專利名稱:一種3d打印機的打印頭的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供3D打印機的打印頭，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；隔熱內管，隔熱內管設置在連通管的內部；隔熱內管在加熱塊的外部，隔熱內管的端部與第一開口之間有間隔。采取上述方案，3D打印機的噴頭在位置移動過程中，噴頭停止供絲，避免拉絲現(xiàn)象的產生。
【專利說明】一種3D打印機的打印頭

【技術領域】
[0001]本實用新型屬于3D打印機領域,具體地說,是涉及一種3D打印機的打印頭。

【背景技術】
[0002]快速成型技術能夠用于三維(3D)打印的成型過程，通過電腦數(shù)據(jù)的轉換過程實現(xiàn)三維物體的制造。通常，3D打印快速成型技術主要包括三種類型: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)。熔融沉積成型的設備包括了一個擠壓頭,擠壓頭內可以設置一個絲料的進給裝置，通過加熱元件對擠壓頭加熱后，擠壓頭能夠擠壓出熔融的流體材料，擠壓出來的材料經冷卻凝固后形成固體結構。
[0004]如圖1所示，市場上銷售的一種FDM的3D打印機包括水平軌道，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。3D打印機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。
[0005]3D打印機還包括沿豎直方向延伸的Z軌道運動組件，Z軌道運動組件包括Z軌道、第三連接架420以及平臺430，Z軌道包括一個絲桿450和兩個固定桿，第三連接架420穿過絲桿450和兩個固定桿，絲桿450的下端設有一個驅動電機，第三連接架420上連接平臺430。在驅動電機的作用下，絲桿450發(fā)生旋轉，平臺430在第三連接架420的帶動下能夠沿豎直方向Z軌道的絲桿450和固定桿軸向移動。由于打印頭能夠沿X軸、Y軸和Z軸任意方向移動，在3D打印機的程序控制中首先對物體進行分層切割，每一層預先設定好打印路徑，便能夠實現(xiàn)3D物體的打印過程。
[0006]如圖2和圖3所示，現(xiàn)有技術中的一種3D打印機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內熔融后由噴嘴710噴涂到打印機的工作平臺上，連接管500內部具有鐵氟龍管800，鐵氟龍管800的一部分設置在加熱塊600的內部，另一部分設置在連接管500的內部，鐵氟龍管800能夠耐高溫并且表面光滑，作為絲料的運輸管道，能夠起到良好的潤滑作用。如圖3所示，噴頭700的柱形管720長度小于加熱塊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的內部。
[0007]3D打印機在打印過程中，針對不規(guī)則的物體，打印頭經常需要快速移動和變換位置，打印頭移動前，3D打印機需要停止絲料的進給，進給絲料的動力部件可以為齒輪傳動。在打印頭位置移動和變換的過程中，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)象在本領域中被稱之為拉絲現(xiàn)象。這種現(xiàn)象會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。
實用新型內容
[0008]針對現(xiàn)有技術中3D打印機的打印頭在位置移動過程中，打印頭難以瞬間停止供絲，產生拉絲現(xiàn)象的缺陷，本實用新型的主要目的是提供一種3D打印機的打印頭。
[0009]本實用新型提供的3D打印機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 ；隔熱內管，隔熱內管設置在連通管的內部；隔熱內管在加熱塊的外部，隔熱內管的端部與第一開口之間有間隔。
[0010]采取上述方案，3D打印機的噴頭在位置移動過程中，噴頭停止供絲，避免拉絲現(xiàn)象的產生。
[0011]一個優(yōu)選的方案是，間隔的長度在2毫米至4毫米之間。
[0012]采取上述方案，當間隔距離過小時，拉絲現(xiàn)象得到緩解但是仍然會存在這種問題，當間隔距離過大時隔熱內管的隔熱作用就會顯著降低而達不到預想的技術效果，實驗數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，間隔距離設置在2毫米至4毫米之間時，效果最好。
[0013]一個優(yōu)選的方案是，連通管由一個連接管與一個噴頭固定連接形成，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，柱形管的長度延伸到加熱塊的外部，柱形管采用金屬銅材料，導熱性能良好，并且適于作為熔融絲料的運輸管道。另外，把連接位置設置在加熱塊外部，能夠增強柱形管的密封性能。
[0016]—個優(yōu)選的方案是，隔熱內管為鐵氟龍管。
[0017]采用上述方案，鐵氟龍管的導熱系數(shù)低，并且鐵氟龍管為耐高溫材料，這種材料的潤滑性能優(yōu)異，粘附性很小，絲料在鐵氟龍管內的運行非常順暢。
[0018]一個優(yōu)選的方案是，加熱塊內部的加熱元件為加熱電阻。
[0019]一個優(yōu)選的方案是，加熱塊內部設有電熱偶。
[0020]采取上述方案，電熱偶能夠檢測加熱塊內的環(huán)境溫度，并將溫度反饋至3D打印機的控制器，防止加熱塊的溫度過高。
[0021]—個優(yōu)選的方案是，加熱塊為矩形立體結構，加熱塊具有下表面和上表面，第一開口設置在上表面，第二開口設置在下表面。
[0022]一個優(yōu)選的方案是，連接管為圓柱形，隔熱內管為圓柱形，隔熱內管與連接管的內壁過盈配合。
[0023]一個優(yōu)選的方案是，固定連接方式為螺紋連接、焊接。

【附圖說明】

[0024]圖1是現(xiàn)有技術中一種FDM的3D打印機結構圖。
[0025]圖2是現(xiàn)有技術中一種FDM 3D打印機的打印頭的結構圖。
[0026]圖3是現(xiàn)有技術中一種FDM 3D打印機的打印頭的結構分解圖。
[0027]圖4是本實用新型的3D打印機的打印頭實施例的結構圖。
[0028]圖5是本實用新型的3D打印機的打印頭實施例的結構分解圖。
[0029]圖6是本實用新型的3D打印機的打印頭實施例的正面剖視結構圖。
[0030]以下結合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明。

【具體實施方式】
[0031]如圖4、圖5和圖6所示，本實施例的3D打印機的打印頭10具有加熱塊20，優(yōu)選地，加熱塊20為一個長方體，長方體結構的加熱塊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內部設有加熱元件，可選地，加熱元件為加熱電阻，另外，加熱塊20內部還設有電熱偶，電熱偶是一個溫度監(jiān)測裝置。在3D打印機啟動加熱程序后，加熱電阻正常工作，加熱塊20的溫度逐步升高并達到預設的溫度值，電熱偶能夠檢測到加熱塊20內部的環(huán)境溫度，當檢測到的溫度達到預設溫度后，電熱偶把信號傳輸?shù)?D打印機的控制系統(tǒng)，進而改變加熱電阻的工作狀態(tài)。
[0032]打印頭10具有一個連通管，連通管穿過第一開口和第二開口。可選地，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內部設置有隔熱內管60，隔熱內管60的下端部可以延伸到柱形管40的內壁上。隔熱內管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的長度在2毫米至4毫米之間，隔熱內管60為鐵氟龍管,連接管50為圓柱形,隔熱內管60為圓柱形，隔熱內管60采取過盈配合的方式固定在連接管50和柱形管40的內壁上。
[0034]絲料纏繞在3D打印機的絲料盤上，絲料盤與連接管50之間具有一個進給組件，進給組件可以是一個主動輪和一個從動輪，絲料放置在主動輪和從動輪之間。3D打印機的控制系統(tǒng)把信號傳輸?shù)诫姍C，主動輪在電機轉軸的帶動下將絲料傳輸?shù)竭B接管50內，絲料隨后進入到加熱塊20內部，在加熱電阻的作用下絲料逐漸熔融，由噴嘴31噴涂在打印機的平臺上。絲料由固態(tài)變?yōu)槿廴趹B(tài)時，需要經歷一個中間過程，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，體積會發(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]在進給組件的作用下，絲料不斷運動，絲料首先進入連接管50并最終成為熔融絲料而被噴嘴31噴涂到3D打印機的工作臺上。如圖6所示，這種過程可以大致分為三個階段，第一階段71位于隔熱內管60中下部以上的區(qū)域，在這個區(qū)域內絲料距離加熱塊20較遠，受到的熱量較小，絲料處于固態(tài)；第二階段72位于隔熱內管60的中下部至第一開口之間的區(qū)域，這個區(qū)域內絲料靠近加熱塊20，絲料的狀態(tài)開始發(fā)生變化，但是這一區(qū)域內的熱量不足以使絲料完全轉化為熔融態(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，這個區(qū)域內加熱塊20的提供的熱量充足，絲料在這個區(qū)域內為熔融態(tài)。在第二階段72的區(qū)域內，絲料處于彈性態(tài)，當絲料由固態(tài)逐漸變化為彈性態(tài)時，體積會發(fā)生膨脹，而絲料的膨脹效應的加速度與溫度是密切相關的。隔熱內管60的導熱系數(shù)顯著低于柱形管40的導熱系數(shù)，因此，在第二階段72內當絲料由隔熱內管60的下端部運行至柱形管40的上端部時，由于導熱系數(shù)的差異，絲料受到的熱量會急劇升高，導致絲料發(fā)生迅速地膨脹，也就是說，迅速膨脹的絲料會將隔熱內管60的下端部密封，由此，在隔熱內管60的下端部至噴嘴31之間形成密閉空間，密閉空間內形成局部真空狀態(tài)。在打印過程中，打印頭10在發(fā)生位置移動時，控制系統(tǒng)會停止進給組件的工作，隨后，密閉空間內形成負壓區(qū)域，加熱塊20內熔融的絲料受到豎直方向向上的力，這個力能夠克服絲料自身重量，在打印頭10移動過程中，絲料不會從噴嘴31噴出，避免了拉絲現(xiàn)象的發(fā)生。
[0036]本實施例的連接管50、柱形管40和噴嘴31為一體成型結構時，只要隔熱內管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內運行順暢，不會發(fā)生堵塞現(xiàn)象。
[0037]最后需要說明的是，本實用新型不限于上述的實施方式，諸如在加熱塊的一個壁上增加一個螺釘，在柱形管上設有與螺釘配合的螺紋，從而使加熱塊與柱形管固定的設計等也在本實用新型的權利要求保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種3D打印機的打印頭，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； 隔熱內管，所述隔熱內管設置在所述連通管的內部； 其特征在于: 所述隔熱內管在所述加熱塊的外部，所述隔熱內管的端部與所述第一開口之間有間隔。2.根據(jù)權利要求1所述的3D打印機的打印頭，其特征在于: 所述間隔的長度在2毫米至4毫米之間。3.根據(jù)權利要求1所述的3D打印機的打印頭，其特征在于: 所述連通管由一個連接管與一個噴頭固定連接形成，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)權利要求3所述的3D打印機的打印頭，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)權利要求1至4任一項所述的3D打印機的打印頭，其特征在于: 所述隔熱內管為鐵氟龍管。6.根據(jù)權利要求1至4任一項所述的3D打印機的打印頭，其特征在于: 所述加熱塊內的加熱元件為加熱電阻。7.根據(jù)權利要求6所述的3D打印機的打印頭，其特征在于: 所述加熱塊內部設有電熱偶。8.根據(jù)權利要求1至4任一項所述的3D打印機的打印頭，其特征在于: 所述加熱塊為長方體結構，所述加熱塊具有下表面和上表面，所述第一開口設置在所述上表面，所述第二開口設置在所述下表面。9.根據(jù)權利要求3或4所述的3D打印機的打印頭，其特征在于: 所述連接管為圓柱形，所述隔熱內管為圓柱形，所述隔熱內管與所述連接管的內壁過盈配合。10.根據(jù)權利要求3或4所述的3D打印機的打印頭，其特征在于: 所述固定連接方式為螺紋連接、焊接。
【文檔編號】B29C67-00GK204278544SQ201420740919
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