本發(fā)明涉及一種三維(3D)打印筆，并且更具體地涉及一種下述的3D打印筆：該打印筆在筆的一個端部上包括用于接納熔體基質(zhì)的開口，并且在筆的相反的端部上包括用于擠出熔融的熔體基質(zhì)的噴嘴。

背景技術(shù)：

3D打印筆是已知的。CN 103 35 05 07公開了一種3D打印筆，該打印筆包括在一個端部上接納熔體基質(zhì)的外殼。在管筒的另一個端部處，噴嘴幾乎完全被布置在外殼內(nèi)部。噴嘴在外殼的內(nèi)部接納熔體基質(zhì)、使熔體基質(zhì)熔融并且朝向外部釋放熔融的熔體基質(zhì)。在外殼內(nèi)部為輸送機構(gòu)，該輸送機構(gòu)用于使熔體基質(zhì)移動通過筆。筆在輸送機構(gòu)與噴嘴之間具有供料管。該噴嘴被構(gòu)造為從輸送機構(gòu)接納熔體基質(zhì)。筆具有圍繞著噴嘴纏繞的加熱線圈。加熱線圈對噴嘴進行加熱，噴嘴隨后對熔體基質(zhì)進行加熱。通過在筆中設(shè)置風扇使熱量散發(fā)。包圍供料管的鋁元件避免了熔體基質(zhì)在供料管中軟化。在使用中，對3D打印筆供應(yīng)熔體基質(zhì)，該熔體基質(zhì)通過開口進入外殼直至輸送機構(gòu)，然后接著到供料管中。筆被啟動并且輸送機構(gòu)通過與熔體基質(zhì)接觸的齒輪使熔體基質(zhì)從開口移動到噴嘴。當該熔體基質(zhì)接觸噴嘴時，加熱元件使待在噴嘴的出口處成為熔融的熔體基質(zhì)被擠出的熔體基質(zhì)熔融。以合適的速度移動3D打印筆，使得用戶能夠創(chuàng)作3D物體。

遺憾地，這種已知類型的3D打印筆具有數(shù)個必須改進以滿足市場需求的缺陷。更具體地，3D打印筆的結(jié)構(gòu)涉及使用輸送機構(gòu)。輸送機構(gòu)使用齒輪系以使齒輪的旋轉(zhuǎn)軸線改變90度。這是一種復雜的機構(gòu)，增加了成本并且還需要外殼內(nèi)部的大量空間。3D打印筆在輸送機構(gòu)與噴嘴之間進一步具有供料管。這種結(jié)構(gòu)使得用戶難于將新的基質(zhì)安置在供料管中并且這常常造成裝填堵塞。進一步地，為了避免基質(zhì)在進入噴嘴之前變暖和變軟，管被鋁元件包圍并且風扇被設(shè)置在外殼中。這種結(jié)構(gòu)具有下述的結(jié)果：筆的尺寸大并且因此不便于作為書寫工具使用。現(xiàn)今，已知的3D打印筆的使用不便對用戶創(chuàng)作有美感的結(jié)構(gòu)形成了限制因素。結(jié)果，在藝術(shù)領(lǐng)域，已知的打印筆的使用是有限的。

已知的3D打印筆的另外的缺陷是，雖然在外殼內(nèi)部使用風扇，但對外殼內(nèi)部和外殼的端部附近的溫度進行控制仍然是關(guān)鍵的，因為基質(zhì)必須在筆的噴嘴中熔融。在CN103350507的已知的3D打印筆中，單獨的風扇不足以完全保證該控制，并且設(shè)備需要在供料管周圍使用鋁元件以防止熔體基質(zhì)過早熔融并因此在結(jié)構(gòu)內(nèi)部防止過早熔融能夠?qū)е碌哪Y(jié)物的形成。對于包圍供料管的鋁元件，風扇朝向鋁元件供應(yīng)涼的空氣，這防止管在熔體基質(zhì)的擠出步驟期間被加熱。然而，該鋁元件使得3D打印筆的結(jié)構(gòu)更為復雜并且因此成本更高。此外，這種元件需要外殼內(nèi)部的空間，這增大了3D打印筆的整體尺寸。此外，上文所描述的結(jié)構(gòu)使得風扇對于向鋁元件供應(yīng)涼的空氣以使得能夠維持適當?shù)臏囟榷允遣豢苫蛉钡摹?/p>

已知的3D打印筆的另一個缺陷是，筆的裝配是復雜的。外殼由沿長度方向具有切割線的兩個部分制成。在一個半部上，所有的內(nèi)部部分首先被安置并且隨后以第二半部將筆閉合。這種裝配方法是耗時的并且不易于執(zhí)行。

因此，需要提供一種可靠的3D打印筆，該打印筆能夠保證在噴嘴的出口處擠出熔體基質(zhì)。還需要提供一種易于使用的3D打印筆。對一種如下所述的3D打印筆具有需求，該打印筆具有真實的書寫工具的外觀和感覺，同時還可靠并且易于使用。對一種可靠的、易于使用的3D打印筆具有需求，該打印筆能夠重復性地輸送熔融的基質(zhì)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目標是通過提供一種3D打印筆來解決前述的缺陷，該打印筆更實用、更易于使用、類似傳統(tǒng)的書寫工具并且是長時間可靠的。

為此，本發(fā)明提供了一種3D打印筆，該打印筆包括：管筒，該管筒在第一端部上敞開，并且該管筒在與第一端部相對的第二端部上包括用于接納熔體基質(zhì)的開口；噴嘴，該噴嘴被構(gòu)造為接納并熔融熔體基質(zhì)，并且噴嘴被布置為連接到管筒的第一敞開端部；在管筒內(nèi)部的通道，該通道包括第一開口和第二開口，該第一開口與管筒中用于接納熔體基質(zhì)的開口相鄰并且對齊，該第二開口與第一開口相對并且與噴嘴相鄰；以及輸送機構(gòu)，該輸送機構(gòu)包括可旋轉(zhuǎn)的輸送構(gòu)件，該可旋轉(zhuǎn)的輸送構(gòu)件在使用中與熔體基質(zhì)接觸，以使熔體基質(zhì)朝向噴嘴移動。通道包括第三開口，其中，當所述可旋轉(zhuǎn)的輸送構(gòu)件被旋轉(zhuǎn)時，所述熔體基質(zhì)處于所述可旋轉(zhuǎn)的輸送構(gòu)件與所述通道的用于支承可旋轉(zhuǎn)的輸送件的內(nèi)表面之間。

本發(fā)明的3D打印筆包括通道，該通道從與管筒的第一端部相鄰處延伸到管筒的第二端部，直至與噴嘴開口相鄰的位置。通道和可旋轉(zhuǎn)的輸送構(gòu)件使得能夠使熔體基質(zhì)線性地朝向噴嘴移動而降低了熔體基質(zhì)在管筒內(nèi)部被提前擠出的風險。此外，防止了熔體基質(zhì)在通道中的輸送堵塞，這是因為用戶僅須將熔體基質(zhì)引入到通道的第二開口中。以那種方式，通道和可旋轉(zhuǎn)的輸送構(gòu)件能夠容易地將熔體基質(zhì)移動到3D筆內(nèi)部。本發(fā)明提供了一種可靠的3D打印筆，該打印筆保證防止了熔體基質(zhì)在筆內(nèi)部被提前擠出以及防止了輸送堵塞。因此，熔體基質(zhì)被沿著通道線性地移動，并且到達熔體基質(zhì)發(fā)生熔融所在的噴嘴處。當基質(zhì)被熔融時，熔融的基質(zhì)被以可靠的方式從3D打印筆的噴嘴擠出，這使得能夠重復性地創(chuàng)作3D物體。

根據(jù)本發(fā)明的3D打印筆的另一個優(yōu)點是，3D筆的內(nèi)部結(jié)構(gòu)使得該結(jié)構(gòu)顯著地減小了尺寸，這使得能夠?qū)⒈景l(fā)明的3D打印筆作為具有傳統(tǒng)的書寫工具的外觀和感覺以及具有高度的輕便性的書寫工具來使用，這是使用已知的3D打印筆所不具有的情況。

通道包括第三開口，當有熔體基質(zhì)被供應(yīng)到輸送機構(gòu)中時，在該第三開口處，可旋轉(zhuǎn)的輸送構(gòu)件與熔體基質(zhì)接觸。此外，具有通道的與第三開口相對的內(nèi)表面，該內(nèi)表面作為熔體基質(zhì)的支承元件。當熔體基質(zhì)被引入到通道中時，輸送構(gòu)件被旋轉(zhuǎn)并且將熔體基質(zhì)壓靠在通道的作為支承元件的內(nèi)表面上。

這樣是有利的，因為以那種方式，通道提供了接觸區(qū)域，在該接觸區(qū)域處，熔體基質(zhì)與輸送元件和通道的內(nèi)表面接觸。結(jié)果，在輸送機構(gòu)之前、在輸送機構(gòu)處以及在輸送機構(gòu)之后通道均能夠引導熔體基質(zhì)，這避免了熔體基質(zhì)的輸送堵塞。此外，通過將通道的內(nèi)表面作為輸送構(gòu)件的相配部分(counterpart)，避免了特定的相配部分，這節(jié)省了成本和空間。

在特殊的實施例中，筆被構(gòu)造為接納從以下述組中選擇的熔體基質(zhì)：ABS纖絲(ABS代表丙烯腈丁二烯苯乙烯(Acrylonitrile butadiene styrene))和PLA纖絲(PLA代表聚乳酸(Polylactic acid)，也被稱為聚丙交酯)。

在本發(fā)明的實施例中，三維(3D)打印筆包括用于將噴嘴裝配到管筒的敞開的第一端部的散熱構(gòu)件，其中散熱構(gòu)件將所述噴嘴被布置在距管筒一定距離處。

這是有利的，因為在噴嘴處產(chǎn)生的熱量在能夠到達管筒之前被大量散發(fā)。這避免了來自噴嘴的大量熱量流動到管筒。

在本發(fā)明的實施例中，散熱構(gòu)件包括用于在噴嘴被加熱時散發(fā)熱量的孔、開口或穿孔。

這些孔、開口或穿孔的優(yōu)點是熱量將被更快地散發(fā)。

在本發(fā)明的其它實施例中，3D打印筆包括電源輸入端，該電源輸入端用于從供電設(shè)備或從電氣設(shè)備上的USB接口接收電能。

在本發(fā)明的其它實施例中，三維(3D)打印筆包括至少兩個按鈕，該至少兩個按鈕被構(gòu)造為控制熔體基質(zhì)在通道內(nèi)部的速度或移動方向。

在本發(fā)明的進一步的實施例中，第一按鈕被構(gòu)造為使熔體基質(zhì)從管筒的第一端部移動到管筒的第二端部，至少兩個按鈕中的第二按鈕被構(gòu)造為使熔體基質(zhì)從第二端部移動到管筒的第一端部。

在本發(fā)明的其它實施例中，啟動第一按鈕被構(gòu)造為使熔體基質(zhì)以第一速度從管筒的第一端部移動到管筒的第二端部，同時啟動第一按鈕和第二按鈕被構(gòu)造為使熔體基質(zhì)從第二端部移動到管筒的第一端部。

仍是在本發(fā)明的其它實施例中，3D打印筆包括至少兩個按鈕，其中，第一按鈕被構(gòu)造為使熔體基質(zhì)以第一速度從管筒的第一端部移動到管筒的第二端部，其中，第二按鈕被構(gòu)造為使熔體基質(zhì)以第二速度從管筒的第一端部移動到管筒的第二端部，以及其中，一起按下第一按鈕和第二按鈕被構(gòu)造為使熔體基質(zhì)沿相反的方向移動，即，從管筒的第二端部朝向管筒的第一端部。

一起按下第一按鈕和第二按鈕是有利的，這是因為需要按下兩個按鈕來使熔體基質(zhì)沿相反的方向移動而避免了意外地使熔體基質(zhì)沿相反的方向移動。

在本發(fā)明的其它優(yōu)選的實施例中，3D打印筆包括光源，該光源被構(gòu)造為指示筆準備就緒以待使用的時刻。

在本發(fā)明的進一步的實施例中，三維(3D)打印筆包括：管筒，該管筒在第一端部上敞開，并且該管筒在與第一端部相對的第二端部上包括用于接納熔體基質(zhì)的開口；噴嘴，該噴嘴被構(gòu)造為接納并熔融熔體基質(zhì)，并且噴嘴被布置為連接到管筒的敞開的第一端部；輸送機構(gòu)，該輸送機構(gòu)包括用于使所述熔體基質(zhì)朝向噴嘴移動的輸送構(gòu)件；以及散熱構(gòu)件，該散熱構(gòu)件用于將所述噴嘴裝配到管筒的敞開的第一端部，其中，散熱構(gòu)件將噴嘴布置在距管筒一定距離處。

該結(jié)構(gòu)是有利的，因為由噴嘴產(chǎn)生的熱量在噴嘴與管筒之間的區(qū)域中被大量散發(fā)，使得僅小量的來自于噴嘴的熱量流動到管筒。

在本發(fā)明的其它實施例中，散熱構(gòu)件由具有低于0.5W/m.K的熱導率的材料制成。

一方面，存在散熱構(gòu)件使得能夠散發(fā)在熱散發(fā)區(qū)域中的大量的熱量，優(yōu)選地，該散熱構(gòu)件位于噴嘴與管筒的敞開的端部之間。另一方面，散熱構(gòu)件還吸收熱量并且將所產(chǎn)生的用于熔融熔體基質(zhì)的熱量朝向管筒隔離，以這種方式，使得在管筒的敞開的端部周圍維持適當?shù)臏囟?。以那種方式，防止了熔體基質(zhì)在管筒內(nèi)部被熔融，使得將熔體基質(zhì)材料可靠地從筆擠出。

有利地，具有散熱構(gòu)件的結(jié)構(gòu)使得能夠節(jié)省管筒內(nèi)部的空間并且因此節(jié)省了筆內(nèi)部的空間，使得相對于已知的筆能夠相當大地減小筆的尺寸。特別地，在大多數(shù)的實施例中，根本不再需要使用風扇，如果仍需要任何的風扇，則風扇的尺寸可由于具有散熱構(gòu)件的結(jié)構(gòu)而至少被大幅地減小。例如，可使用微型風扇，該微型風扇對筆的整體尺寸具有微小的影響或沒有影響。散熱構(gòu)件進一步地由具有前述的熱性能的材料制成，這確保了朝向管筒的隔離。

在本發(fā)明的其它實施例中，散熱構(gòu)件可構(gòu)成噴嘴的一部分或者構(gòu)成延伸到管筒的第一端部的附加構(gòu)件。

在本發(fā)明的進一步的實施例中，散熱構(gòu)件包括被構(gòu)造為在筆被使用時散發(fā)熱量的孔、開口或穿孔。

設(shè)置開口、孔或穿孔增加了散熱構(gòu)件中的空氣流，使得增加了熱量散發(fā)。散熱構(gòu)件的結(jié)構(gòu)與由材料的特性(即，低熱導率)實現(xiàn)的熱性能的結(jié)合增大了散熱構(gòu)件的效率。結(jié)果是，一方面，3D打印筆極為有效地散發(fā)熱量，并且另一方面隔離朝向筆的管筒的熱量。

在本發(fā)明的進一步的實施例中，散熱構(gòu)件被構(gòu)造為包圍噴嘴。這是有利的，因為散熱構(gòu)件將作為噴嘴周圍的隔離件，使得加熱噴嘴時的能量的損耗低。

在本發(fā)明的其它的實施例中，散熱構(gòu)件使噴嘴被布置在距管筒的敞開的端部一定距離處。噴嘴與管筒之間的距離越大，則越多的熱量被散發(fā)。

在本發(fā)明的特殊的實施例中，3D打印筆包括溫度微型控制器，該溫度微型控制器能夠控制熔融的熔體基質(zhì)所必須的溫度。

在本發(fā)明的進一步的實施例中，3D打印筆被設(shè)置為包括：管筒，該管筒在第一端部上敞開，并且該管筒在與第一端部相對的第二端部上包括用于接納熔體基質(zhì)的開口，從管筒的第一端部到第二端部的方向為筆的長度方向；噴嘴，該噴嘴被構(gòu)造為接納并熔融熔體基質(zhì)，并且噴嘴被布置為連接到管筒的敞開的第一端部；輸送機構(gòu)，該輸送機構(gòu)包括在使用中與熔體基質(zhì)接觸的可旋轉(zhuǎn)的輸送構(gòu)件，其中，可旋轉(zhuǎn)的輸送構(gòu)件圍繞沿著筆的長度方向的軸旋轉(zhuǎn)，以使熔體基質(zhì)沿筆的長度方向移動。

這是有利的，因為以那種方式，可旋轉(zhuǎn)的輸送構(gòu)件支承熔體基質(zhì)并且使該熔體基質(zhì)從管筒的第二端部朝向噴嘴移動，而不需要復雜的輸送機構(gòu)。

在本發(fā)明的其它實施例中，筆包括在所述管筒內(nèi)部的通道，該通道包括第一敞開端部和第二敞開端部，該第一敞開端部與管筒中用于接納所述熔體基質(zhì)的所述開口相鄰并且對齊，該第二敞開端部與所述第一敞開端部相對并且與噴嘴相鄰，其中，所述通道包括用于接納所述可旋轉(zhuǎn)的輸送構(gòu)件的一部分的開口，以及其中，當所述可旋轉(zhuǎn)的輸送構(gòu)件旋轉(zhuǎn)時，所述熔體基質(zhì)處于所述可旋轉(zhuǎn)的輸送構(gòu)件與所述通道的用于支承熔體基質(zhì)的輸送構(gòu)件的內(nèi)表面之間。

在本發(fā)明的進一步的實施例中，通道在與用于接納可旋轉(zhuǎn)的輸送構(gòu)件的一部分的第三開口相對的位置處包括凹部。

仍是在本發(fā)明的進一步的實施例中，可旋轉(zhuǎn)的輸送構(gòu)件是蝸輪。

根據(jù)本發(fā)明的3D打印筆的其它實施例在所附的權(quán)利要求中提及。

根據(jù)以下對本發(fā)明的特別的非限制性的實施例進行的說明同時參照附圖，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將更清楚地顯現(xiàn)。

在進一步的實施例中，本發(fā)明提供了一種用于裝配3D打印筆的方法，其中，筆至少包括內(nèi)部組件和圓筒形的管筒，該內(nèi)部組件具有結(jié)構(gòu)部分和功能部分。方法包括裝配結(jié)構(gòu)部分和功能部分以形成內(nèi)部組件的步驟，以及將內(nèi)部結(jié)構(gòu)至少部分地移動到管筒中以形成3D打印筆的步驟。

這種裝配的方法具有下述優(yōu)點：內(nèi)部組件的制造可與裝配筆分開。進一步地，在封閉筆組件之前可在內(nèi)部組件上測驗筆的所有方面。這使得質(zhì)量始終如一并且還使得裝配過程容易以及節(jié)約成本。

附圖說明

圖1A為根據(jù)本發(fā)明的實施例的3D打印筆的圖示；

圖1B為圖1A的根據(jù)本發(fā)明的實施例的3D打印筆的分解圖；

圖2為根據(jù)本發(fā)明的實施例的優(yōu)選的3D打印筆的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的圖示；

圖3示出了本發(fā)明的一特定的3D打印筆的輸送機構(gòu)和通道的視圖；

圖4a示出了本發(fā)明的3D打印筆的具有通道的輸送機構(gòu)的優(yōu)選實施例；

圖4b為根據(jù)本發(fā)明的3D打印的有利的通道的視圖；

圖4c為本發(fā)明的3D打印筆的有利的通道的另一個視圖；

圖5a為根據(jù)本發(fā)明的實施例的輸送機構(gòu)的視圖；

圖5b為圖5a的輸送機構(gòu)的視圖；

圖6為根據(jù)本發(fā)明的實施例的輸送機構(gòu)的透視圖；

圖7A為根據(jù)本發(fā)明的實施例的3D打印筆的內(nèi)部組件的第一透視圖；

圖7B為圖7A的內(nèi)部組件的第二透視圖；

圖8A為圖7A的內(nèi)部組件的側(cè)視圖；

圖8B為圖7A的內(nèi)部組件的俯視圖；

圖9A為在根據(jù)本發(fā)明的實施例的3D打印筆中使用的壓力部分的透視圖；

圖9B為圖9A的壓力部分的主視圖。

具體實施方式

根據(jù)本發(fā)明，三維(3D)打印筆包括：管筒，該管筒在第一端部上敞開，并且該管筒在與第一端部相對的第二端部上包括用于接納熔體基質(zhì)的開口；噴嘴，該噴嘴被構(gòu)造為接納并且熔融所述熔體基質(zhì)，并且被布置為連接到管筒的第一敞開端部；在管筒內(nèi)部的通道，該通道包括第一開口和第二開口，該第一開口與管筒中用于接納所述熔體基質(zhì)的開口相鄰并且對齊，該第二開口與所述第一開口相對并且與噴嘴相鄰；以及輸送機構(gòu)，該輸送機構(gòu)包括可旋轉(zhuǎn)的輸送構(gòu)件，該輸送構(gòu)件在使用中與熔體基質(zhì)接觸，以使熔體基質(zhì)朝向噴嘴移動。這構(gòu)成了本發(fā)明的有利的實施例。在后文中公開了輸送機構(gòu)的不同實施例，以理解熔體基質(zhì)在3D筆的管筒內(nèi)部的移動。

有利地，通道包括用于可旋轉(zhuǎn)的輸送構(gòu)件的第三開口，當筆被使用時，該輸送構(gòu)件可通過旋轉(zhuǎn)與熔體基質(zhì)接觸，則該熔體基質(zhì)被緊靠著通道的內(nèi)壁推動，該內(nèi)壁充當熔體基質(zhì)的支承元件。這種機械結(jié)構(gòu)使得能夠使熔體基質(zhì)在通道內(nèi)部朝向噴嘴線性地移動，熔體基質(zhì)可在該噴嘴中被擠出。根據(jù)本發(fā)明的通道的一些實施例在下述附圖中進行了描述。

在本發(fā)明中，3D筆還可包括散熱構(gòu)件，該散熱構(gòu)件可包圍噴嘴，并且為噴嘴的一部分或者為延伸到管筒的第一端部的附加構(gòu)件。

更準確地，本發(fā)明的3D打印筆可具有不同的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部結(jié)構(gòu)。

例如，3D筆可包括：管筒，該管筒由至少一個構(gòu)件構(gòu)成，優(yōu)選地，由至少2個構(gòu)件構(gòu)成，更為優(yōu)選地，由至少4個構(gòu)件構(gòu)成；以及噴嘴。管筒具有第一開口和第二開口，噴嘴連接在該第一開口上，該第二開口用于接納熔體基質(zhì)。

有利地，管筒可包括附加構(gòu)件，該附加構(gòu)件包括第一端部和第二端部以及兩個按鈕，以控制熔體基質(zhì)在通道內(nèi)部的移動。在那種優(yōu)選的構(gòu)型中，附加構(gòu)件的第一端部被連接到管筒的第一敞開端部，附加構(gòu)件的第二端部被連接到噴嘴的端部。

更優(yōu)選地，散熱構(gòu)件區(qū)域位于噴嘴與管筒的第一開口之間，熔體基質(zhì)的擠在噴嘴處被執(zhí)行。在本發(fā)明中，表述“管筒的第一敞開端部或第二敞開端部”意指管筒的第一端部或第二端部。

所以，當發(fā)生擠出時，有利的是，在擠出期間處理所產(chǎn)生的熱量，以防止3D打印筆內(nèi)部過熱。

根據(jù)本發(fā)明的3D打印筆的噴嘴可包括散熱構(gòu)件，該散熱構(gòu)件能夠正確地處理熔體基質(zhì)熔融期間產(chǎn)生的熱量。

圖1A示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的3D打印筆1。所示出的3D筆1包括管筒2和噴嘴組件3。管筒2包括第一端部2a和第二端部2b。第一端部2a是敞開的，以被連接到噴嘴組件3。第二端部2b具有用于接納熔體基質(zhì)(未示出)的開口。管筒2進一步包括附加構(gòu)件2g。在替代實施例中，附加構(gòu)件2g是管筒的主體2f的一部分。附加構(gòu)件2g具有第一端部、第二端部和兩個按鈕5、6。兩個按鈕可被啟動以及停用，以控制熔體基質(zhì)在筆內(nèi)部的移動。附加構(gòu)件2g的第一端部被連接到管筒2的敞開的第一端部2a。附加構(gòu)件2g的第二端部被連接到噴嘴組件3。

噴嘴組件3包括散熱構(gòu)件4和噴嘴31，該噴嘴具有用于熔融的熔體基質(zhì)的輸出端7。散熱構(gòu)件4被連接到附加構(gòu)件2g，并且該散熱構(gòu)件包括遍布在其表面上的孔4a。噴嘴31被加熱以將熔體基質(zhì)擠出到筆1的輸出端7外。當筆被啟動(被加熱)時，可通過移動3D筆1來創(chuàng)作3D物體，例如有美感的3D物體。

圖1B示出了本發(fā)明的3D打印筆1的分解圖以及示出了構(gòu)成本發(fā)明的優(yōu)選的3D筆1的每個部分。

更準確地，圖1B的3D筆1包括由四個部分構(gòu)成的管筒2，這四個部分為主體2f、附加構(gòu)件2g、附加部分2c和端部部分2d。管筒2的前述部分2c、2d、2f和2g中的每一個均包括第一端部和第二端部。四個部分進行連接而能夠構(gòu)成管筒2的具有第一端部2a和第二端部2b的結(jié)構(gòu)，該第一端部位于附加構(gòu)件2g的一個端部上，該第二端部位于端部部分2d的一個端部上，第二端部2b具有用于接納熔體基質(zhì)的開口。管筒2的附加構(gòu)件2g被連接到噴嘴組件3。如從圖1B可見的，附加部分2c包括支承元件2e(夾片)，以將筆附接到物體。

管筒2的端部部分2d包括兩個輸入端(未示出)：一個用于連接到諸如筆記本電腦的USB接口的電源或其它電氣設(shè)備或者供電設(shè)備，另一個用于接納熔體基質(zhì)。

散熱構(gòu)件4包括第一部分和與第一部分相對的第二部分，該第一部分與管筒2的附加構(gòu)件2g的一個端部2a接觸，該第二部分與噴嘴接觸并且位于3D筆1的輸送熔融的熔體基質(zhì)的端部處。散熱構(gòu)件4由具有低熱導率的材料制成，優(yōu)選地，該熱導率低于0.5W/m.K。這種材料可以為塑料陶瓷復合材料，例如具有0.47W/m.K的熱導率的CeraMAX^TM復合材料產(chǎn)品，或者為熱塑性塑料聚合物，諸如聚醚醚酮(PEEK，Poly Ether Ketone)。提供了相同的益處的其它材料例如為市場上可買到的具有0.21W/m.K的熱導率“Clear Vue”材料或具有0.19W/m.K的熱導率的“PMS-ABS”。散熱構(gòu)件4的結(jié)構(gòu)制成有孔，這使得能夠在對熔體基質(zhì)執(zhí)行擠出時充分地消散所產(chǎn)生的用于加熱噴嘴的熱量。如實施例中所示的結(jié)構(gòu)是有益之處在于，噴嘴31在距管筒2一定距離處。

所以，當筆被使用時，用戶通過管筒2握持3D筆1，因為在擠出的期間噴嘴組件3以及尤其噴嘴31是燙的。

在替代實施例中，管筒2包括不是4個部分，而是更少或更多個部分。在一個實施例中，管筒2由一個部分構(gòu)成。

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的一種有利的3D打印筆1的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。3D筆1包括通道12，該通道由兩個部分12a和12b構(gòu)成。在替代實施例中，通道12由一個部分構(gòu)成。通道12被連接到噴嘴31，以將來自于管筒的第二端部2b處的開口的熔體基質(zhì)引導到噴嘴31。3D筆1進一步包括輸送機構(gòu)8。輸送機構(gòu)8包括被馬達8a旋轉(zhuǎn)的可旋轉(zhuǎn)的構(gòu)件9。在圖2的實施例中，3D筆1進一步包括溫度微型控制器28(M)。在替代實施例中，3D筆1不具有溫度控制器。

通道12位于管筒2(為了清楚，在圖2中未示出)內(nèi)部并且包括第一開口，該第一開口與管筒2的第二端部2b上的開口相鄰并且對齊，用于接納熔體基質(zhì)。通道12包括第二開口，該第二開口與所述第一開口相對并且與噴嘴31相鄰。通道12還包括在通道12的側(cè)壁中的第三開口10和內(nèi)壁11，該第三開口用于接納可旋轉(zhuǎn)的輸送構(gòu)件9的一部分，該內(nèi)壁與通道12的第三開口10相對，充當可旋轉(zhuǎn)的輸送構(gòu)件的相配部分，使得在使用中當輸送構(gòu)件9被旋轉(zhuǎn)時熔體基質(zhì)在可旋轉(zhuǎn)的輸送構(gòu)件9與內(nèi)表面11之間被輸送。通道12可部分地或整個地由諸如聚四氟乙烯之類的熱穩(wěn)定的材料制成。在實施例中，在通道12由兩個部分12a和12b構(gòu)成的情況下，通道可由兩種材料制成。

輸送機構(gòu)8包括馬達8a和可旋轉(zhuǎn)的構(gòu)件9，優(yōu)選地，該馬達為行星馬達，在圖2的實施例中，該可旋轉(zhuǎn)的構(gòu)件為蝸輪。蝸輪9被布置為在使用中與熔體基質(zhì)相接觸，以使該熔體基質(zhì)朝向噴嘴31移動。以與通道12的第三開口10相對的方式，通道12的內(nèi)壁11被構(gòu)造為當筆被使用時支承熔體基質(zhì)。微型控制器28被配置為使噴嘴31保持在用以熔融熔體基質(zhì)的預定溫度(例如，介于200-300℃之間)。對ABS熔體基質(zhì)而言，噴嘴的工作溫度被保持在230℃。對PLA熔體基質(zhì)而言，工作溫度被保持在210℃。

通過結(jié)合包含在圖1A和圖2的圖示中的教導以及通過說明當用戶用本發(fā)明的3D筆1在表面上書寫時發(fā)生了什么，有助于理解本發(fā)明的一種優(yōu)選的3D筆1的功能。

例如，當用戶希望使用本發(fā)明的3D筆1時，他將3D筆1連接到供電設(shè)備或筆記本電腦的USB接口，并且通過管筒2的第二端部2b上的開口將諸如ABS纖絲的熔體基質(zhì)供給到筆中。因為通道12與管筒2的第二端部2b上的開口相鄰，所以熔體基質(zhì)被容易地置于通道內(nèi)部。當3D筆1被通電時，用戶可通過按壓管筒2上的按鈕5、6(見圖1A、圖1B)來控制熔體基質(zhì)的移動。當按鈕5或6中的一個被按壓時，輸送機構(gòu)8的馬達8a使蝸輪9旋轉(zhuǎn)。該蝸輪與熔體基質(zhì)充分接觸，該熔體基質(zhì)被通道12的內(nèi)壁或表面11支承。蝸輪9的旋轉(zhuǎn)使得能夠使熔體基質(zhì)在通道12內(nèi)部朝向噴嘴31移動。當熔體基質(zhì)到達噴嘴31時，可開始將該熔體基質(zhì)擠出。噴嘴31在此刻具有用以熔融熔體基質(zhì)的合適的溫度(例如200℃)。噴嘴31的溫度被熱微型控制器28控制。所以，當熔體基質(zhì)到達噴嘴31時，熔融的熔體基質(zhì)優(yōu)選地通過噴嘴31的輸出端7被供應(yīng)到筆1的外部。以那種方式，用戶可創(chuàng)作3D物體。

圖3示出了本發(fā)明的另一個優(yōu)選的實施例，以及示出了當熔體基質(zhì)14存在于通道16中時本發(fā)明的3D打印筆1的輸送機構(gòu)13。輸送機構(gòu)13包括馬達13a和可旋轉(zhuǎn)的輸送構(gòu)件15。可旋轉(zhuǎn)的輸送構(gòu)件15在圖3的實施例中為凹形的外齒輪15。齒輪15的凹形彎曲度被選擇成針對熔體基質(zhì)14的圓形的形狀進行最優(yōu)的輸送。外齒輪被置于其上也有錐齒輪的軸上。錐齒輪與在馬達13a的軸上的第二錐齒輪相互作用。當馬達13a旋轉(zhuǎn)時，第二錐齒輪圍繞馬達的軸旋轉(zhuǎn)。第二錐齒輪使第一錐齒輪圍繞相對于馬達的軸旋轉(zhuǎn)了90度的軸旋轉(zhuǎn)。第一錐齒輪的旋轉(zhuǎn)與此同時使在同一軸上的外齒輪15旋轉(zhuǎn)。凹形的外齒輪15與熔體基質(zhì)14相接觸，使得齒輪的旋轉(zhuǎn)使熔體基質(zhì)14在通道16中移動。通道16包括第三開口16a，以接納外齒輪15的一部分。在第三開口16a的位置處，熔體基質(zhì)位于凹形的外齒輪和布置成與通道16的第三開口16a相對的內(nèi)壁(在圖3中未示出)之間。當馬達13a被通電時，齒輪13b的旋轉(zhuǎn)使凹形的外齒輪15旋轉(zhuǎn)，該外齒輪通過旋轉(zhuǎn)以及通過接觸熔體基質(zhì)，使熔體基質(zhì)沿著通道16朝向噴嘴31(在圖3中不可見)移動。

這種優(yōu)選的輸送機構(gòu)13可被整合在根據(jù)本發(fā)明的3D打印筆1的任何結(jié)構(gòu)中。例如，該輸送機構(gòu)可取代在圖2和圖4a中示出的輸送機構(gòu)8。

參照圖5a和圖5b，示出了圖3中示出的輸送機構(gòu)的替代性輸送機構(gòu)。在該替代實施例中，可旋轉(zhuǎn)的輸送構(gòu)件51為齒輪51，該齒輪不是如圖3中那樣為凹形的，而是直的，也被稱為正齒輪。與在其它的實施例中相類似，馬達13a使安裝在馬達13a的軸57上的錐齒輪52旋轉(zhuǎn)。錐齒輪52與安裝在軸56上的錐齒輪53相互作用。軸56在相對于馬達被固定的支承構(gòu)件54、55中、或在單個支承構(gòu)件中或者在兩個分開的支承構(gòu)件中旋轉(zhuǎn)。錐齒輪52、53的相互作用處于支承構(gòu)件54、55之間。軸56在支承構(gòu)件55的另一側(cè)延長，以支承正齒輪51。正齒輪51被安裝固定在軸56的該延長的部分上。正齒輪51的位置使得：當正齒輪51旋轉(zhuǎn)時，其使得熔體基質(zhì)14在通道16中移動通過開口16a。

參照圖6，圖6示出了圖5a和圖5b的輸送機構(gòu)的透視圖。支承構(gòu)件54、55為軸保持架64的一部分，該軸保持架被安裝在馬達13a的外殼上。用于安裝錐齒輪53和正齒輪51的軸56與軸承61和62被分別安裝在支承構(gòu)件54和55的孔中。在替代實施例中，支承構(gòu)件54、55不具有軸承，軸56被兩個彈性擋圈保持就位。在圖6中示出的實施例進一步示出了通道支承件63，通道支承件用以確保通道16相對于包括馬達13a的輸送機構(gòu)直至齒輪51的相對定位。這種相對定位對于確保熔體基質(zhì)14在通道16中被平順地輸送是重要的。在該實施例中，通道支承件63是軸保持架64上的延伸部分。延伸部分提供了用于使通道16相對于馬達和齒輪被粘附在正確的相對位置處的表面。在替代實施例中，通道支承件63可以具有不同的結(jié)構(gòu)。例如，通道支承件63可以為卡扣構(gòu)件，以將通道16相對于馬達13a和齒輪卡接就位。在又一個實施例中，通道支承件63是與軸保持架64分開的構(gòu)件。

圖4a示出了本發(fā)明的另外的實施例，并且示出了通道19、噴嘴26、加熱導線23、用于熔融的熔體基質(zhì)的輸出端24和輸送機構(gòu)20。輸送機構(gòu)20包括馬達20a和可旋轉(zhuǎn)的輸送構(gòu)件21，該輸送構(gòu)件呈蝸輪21的形式。

通道19包括第一部分19a和第二部分19b，該第一部分具有凹部17和第三開口18，該第三開口布置成與凹部17相對。第二部分19b將熔體基質(zhì)引導至噴嘴26。噴嘴26被加熱導線23加熱。在一實施例中，通道19延伸到噴嘴26中。在替代實施例中，通道19與噴嘴26中的用于接納熔體基質(zhì)22的開口相鄰。通道19的第一部分和第二部分19a和19b可由諸如塑料、陶瓷、聚四氟乙烯(PTFE)或絕緣體材料的不同種類的材料制成。優(yōu)選地，第二部分19b由絕緣體材料或聚四氟乙烯制成。此外，優(yōu)選地，通道的第二部分19a由與第一部分19a的材料不同的材料制成。在替代實施例中，通道19由單個部分構(gòu)成。

在該特殊的實施例中，通道19從管筒2的第二端部2b延伸到噴嘴26的用于接納熔體基質(zhì)的開口。更準確地，管筒2的第一端部2a優(yōu)選地位于距噴嘴26和加熱導線23一定距離處。噴嘴26可以為噴嘴組件的一部分，該噴嘴組件包括部分地或完全地包圍噴嘴26和加熱導線23的散熱構(gòu)件。

加熱導線能夠?qū)娮?6加熱至大約200℃的溫度。加熱導線23的長度介于1cm到7cm之間，優(yōu)選地介于2cm到6cm之間，更優(yōu)選地介于3cm到5cm之間。在本發(fā)明的一個實施例中，導線的長度決定了噴嘴26被加熱到的溫度。

熔融的熔體基質(zhì)25的擠出物在輸出端24的端部處具有介于0.5mm到1mm之間的直徑，該直徑優(yōu)選地介于0.55mm到0.75mm之間，更優(yōu)選地為0.6mm。熔融的熔體基質(zhì)的擠出速度介于5mm/秒到30mm/秒之間，優(yōu)選地介于15mm/秒到25mm/秒之間，更優(yōu)選地為20mm/秒。

在本發(fā)明的一實施例中，輸送機構(gòu)20包括行星馬達20a，該行星馬達接受3.0V、40mA的電力，并且具有小于90rpm(轉(zhuǎn)每分鐘，revolution per minute)的旋轉(zhuǎn)頻率，該旋轉(zhuǎn)頻率優(yōu)選地小于80rpm，更優(yōu)選地小于75rpm，有利地，小于70rpm。輸送機構(gòu)20進一步包括蝸輪21，該蝸輪與熔體基質(zhì)22接觸。所以，在使用筆的期間，蝸輪21圍繞沿著筆的長度方向的軸旋轉(zhuǎn)(該長度方向在圖4中也是通道19的長度方向)，以使熔體基質(zhì)22沿筆的或通道的長度方向移動，從而朝向噴嘴26供應(yīng)熔體基質(zhì)22并且使該熔體基質(zhì)通過該噴嘴。

圖4b示出了根據(jù)本發(fā)明的3D打印筆1的通道19a的另外的實施例。通道19a包括第三開口18和內(nèi)表面17，該第三開口用于接納輸送構(gòu)件21的一部分，該內(nèi)表面與通道19a的第三開口18相對。通過第三開口18，輸送構(gòu)件接觸熔體基質(zhì)，并且內(nèi)表面17作為相配部分，即，用于輸送構(gòu)件21的支承元件，使得熔體基質(zhì)在輸送構(gòu)件21與內(nèi)表面17之間進行輸送。所以，當熔體基質(zhì)22進入到通道19a時，該熔體基質(zhì)位于第三開口18與通道19a的內(nèi)表面17之間，該內(nèi)表面布置成與通道19a的第三開口18相對。

圖4c為本發(fā)明的3D打印筆1的一種優(yōu)選的通道19a的圖示。通道19a包括第三開口18和凹部17。所以，當基質(zhì)22進入到通道19a中時，熔體基質(zhì)22的一部分處于第三開口18與凹部17的內(nèi)表面17之間。所以，當3D打印筆1包括例如通道19a時，輸送構(gòu)件21穿過通道19a的第三開口18進入，以與熔體基質(zhì)22相接觸。當輸送機構(gòu)在本發(fā)明的3D筆1的管筒內(nèi)部被通電時，可旋轉(zhuǎn)的輸送構(gòu)件21與熔體基質(zhì)22直接接觸并且推動熔體基質(zhì)抵靠支承該熔體基質(zhì)的凹部17。以那種方式，熔體基質(zhì)22可在通道19a內(nèi)部朝向噴嘴26線性地移動，以被擠出。

如附圖中所示，本發(fā)明的3D打印筆1可具有不同的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部結(jié)構(gòu)。然而，通過將存在于每幅附圖中的教導與本發(fā)明的說明相結(jié)合，還能夠提供3D筆1的其它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部結(jié)構(gòu)。

圖7A和圖7B示出了本發(fā)明的3D打印筆1的內(nèi)部組件70的兩個透視圖。圖8A和圖8B示出了對應(yīng)的側(cè)視圖和俯視圖。內(nèi)部組件70在被作為一個裝配件移動到管筒2中之前被裝配。內(nèi)部組件70是逐步地構(gòu)建的，如同拼圖。不需要螺釘或其它的固定裝置。組件的結(jié)構(gòu)存在若干個通過桿72連接的結(jié)構(gòu)部分。在替代實施例中，桿72可被其它的裝置替代，該其它的裝置將結(jié)構(gòu)部分保持在相對于彼此固定的相對位置處并且不妨礙功能部分。有兩個類型的結(jié)構(gòu)部分，具有閉合的輪廓的第一結(jié)構(gòu)部分74和具有敞開的輪廓的第二結(jié)構(gòu)部分76。第一結(jié)構(gòu)部分74具有中心開口75，該中心開口被構(gòu)造為接納印刷電路板(pcb)78、通道12和馬達20a并將它們保持就位。第一結(jié)構(gòu)部分74還具有兩個用于接納兩個連接桿72的開口73。為了構(gòu)建組件70的第一部分，兩個桿72a被置于兩個第一結(jié)構(gòu)部分74之間，為了易于說明，這兩個第一結(jié)構(gòu)部分將被標號為74a和74b。同樣地將對后續(xù)的桿72進行標號。pcb 78被移動就位在第一結(jié)構(gòu)部分74的開口75中。pcb 78具有電源連接器80、led指示器82和其它的所需求的電子器件。

在須對筆進行進一步的構(gòu)建的側(cè)面處，兩個另外的桿72b被連接到第一結(jié)構(gòu)部分74b。馬達20a被移動就位，并且另外的第一結(jié)構(gòu)部分74c隨后被移動到桿72b和馬達20a上。緊接著第一結(jié)構(gòu)部分74c的是所安置的第二結(jié)構(gòu)部分76a。第二結(jié)構(gòu)部分76a具有敞開的輪廓，并且敞開的輪廓被布置成使其能夠被移動到蝸輪84的第一端部部分86上。如例如可在圖8B中所見的，蝸輪被移動到馬達的軸上，以使得當馬達20a的軸旋轉(zhuǎn)時蝸輪84旋轉(zhuǎn)。第二結(jié)構(gòu)部分76a可通過桿被連接到第一結(jié)構(gòu)部分74c，或者第二結(jié)構(gòu)部分76a可被移動到蝸輪84的第一端部部分86上并且共同被連接到馬達20a。第二結(jié)構(gòu)部分76a與另外的第二結(jié)構(gòu)部分76b被兩個桿72c連接。第二結(jié)構(gòu)部分76具有中心開口，該中心開口在頂部上敞開并且被構(gòu)造為接納蝸輪84的端部部分88、86和pcb 90。第二結(jié)構(gòu)部分76還具有兩個用于接納桿72的開口94，以及還具有在與輪廓上的開口相對的位置處的用于通道12的開口。第一結(jié)構(gòu)部分74a、74b、74c的開口和第二結(jié)構(gòu)部分76a、76b的開口全部對齊，使得當通道12被置于開口中時，該通道在長度上將形成直線。

兩個另外的桿72d被連接到第二結(jié)構(gòu)部分76b，并且在另外的端部上與另外的第二結(jié)構(gòu)部分76c進行連接。pcb 90被移動到第二結(jié)構(gòu)部分76b、76c的開口中。

緊接著第二結(jié)構(gòu)部分76c的是，降熱構(gòu)件100通過兩個桿被連接到第二結(jié)構(gòu)部分76c。降熱構(gòu)件避免了過多的熱量進入到筆的管筒中。降熱構(gòu)件100與產(chǎn)生熱量以熔融基質(zhì)的噴嘴114連接。

由聚四氟乙烯制成的通道12被移動到開口中，自第一結(jié)構(gòu)部分74a的這一側(cè)開始直到穿過第二結(jié)構(gòu)部分76b的開口，在這之后，通道被彎曲以移動到第二結(jié)構(gòu)元件76c的中心開口中，直到穿過降熱構(gòu)件100的中心開口直達噴嘴114。

在圖7A、圖7B、圖8A、圖8B的實施例中，噴嘴組件包括輸出端112。輸出端112由不銹鋼制成。這種材料選擇確保了良好的熱傳導。替代地，可使用其它的具有良好的熱傳導的材料。輸出端112與降熱構(gòu)件100連接。散熱構(gòu)件4包圍噴嘴114和輸出端122的一部分，使得輸出端112的一部分不受限制，以能夠?qū)⑷廴诘幕|(zhì)涂布到表面、物體上等。

為了使輸送機構(gòu)良好運行，在蝸輪84與被供給到通道12中的基質(zhì)之間必須具有充足的壓力。這在圖7A、圖7B、圖8A和圖8B的實施例中通過壓力部分110實現(xiàn)了。如圖7B和圖8A所示，在內(nèi)部組件70被裝配之后以及在將組件70移動到管筒2中之前，壓力部分110被置于通道12上并位于兩個第二結(jié)構(gòu)部分76a與76b之間。其位于通道12具有用與使蝸輪接觸基質(zhì)的開口的位置處，并且在與用于蝸輪84的開口相對的一側(cè)。壓力部分110為半圓筒，具有與通道的外徑基本相同或稍大于該外徑的內(nèi)徑。如在圖9A和圖9B中可見的，在內(nèi)表面上，大致位于表面的中間的是突出部112，當壓力部分110被壓向通道12時，該突出部作用在通道12上。當裝配時，由于壓力部分110被定位在內(nèi)部組件70上，內(nèi)部組件70和壓力部分110在管筒2中一同移動。相對定位被構(gòu)造成：當內(nèi)部組件和壓力部分處于管筒2的圓筒狀內(nèi)部中時，管筒2的內(nèi)表面與壓力部分110的外表面相接觸，并且壓力部分的突出部112壓在通道12的外表面上。通道12的外表面上的壓力確保了通道12的內(nèi)表面將基質(zhì)壓向蝸輪84，使得基質(zhì)在蝸輪84旋轉(zhuǎn)時向前移動。

圖9A和圖9B更詳細地示出了壓力部分110。在本發(fā)明的實施例中，為了易于使壓力部分110移動到管筒2中，該壓力部分的端部表面114經(jīng)過倒角的。在替代實施例中，端部表面可沒有倒角。在實施例中，為了易于抓持，壓力部分110被制成對稱的。在替代實施例中，壓力部分可不是對稱的。

雖然出于說明性的目的公開了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，各種修改、增加或置換是可能的，而不背離本發(fā)明的如所附的權(quán)利要求中公開的范圍和精神。