用于快速成型打印机上的喷头装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种用于快速成型打印机上的喷头装置，该喷头装置包括由金属材料制造的进料通道（12）和喷头本体（11），喷头本体（11）设置在进料通道（12）的出口处，进料通道（12）包括靠近入口的散热段（13）和靠近出口的加热段（14），散热段（13）上设置有使线材（15）散热的散热组件，加热段（14）上设置有加热线材（15）的加热组件。本实用新型的用于快速成型打印机上的喷头装置舍弃了使用塑料被动隔热、减少摩擦的方法，而采用主动散热的办法，让丝材的膨胀量减少到最小，同时提高传动效率，减少堵头几率，杜绝漏料。
【专利说明】用于快速成型打印机上的喷头装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种喷头装置，尤其涉及一种用于快速成型打印机(3D打印机)上的主动散热式喷头装置。
【背景技术】
[0002]3D打印又称为增材制造，是一系列工艺的统称。其原理简要概述即是通过层层叠力口，逐层将数字化的三维模型文件转变为三维实物。目前主要的增材制造工艺包括:3DP技术、选择性激光烧结(SLS)、立体光刻(SLA)、熔融沉积成型(FDM)等。
[0003]其中，FDM熔融沉积成型技术的原理是:将热敏材料熔融成液态，通过由计算机控制的挤出喷头将其沉积在设计好的一层截面路径上，经快速冷却迅速成型。当一层截面成型完成后，喷头沿Z轴移动事先设置好的相应层厚到下一层截面位置再打印下一截面，经层层沉积直至整个3D实体成型。
[0004]目前，基于FDM技术的3D打印机在使用过程中经常遇到以下问题:I)可打印的材料较少；2)最高打印温度只有250度左右；3)线材膨胀造成堵塞；4)喷头装置造价高；5)线材的通路上连接件多，容易漏料；6)喷头寿命短，容易损坏。
[0005]上述这些问题或多或少都与在喷头热端使用的塑料部件有关。下面将结合图1进行详细分析:
[0006]FDM3D打印机的线材基本局限于ABS和PLA两种，或者是基于这两种的一些变种，可选择性少。而造成这个问题的主要原因是一般喷头的最高打印温度只有250度，而绝大多数塑料的打印温度要求大于250度。
[0007]如图1所示，现有的3D打印机的喷头装置主要包括:喷头1、加热块2、进料喉管3、约束套4和内衬5。其中，决定喷头的最高打印温度的是靠近喷头热端的两个塑料部件--聚四氟乙烯(PTFE)内衬5和聚醚醚酮(PEEK)约束套4。这两种塑料的工作温度分别是230度和250度，当大于上述工作温度时，塑料会失去强度。故而他们的工作温度即决定了喷头端的最高温度约250度，因为在这种情况下，喷头上方的塑料部件温度约为230度，温度再升高会使塑料部件变形而不能工作，甚至引起火灾、埋下隐患。
[0008]而目前FDM3D打印机采用这两种塑料部件的主要原因有:1)塑料热传导率低，能起到隔热的效果；2)减少摩擦力，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，而PTFE是自然界中摩擦系数最小的物质，使用PTFE内衬能大大降低摩擦力，降低送丝难度；3)增强内衬强度，PTFE的最大工作温度为230度，仅仅可以在热端勉强使用，但已经开始变软，为了增强PTFE内衬，在PTFE外面使用了工作温度更高的PEEK (PEEK又称塑料钢，是塑料里高温性能最好的，价格昂贵，每吨约60-100万元)，以约束PTFE，起到加强约束的作用，但即使是PEEK，最高工作温度也只有250度。
[0009]综上所述，目前在3D打印机喷头装置中使用上述两种塑料零件并不是最佳选择，只是对3D打印过程中出现的问题的被动措施，无奈之举。
【发明内容】
[0010]本实用新型的目的在于提供一种用于快速成型打印机上的主动散热式喷头装置。
[0011]为实现上述目的，本实用新型的一种用于快速成型打印机上的喷头装置的具体技术方案为:
[0012]一种用于快速成型打印机上的喷头装置，包括由金属材料制造的进料通道和喷头本体，喷头本体设置在进料通道的出口处，进料通道包括靠近入口的散热段和靠近出口的加热段，散热段上设置有使线材散热的散热组件，加热段上设置有加热线材的加热组件。
[0013]进一步，散热段上的散热组件包括散热片和散热风扇，散热片包覆设置在散热段上，散热风扇设置在散热片上。
[0014]进一步,散热风扇固定设置在风扇安装座上，风扇安装座卡设在散热片上。
[0015]进一步，加热段上的加热组件为加热筒，加热段上形成有安装孔，加热筒设置在安装孔中，加热筒与安装孔之间为过盈配合。
[0016]进一步，加热段上还设置有测温组件。
[0017]进一步，测温组件为热电偶，加热段上形成有安装孔，热电偶设置在安装孔中，热电偶与安装孔之间为过盈配合。
[0018]进一步，加热段上的加热筒和热电偶的设置方向与加热段中的线材的输送方向相同。
[0019]进一步，喷头本体与进料通道为螺纹配合，喷头本体与进料通道之间设置有防漏垫片。
[0020]与现有喷头装置相比，本实用新型的用于快速成型打印机上的喷头装置具有以下优点:
[0021]本实用新型的用于快速成型打印机上的喷头装置舍弃了使用塑料被动隔热、减少摩擦的方法，而采用主动散热的办法，让丝材的膨胀量减少到最小，同时提高传动效率，减少堵头几率，杜绝漏料。
[0022]本实用新型的用于快速成型打印机上的喷头装置最大限度地降低了丝材膨胀的时间和距离，经测试，喷头可稳定工作在350度左右，提高了喷头的最高打印温度约100度。而由于最高打印温度的上升，可打印的材料大幅增多，例如尼龙、PET、PEEK等新增材料，为未来可能产生的新打印材料留下了更多空间。
[0023]本实用新型的用于快速成型打印机上的喷头装置由于进料通道只有两个连接件，非常容易装配，不易漏料，易更换，易维修，而且造价便宜，材料结实，适合大规模生产。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为现有的喷头装置的结构示意图；
[0025]图2为本实用新型的用于快速成型打印机上的喷头装置的结构拆分图；
[0026]图3为本实用新型的用于快速成型打印机上的喷头装置的一侧视图；
[0027]图4为本实用新型的用于快速成型打印机上的喷头装置的另一侧视图。
【具体实施方式】
[0028]为了更好的了解本实用新型的目的、结构及功能，下面结合附图，对本实用新型的一种用于快速成型打印机上的喷头装置做进一步详细的描述。
[0029]如图2至图4所示，本实用新型的用于快速成型打印机上的喷头装置包括由金属材料制造的进料通道12和喷头本体11。其中，喷头本体11设置在进料通道12的出口处，进料通道12包括靠近入口的散热段13和靠近出口的加热段14，散热段13上设置有使线材15散热的散热组件，加热段14上设置有加热线材15的加热组件。
[0030]进一步，本实用新型中的喷头本体11优选使用热导系数非常高的紫铜材料；进料通道12优选使用热导系数较低、结实易加工的不锈钢材料。上述材料的反差体现了用于快速成型打印机上的喷头装置的最本质的要求:在喷头端足够热，离开热端后，冷却要非常块。当然，本实用新型中的进料通道12和喷头本体11也可选用其他的金属材料，只要能实现上述功能即可。
[0031]进一步，本实用新型中的进料通道12的散热段13上的散热组件包括多组散热片16，散热片16包覆设置在进料通道12的散热段13上，形成强烈的散热效果。此外，散热片16上还可设置有散热风扇17，用于对散热片16实行主动散热，使得线材15从热到室温过度的时间最小、距离最大，能够最大限度地降低线材15膨胀的可能性。
[0032]具体来说，散热风扇17可通过风扇安装座18固定在散热片16的侧边上。其中，散热风扇17可通过螺栓19固定在风扇安装座4上,风扇安装座18则卡设在散热片16上，以方便安装拆卸。
[0033]进一步，本实用新型中的进料通道12的加热段14上的加热组件优选为本领域中常用的加热筒20，以加热输送到进料通道12的加热段14中的线材15。此外，加热段14上还可设置有测温组件，以检测加热段14处的温度，本实施例中测温组件为热电偶21。
[0034]具体来说，本实施例中的进料通道12的加热段14上形成有安装孔，加热筒20和热电偶21设置在安装孔中，优选的是，加热筒20和热电偶21与安装孔之间为过盈配合。此夕卜，加热筒20和热电偶21在加热段14上的设置方向优选与加热段14中的线材15的输送方向相同，由此可有效增大加热面积，使得加热段14处的传热效率更高，温度更加均匀。
[0035]此外，优选的是，本实用新型中的喷头本体11与进料通道12之间为螺纹配合，即喷头本体11通过螺纹紧紧旋入进料通道12的出口处。而且喷头本体11与进料通道12之间还可设置有防漏垫片，以防止线材15的泄露。
[0036]本实用新型的用于快速成型打印机上的喷头装置由于进料通道只有两个连接件，非常容易装配，不易漏料，易更换，易维修，而且造价便宜，材料结实，适合大规模生产。
[0037]以上借助具体实施例对本实用新型做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本实用新型的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本实用新型所保护的范围。
【权利要求】
1.一种用于快速成型打印机上的喷头装置，其特征在于，包括由金属材料制造的进料通道(12)和喷头本体(11)，喷头本体(11)设置在进料通道(12)的出口处，进料通道(12)包括靠近入口的散热段(13)和靠近出口的加热段(14)，散热段(13)上设置有使线材(15)散热的散热组件，加热段(14)上设置有加热线材(15)的加热组件。
2.根据权利要求1所述的用于快速成型打印机上的喷头装置，其特征在于，散热段(13)上的散热组件包括散热片(16)和散热风扇(17)，散热片(16)包覆设置在散热段(13)上，散热风扇(17)设置在散热片(16 )上。
3.根据权利要求2所述的用于快速成型打印机上的喷头装置，其特征在于，散热风扇(17)固定设置在风扇安装座(18)上，风扇安装座(18)卡设在散热片(16)上。
4.根据权利要求1所述的用于快速成型打印机上的喷头装置，其特征在于，加热段(14)上的加热组件为加热筒(20)，加热段(14)上形成有安装孔，加热筒(20)设置在安装孔中，加热筒(20)与安装孔之间为过盈配合。
5.根据权利要求1所述的用于快速成型打印机上的喷头装置，其特征在于，加热段(14)上还设置有测温组件。
6.根据权利要求5所述的用于快速成型打印机上的喷头装置，其特征在于，测温组件为热电偶(21)，加热段(14)上形成有安装孔，热电偶(21)设置在安装孔中，热电偶(21)与安装孔之间为过盈配合。
7.根据权利要求4或6所述的用于快速成型打印机上的喷头装置，其特征在于，加热段(14)上的加热筒(20)和热电偶(21)的设置方向与加热段(14)中的线材(15)的输送方向相同。
8.根据权利要求1所述的用于快速成型打印机上的喷头装置，其特征在于，喷头本体(11)与进料通道(12 )为螺纹配合，喷头本体(11)与进料通道(12 )之间设置有防漏垫片。
【文档编号】B29C67/00GK203919729SQ201420194495
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年4月21日 优先权日:2014年4月21日
【发明者】张勇 申请人:张勇