一种适合大中型3D打印机的快拆式挤出系统及其工作方法与流程

本发明涉及3D打印机挤出系统领域，尤其涉及一种适合大中型3D打印机的快拆式挤出系统及其工作方法。

背景技术：

在FDM工艺形式3D打印机打印过程中，传统的小型3D打印系统，其挤出系统打印工艺在300mm³成型尺度，打印速度及质量表现良好。但当打印体积增加至1000mm³，即大中型3D打印机存在以下几点问题：

1、由于打印尺度增加，挤出喷嘴在实际作业过程中受到各方向扰动将增加数倍。在传统的3D打印机的挤出系统中喉管为单只，串接快拆加热块与送丝系统总成，为减少热量上传，导致喉管上部温度过高，3D打印耗材软化，影响送料。常采用中间薄壁管形式，增加热阻，一般中间段外径6mm、内径4mm，壁厚不超过1mm，甚至部分喉管中间薄壁部分外侧为6mm的螺纹。因此极易在3D打印的高频次移动与打印件剐蹭中疲劳失效并断裂。

2、大尺寸打印机要求，挤出喷嘴应当可以快速切换小件精密打印以及快速大件打印模式。传统结构中挤出喷嘴与喉管共同固定于加热块。一般安装过程中需进行高温密封胶脂密封，极难拆卸。即使重新拆卸安装，也无法快速有效更换挤出喷嘴。一般需半小时以上拆装调试。且容易产生漏液，影响打印质量。

3、传统挤出系统打印流量不超过14ml/s,因其加热熔腔过小，加热能力区域不足，打印效率不高。

技术实现要素：

针对现有技术中3D打印机挤出系统存在的上述问题，本发明提供一种适合大中型3D打印机的快拆式挤出系统及其工作方法，采用模块化3D打印挤出系统，在保证系统结构强度下，加强散热与隔热，该系统有效适应大尺寸打印机型性能特点，有效提高打印稳定性及打印速度，具有较高的实用性。

一种适合大中型3D打印机的快拆式挤出系统，其特征在于，所述挤出系统包括送丝系统总成、喉管和挤出喷嘴，所述送丝系统总成通过所述喉管与所述挤出喷嘴相连，其特征在于，所述喉管由热端喉管和分布式隔热复合喉管支架组成；

所述分布式隔热复合喉管支架通过螺纹紧固连接在所述送丝系统总成的下端出料口端部，所述分布式隔热复合喉管支架下端套合螺纹紧固安装所述热端喉管，所述热端喉管下端螺纹安装所述挤出喷嘴；

所述挤出系统还包括快拆加热块，所述快拆加热块套合于所述热端喉管外部，并通过螺纹预紧，在所述快拆加热块上还固定安装有加热器及温度控制器，所述加热器及温度控制器用于控制所述快拆加热块加热所述热端喉管内的3D打印耗材。

进一步地，所述分布式隔热复合喉管支架为多点分布式结构。

进一步地，所述分布式隔热复合喉管支架由高热阻材料制成。

进一步地，所述高热阻材料采用高强度不锈钢。

进一步地，所述热端喉管上端中心设有铁氟龙塑胶管，所述铁氟龙塑胶管与所述分布式隔热复合喉管支架串接。

进一步地，所述挤出系统还包括散热铝栅，所述散热铝栅螺纹连接在所述分布式隔热复合喉管支架上靠近下端位置处。

以上任一项所述的适合大中型3D打印机的快拆式挤出系统的工作方法，其特征在于，所述挤出系统按照如下工作步骤进行工作：

步骤1、工作时，所述送丝系统总成对3D打印耗材进行驱动,送入所述分布式隔热复合喉管支架，经过所述铁氟龙塑胶管，直至所述热端喉管；

步骤2、所述加热器及温度控制器控制所述快拆加热块为所述热端喉管供热至200～230摄氏度；

步骤3、在连续送料3D打印挤丝过程中，热量经所述分布式隔热复合喉管支架向上传递，此时所述散热铝栅进行散热保证挤出系统的温度维持于合适温度，使3D打印耗材始终在所述热端喉管内呈液态，在所述分布式隔热复合喉管支架内3D打印耗材呈硬质固态，固液相区域始终位于串接所述热端喉管与所述分布式隔热复合喉管支架的所述铁氟龙塑胶管内，从而形成针筒式柱塞结构。

本发明的有益效果在于：

一、热端喉管和挤出喷嘴可快速拆卸及安装。

在本方案中拆卸快拆加热块后，可保证加热器及温度控制器的线束原有位置接头不变，经过简单旋钮松解螺纹即可拆除更换热端喉管和挤出喷嘴。热端喉管结构简单、制作方便、成本低，可与挤出喷嘴一同作为快速更换备件。

二、满足基本散热功能，并且结构强、耐冲击。

在本方案中，将传统一体式喉管，拆解为分布式隔热复合喉管支架与热端喉管。

就散热而言：

1、分布式隔热复合喉管支架采用的是多点分布式结构设计进行底端螺纹位置支撑，依托小截面的高热阻特性，减缓热量上传。

2、相对薄壁管，增加了散热面积。

3、同时高强度不锈钢的高热阻材料特性，也减少了热量的上传。

就强度而言：

1、截面面积有增加，连接强度增加。

2、工作受冲击时，作用扭矩相对减少。在本方案中冲击扭矩半径为喷头至分布式隔热复合喉管支架最薄弱处距离，其远大于传统一体式喉管为挤出喷头至薄壁管处距离。

综上所述，本系统相较传统3D打印成型挤出系统具有结构稳定、可快速更换挤出喷嘴和热端喉管、维护简便、打印速度快等优点。

附图说明

图1为本发明适合大中型3D打印机的快拆式挤出系统硬件结构示意图；

图2为本发明适合大中型3D打印机的快拆式挤出系统组装后立体示意图。

其中：

101、送丝系统总成，102、散热铝栅，103、快拆加热块，104、加热器及温度控制器，105、热端喉管，106、挤出喷嘴，107、分布式隔热复合喉管支架，108、铁氟龙塑胶管。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本申请的技术方案，以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

该实施例提供了一种适合大中型3D打印机的快拆式挤出系统，如图1和图2所示，该挤出系统包括送丝系统总成101、快拆加热块103、喉管和挤出喷嘴106，送丝系统总成101通过喉管与挤出喷嘴106相连，快拆加热块103套合在喉管外部，其中喉管由热端喉管105和分布式隔热复合喉管支架107组成。

分布式隔热复合喉管支架107通过螺纹紧固连接在送丝系统总成101的下端出料口端部，分布式隔热复合喉管支架107采用多点分布式结构设计，如图1所示，分布式隔热复合喉管支架107的多点分布式结构是中间均布多个通孔的薄壁管，所用薄壁管厚度通常约为1～1.5mm，该结构利用小截面的高热阻特性，可减缓热量上传；这种利用通孔减少传热途径的结构比传统挤出系统利用减小部分壁厚减少传热途径的结构的优点在于增大了薄壁管的最小截面面积，使得分布式隔热复合喉管支架107能承受较大扭矩，增强抗疲劳强度，延长挤出系统的使用寿命。

另外，分布式隔热复合喉管支架107采用高热阻材料制成，如高强度不锈钢，亦可减少热量的上传。

分布式隔热复合喉管支架107下端套合螺纹紧固安装热端喉管105，热端喉管105上端中心设有铁氟龙塑胶管108，铁氟龙塑胶管108与分布式隔热复合喉管支架107串接，热端喉管105下端螺纹安装挤出喷嘴106。在需更换热端喉管105和挤出喷嘴106时经过简单旋钮松解螺纹即可拆除。

快拆加热块103套合于热端喉管105外部，并通过螺纹预紧，在快拆加热块103上还固定安装有加热器及温度控制器104，用于控制快拆加热块103加热热端喉管105内的3D打印耗材。在拆装快拆加热块103时，加热器及温度控制器104连同快拆加热块103一起被拆装，无需再挪动或切断加热器及温度控制器104的线束，可保证加热器及温度控制器104的线束原有位置接头不变。

由于分布式隔热复合喉管支架107采用多点分布式结构，增强了该挤出系统的抗扭力，因此可增大快拆加热块103的加热区域，热端喉管105作为3D打印耗材的加热熔腔增加其受热面积，增加传热效率，使3D打印耗材更有效的在加热区域融化并挤出。经试验验证3D打印耗材的最大流量可达17ml/s，相较传统的3D打印耗材的最大流量14ml/s，流量提升约20％。

另外为保证该挤出系统维持在预定的温度，避免温度过高，需增强散热，该挤出系统还设有散热铝栅102，散热铝栅102外表面具有多个散热片，能够自主散热，散热铝栅102螺纹连接在分布式隔热复合喉管支架107上靠近下端位置处。为加强散热功能，还可在挤出系统的安装支座上的适当位置安装散热风扇，增强散热铝栅102的散热功能。

该实施例还提供了适合大中型3D打印机的快拆式挤出系统的工作方法，具体包括以下步骤：

步骤1、工作时，送丝系统总成101对3D打印耗材进行驱动,送入分布式隔热复合喉管支架107，经过铁氟龙塑胶管108，直至热端喉管105。

步骤2、加热器及温度控制器104控制快拆加热块103为热端喉管105供热至200～230摄氏度。

步骤3、在连续送料3D打印挤丝过程中，热量经分布式隔热复合喉管支架107传递至上层结构，此时散热铝栅102作用进行散热保证挤出系统温度维持于合适温度，使3D打印耗材始终在热端喉管105内呈液态，在分布式隔热复合喉管支架107内3D打印耗材呈硬质固态，固液相区域始终位于串接热端喉管105与分布式隔热复合喉管支架107的铁氟龙塑胶管108内，从而形成针筒式柱塞结构，保证3D打印耗材顺畅并持续经挤出喷嘴106挤出。

在需更换热端喉管105和挤出喷嘴106时，将新的热端喉管105和挤出喷嘴106提前螺纹连接备用，并可在螺纹处填涂耐高温螺纹胶，避免工作时产生漏液，待螺纹胶干固后即可进行更换，更换后即可进行打印，大大缩短了备件更换时间。

虽然上面结合本发明的优选实施例对本发明的原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本发明的示意性实现方式的解释，并非对本发明包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本发明范围的限制，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本发明保护范围之内。