TWI688468B - 3d印表機的噴頭構造 - Google Patents
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Abstract
本發明係關於一種3D印表機的噴頭構造，包含一加熱座貫通設有一熔融區，該加熱座係以不鏽鋼或黃銅之材質所製造，使該加熱座能承受之工作溫度係介於400℃至500℃之間；一喉管貫通設有一通道，該通道係通過該熔融區，又該喉管係以不鏽鋼之材質所製成，使該喉管能承受的工作溫度係低於400℃以下；一噴嘴貫通設有一流道，該流道係通過該熔融區，又該噴嘴係以鈦、不鏽鋼、模具鋼或鎢鋼之材質所製成，使該噴嘴能承受的工作溫度係介於430℃至470℃之間。藉以防止該熔融區的高溫熱擴散，以避免造成鄰近構件的損壞及故障。
Description
本發明係有關於一種可以防止3D印表機之熔融區的高溫熱擴散，而破壞鄰近其他構件的噴頭構造。
目前一般常見的3D列印技術，係屬於一種可將線材快速成形為一實物的技術，其係利用數位模型檔案為基礎，利用3D印表機將製造用的線材熔融後，再將液態的線材逐層地列印出來，使各層截面的線材經冷卻後黏合而堆疊成為一個實體的產品。這種技術的特點在於幾乎可以製造出任何形狀的物品，而被廣泛的運用於各個技術領域中。
而3D印表機構造如中華民國104年3月1日所公開之發明第201507846號「三維立體空間列印裝置」專利案，其係揭露：包括有一座體、一架體、一承載裝置、一移動控制裝置、一高度調整裝置以及一供料裝置。該座體為一框架結構，該架體大致與該座體垂直連接。該承載裝置具有對應二平面，其中一平面對應該架體。而該供料裝置可提供一材料至該承載裝置上，由該移動控制裝置用以控制該承載裝置所進行之平面位移運動，再配合該高度調整裝置調整該供料裝置與該承載裝置相距高度，以多層薄面交互堆疊添加來建立三維立體空間物體。由於該承載裝置另一平面具有一電路佈局以及一控溫元件，加以偵測該承載裝置之溫度，避免該供料裝置所提供至該承載裝置上之材
料過度熔化，以達到降低所建立三維立體空間物體損毀，進而提升三維模型製作良率及減低模型製作成本之功效。
一般的3D印表機均是在噴頭的前端位置設有加熱器，藉以能將線材熔融後，直接經由噴頭噴出進行列印。而一般製造用的普通線材之熔點係為250℃以下，因此噴頭可承受之工作溫度約為250℃。但由於加熱器產生的熱能會經由熱擴散作用，而傳導至噴頭以外鄰近的其他構件，例如帶動噴頭進行3D移動的滑塊及其動力馬達，以及擠壓線材移動的滾輪或驅動馬達，均會受到高溫影響而容易損壞及故障。
因此，有中華民國104年9月1日所公告之新型第M507850號「3D列印機混色噴頭」專利案，其係揭露：包括複數入料管、一可散熱進料頭、一加熱部、一匯集處及一噴頭，該可散熱進料頭具有一入口端及一結合端，該可散熱進料頭之結合端係固定連接於該加熱部；該複數入料管自該可散熱進料頭之入口端插入該可散熱進料頭，該複數入料管並連接至該匯集處之一入口側，該匯集處具有一出口側，該出口側係與該噴頭連通；該噴頭係固定結合於該加熱部。
為了克服熱擴散的作用，該專利前案設計了安裝有散熱鰭片之可散熱進料頭，利用可散熱進料頭以散發該加熱部所傳遞之熱能，藉以阻止熱能擴散到其他構件而造成損壞。惟有些特殊的線材必須高達500℃才能被熔融而製造成為實物。因此採用氣冷式的散熱鰭片，仍然無法快速達到散熱之作用，因此容易造成鄰近其他構件的損壞及故障，於使用上仍然不盡理想。
爰此，有鑑於目前的3D印表機的噴頭構造具有上述之缺點。
本發明提出一種3D印表機的噴頭構造，係設有一加熱座，內部貫通設有一熔融區，該加熱座係以不鏽鋼或黃銅之材質所製造，使該加熱座能承受之工作溫度係介於400℃至500℃之間；一喉管，其係固定於該加熱座，該喉管的內部貫通設有一通道，該通道係通過該熔融區，又該喉管係以不鏽鋼之材質所製成，使該喉管能承受的工作溫度係低於400℃以下；一噴嘴，其係固定於該加熱座，該噴嘴的內部貫通設有一流道，該流道係通過該熔融區，又該噴嘴係以鈦、不鏽鋼、模具鋼或鎢鋼之材質所製成，使該噴嘴能承受的工作溫度係介於430℃至470℃之間。
本發明進一步設有一加熱器，該加熱座則設有貫穿的一第一固定孔，該加熱器係固定於該第一固定孔內。
本發明進一步設有一感溫器，該感溫器係訊號連接至該加熱器，以控制該加熱器啟動加熱或停止加熱，該加熱座則設有貫穿的一第二固定孔，該感溫器係固定於該第二固定孔內。
上述感溫器係為一熱電偶，所能感測到的最高溫度為1042℃。
上述熔融區於該加熱座的一側形成有一第一螺紋端，該喉管的一端部設有一第一螺紋段，該第一螺紋段係與該第一螺紋端相互螺接固定。
上述加熱座與該喉管之間另外固定有一隔離件，該隔離件的外緣設有一外螺紋，以供螺接於該第一螺紋端，又該隔離件的內緣設有一內螺紋，以供該第一螺紋段螺接於該內螺紋，該隔離件係以不鏽鋼之材質所製成，使該隔離件能承受的工作溫度係低於400℃以下。
上述喉管的外緣設有一第一法蘭部，該第一法蘭部係頂抵於該加熱座的外壁面而形成一隔熱作用，以及避免過度鎖付和熔融的線材溢出。
上述喉管的外緣係設有一第二法蘭部及呈平面之至少一固定面，該喉管的另一端部設入於一滑塊內，利用一迫緊螺絲螺入該滑塊內，而迫緊於該固定面上，該第二法蘭部則頂抵於該滑塊的外壁面而形成一定位作用。
上述熔融區於該加熱座的另一側形成有一第二螺紋端，該噴嘴的一端設有一第二螺紋段，該第二螺紋段係與該第二螺紋端相互螺接固定。
上述噴嘴設有一開口與該流道連通，該開口的直徑係小於該流道的直徑。
上述技術特徵具有下列之優點：
1.利用加熱座係以不鏽鋼或黃銅等熱阻小、熱傳快之材質所製造，藉以使該熔融區的工作溫度可以快速昇溫，並維持在400℃至500℃之間，以供能熔融具有高熔點的3D列印線材。
2.利用喉管係以不鏽鋼等具有阻熱作用及不容易熱擴散之材質所製成，以及配合有第一法蘭部的設置，可以避免過度鎖付和熔融的線材溢出，以及具有絕佳的阻隔熱擴散作用，使加熱座的高溫不易經由喉管進行熱擴散，可防止高溫熱擴散到鄰近的其他構件，而造成損壞或故障。
3.利用噴嘴係以鈦、不鏽鋼、模具鋼或鎢鋼等孔徑熱性質穩定、熱阻小、不易熱收縮及膨脹之材質所製成，使噴嘴於噴出液態的線材時，不會因高溫而變形或擴大孔徑，可供維持線材噴出後的品質。
4.利用加熱座與該喉管之間另外螺接固定有一隔離件，該隔離件係以不鏽鋼等具有阻熱作用及不容易熱擴散之材質所製成，同樣可以防止加熱座的高溫熱擴散到鄰近的其他構件，而造成損壞或故障。
(1):加熱座
(11):熔融區
(12):第一螺紋端
(13):第二螺紋端
(14):第一固定孔
(15):第二固定孔
(2):喉管
(21):第一法蘭部
(22):第二法蘭部
(23):通道
(24):第一螺紋段
(25):固定面
(3):噴嘴
(31):流道
(32):第二螺紋段
(33):開口
(4):加熱器
(5):感溫器
(6):加熱座
(62):第一螺紋端
(7):喉管
(74):第一螺紋段
(8):隔離件
(81):外螺紋
(82):內螺紋
(A):滑塊
(B):迫緊螺絲
(C):滑桿
(D):動力馬達
(E):驅動馬達
(F):線材
[第一圖]係為本發明實施例之立體分解圖。
[第二圖]係為本發明實施例之組合剖視圖。
[第三圖]係為本發明實施例之立體組合圖。
[第四圖]係為本發明實施例組裝於滑塊上之使用示意圖。
[第五圖]係為本發明實施例輸送線材通過熔融區之示意圖。
[第六圖]係為本發明另一實施例加熱座與喉管之間固定一隔離件之組合剖視圖。
請參閱第一圖及第二圖所示，本發明實施例係包含有：加熱座(1)、喉管(2)、噴嘴(3)、加熱器(4)及感溫器(5)，其中：
加熱座(1)，其內部係貫通設有一熔融區(11)，該熔融區(11)於該加熱座(1)的二側分別形成有相對的一第一螺紋端(12)及一第二螺紋端(13)。該加熱座(1)設有貫穿的一第一固定孔(14)及一第二固定孔(15)。又該加熱座(1)係以不鏽鋼或黃銅等熱阻小、熱傳快之材質所製造，使該加熱座(1)可承受之工作溫度係介於400℃至500℃之間。
喉管(2)，其係固定於該加熱座(1)。該喉管(2)的外緣靠近其中一端部係接續設有一第一法蘭部(21)及一第二法蘭部(22)。該喉管(2)的內部貫通設有一通道(23)。又該喉管(2)之該端部相鄰於該第一法蘭部(21)係設有一第一螺紋段(24)，該第一螺紋段(24)係與該第一螺紋端(12)相互螺接固定，藉以使該通道(23)通過該熔融區(11)，並利用該第一法蘭部(21)係頂抵於該加熱座(1)的外壁面而形成一隔熱作用，以及避免過度鎖付和熔融的線材溢出。該喉管(2)接近該第二法蘭部(22)的位置處係相對設有切削呈平面之二固定面(25)。又該喉管(2)係以不鏽
鋼等具有阻熱作用及不容易熱擴散之材質所製成，使該喉管(2)可承受的工作溫度係低於400℃以下。
噴嘴(3)，其係固定於該加熱座(1)。該噴嘴(3)的內部貫通設有一流道(31)。該噴嘴(3)之一端的外緣設有一第二螺紋段(32)，該第二螺紋段(32)係與該第二螺紋端(13)相互螺接固定，藉以使該流道(31)通過該熔融區(11)。又該噴嘴(3)之另一端設有一開口(33)與該流道(31)連通，該開口(33)的直徑係小於該流道(31)的直徑。又該噴嘴(3)係以鈦、不鏽鋼、模具鋼或鎢鋼等孔徑熱性質穩定、熱阻小、不易熱收縮及膨脹之材質所製成，使該噴嘴(3)可承受的工作溫度係介於430℃至470℃之間。
加熱器(4)，其係固定於該加熱座(1)之第一固定孔(14)內〔如第三圖所示〕，以供對於該加熱座(1)之該熔融區(11)進行加熱。
感溫器(5)，其係固定於該加熱座(1)之第二固定孔(15)內〔如第三圖所示〕，並且訊號連接至該加熱器(4)。該感溫器(5)係為一熱電偶，所能感測到的最高溫度為1042℃，以供隨時偵測該加熱座(1)的工作溫度，以控制該加熱器(4)啟動加熱或停止加熱，使該加熱座(1)〔熔融區(11)〕的工作溫度得以維持在400℃至500℃之間。
使用時，如第四圖及第五圖所示，係將該喉管(2)的另一端部設入於一滑塊(A)內，再利用一迫緊螺絲(B)螺入該滑塊(A)內，而可迫緊於該喉管(2)之其中一該固定面(25)上，藉以使該喉管(2)被固定於該滑塊(A)上。並利用該第二法蘭部(22)頂抵於該滑塊(A)的外壁面而形成一定位作用，藉以定位該噴嘴(3)之該開口(33)與該滑塊(A)之間的距離，以做為3D移動時噴料定位之參考基準，以避免過度鎖付及熔融的線材溢出。本發明實施例係將二組該喉管(2)分別固定
於該滑塊(A)上。又該滑塊(A)係穿設於二滑桿(C)上，並利用一動力馬達(D)帶動該滑塊(A)於該二滑桿(C)上任意滑移。再利用二驅動馬達(E)分別驅動滾輪〔圖中未示〕以擠壓不同顏色之二線材(F)分別由該二喉管(2)之該通道(23)內穿入進行輸送，再藉由啟動該二加熱器(4)後，分別對於該二加熱座(1)之該熔融區(11)開始進行加熱，並利用該感溫器(5)隨時偵測該二加熱座(1)〔熔融區(11)〕的工作溫度，以控制該二加熱器(4)啟動加熱或停止加熱。利用該二加熱座(1)係以不鏽鋼或黃銅等熱阻小、熱傳快之材質所製造，藉以使該二熔融區(11)的工作溫度可以快速昇溫，並維持在400℃至500℃之間。該二線材(F)分別經由該通道(23)而通過該熔融區(11)後，可由固態變成為一液態。液態的該線材(F)於通過該熔融區(11)後進入到該噴嘴(3)的該流道(31)內，最後再經由該開口(33)被加壓而噴出，利用層層堆疊的方式而將其製造成一實物。該二線材(F)係可由尼龍〔Nylon〕、聚碳酸酯〔PC〕、聚丙烯〔PP〕或玻璃纖維等具有高熔點的材質所製成。
又當該加熱座(1)〔熔融區(11)〕的工作溫度維持在400℃至500℃之間時，利用該喉管(2)係以不鏽鋼等具有阻熱作用及不容易熱擴散之材質所製成，以及配合該第一法蘭部(21)的設置，同樣具有阻隔熱擴散的作用，可以使該加熱座(1)的高溫不易經由該喉管(2)進行熱擴散，而可防止高溫〔400℃以上〕熱擴散到該滑塊(A)及該二滑桿(C)，以避免推動該滑塊(A)移動的該動力馬達(D)、擠壓該線材(F)移動的該驅動馬達(E)或滾輪〔圖中未示〕因高溫而損壞或故障。又利用該噴嘴(3)係以鈦、不鏽鋼、模具鋼或鎢鋼等孔徑熱性質穩定、熱阻小、不易熱收縮及膨脹之材質所製成，使該噴嘴(3)於噴出液態的該線材(F)時，不會因高溫而變形或擴大孔徑，以供可維持該線材(F)噴出後的品質。
本發明另一實施例，如第六圖所示，與上述實施例之差異，僅在於該加熱座(6)與該喉管(7)之間另外螺接固定有一隔離件(8)，該隔離件(8)的外緣設有一外螺紋(81)，以供可以螺接固定於該加熱座(6)的該第一螺紋端(62)內。又該隔離件(8)的內緣設有一內螺紋(82)，以供該喉管(7)的該第一螺紋段(74)可以螺接固定於該內螺紋。利用該隔離件(8)係以不鏽鋼等具有阻熱作用及不容易熱擴散之材質所製成，使該隔離件(8)可承受的工作溫度係低於400℃以下。藉以利用該隔離件(8)可以使該加熱座(6)的高溫不易熱擴散到該喉管(7)。同樣可以防止高溫〔400℃以上〕熱擴散到該滑塊及該二滑桿〔圖中未示〕，以避免推動該滑塊移動的該動力馬達〔圖中未示〕、擠壓該線材移動的該驅動馬達及滾輪〔圖中未示〕因高溫而損壞或故障。
綜合上述實施例之說明，當可充分瞭解本發明之操作、使用及本發明產生之功效，惟以上所述實施例僅係為本發明之較佳實施例，當不能以此限定本發明實施之範圍，即依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作簡單的等效變化與修飾，皆屬本發明涵蓋之範圍內。
(1):加熱座
(11):熔融區
(12):第一螺紋端
(13):第二螺紋端
(14):第一固定孔
(15):第二固定孔
(2):喉管
(21):第一法蘭部
(22):第二法蘭部
(23):通道
(24):第一螺紋段
(25):固定面
(3):噴嘴
(31):流道
(32):第二螺紋段
(33):開口
(4):加熱器
(5):感溫器
Claims (8)
- 一種3D印表機的噴頭構造，包含有：一加熱座，內部貫通設有一熔融區，該熔融區於該加熱座的一側形成有一第一螺紋端，該加熱座係以不鏽鋼或黃銅之材質所製造，使該加熱座能承受之工作溫度係介於400℃至500℃之間；一喉管，其係固定於該加熱座，該喉管的內部貫通設有一通道，該通道係通過該熔融區，又該喉管係以不鏽鋼之材質所製成，使該喉管能承受的工作溫度係低於400℃以下，該喉管的外緣係設有呈平面之至少一固定面，該喉管的一端部設有一第一螺紋段，該喉管的另一端部設入於一滑塊內，利用一迫緊螺絲螺入該滑塊內，而迫緊於該固定面上；一噴嘴，其係固定於該加熱座，該噴嘴的內部貫通設有一流道，該流道係通過該熔融區，又該噴嘴係以鈦、不鏽鋼、模具鋼或鎢鋼之材質所製成，使該噴嘴能承受的工作溫度係介於430℃至470℃之間；該加熱座與該喉管之間另外固定有一隔離件，該隔離件的外緣設有一外螺紋，以供螺接於該第一螺紋端，又該隔離件的內緣設有一內螺紋，以供該第一螺紋段螺接於該內螺紋，該隔離件係以不鏽鋼之材質所製成，使該隔離件能承受的工作溫度係低於400℃以下。
- 如申請專利範圍第1項所述3D印表機的噴頭構造，進一步設有一加熱器，該加熱座則設有貫穿的一第一固定孔，該加熱器係固定於該第一固定孔內。
- 如申請專利範圍第2項所述3D印表機的噴頭構造，進一步設有一感溫器，該感溫器係訊號連接至該加熱器，以控制該加熱器啟動加熱或停止加熱，該加熱座則設有貫穿的一第二固定孔，該感溫器係固定於該第二固定孔內。
- 如申請專利範圍第3項所述3D印表機的噴頭構造，其中，該感溫器係為一熱電偶，所能感測到的最高溫度為1042℃。
- 如申請專利範圍第1項所述3D印表機的噴頭構造，其中，該喉管的外緣設有一第一法蘭部，該第一法蘭部係頂抵於該加熱座的外壁面而形成一隔熱作用，以及避免過度鎖付和熔融的線材溢出。
- 如申請專利範圍第1項所述3D印表機的噴頭構造，其中，該喉管的外緣係設有一第二法蘭部，該第二法蘭部則頂抵於該滑塊的外壁面而形成一定位作用。
- 如申請專利範圍第1項所述3D印表機的噴頭構造，其中，該熔融區於該加熱座的另一側形成有一第二螺紋端，該噴嘴的一端設有一第二螺紋段，該第二螺紋段係與該第二螺紋端相互螺接固定。
- 如申請專利範圍第1項所述3D印表機的噴頭構造，其中，該噴嘴設有一開口與該流道連通，該開口的直徑係小於該流道的直徑。
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