一种流体循环控温熔融沉积成形打印头的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于3D打印技术领域，具体涉及一种流体循环控温熔融沉积成形打印头。
【背景技术】
[0002]恪融沉积成形(Fused Deposit1n Modeling,FDM)是将丝状的热融性材料加热至融化状态后从喷头挤出，喷头根据零件截面轮廓运动，挤出的材料随着喷头的运动沉积在预定轨迹上，通过层层堆积形成实体的成形方法。由于FDM工艺简单，设备成本低，因此获得了广阔的市场空间。
[0003]典型的FDM打印机一般采用柱塞式打印头结构，主要由散热块、喉管、加热块、喷嘴组成。该类打印头利用摩擦力作为动力，将后方未融化的材料向前推进，从而将前段融化的材料从喷嘴挤出。一方面，由于喉管内径大于丝材直径，如喉管散热不及时，前段熔化的材料不但会从喷嘴挤出，还将在喉管和丝材的间隙形成倒流，从而使丝材与喉管之间的摩擦力增大，甚至导致材料从喉管后端溢出，造成不出丝。另一方面，由于丝材从喷嘴挤出时依靠的是后方未融化材料向前的推力，随着打印时间的增长，若喉管后端的温度达到材料玻璃化温度以上，丝材软化，向前的推力变小，则吐丝量减小，丝材挤出宽度变窄，使得零件精度降低。尤其对于聚醚醚酮、聚酰亚胺等高性能聚合物，一方面材料黏度大，可容忍的间隙倒流距离本身就短于ABS、PLA，又加之材料熔点高，喷嘴打印温度一般在350 °C以上，传统的散热块散热难以使喉管后端温度降低至材料玻璃化温度以下，因此常常出现“堵头”现象。综上，对于聚醚醚酮、聚酰亚胺等高熔点、高黏度材料，现有的打印头结构无法满足喉管的散热要求，不能实现该类材料的长时间连续精细打印。
【发明内容】
[0004]为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供了一种流体循环控温熔融沉积成形打印头，通过在打印头中增加流体循环控温系统，可及时降低喉管温度，改善高温打印过程中的间隙倒流，在长时间连续打印过程中保持稳定的打印精度。
[0005]为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为:
[0006]—种流体循环控温熔融沉积成形打印头，包括冷却管3，进丝管接头I通过螺纹与冷却管3的上端连接，冷却管3与其外部的冷却体4通过盖板2压紧固定，冷却管3的下端螺纹连接在喉管5的上端，喉管5下端和喷嘴9连接，喉管5和喷嘴9的连接处外部设有加热块8;
[0007]所述的冷却管3外部有螺纹管道，冷却体4内部有冷却液导入管道与冷却液导出管道，冷却液导入管道、螺纹管道、冷却液导出管道共同组成冷却液在打印头中的内部流通管道，冷却液导入管道通过冷却液进水管接头11和冷却液进水管12的出口连接，冷却液进水管12的入口和水栗13的出口连接，水栗13的入口通过散热器出水管14和散热器15的出口连接，散热器15的入口通过冷却液出水管16、冷却液出水管接头17和冷却液导出管道连接，形成流体循环系统。
[0008]所述的冷却体4底部安装有温控单元7，温控单元7实时测量喉管5加热过渡部位的温度，并与流体循环系统协同作用，使喉管5后端温度保持在所需温度。
[0009]所述的冷却管3顶部和底部开密封槽安装密封圈6，以与冷却体4构成密闭空间。
[0010]所述冷却体4与加热块8之间安装有散热垫圈10。
[0011]所述喉管5与冷却管3通过螺纹连接时涂导热胶。
[0012]所述冷却管3、喉管5内孔安装铁氟龙套管。
[0013]本发明的有益效果为:
[0014]由于增加了流体循环控温系统，改善了高温打印或高黏度材料打印时喉管散热不及时造成的间隙倒流，避免了因此出现的“堵头”现象。
[0015]由于后方丝材向前的推力稳定与否将影响丝材的挤出量、挤丝宽度、粘接性能、堆积性能，稳定的喉管温度保证了均一的推进力，提高了长时间连续打印过程中的挤丝稳定性及零件成形精度。
[0016]本发明打印温度超过350°C，主要用于聚醚醚酮、聚酰亚胺等高熔点、高黏度的高性能聚合物的熔融沉积成形。
【附图说明】
[0017]图1是本发明的结构示意图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图及实施例对本发明进行进一步详细说明。
[0019]如图1所示，一种流体循环控温熔融沉积成形打印头，包括冷却管3，进丝管接头I通过螺纹与冷却管3的上端连接，进丝管接头I将外部丝材导入打印头的丝材挤出通道，冷却管3与其外部的冷却体4通过盖板2压紧固定，冷却管3的下端螺纹连接在喉管5的上端，喉管5的下端和喷嘴9连接，喉管5和喷嘴9的连接处外部设有加热块8，丝材经过冷却管3进入喉管5，在加热块8处被加热至半融化状态，由于后方丝材的持续推进，熔化的丝材从喷嘴9挤出，
[0020]所述的冷却管3外部有螺纹管道，冷却体4内部有冷却液导入管道与冷却液导出管道，冷却液导入管道、螺纹管道、冷却液导出管道共同组成冷却液在打印头中的内部流通管道，冷却液导入管道通过冷却液进水管接头11和冷却液进水管12的出口连接，冷却液进水管12的入口和水栗13的出口连接，水栗13的入口通过散热器出水管14和散热器15的出口连接，散热器15的入口通过冷却液出水管16、冷却液出水管接头17和冷却液导出管道连接，形成流体循环系统，冷却液经水栗13增压后，经冷却液进水管12、进水管接头11进入冷却体4内的冷却液导入管道进入冷却管3底部，再经冷却管3的外部螺旋通道上升至冷却体4的冷却液导出管道，将冷却管3管壁的热量通过出水管接头17、冷却液出水管16带入散热器15，在散热器15中将热量散向周围空气，最后冷却液经散热器出水管14返回水栗13，如此循环往复。
[0021 ]所述的冷却体4底部安装有温控单元7，温控单元7实时测量喉管5加热过渡部位的温度，并与流体循环系统协同作用，使喉管5后端温度保持在所需温度。
[0022]所述的冷却管3顶部和底部开密封槽安装密封圈6，以与冷却体4构成密闭空间，防止漏液。
[0023]所述冷却体4与加热块8之间安装有散热垫圈10，进一步增加喉管5散热速度，减少热量向喉管5后端的传递。
[0024]所述喉管5与冷却管3通过螺纹连接时涂导热胶，增加两者间的热量传递速率。
[0025]所述冷却管3、喉管5内孔安装铁氟龙套管，以减小丝材向前的推进阻力。
[0026]本发明的工作原理为:
[0027]打印时，随着外部力的持续作用，丝材经过冷却管3内壁进入喉管5，并在加热块8处被加热至半融化状态从喷嘴9挤出，与此同时，测温单元7实时测量喉管5加热过渡部位温度，并将温度信息反馈给流体循环系统，当温度高于所设温度时，流体循环系统启动，经水栗13增压的冷却液流经过冷却管3，通过热量交换带走管壁热量，并经散热器15将热量散向周围空气，从而使喉管5后端温度保持在所需温度。
【主权项】
1.一种流体循环控温熔融沉积成形打印头，包括冷却管(3)，进丝管接头(I)通过螺纹与冷却管(3)的上端连接，冷却管(3)与其外部的冷却体(4)通过盖板(2)压紧固定，冷却管(3)的下端螺纹连接在喉管(5)的上端，喉管(5)的下端和喷嘴(9)连接，喉管(5)和喷嘴(9)的连接处外部设有加热块(8)，其特征在于: 所述的冷却管(3)外部有螺纹管道，冷却体(4)内部有冷却液导入管道与冷却液导出管道，冷却液导入管道、螺纹管道、冷却液导出管道共同组成冷却液在打印头中的内部流通管道，冷却液导入管道通过冷却液进水管接头(11)和冷却液进水管(12)的出口连接，冷却液进水管(12)的入口和水栗(13)的出口连接，水栗(13)的入口通过散热器出水管(14)和散热器(15)的出口连接，散热器(15)的入口通过冷却液出水管(16)、冷却液出水管接头(17)和冷却液导出管道连接，形成流体循环系统。2.根据权利要求1所述的一种流体循环控温熔融沉积成形打印头，其特征在于:所述的冷却体(4)底部安装有温控单元(7)，温控单元(7)实时测量喉管(5)加热过渡部位的温度，并与流体循环系统协同作用，使喉管(5)后端温度保持在所需温度。3.根据权利要求1所述的一种流体循环控温熔融沉积成形打印头，其特征在于:所述的冷却管(3)顶部和底部开密封槽安装密封圈(6)，以与冷却体(4)构成密闭空间。4.根据权利要求1所述的一种流体循环控温熔融沉积成形打印头，其特征在于:所述冷却体(4)与加热块(8)之间安装有散热垫圈(10)。5.根据权利要求1所述的一种流体循环控温熔融沉积成形打印头，其特征在于:所述喉管(5)与冷却管(3)通过螺纹连接时涂导热胶。6.根据权利要求1所述的一种流体循环控温熔融沉积成形打印头，其特征在于:所述冷却管(3)、喉管(5)内孔安装铁氟龙套管。
【专利摘要】一种流体循环控温熔融沉积成形打印头，包括冷却管，冷却管外部有螺纹管道，冷却体内部有冷却液导入管道与冷却液导出管道，冷却液导入管道、螺纹管道、冷却液导出管道共同组成冷却液在打印头中的内部流通管道，冷却液导入管道通过冷却液进水管接头和冷却液进水管的出口连接，冷却液进水管的入口和水泵的出口连接，水泵的入口通过散热器出水管和散热器的出口连接，散热器的入口通过冷却液出水管、冷却液出水管接头和冷却液导出管道连接，形成流体循环系统，本发明通过在打印头中增加流体循环控温系统，可及时降低喉管温度，改善高温打印过程中的间隙倒流，在长时间连续打印过程中保持稳定的打印精度。
【IPC分类】B29C67/00, B33Y30/00
【公开号】CN105666876
【申请号】CN201610116034
【发明人】曹毅, 赵峰, 李涤尘, 靳忠民
【申请人】西安交通大学
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年3月1日