CN205467402U - 基于高频电磁加热的熔融式快速成型机 - Google Patents

Abstract

一种基于高频电磁加热的熔融式快速成型机，涉及一种熔融式快速成型机，包括成型箱、送丝轮组、料管、喷嘴、工作台、高频发生器、高频加热线圈、温度传感器；所述的料管设在送丝轮组的下方，料管内部形成一个热熔腔，热熔腔的下部与喷嘴连接；高频加热线圈均匀地缠绕在料管的外表面，且高频加热线圈的两端分别与高频发生器的两个输出端连接；所述的温度传感器设在料管的热熔腔上，温度传感器与高频发生器的输入端连接。本实用新型可使材料温度在很短的时间内达到其热熔点，还可精准地控制热熔温度和成型温度，热熔温度波动小，成型工件质量好，且节能节电、维护成本低，易于推广使用。

Description

基于高频电磁加热的熔融式快速成型机

技术领域

本实用新型涉及一种熔融式快速成型机，尤其是一种基于高频电磁加热的熔融式快速成型机。

背景技术

熔融式快速成型工艺是一种通过软件控制成型机按照3D模型的轮廓信息在XY平面进行逐层扫描，再将热塑性丝状材料快速熔化后在Z方向不断堆积而形成三维工件的工艺。在材料熔化再成型的过程中，对温度的控制非常重要，不仅需要材料温度在很短的时间内达到其热熔点，而且不管是加热温度还是冷却温度，都要精确的保持在一定范围之内，如果超出这个范围，所成型的工件就有可能出现变形，无法保证其成型精度。如ABS材料一般的加热温度在220°C左右，其成型温度保持在70°C左右，只有在这两个温度下熔融的ABS材料才有一定的流动性和很好的精度保证。

而目前的熔融式快速成型机热熔腔采用的都是电阻丝加热方式，其缺点主要有：

1. 热熔温度波动大：

因为电阻丝加热方式是根据对某一温度范围的控制来实现的：当温度高出这个范围就断电停止加热，当温度小于这个范围就通电加热，这种加热方式是有级控制，其很难保持在某一个固定值上不间断加热，总是在这一固定值上下波动。

2. 成型温度不稳定：

由于电阻加热是通过绕在料管上的电阻丝发热来实现的，电阻丝加热内外圈都在发热，真正起作用的只有紧贴在金属料管的那一部分，很大一部分的热量都散失到成型箱中，这使得成型箱的温度不断升高，而成型的最佳温度为70°C，也就是说成型箱里的温度必须保持在70°C左右，如果电阻丝的热量过多的散发到成型箱中，影响成型温度，使成型出的工件容易变形，达不到所需的精度要求，就会产生工件报废。

3. 材料温度达到其热熔点需要的时间长：

由于装在热熔腔里的材料，是通过绕在料管上的电阻丝发热来实现的。热量使用率低，大约只有50%-60%，另一半都散失到成型箱里，因此要使材料温度达到其热熔点，需要加热的时间较长。

4. 耗电严重：

由于装在热熔腔里的材料，是通过绕在料管上的电阻丝发热来实现的。热量使用率低，大约只有50%-60%，另一半都散失到成型箱里，不仅成型效果变差，还造成电能的极大浪费。另外，如果采用别的设备使成型箱的温度降低到最佳的成型温度，势必又造成能源的二次浪费。

5. 设备易老化、维护成本高：

采用电阻丝加热时由于热量的损耗使周围的环境温度达到80℃或者90℃甚至更高，而材料成型箱中的设备（如工作台、电线等）处于长期的高温环境下运行，这样就容易老化，使用寿命缩短。而且电阻丝本身是一个发热体，其加热温度高达200℃，本身也容易高温氧化，发热效率逐渐低下，加热不均匀。因此，维修保养的工作量相对较大，维护成本也很高。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种可使材料温度在很短的时间内达到其热熔点，还可精准地控制热熔温度和成型温度，且节能节电、维护成本低的基于高频电磁加热的熔融式快速成型机。

解决上述技术问题的技术方案是：一种基于高频电磁加热的熔融式快速成型机，包括成型箱、送丝轮组、料管、喷嘴、工作台，所述的送丝轮组、料管、喷嘴、工作台均设在成型箱内；还包括高频发生器、高频加热线圈、温度传感器；所述的料管设在送丝轮组的下方，料管内部形成一个热熔腔，热熔腔的下部与喷嘴连接；所述的高频加热线圈均匀地缠绕在料管的外表面，且高频加热线圈的两端分别与高频发生器的两个输出端连接；所述的温度传感器设在料管的热熔腔上，温度传感器与高频发生器的输入端连接；所述的工作台设在喷嘴的下方。

本实用新型的进一步技术方案是：所述的送丝轮组包括一组反向旋转的齿轮，该组反向旋转的齿轮间留有与料丝直径相适应的间隙通道，该间隙通道的底部与料管的热熔腔相通。

本实用新型的进一步技术方案是：所述的高频加热线圈外部涂有保温材料。

本实用新型的进一步技术方案是：所述的高频发生器的面板上设有显示屏、频率/温度转换按键、频率/温度调节按键。

本实用新型的进一步技术方案是：所述的高频发生器为内置有PID控制程序的高频发生器。

本实用新型的再进一步技术方案是：该成型机还包括料丝定位块，该料丝定位块设在送丝轮组的上方，料丝定位块的中间留有与料丝直径相适应的间隙通道。

本实用新型的更进一步技术方案是：该成型机还包括防护罩，防护罩套在料丝定位块、送丝轮组、高频加热线圈外。

由于采用上述结构，本实用新型之基于高频电磁加热的熔融式快速成型机与现有技术相比，具有以下有益效果：

1. 可使材料温度在很短的时间内达到其热熔点：

本实用新型包括成型箱、送丝轮组、料管、喷嘴、工作台、高频发生器、高频加热线圈、温度传感器，其中料管设在送丝轮组的下方，料管内部形成一个热熔腔，热熔腔的下部与喷嘴连接；高频加热线圈均匀地缠绕在料管的外表面，且高频加热线圈的两端分别与高频发生器的两个输出端连接；温度传感器设在料管的热熔腔上，温度传感器与高频发生器的输入端连接。由于高频电磁加热是通过电磁感应加热发生器通过“交-直-交”的整流逆变电路，把市电（交流220伏或380伏/50赫兹）转换成频率为20-40千赫兹的高频高压电，当高速变化的高频电压电流流过线圈时会产生高速变化的交变磁场，涡流使金属原子高速无规则运动，原子互相碰撞、摩擦而产生热能，从而起到加热的效果，即通过把电能转化为磁能，使被加热金属表面产生感应涡流，使金属材料本身自行快速发热。而本实用新型将高频发生器与高频加热线圈连接，采用了高频电磁加热原理，使料管本身自行快速发热，避免了传统电阻丝加热方式只有紧贴料管的一面热，只有一半的热量被利用的现象，因此采用高频电磁加热的快速成型机80%的功率都是用在加热环节上，具有热量集中和热量损失小的特点，可使热塑性丝状材料温度在很短的时间内达到其热熔点，保证了熔融式快速成型工艺的顺利进行。

2. 可精准地控制热熔温度和成型温度：

本实用新型包括有高频发生器、高频加热线圈、温度传感器，其中高频加热线圈均匀地缠绕在料管的外表面，且高频加热线圈的两端分别与高频发生器的两个输出端连接；温度传感器设在料管的热熔腔上，温度传感器与高频发生器的输入端连接。在对温度的控制方面，本实用新型是在高频发生器上设定好加热温度，高频发生器输出高频高压给加热线圈，线圈产生交变磁场对热熔腔加热，连接在热熔腔上的温度传感器实时对加热温度进行采样，然后反馈到高频发生器，高频发生器再对反馈回来的温度和设定温度进行对比，如果反馈温度比设定温度低，高频发生器就增大输出频率，继续提高加热温度，直到等于设定的温度；相反，如果反馈温度比设定温度高，高频发生器就会减小输出频率，减小其加热温度，直到等于设定温度。而在设备方面，本实用新型是采用高频发生器、高频加热线圈进行加热，高频感应加热是使热熔腔本身发热，热量是向内部发散，且热量比较集中，所以对成型箱的温度不会产生影响。因此，本实用新型可精准地控制热熔温度和成型温度。

3. 热熔温度波动小：

由于本实用新型的高频发生器为内置有PID控制程序的高频发生器，该高频发生器的面板上设有显示屏、频率/温度转换按键、频率/温度调节按键。高频发生器中的PID功能使热熔腔的温度被控制在设定的温度值，精度单位可达到±0.01°C。另外，由于感应功率的大小与频率的平方成正比，而且缠绕加热线圈的圈数越多、线径越大，感应产生的磁通量就越多，功率（温度）也随着增大。所以，只要增大或减小高频发生器上的频率/温度调节按键或者改变线圈和圈数和线径大小就可改变其加热温度，这种调节温度的方式属于无极控制。因此，本实用新型能够保持在某一个固定值上不间断加热，热熔温度波动小。

4．成型工件质量好：

由于本实用新型采用的高频电磁加热是将高频发生器与高频加热线圈连接，通过电磁感应加热发生器通过“交-直-交”的整流逆变电路，将电能转化为磁能，使金属材料本身自行快速发热来实现的，使快速成型机80%的功率都是用在加热环节上，成型温度稳定；进一步，本实用新型的高频加热线圈外部涂有保温材料，减少了热量的散失；本实用新型还包括防护罩，防护罩分别套在送丝轮组、高频线圈及喷嘴外，防护罩内部的空间实现闭环温控，以防热量散失在成型箱内，更好地将成型的温度保持在70°C左右。因此，本实用新型对成型箱的温度不会产生影响，成型温度稳定，成型出的工件不易变形，易达到所需的精度要求，从而保证了成型工件质量。

5. 节能节电：

本实用新型将高频发生器与高频加热线圈连接，采用了高频电磁加热原理，使料管本身自行快速发热，避免了传统电阻丝加热方式只有紧贴料管的一面热，只有一半的热量被利用的现象，因此采用高频电磁加热的快速成型机80%的功率都是用在加热环节上，使用高频电磁加热能大幅度的减少耗电量，节电效果可达到30%-50%。

6. 维护成本低：

由于本实用新型的高频电磁加热线圈可承受500度以上的高温，由于线圈本身不产生热量，所以使用寿命时间长，避免了电阻丝加热需要经常更换维护的弊端，减少维修成本；因此，本实用新型的维护成本低。

下面，结合附图和实施例对本实用新型之基于高频电磁加热的熔融式快速成型机的技术特征作进一步的说明。

附图说明

图1：实施例一所述的基于高频电磁加热的熔融式快速成型机的结构示意图。

在上述附图中，各附图标记说明如下：

1-高频发生器，

101-显示屏，102-频率/温度转换按键，103-频率/温度调节按键，

104-高频输出线，

2-成型箱，3-料丝，4-料丝定位块，5-送丝轮组，6-防护罩，

7-热熔腔，8-高频加热线圈，9-料管，10-喷嘴，11-温度传感器，

12-工作台，13-熔料。

具体实施方式

实施例一：

一种基于高频电磁加热的熔融式快速成型机，包括高频发生器1、成型箱2、位于成型箱2内的料丝定位块4、送丝轮组5、防护罩6、高频加热线圈8、料管9、喷嘴10、温度传感器11、工作台12，其中：

所述的高频发生器1的面板上设有显示屏101、频率/温度转换按键102、频率/温度调节按键103，该高频发生器1为内置有PID控制程序的高频发生器；

所述的料丝定位块4、送丝轮组5、料管9从上到下依次设置；料管9为金属管，该料管9内部形成一个热熔腔7，热熔腔7的下部与喷嘴10连接，喷嘴10的下方设置有所述的工作台12。所述的料丝定位块4的中间留有与料丝3的直径相适应的间隙通道A；所述的送丝轮组5包括一组反向旋转的齿轮，该组反向旋转的齿轮间也留有与料丝3的直径相适应的间隙通道B，该间隙通道B的底部与料管9的热熔腔7相通。

所述的高频加热线圈8外部涂有保温材料，该高频加热线圈8均匀地缠绕在料管9的外表面，高频加热线圈8的两端分别通过高频输出线104与高频发生器1的两个输出端连接。所述的温度传感器11设在料管9的热熔腔7上，温度传感器11与高频发生器1的输入端连接；所述的防护罩6罩在料丝定位块4、送丝轮组5、高频加热线圈8外。

本实用新型之基于高频电磁加热的熔融式快速成型机的工作原理如下：

首先，根据加热功率计算需要缠绕高频加热线圈8的直线和缠绕的圈数，然后把高频加热线圈8均匀的缠绕在料管9的外表面，再在高频加热线圈8的外表面加上一层保温材料，以防止热量的散失。高频加热线圈8的两端通过高频输出线104分别接到高频发生器1的输出两个输出端，启动高频发生器1，在高频发生器1上设定好预设加热温度，高频发生器1输出高频高压给高频加热线圈8，高频加热线圈8产生交变磁场，对热熔腔7迅速加热，连接在热熔腔7上的温度传感器11实时对实际加热温度进行采样，然后反馈到高频发生器1，高频发生器1再对反馈回来的实际加热温度和预设加热温度进行对比，如果反馈回来的实际加热温度比预设加热温度低，高频发生器1就增大输出频率，继续提高实际加热温度，直到等于预设加热温度；相反，如果反馈回来的实际加热温度比预设加热温度高，高频发生器1就会减小输出频率，减小其实际加热温度，直到等于预设加热温度；料丝3从料丝定位块4和送丝轮组5中间的间隙通道穿过，启动送丝轮组5，料丝送到热熔腔7里进行熔丝，熔丝从喷嘴10中喷出，喷嘴10带着被挤出的熔料13按3D模型的轮廓在工作台12上进行运动填充，由于挤出的熔料冷却后会迅速固化，并与底部的材料相粘结，并一层一层的往Z方向堆积，上一层对当前层起到定位和支撑的作用，如此不断的循环，最终形成与3D模型形状一样的工件。

Claims (7)

1.一种基于高频电磁加热的熔融式快速成型机，包括成型箱（2）、送丝轮组（5）、料管（9）、喷嘴（10）、工作台（12），所述的送丝轮组（5）、料管（9）、喷嘴（10）、工作台（12）均设在成型箱（2）内；其特征在于：还包括高频发生器（1）、高频加热线圈（8）、温度传感器（11）；所述的料管（9）设在送丝轮组（5）的下方，料管（9）内部形成一个热熔腔（7），热熔腔（7）的下部与喷嘴（10）连接；所述的高频加热线圈（8）均匀地缠绕在料管（9）的外表面，且高频加热线圈（8）的两端分别与高频发生器（1）的两个输出端连接；所述的温度传感器（11）设在料管（9）的热熔腔（7）上，温度传感器（11）与高频发生器（1）的输入端连接；所述的工作台（12）设在喷嘴（10）的下方。

2.根据权利要求1所述的基于高频电磁加热的熔融式快速成型机，其特征在于：所述的送丝轮组（5）包括一组反向旋转的齿轮，该组反向旋转的齿轮间留有与料丝直径相适应的间隙通道，该间隙通道的底部与料管（9）的热熔腔（7）相通。

3.根据权利要求1所述的基于高频电磁加热的熔融式快速成型机，其特征在于：所述的高频加热线圈（8）外部涂有保温材料。

4.根据权利要求1所述的基于高频电磁加热的熔融式快速成型机，其特征在于：所述的高频发生器（1）的面板上设有显示屏（101）、频率/温度转换按键（102）、频率/温度调节按键（103）。

5.根据权利要求1所述的基于高频电磁加热的熔融式快速成型机，其特征在于：所述的高频发生器（1）为内置有PID控制程序的高频发生器。

6.根据权利要求1至5任一权利要求所述的基于高频电磁加热的熔融式快速成型机，其特征在于：该成型机还包括料丝定位块（4），该料丝定位块（4）设在送丝轮组（5）的上方，料丝定位块（4）的中间留有与料丝直径相适应的间隙通道。

7.根据权利要求6所述的基于高频电磁加热的熔融式快速成型机，其特征在于：该成型机还包括防护罩（6），防护罩（6）套在料丝定位块（4）、送丝轮组（5）、高频加热线圈（8）外。