CN111251608A - 一种打印头喷嘴组件及3d打印*** - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种打印头喷嘴组件及3D打印***，该打印头喷嘴组件包括：喷嘴、非接触式红外测温探头以及吹气冷却单元，所述喷嘴用于喷射一喷射物至目标打印物体表面，所述非接触式红外测温探头以及吹气冷却单元均设置在所述喷嘴的外侧周围。该3D打印***，包括上述的打印头喷嘴组件。本申请适用于熔融喷射堆积成型原理的3D打印***，可以实时精确监测和控制3D打印过程中最关键位置的温度，可以有效提高3D打印的效率速度和产量；本申请中的非接触式红外测温探头、激光单元以及吹气冷却单元均可不受遮挡，不受打印头喷嘴运动的影响。
Description
技术领域
本申请属于3D打印技术领域，具体涉及一种打印头喷嘴组件及3D打印***。
背景技术
现在3D打印设备都使用一个简单加热功能的加热腔，更先进的是使用有红外线进行加热的加热腔，但是红外线通过照射来传导热量给目标物体表面，该过程较慢，难以满足快速打印的精确控制打印区域表面温度的要求；同时红外线是光线直射的方式从光源照射到目标物体表面，但是打印设备的喷嘴等移动部件会产生遮挡，而且遮挡的正是最关键的直接和喷嘴喷射物接触的部位，所以很难精确控制温度。
现有的3D打印设备的加热腔的温度测量方法很原始，难以精确测量目标打印物体表面的实际实时温度，目前更先进的测量方法是在喷嘴周围设置一些测温头，由于和目标打印物体的上表面接近，所以能取得相对比较准确的温度消息，但是依然不是实际实时的表面温度。
发明内容
针对上述现有技术的缺点或不足，本申请要解决的技术问题是提供一种打印头喷嘴组件及3D打印***。
为解决上述技术问题，本申请具有如下构成：
本申请提出了一种打印头喷嘴组件，包括：喷嘴、非接触式红外测温探头以及吹气冷却单元，所述喷嘴用于喷射一喷射物至目标打印物体表面，所述非接触式红外测温探头以及吹气冷却单元均设置在所述喷嘴的外侧周围。
作为进一步地改进，本申请还包括激光单元，所述激光单元亦设置在所述喷嘴的外侧周围，其中，所述激光单元发射激光并照射至目标打印物体表面的特定区域。
作为进一步地改进，所述特定区域的覆盖面积大于所述喷嘴上的开孔垂直映射至所述特定区域上的映射面积。
作为进一步地改进，所述非接触式红外测温探头通过第一固定块安装在所述喷嘴上。
作为进一步地改进，所述非接触式红外测温探头设有第一弯折部，所述第一弯折部向所述喷嘴设置方向弯折设置。
作为进一步地改进，所述吹气冷却单元通过第二固定块安装在所述喷嘴上。
作为进一步地改进，所述吹气冷却单元设有第二弯折部，所述第二弯折部向所述喷嘴设置方向弯折设置。
作为进一步地改进，所述吹气冷却单元中的输送气体为惰性气体。
作为进一步地改进，所述激光单元通过第三固定块安装在所述喷嘴上。
作为进一步地改进，所述激光单元设有第三弯折部，所述第三弯折部向所述喷嘴设置方向弯折设置。
本申请还提出了3D打印***，包括上述的打印头喷嘴组件。
与现有技术相比，本申请具有如下技术效果：
本申请适用于熔融喷射堆积成型原理的3D打印***，可以实时精确监测和控制3D打印过程中最关键位置的温度，满足3D打印过程的精确控制打印区域表面温度的要求，可以有效提高3D打印的效率速度和产量；本申请中的非接触式红外测温探头、激光单元以及吹气冷却单元均可不受遮挡，不受打印头喷嘴运动的影响。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1：本申请打印头喷嘴组件的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对本申请的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本申请的目的、特征和效果。
如图1所示，本实施例打印头喷嘴组件，包括：喷嘴10、非接触式红外测温探头30以及吹气冷却单元20，所述喷嘴10用于喷射一喷射物至目标打印物体表面，所述非接触式红外测温探头30以及吹气冷却单元20均设置在所述喷嘴10的外侧周围。所述非接触式红外测温探头30实时监控目标打印物体表面特定区域的温度，所述吹气冷却单元20可对目标打印物体表面特定区域吹低温气体，以即刻降低目标打印物体表面特定区域的温度。
其中，所述非接触式红外测温探头30与喷嘴10的上述安装方式，可以使得所述非接触式红外测温探头30与喷嘴10同时运动并实时监控喷嘴10下方目标打印物体上表面的小范围区域的实际精确温度。
在本实施例中，上述特定区域包括但不限于圆斑，其中，该特定区域的具有形状并不会对本申请的保护范围造成限定。
其中，该特定区域为与所述喷嘴10正下方相对的目标打印物体的表面的区域。
进一步地，在本实施例中，所述特定区域的覆盖面积大于所述喷嘴10上的开孔垂直映射至所述特定区域上的映射面积，该设置方式可保证喷射物被喷嘴10喷射至目标打印物体表面时，所接触的目标范围都能够被实时监控或加热(采用下文所述的激光单元40发射激光进行加热)或冷却其表面温度，以满足3D打印过程中打印材料对温度的要求。
所述非接触式红外测温探头30的设置数量为至少一个，其沿周向设置在所述喷嘴10的外侧周围。优选地，所述非接触式红外测温探头30沿周向均匀设置在所述喷嘴10的外侧周围。其中，所述非接触式红外测温探头30周向均匀布设方式，可以保证对目标打印物体表面的特定区域进行多点测量和多点监控，以寻求实时监控数据的准确性。
所述非接触式红外测温探头30通过第一固定块安装在所述喷嘴10上，其中，第一固定块亦可替换为固定板、固定条等结构，其只要符合能够将所述非接触式红外测温探头30固定安装在所述喷嘴10上即可。其中，所述非接触式红外测温探头30能够跟随所述喷嘴10一起进行运动，这样能有效地保证实时温度监控区域始终覆盖喷嘴10打印范围。
所述非接触式红外测温探头30设有第一弯折部31，所述第一弯折部31向所述喷嘴10设置方向弯折设置。该第一弯折部31的设置方式，能够保证所述非接触式红外测温探头30实时监控到设置在所述喷嘴10的正下方的目标打印物体的表面温度。
当然，所述吹气冷却单元20包括一吹气冷却管，其通过第二固定块安装在所述喷嘴10上，其中，第二固定块亦可替换为固定板、固定条等结构，其只要符合能够将所述吹气冷却单元20固定安装在所述喷嘴10上即可。其中，所述吹气冷却单元20能够跟随所述喷嘴10一起进行运动。
同理，所述吹气冷却单元20设有第二弯折部21，所述第二弯折部21向所述喷嘴10设置方向弯折设置。该第二弯折部21的设置方式，能够保证所述吹气冷却单元20对设置在所述喷嘴10的正下方的目标打印物体的表面进行及时降温。
在本实施例中，所述吹气冷却单元20的设置数量为至少一个，其沿周向设置在所述喷嘴10的外侧周围。优选地，所述吹气冷却单元20沿周向均匀设置在所述喷嘴10的外侧周围。其中，所述吹气冷却单元20周向均匀布设方式，可以保证对目标打印物体表面的特定区域进行多点同时降温，以提高工作效率并尽可能地降低误差。
在另一实施例中，所述吹气冷却单元20被优选实施为一吹气冷却管。
更重要地是，所述吹气冷却单元中的输送气体为惰性气体，如，氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)等。所述惰性气体可以对高温下的打印材料进行保护，避免在高温情况下，该3D打印材料与空气中的氧气产生氧化反应，从而影响目标打印物体的成品品质。
本实施例还包括激光单元40，所述激光单元40亦设置在所述喷嘴10的外侧周围，其中，所述激光单元40发射激光并照射至目标打印物体表面的特定区域。
所述激光单元40的设置数量为至少一个，其沿周向设置在所述喷嘴10的外侧周围。优选地，所述激光单元40沿周向均匀设置在所述喷嘴10的外侧周围。其中，所述激光单元40周向均匀布设方式，可以保证对目标打印物体表面的特定区域进行激光照射的均一性，避免因某一处温度过高或过低对3D打印产品成型的影响。
其中，所述激光单元40通过第三固定块安装在所述喷嘴10上。其中该第三固定块亦替换为固定板、固定条等结构，其只要符合能够将所述激光单元40固定安装在所述喷嘴10上即可。其中，所述激光单元40能够跟随所述喷嘴10一起进行运动，这样能有效地保证照射区域始终覆盖喷嘴10打印范围。
更重要地是，所述激光单元40设有第三弯折部41，所述第三弯折部41向所述喷嘴10设置方向弯折设置。该第三弯折部41的设置方式，能够保证所述激光单元40发射的激光照射至所述喷嘴10的正下方的目标打印物体表面。
在本实施例，所述激光单元40为激光光导纤维束，其用于发射激光光束，从而对照射并加热喷嘴10喷射物即将抵达的目标打印物体上表面的特定位置。
当然，在本实施例中，为安装固定方便，所述第一固定块、第二固定块以及第三固定块可以为同一个固定块50(如图1所示)的结构，当然，所述第一固定块、第二固定块以及第三固定块亦可为不同的结构，其可同时安装在所述喷嘴10的相同或不同位置，以满足安装固定所需。
本申请还提出了3D打印***，包括上述的打印头喷嘴组件。
本申请的工作原理如下：
本申请将非接触式红外测温探头30测到的目标打印物体上表面特定区域的实时精确温度数据传送到控制***，控制***预先根据打印数据已经规划了整个打印轨迹每个位置的理想表面温度，如果实时监测的温度高于预设理想温度，控制***采用PID(微分，积分，比例控制)算法指令打印头喷嘴10旁边的吹气冷却单元20吹出特定量的低温气体即刻降低目标打印物体上表面特定区域的温度；如果实时监测的温度低于预设理想温度，控制***采用PID(微分，积分，比例控制)算法指令激光单元40工作，将目标打印物体上表面特定区域的温度提高到预设理想温度。
本申请适用于熔融喷射堆积成型原理的3D打印***，可以实时精确监测和控制3D打印过程中最关键位置的温度，满足3D打印过程的精确控制打印区域表面温度的要求，可以有效提高3D打印的效率速度和产量；本申请中的非接触式红外测温探头30、激光单元40以及吹气冷却单元20均可不受遮挡，不受打印头喷嘴10运动的影响。
以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非限定，参照较佳实施例对本申请进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本申请技术方案的精神和范围，均应涵盖在本申请的权利要求范围内。
Claims (11)
1.一种打印头喷嘴组件，其特征在于，包括：喷嘴、非接触式红外测温探头以及吹气冷却单元，所述喷嘴用于喷射一喷射物至目标打印物体表面，所述非接触式红外测温探头以及吹气冷却单元均设置在所述喷嘴的外侧周围。
2.根据权利要求1所述的打印头喷嘴组件，其特征在于，还包括激光单元，所述激光单元亦设置在所述喷嘴的外侧周围，其中，所述激光单元发射激光并照射至目标打印物体表面的特定区域。
3.根据权利要求2所述的打印头喷嘴组件，其特征在于，所述特定区域的覆盖面积大于所述喷嘴上的开孔垂直映射至所述特定区域上的映射面积。
4.根据权利要求1至3任一项所述的打印头喷嘴组件，其特征在于，所述非接触式红外测温探头通过第一固定块安装在所述喷嘴上。
5.根据权利要求4所述的打印头喷嘴组件，其特征在于，所述非接触式红外测温探头设有第一弯折部，所述第一弯折部向所述喷嘴设置方向弯折设置。
6.根据权利要求1至3任一项所述的打印头喷嘴组件，其特征在于，所述吹气冷却单元通过第二固定块安装在所述喷嘴上。
7.根据权利要求6所述的打印头喷嘴组件，其特征在于，所述吹气冷却单元设有第二弯折部，所述第二弯折部向所述喷嘴设置方向弯折设置。
8.根据权利要求6所述的打印头喷嘴组件，其特征在于，所述吹气冷却单元中的输送气体为惰性气体。
9.根据权利要求2或3所述的打印头喷嘴组件，其特征在于，所述激光单元通过第三固定块安装在所述喷嘴上。
10.根据权利要求9所述的打印头喷嘴组件，其特征在于，所述激光单元设有第三弯折部，所述第三弯折部向所述喷嘴设置方向弯折设置。
11.3D打印***，其特征在于，包括如权利要求1至10所述的打印头喷嘴组件。
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