3D打印机的喷头散热装置的制作方法

本发明涉及一种3D打印技术领域。更具体地说，本发明涉及一种3D打印机的喷头散热装置。

背景技术：

熔丝沉积成型是目前发展最为迅速、最有前途的3D打印快速成型技术。熔融沉积成型的工作原理是将热熔性材料，如ABS，先通过加热器熔化抽成丝状供后，FDM成型设备通过送丝机构将丝状打印材料送进热熔喷头，在喷头内被加热融化，喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动，将半流动状态的材料按照加工产品CAD分层数据控制的路径挤出并沉积在指定的位置凝固成形，并与周围的材料粘结，层层堆积成型。每一个层片都是在上一层上堆积而成，上一层对当前层起到定位和支撑的作用，所以FDM等工艺被称为3D打印成型技术。熔融挤出成型(FDM)工艺的材料一般是热塑性材料，通过送丝机构以丝状供料。

熔丝沉积成型机构包括三轴运动机构、送丝机构、打印喷头及控制机构。其中，送丝结构通过电机将丝状的打印材料送入打印喷头融化进行打印；打印喷头中的加热装置将送丝机构送入的丝状打印材料加热到熔融态，然后再送丝机构未融化材料的挤压力下挤出打印喷头沉积到上一层产品上冷却成型。目前，基于FDM技术的3D打印机在使用过程中经常遇到线材膨胀造成堵塞的问题，究其原因主要在于，塑料丝受热后在喷头热端处融化，同时由于热传导的作用，热量会随着线材向上传递，引起热端上方的线材膨胀，线材膨胀后与内衬产生巨大摩擦力，造成送丝困难的问题。

技术实现要素：

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种3D打印机的喷头散热装置，其能够降低并扩散传递至散热管的热量，并通过送风机构有效促使从所述喷头挤出材料快速成型。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种3D打印机的喷头散热装置，包括从上至下依次可拆卸连接并同轴设置的散热机构、导料管、隔热机构、加热块和喷头：

所述隔热机构包括一体成型并连通的上管、中管和下管，所述上管和下管外周均具有外螺纹；

所述散热机构包括散热管、沿所述散热管外壁周向螺旋上升设置的旋转片，其中，所述散热管靠近所述隔热机构的一端具有凹槽，所述上管插入所述凹槽以与所述散热管螺接，所述散热管远离所述隔热机构的一端向内缩合形成缩口；

所述导料管的上端插入到所述散热管内并与所述缩口贴合，下端抵接于所述中管的上表面；

所述加热块上表面向下凹陷形成容置槽，所述加热块下表面向上凹陷形成通孔，所述容置槽底面与所述通孔顶面相通，其中，所述下管插入所述容置槽以与所述加热块螺接，所述喷头一端插入所述通孔以与所述加热块螺接；

还包括送风机构，其包括罩设于所述散热管外周的圆柱形送风罩、固设于所述送风罩顶面的风机、以及固设于所述加热块下表面的喷嘴，其中，所述旋转片位于所述散热管和送风罩形成的空间内，所述送风罩侧面间距设置多个排风孔，至少三个排风孔均连接一排风支管，至少三个排风支管连接一排风总管，所述排风总管与所述喷嘴连通，以使气流经过所述喷嘴朝向所述喷头的出料口；

其中，所述喷嘴包括竖直固接于所述加热块下表面的圆环形固定垫、竖直固接于所述固定垫下端的圆环形隔热腔、以及固接于所述隔热腔下端并朝向所述喷头的出料口倾斜设置的导流腔，其中，所述导流腔朝向所述喷头的出料口的一端间距设置多个出气孔；

所述缩口、导料管、中管、下管、以及喷头的孔径相同，并依次连通。

优选的是，从上至下旋转片的厚度逐渐增大。

优选的是，所述容置槽的高度为0.4-0.8cm，所述通孔的高度为2.8-3.5cm。

优选的是，所述导料管由聚四氟乙烯材料制成。

优选的是，所述上管的管壁由铝合金材料制成，所述下管的管壁由紫铜材料制成，所述中管包括由不锈钢材料制成的管壁为中空的壳体、以及填充在管壁内的气凝胶。

优选的是，与所述排风支管连通的排风孔均位于所述送风罩侧面上部。

优选的是，所述散热管管壁为中空结构，厚度为2-3mm，所述散热管的管壁内填充导热材料，所述导热材料为导热硅脂、散热油中的一种。

本发明至少包括以下有益效果：

第一、本发明所述的防堵塞3D打印喷头装置中通过螺旋上升设置的旋转片的使用，能够有效的扩散传递至散热管的热量，送风机构而设置在有效降低散热片周围聚集的热量的同时，通过排风支管、排风总管、以及喷嘴的设置能够有效促使从所述喷头挤出的材料成型，其中，喷嘴设置为圆盘形，使挤出的物料能够均匀的在来自于周向的风力的作用下凝固成型，进而使成型的效果更好，所述喷嘴固设于所述导热块下表面，所述隔热腔的设置能够有效的避免导热块的热量传递至导流腔，以影响导流腔内气体的温度。

第二、本发明所述因为散热管受热不均匀，靠近所述加热块的一端的温度远大于远离所述加热块的一端，旋转片的厚度的设置能够运用最少量的旋转片达到较好的散热效果。

第三、本发明所述加热块中容置槽和通孔高度的设置在起到承上启下的固定作用的同时，能够有效的利用加热块作用于所述喷头内的耗材，提高加热块热量的使用效率。

第四、本发明所述导料管使用聚四氟乙烯材料制成，有效的降低了耗材与导料管内壁之间的摩擦力，避免耗材在所述导料管内移动困难的问题。

第五、本发明隔热机构包括一体成型并连通的上管、中管和下管，其中，上管插入所述散热管的凹槽内，其由铝合金材料制成，铝合金材料具有一定硬度以使散热管与所述隔热机构固定连接的同时，其是热的良导体，不影响散热管热量的导出，中管包括不锈钢壳体和气凝胶，其均为热的不良导体而且通过将气凝胶固设于不锈钢壳体内在增加隔热的效果的同时有利于上管和下管与中管之间的固定，所述下管为紫铜材料，其热导系数非常高不影响加热块热量的传递。

第六、本发明位于所述送风罩侧面上部的排风孔中排出的空气的温度明显的低于位于所述送风罩侧面下部的排风孔中排出的空气，以更好的促使所述喷头挤出的材料成型。

第七、本发明所述散热管的管壁内填充导热材料，所述导热材料为导热硅脂、导热膏、散热油中的一种，进一步的提高将散热管内热量导出的效率。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明所述3D打印机的喷头散热装置的结构示意图；

图2为本发明所述3D打印机的喷头散热装置的结构拆分图；

图3为本发明所述散热机构的结构示意图

图4为本发明所述喷嘴的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1-4所示，本发明提供一种3D打印机的喷头4散热装置，包括从上至下依次可拆卸连接并同轴设置的散热机构1、导料管5、隔热机构2、加热块3和喷头4：

所述隔热机构2包括一体成型并连通的上管20、中管21和下管22，所述上管20和下管22外周均具有外螺纹；

所述散热机构1包括散热管10、沿所述散热管10外壁周向螺旋上升设置的旋转片11，其中，所述散热管10靠近所述隔热机构2的一端具有凹槽12，所述凹槽12为中空圆柱状结构并具有与所述隔热机构2的上管20的外螺纹相配合的内螺纹，所述上管20插入所述凹槽12以与所述散热管10螺接，所述散热管10远离所述隔热机构2的一端向内缩合形成缩口13；

所述导料管5的上端插入到所述散热管10内并与所述缩口13贴合，当所述隔热机构2通过上管20与所述散热管10螺接时，所述导料管5的下端抵接于所述中管21的上表面；

所述加热块3上表面向下凹陷形成容置槽30，所述容置槽30具有与所述隔热机构2的下管22的外螺纹相配合的内螺纹，所述加热块3的下表面向上凹陷形成通孔31，所述容置槽30底面与所述通孔31顶面相通，其中，所述下管22插入所述容置槽30以与所述加热块3螺接，所述喷头4一端插入所述通孔31以与所述加热块3螺接，所述喷头4插入所述通孔31的一端具有与所述通孔31的外螺纹相螺接的内螺纹，所述加热块3上设有加热装置和热敏电阻，利用加热装置将加热块3加热，热敏电阻测得加热块3的温度，并由热敏电阻负责把实时的温度反馈给控制系统，以根据实际情况调节加热块3温度；

还包括送风机61构，其包括罩设于所述散热管10外周的中空圆柱形送风罩60、固设于所述送风罩60顶面的风机61、以及固设于所述加热块3下表面的喷嘴62，其中，所述送风罩60的高度小于所述散热管10的长度，且两端不与所述散热管10的两端不再同一平面上，风机61位于所述送风罩60位于所述散热管10的任一侧，所述风机61的转动由外加电机控制，以朝所述送风罩60内送风，所述旋转片11位于所述散热管10和送风罩60形成的空间内，所述送风罩60侧面间距设置多个排风孔63，至少三个排风孔63均连接一排风支管64，至少三个排风支管64连接一排风总管65，所述排风总管65与所述喷嘴62连通，以使气流经过所述喷嘴62朝向所述喷头4的出料口；

其中，所述喷嘴62包括竖直固接于所述加热块3下表面的圆环形固定垫620、竖直固接于所述固定垫620下端面的圆环形隔热腔621、以及固接于所述隔热腔621下端面并朝向所述喷头4的出料口倾斜设置的导流腔622，其中，所述导流腔622朝向所述喷头4的出料口的一端间距设置多个出气孔；

所述缩口13、导料管5、中管21、下管22、以及喷头4的孔径相同，并依次连通。

在上述技术方案中，用于打印的丝状材料穿过导料管5，到达隔热机构2，通过隔热机构2到达加热块3内的喷头4，用于打印的丝状材料在加热块3的作用下融化成液体，熔化的材料丝通过喷头4挤出，喷头4沿零件的每一截面的轮廓准确运动，挤出半流动的热塑材料沉积固化成精确的实际部件薄层，覆盖于已建造的零件之上，并迅速凝固，每完成一层成型，工作台便下降一层高度，喷头4再进行下一层截面的扫描喷丝，如此反复逐层沉积，直到最后一层，这样逐层由底到顶地堆积成一个实体模型或零件，其中，在打印机打印工作的过程中，电机带动风机61转动，已将旋转片11上的热量带走，并且气流依次通过排风孔63到达排风支管64，排风总管65而经过所述喷嘴62的导流腔622通过出气孔朝向所述喷头4的喷气。

在另一种技术方案中，从上至下旋转片11的厚度逐渐增大，旋转片11绕所述散热管10螺旋上升设置，所述旋转片11的厚度是渐变的。采用这种技术方案，所述因为散热管10受热不均匀，由于散热管10和导料管5靠近所述加热块3的一端的温度要远大于其远离所述加热块3的一端的温度，旋转片11的厚度的设置能够运用最少量的旋转片11达到较好的散热效果。

在另一种技术方案中，所述容置槽30的高度为0.4-0.8cm，所述通孔31的高度为2.8-3.5cm。采用这种技术方案，所述加热块3中容置槽30和通孔31高度的设置在起到承上启下的固定作用的同时，能够有效的利用加热块3作用于所述喷头4内的耗材，提高加热块3热量的使用效率。

在另一种技术方案中，所述导料管5由聚四氟乙烯材料制成。采用这种技术方案，有效的降低了耗材与导料管5内壁之间的摩擦力，避免耗材在所述导料管5内移动困难的问题。

在另一种技术方案中，所述上管20的管壁由铝合金材料制成，所述下管22的管壁由紫铜材料制成，所述中管21包括由不锈钢材料制成的管壁为中空的壳体210、以及填充在管壁内的气凝胶211。采用这种技术方案，上管20插入所述散热管10的凹槽12内，其由铝合金材料制成，铝合金材料具有一定硬度以使散热管10与所述隔热机构2固定连接的同时，其是热的良导体，不影响散热管10热量的导出，中管21包括不锈钢壳体210和气凝胶211，其均为热的不良导体而且通过将气凝胶211固设于不锈钢壳体210内在增加隔热的效果的同时有利于上管20和下管22与中管21之间的固定，所述下管22为紫铜材料，其热导系数非常高不影响加热块3热量的传递。

在另一种技术方案中，与所述排风支管64连通的排风孔63均位于所述送风罩60侧面上部。采用这种技术方案，位于所述送风罩60侧面上部的排风孔63中排出的空气的温度明显的低于位于所述送风罩60侧面下部的排风孔63中排出的空气，以更好的促使所述喷头4挤出的材料成型。

在另一种技术方案中，所述散热管10管壁为中空结构，厚度为2-3mm，所述散热管10的管壁内填充导热材料，所述导热材料为导热硅脂、散热油中的一种。采用这种技术方案，所述散热管10的管壁内填充导热材料，所述导热材料为导热硅脂、导热膏、散热油中的一种，进一步的提高将散热管10内热量导出的效率。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明3D打印机的喷头散热装置的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。