一種3d打印機(jī)的打印頭的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供3D打印機(jī)的打印頭，包括連通管，加熱塊，加熱塊用于將絲料熔融，加熱塊具有第一開口和第二開口，連通管穿過第一開口和第二開口；隔熱內(nèi)管，隔熱內(nèi)管設(shè)置在連通管的內(nèi)部；隔熱內(nèi)管在加熱塊的外部，隔熱內(nèi)管的端部與第一開口之間有間隔。采取上述方案，3D打印機(jī)的噴頭在位置移動(dòng)過程中，噴頭停止供絲，避免拉絲現(xiàn)象的產(chǎn)生。
【專利說明】一種3D打印機(jī)的打印頭
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于3D打印機(jī)領(lǐng)域，具體地說，是涉及一種3D打印機(jī)的打印頭。
【背景技術(shù)】
[0002]快速成型技術(shù)能夠用于三維(3D)打印的成型過程，通過電腦數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換過程實(shí)現(xiàn)三維物體的制造。通常，3D打印快速成型技術(shù)主要包括三種類型:立體雕刻(Stereolithography)、逐層疊加制造(Laminated Object Manufacturing)和選擇性沉積塑形(Selective Deposit1n Modeling)。
[0003]選擇性沉積塑形的基本原理為將三維物體逐層切片而得到每一層橫截面的數(shù)據(jù)信息，基于這些信息將物體制造出來?，F(xiàn)有的一種選擇性沉積塑形是熔融沉積成型(FusedDeposit1n Modeling, FDM)。熔融沉積成型的設(shè)備包括了一個(gè)擠壓頭,擠壓頭內(nèi)可以設(shè)置一個(gè)絲料的進(jìn)給裝置，通過加熱元件對(duì)擠壓頭加熱后，擠壓頭能夠擠壓出熔融的流體材料，擠壓出來的材料經(jīng)冷卻凝固后形成固體結(jié)構(gòu)。
[0004]如圖1所示，市場(chǎng)上銷售的一種FDM的3D打印機(jī)包括水平軌道，水平軌道包括相互垂直的X軌道和Y軌道。X軌道包括兩條平行設(shè)置的第一 X軌道I1和第二 X軌道120，Y軌道包括兩條平行設(shè)置的第一 Y軌道210和第二 Y軌道220。X軌道通過第一連接架130連接在Y軌道上，并且X軌道能夠沿Y軌道軸向移動(dòng)。3D打印機(jī)還包括用于擠壓出熔融材料的打印頭300，打印頭300通過一個(gè)第二連接架310連接在X軌道上，并且第二連接架310能夠沿X軌道軸向移動(dòng)。
[0005]3D打印機(jī)還包括沿豎直方向延伸的Z軌道運(yùn)動(dòng)組件，Z軌道運(yùn)動(dòng)組件包括Z軌道、第三連接架420以及平臺(tái)430，Z軌道包括一個(gè)絲桿450和兩個(gè)固定桿，第三連接架420穿過絲桿450和兩個(gè)固定桿，絲桿450的下端設(shè)有一個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，第三連接架420上連接平臺(tái)430。在驅(qū)動(dòng)電機(jī)的作用下，絲桿450發(fā)生旋轉(zhuǎn)，平臺(tái)430在第三連接架420的帶動(dòng)下能夠沿豎直方向Z軌道的絲桿450和固定桿軸向移動(dòng)。由于打印頭能夠沿X軸、Y軸和Z軸任意方向移動(dòng)，在3D打印機(jī)的程序控制中首先對(duì)物體進(jìn)行分層切割，每一層預(yù)先設(shè)定好打印路徑，便能夠?qū)崿F(xiàn)3D物體的打印過程。
[0006]如圖2和圖3所示，現(xiàn)有技術(shù)中的一種3D打印機(jī)的打印頭在豎直方向依次包括連接管500、加熱塊600和噴頭700，噴頭700具有噴嘴710，絲料在加熱塊600內(nèi)熔融后由噴嘴710噴涂到打印機(jī)的工作平臺(tái)上，連接管500內(nèi)部具有鐵氟龍管800，鐵氟龍管800的一部分設(shè)置在加熱塊600的內(nèi)部，另一部分設(shè)置在連接管500的內(nèi)部，鐵氟龍管800能夠耐高溫并且表面光滑，作為絲料的運(yùn)輸管道，能夠起到良好的潤(rùn)滑作用。如圖3所示，噴頭700的柱形管720長(zhǎng)度小于加熱塊600的高度，因此噴頭700與連接管500固定連接的位置位于加熱塊600的內(nèi)部。
[0007]3D打印機(jī)在打印過程中，針對(duì)不規(guī)則的物體，打印頭經(jīng)常需要快速移動(dòng)和變換位置，打印頭移動(dòng)前，3D打印機(jī)需要停止絲料的進(jìn)給，進(jìn)給絲料的動(dòng)力部件可以為齒輪傳動(dòng)。在打印頭位置移動(dòng)和變換的過程中，是不希望熔融的絲料從噴嘴710擠出的，然而由于絲料自身重力的影響，很難使打印頭能夠瞬間停止絲料的擠出，這種不必要的絲料擠出現(xiàn)象在本領(lǐng)域中被稱之為拉絲現(xiàn)象。這種現(xiàn)象會(huì)降低打印物體的精度和表面平整度，影響打印物體的美觀形，另外還容易造成絲料的浪費(fèi)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中3D打印機(jī)的打印頭在位置移動(dòng)過程中，打印頭難以瞬間停止供絲，產(chǎn)生拉絲現(xiàn)象的缺陷，本發(fā)明的主要目的是提供一種3D打印機(jī)的打印頭。
[0009]本發(fā)明提供的3D打印機(jī)的打印頭包括連通管，加熱塊，加熱塊用于將絲料熔融，加熱塊具有第一開口和第二開口，連通管穿過第一開口和第二開口 ；隔熱內(nèi)管，隔熱內(nèi)管設(shè)置在連通管的內(nèi)部；隔熱內(nèi)管在加熱塊的外部，隔熱內(nèi)管的端部與第一開口之間有間隔。
[0010]采取上述方案，3D打印機(jī)的噴頭在位置移動(dòng)過程中，噴頭停止供絲，避免拉絲現(xiàn)象的產(chǎn)生。
[0011]一個(gè)優(yōu)選的方案是，間隔的長(zhǎng)度在2毫米至4毫米之間。
[0012]采取上述方案，當(dāng)間隔距離過小時(shí)，拉絲現(xiàn)象得到緩解但是仍然會(huì)存在這種問題，當(dāng)間隔距離過大時(shí)隔熱內(nèi)管的隔熱作用就會(huì)顯著降低而達(dá)不到預(yù)想的技術(shù)效果，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，間隔距離設(shè)置在2毫米至4毫米之間時(shí)，效果最好。
[0013]一個(gè)優(yōu)選的方案是，連通管由一個(gè)連接管與一個(gè)噴頭固定連接形成，噴頭具有錐形噴嘴和柱形管，柱形管依次穿過第二開口和第一開口后與連接管固定連接。
[0014]一個(gè)優(yōu)選的方案是，噴嘴和柱形管由金屬銅材料制成。
[0015]采取上述方案，柱形管的長(zhǎng)度延伸到加熱塊的外部，柱形管采用金屬銅材料，導(dǎo)熱性能良好，并且適于作為熔融絲料的運(yùn)輸管道。另外，把連接位置設(shè)置在加熱塊外部，能夠增強(qiáng)柱形管的密封性能。
[0016]—個(gè)優(yōu)選的方案是，隔熱內(nèi)管為鐵氟龍管。
[0017]采用上述方案，鐵氟龍管的導(dǎo)熱系數(shù)低，并且鐵氟龍管為耐高溫材料，這種材料的潤(rùn)滑性能優(yōu)異，粘附性很小，絲料在鐵氟龍管內(nèi)的運(yùn)行非常順暢。
[0018]一個(gè)優(yōu)選的方案是，加熱塊內(nèi)部的加熱元件為加熱電阻。
[0019]一個(gè)優(yōu)選的方案是，加熱塊內(nèi)部設(shè)有電熱偶。
[0020]采取上述方案，電熱偶能夠檢測(cè)加熱塊內(nèi)的環(huán)境溫度，并將溫度反饋至3D打印機(jī)的控制器，防止加熱塊的溫度過高。
[0021]—個(gè)優(yōu)選的方案是，加熱塊為矩形立體結(jié)構(gòu)，加熱塊具有下表面和上表面，第一開口設(shè)置在上表面，第二開口設(shè)置在下表面。
[0022]一個(gè)優(yōu)選的方案是，連接管為圓柱形，隔熱內(nèi)管為圓柱形，隔熱內(nèi)管與連接管的內(nèi)壁過盈配合。
[0023]一個(gè)優(yōu)選的方案是，固定連接方式為螺紋連接、焊接。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中一種FDM的3D打印機(jī)結(jié)構(gòu)圖。
[0025]圖2是現(xiàn)有技術(shù)中一種FDM 3D打印機(jī)的打印頭的結(jié)構(gòu)圖。
[0026]圖3是現(xiàn)有技術(shù)中一種FDM 3D打印機(jī)的打印頭的結(jié)構(gòu)分解圖。
[0027]圖4是本發(fā)明的3D打印機(jī)的打印頭實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖。
[0028]圖5是本發(fā)明的3D打印機(jī)的打印頭實(shí)施例的結(jié)構(gòu)分解圖。
[0029]圖6是本發(fā)明的3D打印機(jī)的打印頭實(shí)施例的正面剖視結(jié)構(gòu)圖。
[0030]以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
【具體實(shí)施方式】
[0031]如圖4、圖5和圖6所示，本實(shí)施例的3D打印機(jī)的打印頭10具有加熱塊20，優(yōu)選地，加熱塊20為一個(gè)長(zhǎng)方體，長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)的加熱塊20具有下表面和上表面，在上表面上具有第一開口，在下表面具有第二開口。在加熱塊20內(nèi)部設(shè)有加熱元件，可選地，加熱元件為加熱電阻，另外，加熱塊20內(nèi)部還設(shè)有電熱偶，電熱偶是一個(gè)溫度監(jiān)測(cè)裝置。在3D打印機(jī)啟動(dòng)加熱程序后，加熱電阻正常工作，加熱塊20的溫度逐步升高并達(dá)到預(yù)設(shè)的溫度值，電熱偶能夠檢測(cè)到加熱塊20內(nèi)部的環(huán)境溫度，當(dāng)檢測(cè)到的溫度達(dá)到預(yù)設(shè)溫度后，電熱偶把信號(hào)傳輸?shù)?D打印機(jī)的控制系統(tǒng)，進(jìn)而改變加熱電阻的工作狀態(tài)。
[0032]打印頭10具有一個(gè)連通管，連通管穿過第一開口和第二開口?？蛇x地，連通管包括噴頭30和連接管50固定連接形成，噴頭30包括噴嘴31和柱形管40固定連接?？蛇x地，固定連接的方式為螺紋連接、焊接或者一體成型?？蛇x地，噴嘴31為錐形。柱形管40穿過加熱塊20下表面的第二開口和上表面的第一開口，柱形管40的長(zhǎng)度大于第一開口與第二開口之間的距離，因而柱形管40的上端部41在加熱塊20的外部。
[0033]在柱形管40的上端部41，與連接管50固定連接。連接管50內(nèi)部設(shè)置有隔熱內(nèi)管60，隔熱內(nèi)管60的下端部可以延伸到柱形管40的內(nèi)壁上。隔熱內(nèi)管60的下端部與加熱塊20上表面的第一開口之間具有間隔70?？蛇x地，間隔70的長(zhǎng)度在2毫米至4毫米之間，隔熱內(nèi)管60為鐵氟龍管,連接管50為圓柱形,隔熱內(nèi)管60為圓柱形，隔熱內(nèi)管60采取過盈配合的方式固定在連接管50和柱形管40的內(nèi)壁上。
[0034]絲料纏繞在3D打印機(jī)的絲料盤上，絲料盤與連接管50之間具有一個(gè)進(jìn)給組件，進(jìn)給組件可以是一個(gè)主動(dòng)輪和一個(gè)從動(dòng)輪，絲料放置在主動(dòng)輪和從動(dòng)輪之間。3D打印機(jī)的控制系統(tǒng)把信號(hào)傳輸?shù)诫姍C(jī)，主動(dòng)輪在電機(jī)轉(zhuǎn)軸的帶動(dòng)下將絲料傳輸?shù)竭B接管50內(nèi)，絲料隨后進(jìn)入到加熱塊20內(nèi)部，在加熱電阻的作用下絲料逐漸熔融，由噴嘴31噴涂在打印機(jī)的平臺(tái)上。絲料由固態(tài)變?yōu)槿廴趹B(tài)時(shí)，需要經(jīng)歷一個(gè)中間過程，中間過程的絲料可以被稱為彈性態(tài)，絲料由固態(tài)變?yōu)閺椥詰B(tài)時(shí)，體積會(huì)發(fā)生膨脹?？蛇x地，絲料選用聚乳酸(PLA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)等材料。
[0035]在進(jìn)給組件的作用下，絲料不斷運(yùn)動(dòng)，絲料首先進(jìn)入連接管50并最終成為熔融絲料而被噴嘴31噴涂到3D打印機(jī)的工作臺(tái)上。如圖6所示，這種過程可以大致分為三個(gè)階段，第一階段71位于隔熱內(nèi)管60中下部以上的區(qū)域，在這個(gè)區(qū)域內(nèi)絲料距離加熱塊20較遠(yuǎn)，受到的熱量較小，絲料處于固態(tài)；第二階段72位于隔熱內(nèi)管60的中下部至第一開口之間的區(qū)域，這個(gè)區(qū)域內(nèi)絲料靠近加熱塊20，絲料的狀態(tài)開始發(fā)生變化，但是這一區(qū)域內(nèi)的熱量不足以使絲料完全轉(zhuǎn)化為熔融態(tài)，這種過度狀態(tài)就是絲料的彈性態(tài)；第三階段73位于加熱塊20至噴嘴31的區(qū)域，這個(gè)區(qū)域內(nèi)加熱塊20的提供的熱量充足，絲料在這個(gè)區(qū)域內(nèi)為熔融態(tài)。在第二階段72的區(qū)域內(nèi)，絲料處于彈性態(tài)，當(dāng)絲料由固態(tài)逐漸變化為彈性態(tài)時(shí)，體積會(huì)發(fā)生膨脹，而絲料的膨脹效應(yīng)的加速度與溫度是密切相關(guān)的。隔熱內(nèi)管60的導(dǎo)熱系數(shù)顯著低于柱形管40的導(dǎo)熱系數(shù)，因此，在第二階段72內(nèi)當(dāng)絲料由隔熱內(nèi)管60的下端部運(yùn)行至柱形管40的上端部時(shí)，由于導(dǎo)熱系數(shù)的差異，絲料受到的熱量會(huì)急劇升高，導(dǎo)致絲料發(fā)生迅速地膨脹，也就是說，迅速膨脹的絲料會(huì)將隔熱內(nèi)管60的下端部密封，由此，在隔熱內(nèi)管60的下端部至噴嘴31之間形成密閉空間，密閉空間內(nèi)形成局部真空狀態(tài)。在打印過程中，打印頭10在發(fā)生位置移動(dòng)時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)停止進(jìn)給組件的工作，隨后，密閉空間內(nèi)形成負(fù)壓區(qū)域，加熱塊20內(nèi)熔融的絲料受到豎直方向向上的力，這個(gè)力能夠克服絲料自身重量，在打印頭10移動(dòng)過程中，絲料不會(huì)從噴嘴31噴出，避免了拉絲現(xiàn)象的發(fā)生。
[0036]本實(shí)施例的連接管50、柱形管40和噴嘴31為一體成型結(jié)構(gòu)時(shí)，只要隔熱內(nèi)管60在加熱塊20的外部，同樣能夠形成密閉空間?？蛇x地，柱形管40和噴嘴31由金屬銅材料制成，絲料在柱形管40和噴嘴31內(nèi)運(yùn)行順暢，不會(huì)發(fā)生堵塞現(xiàn)象。
[0037]最后需要說明的是，本發(fā)明不限于上述的實(shí)施方式，諸如在加熱塊的一個(gè)壁上增加一個(gè)螺釘，在柱形管上設(shè)有與螺釘配合的螺紋，從而使加熱塊與柱形管固定的設(shè)計(jì)等也在本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種3D打印機(jī)的打印頭，包括， 連通管； 加熱塊，所述加熱塊用于將絲料熔融，所述加熱塊具有第一開口和第二開口，所述連通管穿過所述第一開口和所述第二開口； 隔熱內(nèi)管，所述隔熱內(nèi)管設(shè)置在所述連通管的內(nèi)部； 其特征在于: 所述隔熱內(nèi)管在所述加熱塊的外部，所述隔熱內(nèi)管的端部與所述第一開口之間有間隔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D打印機(jī)的打印頭，其特征在于: 所述間隔的長(zhǎng)度在2毫米至4毫米之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D打印機(jī)的打印頭，其特征在于: 所述連通管由一個(gè)連接管與一個(gè)噴頭固定連接形成，所述噴頭具有錐形噴嘴和柱形管，所述柱形管依次穿過所述第二開口和所述第一開口后與所述連接管固定連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的3D打印機(jī)的打印頭，其特征在于: 所述噴嘴和所述柱形管由金屬銅材料制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的3D打印機(jī)的打印頭，其特征在于: 所述隔熱內(nèi)管為鐵氟龍管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的3D打印機(jī)的打印頭，其特征在于: 所述加熱塊內(nèi)的加熱元件為加熱電阻。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的3D打印機(jī)的打印頭，其特征在于: 所述加熱塊內(nèi)部設(shè)有電熱偶。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的3D打印機(jī)的打印頭，其特征在于: 所述加熱塊為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，所述加熱塊具有下表面和上表面，所述第一開口設(shè)置在所述上表面，所述第二開口設(shè)置在所述下表面。
9.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的3D打印機(jī)的打印頭，其特征在于: 所述連接管為圓柱形，所述隔熱內(nèi)管為圓柱形，所述隔熱內(nèi)管與所述連接管的內(nèi)壁過盈配合。
10.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的3D打印機(jī)的打印頭，其特征在于: 所述固定連接方式為螺紋連接、焊接。
【文檔編號(hào)】B29C67/00GK104369385SQ201410705688
【公開日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月28日
【發(fā)明者】楊燕楠, 李世強(qiáng) 申請(qǐng)人:珠海天威飛馬打印耗材有限公司