本實用新型涉及一種3D打印機(jī)結(jié)構(gòu)，特別是帶感應(yīng)加熱功能的FDM式3D打印機(jī)噴頭結(jié)構(gòu)以及帶感應(yīng)加熱功能的FDM式3D打印機(jī)絲材擠出噴頭裝置。

背景技術(shù)：

3D打印是增材制造技術(shù)（AM，Additive Manufacturing）的俗稱。3D打印，名為“打印”，實為“制造”。實際上，在大量的英文文獻(xiàn)中，3D打?。?D Printing）常被稱作3D Fabrication（3D制造），這更準(zhǔn)確地描述了3D 打印的本質(zhì)。 FDM 技術(shù)是 20 世紀(jì) 80 年代時Scott Crump 發(fā)明的。在獲得該項技術(shù)的專利后，他于1989 年建立了Stratasys 公司。FDM 的技術(shù)原理：將絲狀（直徑約2 mm）的熱塑性材料通過噴頭加熱熔化，噴頭底部帶有微細(xì)噴嘴（直徑一般為0.2～0.6 mm）。噴頭沿水平方向移動的同時，打印材料被施加一定的壓力后擠噴而出，擠出的材料與前一個層面熔結(jié)在一起。一個層面沉積完成后，工作臺垂直下降一個層的厚度，再繼續(xù)熔融沉積，直至完成整個實體造型。

擠出噴頭是3D打印機(jī)的核心部件，傳統(tǒng)的FDM打印噴頭都是使用電阻絲加熱，效率低、能耗高、反應(yīng)靈敏度低、預(yù)熱時間長，影響3D打印機(jī)的工作效率；目前使用此類技術(shù)的打印機(jī)對材料的熔點要求比較高，僅局限于低熔點材料，例如PLA、ABS、Nylon等，無法突破打印高熔點材料這個技術(shù)瓶頸

除了擠出噴頭的結(jié)構(gòu)之外，材料擠出裝置的結(jié)構(gòu)也是保證打印出高質(zhì)量產(chǎn)品的關(guān)鍵。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型公開的帶感應(yīng)加熱功能的FDM式3D打印機(jī)噴頭結(jié)構(gòu),包括加熱模塊、冷卻隔熱模塊、噴嘴和交流電源，所述的噴嘴由導(dǎo)磁導(dǎo)電的合金制成；所述的加熱模塊包括感應(yīng)加熱線圈、溫度傳感器和溫控器，感應(yīng)加熱線圈內(nèi)設(shè)有溫度傳感器并且螺旋繞在噴嘴上，溫度傳感器與溫控器連接，溫控器通過繼電器控制交流電源給感應(yīng)加熱線圈通電。工作時，溫控器讀取溫度傳感器測得的噴嘴溫度，通過PID調(diào)節(jié)控制繼電器開關(guān)的接通與斷開，從而決定感應(yīng)加熱線圈的通電與斷電，最終整個加熱模塊協(xié)調(diào)工作，將噴嘴的溫度保持在一定數(shù)值。

本實用新型公開的帶感應(yīng)加熱功能的FDM式3D打印機(jī)噴頭結(jié)構(gòu), 所述的感應(yīng)加熱線圈上設(shè)有兩根導(dǎo)線通過溫控器與交流電源連接。

本實用新型公開的帶感應(yīng)加熱功能的FDM式3D打印機(jī)噴頭結(jié)構(gòu),所述的交流電源采用家庭用220V或工業(yè)用380V交流電壓。

本實用新型公開的帶感應(yīng)加熱功能的FDM式3D打印機(jī)噴頭結(jié)構(gòu),所述的溫度傳感器采用K型熱電偶式溫度傳感器，該溫度傳感器上有兩根導(dǎo)線與溫控器連接。

本實用新型公開的帶感應(yīng)加熱功能的FDM式3D打印機(jī)噴頭結(jié)構(gòu),所述的冷卻隔熱模塊包括風(fēng)扇固定架、風(fēng)扇、散熱管、喉管、隔熱環(huán)，風(fēng)扇通過風(fēng)扇固定架安裝在散熱管上，散熱管內(nèi)裝有喉管和隔熱環(huán)；散熱管末端設(shè)有法蘭，法蘭與噴嘴連接。工作中冷卻隔熱模塊盡量隔絕噴嘴中的熱量上竄，并且通過散熱管和安裝在散熱管上的風(fēng)扇對部分上竄的熱量快速散熱與強(qiáng)制冷卻，從而保證絲材在噴嘴以上部分不會過早軟化而發(fā)生送絲不暢甚至堵頭的問題。

本實用新型公開的帶感應(yīng)加熱功能的FDM式3D打印機(jī)噴頭結(jié)構(gòu),所述的導(dǎo)磁導(dǎo)電的合金噴嘴采用CrNi鋼，壁厚不宜太厚，也不宜太薄。

本實用新型公開的帶感應(yīng)加熱功能的FDM式3D打印機(jī)噴頭結(jié)構(gòu),所述的感應(yīng)加熱線圈表面設(shè)有強(qiáng)力壓縮氧化鎂對外進(jìn)行絕緣。

本實用新型公開的帶感應(yīng)加熱功能的FDM式3D打印機(jī)噴頭結(jié)構(gòu),所述的散熱管采用鋁制材料，散熱管壁上設(shè)有環(huán)形槽切口，散熱管末端沿徑向設(shè)有孔，輕量化設(shè)計且增強(qiáng)散熱效果。

本實用新型公開的帶感應(yīng)加熱功能的FDM式3D打印機(jī)噴頭結(jié)構(gòu)的有益效果在于：①采用電磁感應(yīng)加熱，加熱效率高，能耗低，節(jié)能環(huán)保；電磁感應(yīng)加熱溫度可以達(dá)到很高，加熱速度快且溫度容易控制，可以打印一些高熔點材質(zhì)；同時加熱更加均勻，出絲更加順暢，使得成形效果更好。②冷卻隔熱模塊結(jié)構(gòu)能有效隔絕噴嘴中的溫度上竄，從而有效地避免噴嘴以上的絲材過早軟化而發(fā)生送絲不暢甚至堵頭的問題。

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型公開的帶感應(yīng)加熱功能的FDM式3D打印機(jī)絲材擠出噴頭裝置，結(jié)構(gòu)包括擠出裝置、動力源和帶感應(yīng)加熱功能的FDM式3D打印機(jī)噴頭結(jié)構(gòu)的全部特征；所述的動力源為電機(jī)，所述擠出裝置通過電機(jī)控制打印材料進(jìn)入加熱模塊內(nèi)；所述的擠出裝置包括主動輥輪、從動輥輪、軸承、緊定螺釘、安裝底座、安裝頂座，主動輥輪依靠緊定螺釘固定在電機(jī)的主軸上，兩個深溝球軸承支撐起從動輥輪，主動輥輪和從動輥輪同時在安裝底座和安裝頂座的圓孔里，并通過電機(jī)軸的扭矩將一定直徑的打印絲材擠壓送至加熱模塊。

本實用新型公開的帶感應(yīng)加熱功能的FDM式3D打印機(jī)絲材擠出噴頭裝置，所述的電機(jī)為步進(jìn)電機(jī)。

本實用新型公開的帶感應(yīng)加熱功能的FDM式3D打印機(jī)絲材擠出噴頭裝置，所述的主動輥輪采用不銹鋼材料制成，工作時不易產(chǎn)生打滑，有效防止材料擠出力不足，主動輥輪沿著軸向?qū)ΨQ面徑向鉆有尖孔，從而形成一圈齒形與從動輥輪相配合。

本實用新型公開的帶感應(yīng)加熱功能的FDM式3D打印機(jī)絲材擠出噴頭裝置的有益效果在于，所述的擠出裝置通過主動輥輪、從動輥輪以及電機(jī)軸的扭矩相結(jié)合，將絲材強(qiáng)有力地擠至噴頭帶感應(yīng)加熱功能的FDM式3D打印機(jī)噴頭結(jié)構(gòu)，使得打印更加流暢并防止堵頭等問題。

附圖說明

圖1為本實用新型整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實用新型整體結(jié)構(gòu)主視圖。

圖3為本實用新型帶感應(yīng)加熱功能的FDM式3D打印機(jī)絲材擠出噴頭裝置的結(jié)構(gòu)簡圖。

圖4為本實用新型的主動輥輪和從動輥輪的安裝位置圖。

圖5為本實用新型帶感應(yīng)加熱功能的FDM式3D打印機(jī)噴頭結(jié)構(gòu)的分解圖。

圖6為本實用新型的噴頭與隔熱散熱結(jié)構(gòu)剖視圖。

圖7為本實用新型的加熱模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式，進(jìn)一步闡明本實用新型，應(yīng)理解下述具體實施方式僅用于說明本實用新型而不用于限制本實用新型的范圍，在閱讀了本實用新型之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對實用新型的各種等價形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。

結(jié)合圖1所示的本實用新型整體結(jié)構(gòu)示意圖，包括動力源、擠出裝置、加熱模塊、冷卻隔熱模塊及噴嘴18。

結(jié)合圖2、圖5和圖6所示，冷卻隔熱模塊包括風(fēng)扇固定架19、風(fēng)扇20、散熱管13、喉管14、隔熱環(huán)15，風(fēng)扇20通過風(fēng)扇固定架19安裝在散熱管13上，散熱管13裝有一根喉管14和隔熱環(huán)15；噴嘴18通過法蘭17連接在散熱管13末端。冷卻隔熱模塊的主要作用，一方面是盡量隔絕噴嘴中的熱量上竄，另外一方面通過散熱管13和安裝在散熱管上的風(fēng)扇20對部分上竄的熱量快速散熱與強(qiáng)制冷卻，從而保證絲材7在噴嘴18以上部分不會過早軟化而發(fā)生送絲不暢甚至堵頭的問題。

作為一種優(yōu)選，散熱管13采用鋁制材料，并且在散熱管壁上切了很多環(huán)形槽，并且在末端沿徑向鉆了很多孔，主要考慮輕量化設(shè)計與增強(qiáng)散熱。裝在散熱管中的喉管14采用耐高溫、摩擦系數(shù)小、自潤滑性好的特氟龍材質(zhì)。隔熱環(huán)15采用含鋯陶瓷纖維制成。

當(dāng)感應(yīng)加熱線圈17通50Hz 220v的交流電，就會在線圈周圍產(chǎn)生變化的電磁場，當(dāng)噴嘴18處于該電磁場中，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，將在噴嘴18中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，由于噴嘴18的電阻較小，則會產(chǎn)生強(qiáng)大的感應(yīng)電流，再根據(jù)焦耳定律，電能轉(zhuǎn)換成熱能，則會在噴嘴18中產(chǎn)生大量的熱，從而使得噴嘴18自身的溫度迅速上升，從而完成對經(jīng)過噴嘴18中的絲材7迅速加熱。當(dāng)固體的絲材7至熔融狀態(tài)時，在擠出裝置的擠壓作用下，從噴嘴中擠出半熔融狀態(tài)的細(xì)絲，在3D打印機(jī)的三維行走機(jī)構(gòu)作用下，層層堆積，最終形成三維制件。

結(jié)合圖7所示加熱模塊包括感應(yīng)加熱線圈17、溫度傳感器24、和溫控器23，感應(yīng)加熱線圈17內(nèi)設(shè)有溫度傳感器25并且螺旋繞在噴嘴18上，溫度傳感器24與溫控器23連接，溫控器23通過繼電器控制交流電源22給感應(yīng)加熱線圈通電。工作時，溫控器23讀取溫度傳感器24測得的噴嘴18溫度，通過PID調(diào)節(jié)控制繼電器開關(guān)的接通與斷開，從而決定感應(yīng)加熱線圈17的通電與斷電，最終整個加熱模塊協(xié)調(diào)工作，將噴嘴18的溫度保持在一定數(shù)值。

作為一種優(yōu)選，所述的交流電源22采用家庭用220V或工業(yè)用380V交流電壓。

作為一種優(yōu)選，所述的感應(yīng)加熱線圈17上有兩根導(dǎo)線25通過溫控器23與交流電源22連接。

作為一種優(yōu)選，所述的溫度傳感器24采用K型熱電偶式溫度傳感器，該溫度傳感器24上有兩根導(dǎo)線與溫控器連接。

噴嘴為導(dǎo)磁導(dǎo)電的合金制成，作為一種優(yōu)選，合金采用CrNi鋼材質(zhì)，壁厚不宜太厚，也不宜太薄，

作為一種優(yōu)選，感應(yīng)加熱線圈表面設(shè)有強(qiáng)力壓縮氧化鎂對外進(jìn)行絕緣。

結(jié)合圖1、圖3、圖4所示，帶感應(yīng)加熱功能的FDM式3D打印機(jī)絲材擠出噴頭裝置，其特征在于：結(jié)構(gòu)包括擠出裝置、動力源和帶感應(yīng)加熱功能的FDM式3D打印機(jī)噴頭結(jié)構(gòu)的全部特征；其中動力源為步進(jìn)電機(jī)1，擠出裝置包括主動輥輪5、從動輥輪10、軸承11、緊定螺釘6、安裝底座2、安裝頂座9、銷釘12，主動輥輪5依靠緊定螺釘6固定在步進(jìn)電機(jī)1的主軸上，兩個深溝球軸承11支撐起從動輥輪10，主動輥輪和從動輥輪10同時在安裝底座2和安裝頂座9的圓孔里，并通過電機(jī)軸的扭矩將一定直徑的絲材7擠壓送至噴嘴18。

因為銅質(zhì)材料易打滑，容易導(dǎo)致擠出力不足，作為一種優(yōu)選，擠出裝置中的主動輥輪5為不銹鋼材料，并且沿著軸向?qū)ΨQ面徑向鉆了許多尖孔，孔徑根據(jù)絲材直徑而定，從而形成一圈齒形且與從動輥輪10配合，將絲材強(qiáng)有力地擠至噴頭。

本實用新型帶感應(yīng)加熱功能的FDM式3D打印機(jī)噴頭結(jié)構(gòu)的有益效果在于：①采用電磁感應(yīng)加熱，加熱效率高，能耗低，節(jié)能環(huán)保；電磁感應(yīng)加熱溫度可以達(dá)到很高，加熱速度快且溫度容易控制，可以打印一些高熔點材質(zhì)；同時加熱更加均勻，出絲更加順暢，使得成形效果更好。②冷卻隔熱模塊結(jié)構(gòu)能有效隔絕噴嘴中的溫度上竄，從而有效地避免噴嘴以上的絲材過早軟化而發(fā)生送絲不暢甚至堵頭的問題。

本實用新型公開的帶感應(yīng)加熱功能的FDM式3D打印機(jī)絲材擠出噴頭裝置，所述的擠出裝置通過主動輥輪、從動輥輪以及電機(jī)軸的扭矩相結(jié)合，將絲材強(qiáng)有力地擠至噴頭帶感應(yīng)加熱功能的FDM式3D打印機(jī)噴頭結(jié)構(gòu)，得打印更加流暢并防止堵頭等問題。