材料泄漏。热电阻241延伸进入喷嘴本体211内部，使得热电阻241与喷嘴本体211接触更紧密，能够更加准确地检测喷嘴210的温度。

如图5所示，导线242贴附喷嘴本体211的第二侧壁2112设置，开孔2115开设在第二侧壁2112上。在另外一些实施例中，导线242也可以贴靠喷嘴本体211的第三侧壁2113设置，开孔2115可以开设在第三侧壁2113上。相应地，如图4所示，第二侧板232和第三侧板233具有隆起区段238，隆起区段238背离喷嘴本体211的方向隆起，该隆起区段238使得第二侧板232或第三侧板233和喷嘴本体211之间形成间隙，以允许导线242经由上述间隙延伸穿过第二侧板232或第三侧板233。上述隆起区段238除了作为导线242的通道之外，还可以在拆卸或安装喷嘴组件200时，为方便用户上下推动夹箍提供受力点。虽然在4所示的实施例中，仅在第二侧板232和第三侧板233上设置隆起区段238，但是可以理解，在隆起区段238用于提供受力点的情况下，在第一侧板231、第三侧板233和/或第五侧板235上也可以设置隆起区段238，并且在每个侧板上可以设置多于一个的隆起区段238。

喷嘴组件200的安装步骤具体为：首先将热电阻241的端部插接到喷嘴本体211的开孔内，然后将加热器220贴附在喷嘴本体211的第一侧壁2111上，如图5所示。然后，将固定夹具230从下至上推动，直到其套设在喷嘴210和加热器220的外侧。此时，第一弹性凸起236抵靠加热器220的表面，第二弹性凸起237抵靠喷嘴本体211，喷嘴组件200安装完成。

图6示出了根据本公开一个实施例的3D打印机1的结构框图。该3D打印机1包括：打印头300，打印头300包括上述喷嘴组件200，喷嘴组件200可以位于打印头300用于挤出打印材料的末端。该3D打印机1还可以包括控制器400。控制器400配置成接收测温器240检测到的喷嘴210的温度数据，并相应地控制加热器220的操作。上述控制器400可以分别和测温器240以及加热器220电连接，控制器400可以接收测温器240检测的温度信号，并向加热器220发送控制信号，以控制喷嘴210的温度。

应当理解的是，在本说明书中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系或尺寸为基于附图所示的方位或位置关系或尺寸，使用这些术语仅是为了便于描述，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，并且因此不能理解为对本公开的保护范围的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本公开中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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在本公开中的具体含义。

在本公开中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

本说明书提供了能够用于实现本公开的许多不同的实施方式或例子。应当理解的是，这些不同的实施方式或例子完全是示例性的，并且不用于以任何方式限制本公开的保护范围。本领域技术人员在本公开的说明书的公开内容的基础上，能够想到各种变化或替换，这些都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所附权利要求所限定的保护范围为准。

Claims (14)

1.一种用于3D打印机的打印头的喷嘴组件，其特征在于，包括：

喷嘴，其内部形成允许打印材料通过的通道，所述喷嘴包括喷嘴本体，所述喷嘴本体包括多个侧壁；

加热器，贴附于所述喷嘴本体的至少一个侧壁上，以对所述喷嘴进行加热从而熔化所述打印材料；和

固定夹具，用于夹持所述喷嘴和所述加热器，以将所述加热器固定在所述喷嘴上。

2.根据权利要求1所述的喷嘴组件，其中，所述固定夹具包括夹箍，所述夹箍包括多个侧板，所述多个侧板顺次连接以限定供所述喷嘴和所述加热器穿过的空间。

3.根据权利要求2所述的喷嘴组件，其中，所述多个侧板中的至少一个侧板上形成有弹性凸起，所述弹性凸起朝向所述空间向内凸出，用于向所述喷嘴或所述加热器施加弹性力。

4.根据权利要求3所述的喷嘴组件，其中，所述喷嘴本体包括彼此连接的四个侧壁，所述四个侧壁中的第一侧壁用于供所述加热器贴附，并且

其中，所述夹箍包括顺次连接的第一侧板、第二侧板、第三侧板、第四侧板和第五侧板，所述第三侧板的内表面用于面向贴附于所述喷嘴本体的第一侧壁的所述加热器，所述第一侧板和第五侧板与所述第三侧板相对设置，并且所述第一侧板与所述第五侧板之间具有间隙，以允许所述夹箍形变。

5.根据权利要求4所述的喷嘴组件，其中，所述第一侧壁上形成有与所述加热器的形状适配的凹槽，以用于至少部分地容纳所述加热器。

6.根据权利要求4所述的喷嘴组件，其中，所述第三侧板上形成有第一弹性凸起，用于向所述加热器施加弹性力，并且其中，所述第一侧板和所述第五侧板上各自形成有第二弹性凸起，用于向所述喷嘴本体施加弹性力。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的喷嘴组件，其中，所述喷嘴还包括：

耦合部，沿所述通道设置于所述喷嘴本体一端，用于将所述喷嘴本体与所述打印头的其余部分接合；以及

尖端部，沿所述通道设置于所述喷嘴本体另一端，并限定供所述打印材料挤出的挤出口。

8.根据权利要求4所述的喷嘴组件，还包括测温器，用于检测所述喷嘴的温度。

9.根据权利要求8所述的喷嘴组件，其中，所述测温器包括用于与所述喷嘴本体热耦合的热电阻和与所述热电阻连接的导线。

10.根据权利要求9中所述的喷嘴组件，其中，所述喷嘴本体上设置有供所述热电阻延伸进入的开孔。

11.根据权利要求9中所述的喷嘴组件，其中，所述导线用于贴靠所述喷嘴本体的四个侧壁中与所述第一侧壁相连接的两个侧壁之一延伸，并且其中，所述第二侧板和所述第四侧板中的至少一者具有隆起区段，所述隆起区段背离所述空间隆起，以允许当所述夹箍安装于所述喷嘴本体上时所述热电阻从所述隆起区段与所述喷嘴本体之间穿过。

12.根据权利要求2至6中任一项所述的喷嘴组件，其中，所述多个侧板中的至少一者具有隆起区段，所述隆起区段背离所述空间隆起。

13.根据权利要求1至6中任一项所述的喷嘴组件，其中，所述加热器包括片状形状的加热片。

14.一种3D打印机，其特征在于，包括：打印头，所述打印头包括根据权利要求1至13中任一项所述的喷嘴组件。