CN107498850A - 一种3d打印机喷头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种3D打印机喷头，包括喷头热端组件、喉管组件、喉管冷却组件和换热装置，喷头热端组件通过螺纹结构同喉管组件连接，喉管组件通过螺纹结构同喉管冷却组件连接，喉管冷却组件通过第一冷却管接头及第二冷却管接头同换热装置连接，喷头热端组件通过第一热管接头、第二热管接头同换热装置连接。本发明通过换热装置将喉管冷却组件的热量供给喷头热端组件，解决了热量未充分利用的问题。

Description

一种3D打印机喷头
技术领域
本发明涉及3D打印机技术领域，具体为一种3D打印机喷头。
背景技术
熔融沉积型3D打印技术是快速成型技术的一种，其基本工作原理是将在计算机中建立的三维产品模型进行分层处理，得到若干二维平面图形，然后利用喷头的送丝机构将热塑性材料送至喷嘴，并将其加热至熔融态，再根据二维平面图形的轮廓信息，在计算机的控制下从喷嘴的微细孔挤出熔融态材料逐层打印这些二维平面图形，经过层层堆叠形成一个三维实体模型。
在工作过程中，3D打印机喷头经常出现堵塞现象，其中一个原因是因为加热端的热量以热辐射、热传导的形式传递到送料端，导致送料端的温度较高，料丝在散热管、喉管等位置就过早发生热膨胀和软化，以致强度不够难以推进，造成喷头堵塞，使得3D打印机无法连续稳定工作。
目前的3D打印机喷头都是在喉管位置通过冷却管将热量带到制冷装置进而冷却喉管、散热管，但是这部分热量被带到冷装置后大多是通过散热装置释放到空气中，这样这部分热量就白白浪费掉了。
有鉴于此特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种3D打印机喷头，通过换热装置将喉管冷却组件的热量供给喷头热端组件，解决了热量未充分利用的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种3D打印机喷头，包括喷头热端组件、喉管组件、喉管冷却组件和换热装置，喷头热端组件通过螺纹结构同喉管组件连接，喉管组件通过螺纹结构同喉管冷却组件连接，喉管冷却组件通过第一冷却管接头及第二冷却管接头同换热装置连接，喷头热端组件通过第一热管接头、第二热管接头同换热装置连接，所述换热装置包括蒸发器、冷凝器、压缩机、循环水管路、冷媒循环管路和超导液循环管路，所述第一冷却管接头及第二冷却管接头连接循环水管路，所述循环水管路通过蒸发器与冷媒循环管路换热，冷媒循环管路通过冷凝器与超导液循环管路换热，所述超导液循环管路与喷头热端组件第一热管接头、第二热管接头连接，所述压缩机连接在冷媒循环管路上。
优选的，所述的喷头热端组件由喷嘴、导热块、导热管、防热辐射保温罩、顶盖、罩体、第一绝热铝箔、第二绝热铝箔、通气孔、喷嘴孔、螺钉、第一热管接头、第二热管接头、穿线孔和PTC加热器组成，其中，喷嘴与导热块通过螺纹结构连接，所述导热管缠绕在导热块外壁上，所述导热管通过第一热管接头、第二热管接头同同换热装置连接，PTC加热器安装于导热块底端，顶盖内壁上贴有第二绝热铝箔，罩体内壁贴有第一绝热铝箔，顶盖和罩体利用螺钉装配成防热辐射保温罩，罩体设有通气孔、喷嘴孔及穿线孔。
优选的，所述的喉管组件包括喉管、聚四氟乙烯胶管、第一密封圈和第二密封圈，聚四氟乙烯胶管装配于喉管内，第一密封圈和第二密封圈安装于喉管两端的台阶孔内。
优选的，所述的喉管冷却组件由冷却腔、腔体、腔盖、注液孔、冷却管、散热体、喉管温度传感器、盖板、透气孔、送料引导头、第一冷却管接头、第二冷却管接头和高温导热油组成，其中，散热体下端***腔体台阶孔并焊接，散热体下端安装喉管温度传感器，散热体上端安装腔盖，腔盖压在腔体上端面并用螺钉固定，腔盖设有注液孔，注液孔上端放置有盖板，盖板设置有透气孔，冷却管套在散热体外圆上，分别与第一冷却管接头、第二冷却管接头连接，送料引导头安装在腔盖上。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明通过喉管冷却组件所设冷却管将散热体的热量传递给循环水管路，所述循环水管路中的循环水经过蒸发器将热量传递给冷媒，所述冷媒通过压缩机变成高温高压的液体，这部分冷媒的热量传递给超导液，所述超导液具有热传递快、热阻小的优点，通过超导液循环管路所述超导液可将热量迅速传递给喷头热端组件所设导热块，从而达到预热料丝的目的。
本发明通过换热装置将喉管冷却组件的热量供给喷头热端组件，解决熔融沉积型3D打印机工作时遇到的喷头堵塞问题，同时解决了热量未充分利用的问题。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明喉管冷却组件的结构示意图；
图3为本发明喷头热端组件和喉管组件的结构示意图。
图中：1、喷头热端组件；2、喉管组件；3、喉管冷却组件；4、换热装置；101、第一热管接头；102、第二热管接头；103、喷嘴；104、导热块；105、导热管；106、防热辐射保温罩；107、顶盖；108、罩体；109、第一绝热铝箔；110、第二绝热铝箔；111、通气孔；112、喷嘴孔；113、螺钉；114、穿线孔；115、PTC加热器；201、喉管；202、聚四氟乙烯胶管；203、第一密封圈；204、第二密封圈；301、冷却腔；302、腔体；303、腔盖；304、注液孔；305、冷却管；306、散热体；307、喉管温度传感器；308、盖板；309、透气孔；310、送料引导头；311、第一冷却管接头；312、第二冷却管接头；401、蒸发器；402、冷凝器；403、压缩机；404、循环水管路；405、冷媒循环管路；406、超导液循环管路。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，一种3D打印机喷头，包括喷头热端组件1、喉管组件2、喉管冷却组件3和换热装置4，喷头热端组件1通过螺纹结构同喉管组件2连接，喉管组件2通过螺纹结构同喉管冷却组件3连接，喉管冷却组件3通过第一冷却管接头311及第二冷却管接头312同换热装置4连接，喷头热端组件1通过第一热管接头101、第二热管接头102同换热装置4连接，所述换热装置4包括蒸发器401、冷凝器402、压缩机403、循环水管路404、冷媒循环管路405和超导液循环管路406，所述第一冷却管接头301及第二冷却管接头302连接循环水管路404，所述循环水管路404通过蒸发器401与冷媒循环管路405换热，冷媒循环管路405通过冷凝器402与超导液循环管路406换热，所述超导液循环管路406与喷头热端组件1第一热管接头101、第二热管接头102连接，所述压缩机403连接在冷媒循环管路405上。
参阅图3，所述的喷头热端组件1由喷嘴103、导热块104、导热管105、防热辐射保温罩106、顶盖107、罩体108、第一绝热铝箔109、第二绝热铝箔110、通气孔111、喷嘴孔112、螺钉113、第一热管接头101、第二热管接头102、穿线孔114和PTC加热器115组成，其中，喷嘴103与导热块104通过螺纹结构连接，所述导热管105缠绕在导热块104外壁上，所述导热管105通过第一热管接头101、第二热管接头102同同换热装置4连接，PTC加热器115安装于导热块104底端，顶盖107内壁上贴有第二绝热铝箔109，罩体108内壁贴有第一绝热铝箔109，顶盖107和罩体108利用螺钉113装配成防热辐射保温罩106，罩体108设有通气孔111、喷嘴孔112及穿线孔114。
参阅图3，所述的喉管组件2包括喉管201、聚四氟乙烯胶管202、第一密封圈203和第二密封圈204，聚四氟乙烯胶管202装配于喉管201内，第一密封圈203和第二密封圈204安装于喉管201两端的台阶孔内。
参阅图2，所述的喉管冷却组件3由冷却腔301、腔体302、腔盖303、注液孔304、冷却管305、散热体306、喉管温度传感器307、盖板308、透气孔309、送料引导头310、第一冷却管接头311、第二冷却管接头312和高温导热油组成，其中，散热体306下端***腔体台阶孔并焊接，散热体306下端安装喉管温度传感器307，散热体306上端安装腔盖303，腔盖303压在腔体302上端面并用螺钉固定，腔盖303设有注液孔304，注液孔304上端放置有盖板308，盖板308设置有透气孔309，冷却管305套在散热体306外圆上，分别与第一冷却管接头311、第二冷却管接头312连接，送料引导头310安装在腔盖303上。
该3D打印机喷头，使用时喷头热端组件1所设导热管105将超导液循环管路406带来的热量迅速传递给导热块104，导热块104利用这部分热量进行料丝的预热升温，然后按照设定的料丝熔化温度选择对应的PTC加热器115作为热源，使导热块104自动保持恒温，极大地节省了能量，防热辐射保温罩106采用封闭式结构，同时在内壁上贴有绝热铝箔，可有效地防止喷头热端组件1的热量以热辐射的形式传递到喉管组件2和喉管冷却组件3，并有利于喷嘴103和导热块104保持恒温，节约能源，罩体108上设有通气孔111，当PTC加热器115工作时可形成从喷嘴孔112进，从通气孔111出的气流，能够辅助性地促使从喷嘴103处挤出的熔融态料丝尽快地凝固成形，并提高3D模型的表面成型质量；
喉管组件2两端各设有一个由氟橡胶制成的耐高温密封圈，能有效地阻止喷头热端组件1的热量沿着料丝与聚四氟乙烯胶管202间的间隙以空气对流的形式传递到散热体306，防止该处的料丝过早膨胀与软化造成喷头堵塞；
喉管冷却组件3选用芳烃含量大于99％、工作温度可达300℃的高温导热油作为热交换介质，导热系数大、热稳定效果好、安全性高；循环水从冷却管上端的第一冷却管接头311流入，从下端的第二冷却管接头312流出，均有效地增大了换热面积，提高了换热效率；高温导热油将从散热体306吸收的热量传递给冷却管305，由管内流动的循环水带走，这种结构形式有效地减小了换热过程中产生的震动，提高了打印质量。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明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，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种3D打印机喷头，包括喷头热端组件(1)、喉管组件(2)、喉管冷却组件(3)和换热装置(4)，其特征在于：喷头热端组件(1)通过螺纹结构同喉管组件(2)连接，喉管组件(2)通过螺纹结构同喉管冷却组件(3)连接，喉管冷却组件(3)通过第一冷却管接头(311)及第二冷却管接头(312)同换热装置(4)连接，喷头热端组件(1)通过第一热管接头(101)、第二热管接头(102)同换热装置(4)连接，所述换热装置(4)包括蒸发器(401)、冷凝器(402)、压缩机(403)、循环水管路(404)、冷媒循环管路(405)和超导液循环管路(406)，所述第一冷却管接头(301)及第二冷却管接头(302)连接循环水管路(404)，所述循环水管路(404)通过蒸发器(401)与冷媒循环管路(405)换热，冷媒循环管路(405)通过冷凝器(402)与超导液循环管路(406)换热，所述超导液循环管路(406)与喷头热端组件(1)第一热管接头(101)、第二热管接头(102)连接，所述压缩机(403)连接在冷媒循环管路(405)上。
2.根据权利要求1所述的一种3D打印机喷头，其特征在于：所述的喷头热端组件(1)由喷嘴(103)、导热块(104)、导热管(105)、防热辐射保温罩(106)、顶盖(107)、罩体(108)、第一绝热铝箔(109)、第二绝热铝箔(110)、通气孔(111)、喷嘴孔(112)、螺钉(113)、第一热管接头(101)、第二热管接头(102)、穿线孔(114)和PTC加热器(115)组成，其中，喷嘴(103)与导热块(104)通过螺纹结构连接，所述导热管(105)缠绕在导热块(104)外壁上，所述导热管(105)通过第一热管接头(101)、第二热管接头(102)同同换热装置(4)连接，PTC加热器(115)安装于导热块(104)底端，顶盖(107)内壁上贴有第二绝热铝箔(109)，罩体(108)内壁贴有第一绝热铝箔(109)，顶盖(107)和罩体(108)利用螺钉(113)装配成防热辐射保温罩(106)，罩体(108)设有通气孔(111)、喷嘴孔(112)及穿线孔(114)。
3.根据权利要求1所述的一种3D打印机喷头，其特征在于：所述的喉管组件(2)包括喉管(201)、聚四氟乙烯胶管(202)、第一密封圈(203)和第二密封圈(204)，聚四氟乙烯胶管(202)装配于喉管(201)内，第一密封圈(203)和第二密封圈(204)安装于喉管(201)两端的台阶孔内。
4.根据权利要求1所述的一种3D打印机喷头，其特征在于：所述的喉管冷却组件(3)由冷却腔(301)、腔体(302)、腔盖(303)、注液孔(304)、冷却管(305)、散热体(306)、喉管温度传感器(307)、盖板(308)、透气孔(309)、送料引导头(310)、第一冷却管接头(311)、第二冷却管接头(312)和高温导热油组成，其中，散热体(306)下端***腔体台阶孔并焊接，散热体(306)下端安装喉管温度传感器(307)，散热体(306)上端安装腔盖(303)，腔盖(303)压在腔体(302)上端面并用螺钉固定，腔盖(303)设有注液孔(304)，注液孔(304)上端放置有盖板(308)，盖板(308)设置有透气孔(309)，冷却管(305)套在散热体(306)外圆上，分别与第一冷却管接头(311)、第二冷却管接头(312)连接，送料引导头(310)安装在腔盖(303)上。
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