一种3D打印头的制作方法

本实用新型涉及3D打印领域，特别是涉及一种3D打印头。

背景技术：

3D打印是一种快速成型技术，一般使用可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。其中熔融挤出成型(FDM)大多使用ABS、PLA等作为耗材以丝状供料。耗材在喷头内被加热熔化。喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动，同时将熔化的材料挤出，材料迅速固化，并与周围的材料粘结。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。在3D打印机构建方面则是通过在XYZ三个维度上各安放一个步进式步进电机，电脑软件通过数字模型的分层位置确定每一个需要打印的点，来对应的控制3个步进步进电机的协同运作，从而实现了三维方向上的立体造型。

目前传统的FDM3D打印机大多采用支撑方式的粗口型结构，其打印头存在如下问题：

(1)打印头的尺寸较大，相对的打印体积较小，无法满足小型化打印机但同时保持相对较大的打印体积的要求；

(2)打印头的散热结构设计不合理，散热性差导致局部零件高温工作，高温零部件易造成了严重的安全方面的风险，无法满足长时间、高负荷的工作要求；

(3)打印头的线路暴露在外，存在被损坏的风险，甚至造成安全事故，同时也不美观；

(4)耗材以远程挤出的方式供给打印头，即为耗材提供动力的驱动装置与打印头分布式设计，相距较远，易造成堵头、回抽率低及控制精度较低等问题。

技术实现要素：

基于此，针对上述问题，本实用新型提出一种3D打印头，其结构设计合理，相同尺寸的打印头可以达到更大的打印体积，散热性能好，线路内置在打印头内，降低了安全隐患，以近程挤出的方式供料，不堵头、回抽准确且控制精度更高。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是：一种3D打印头，包括打印头基座，设置于打印头基座内的步进电机，以及设置于打印头基座同一侧面上的耗材轮、喉管和加热模块；所述步进电机的输出轴上套设有电机轴，电机轴的中心轴与耗材轮的中心轴平行且在同一水平面上，电机轴与耗材轮之间的间隙小于丝状耗材的直径；所述的加热模块设置于电机轴和耗材轮的正下方，所述喉管的一端正对电机轴与耗材轮之间的间隙，喉管的另一端延伸至加热模块内，所述的加热模块上设置有喷嘴。

本实用新型中供料时，丝状耗材被夹在耗材轮和电机轴之间，步进电机带动电机轴转动时，丝状耗材受电机轴的拉扯力被送至喉管中，进而为加热模块供料，加热模块内置加热元器件以及热敏电阻，热敏电阻实时检测温度，从而实时精确控制打印头的温度，耗材在加热模块内由固态经高温融化为液态并从喷嘴挤出，即可打印。为丝状耗材提供动力的电机轴与加热模块在结构上就近设置，即以近程挤出的方式给加热模块供料，通过精确控制步进电机的转速即可精确控制耗材的挤出量和挤出速度，控制更精确、不堵头且耗材回抽准确。

本实用新型中，优选地，所述的打印头基座上还设置有压头、喉管固定座和弹簧，所述的压头、喉管固定座和加热模块从上至下依次设置于打印头基座的同一侧面上，且压头通过第一螺丝活动设置在打印头基座上，压头内设置有供丝状耗材通过的耗材通孔；所述的弹簧和电机轴位于压头与喉管固定座之间，且弹簧的两端分别与压头和喉管固定座固定连接；所述的耗材轮通过第二螺丝活动设置于压头上，且耗材轮和弹簧分别位于第一螺丝的两侧，耗材轮的中心轴与电机轴的中心轴平行，耗材轮与电机轴之间的间隙形成耗材通道，该耗材通道位于所述耗材通孔的正下方；所述的喉管穿过喉管固定座，且喉管的一端位于耗材通道的正下方，喉管的另一端延伸至加热模块内。

为了可以调节耗材轮与电机轴之间间隙大小，以调节丝状耗材的松紧，设计了压头、喉管固定座和弹簧，压头可以围绕第一螺丝旋转，弹簧处于紧张状态，给压头的一端一个向上的推力，使压头另一端上的耗材轮不断与电机轴靠近，调节弹簧的松紧即可调节丝状耗材被夹住的松紧度，进而使丝状耗材随着电机轴的转动而精确地挤出，最后送入至喉管和加热模块中，以此达到增强耗材控制精度的目的，同时整个结构分布合理，缩减了尺寸空间，对于相同尺寸的打印头，可以达到更大的打印体积。

在优选的实施例中，所述的打印头基座上还设置有第一风扇和第二风扇，所述第一风扇的出风口正对所述喷嘴，所述第二风扇的出风口正对所述的喉管。

其中，第一风扇迅速为从喷嘴喷出的液态耗材降温，使被打印物迅速降温固化，提高打印质量；第二风扇为喉管降温，避免了喉管内堵料的风险。

进一步地，所述的喉管固定座由多个片状结构的导热片上下层叠组成，导热片之间形成导向风槽，所述第二风扇的出风口正对导向风槽。

其中，喉管固定座以多个片状结构的导热片上下层叠构成，即将喉管固定座设计成散热片的结构形式，以增加散热面积，配合合理的导向风槽和第二风扇，进一步提升喉管的散热效果，避免喉管内堵料的风险。

在优选的实施例中，所述打印头基座内还设有导线安装槽，且导线安装槽位于步进电机与打印头基座之间。将导线内置于导线安装槽中，减小了外置导线被损坏的风险，避免产生安全隐患，同时也更美观。

在优选的实施例中，所述的电机轴上沿轴向均匀分布有若干条形齿纹。条形齿纹增大丝状耗材与电机轴之间的摩擦力，避免耗材打滑，以进一步精确控制供料。

本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型整体结构设计紧凑，占用的空间很小，比现有的打印头体积小接近一半，在同等整机大小的情况下，打印尺寸可以增加40mm左右，按照常规打印120mm计算，增加了30％的打印体积；

(2)为丝状耗材提供动力的电机轴与加热模块在结构上就近设置，即以近程挤出的方式给加热模块供料，通过精确控制步进电机的转速即可精确控制耗材的挤出量和挤出速度，控制更精确、不堵头且耗材回抽准确；

(3)第一风扇迅速为从喷嘴喷出的液态耗材降温，使被打印物迅速降温固化，提高打印质量；第二风扇为喉管降温，避免了喉管内堵料的风险；

(4)喉管固定座以多个片状结构的导热片上下层叠构成，即将喉管固定座设计成散热片的结构形式，以增加散热面积，配合合理的导向风槽和第二风扇，进一步提升喉管的散热效果，避免喉管内堵料的风险；

(5)将导线内置于导线安装槽中，减小了外置导线被损坏的风险，避免产生安全隐患，同时也更美观；

(6)条形齿纹增大丝状耗材与电机轴之间的摩擦力，避免耗材打滑，以进一步精确控制供料。

附图说明

图1是本实用新型实施例中3D打印头的结构示意图；

图2是图1中3D打印头安装上第二风扇后的结构示意图；

附图标记说明：

100-打印头基座，101-压头，102-弹簧，103-电机轴，104-喉管固定座，105-喉管，106-加热模块，107-喷嘴，108-耗材轮，109-第一风扇，110-导线安装槽，111-步进电机，112-丝状耗材，113-第二风扇，114-第一螺丝，115-第二螺丝。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。

实施例1

参考图1，一种3D打印头，包括打印头基座100，设置于打印头基座100内的步进电机111，以及设置于打印头基座100同一侧面上的耗材轮108、喉管105和加热模块106；所述步进电机111的输出轴上套设有电机轴103，电机轴103的中心轴与耗材轮108的中心轴平行且在同一水平面上，电机轴103与耗材轮108之间的间隙小于丝状耗材112的直径；所述的加热模块106设置于电机轴103和耗材轮108的正下方，所述喉管105的一端正对电机轴103与耗材轮108之间的间隙，喉管105的另一端延伸至加热模块106内，所述的加热模块106上设置有喷嘴107。

供料时，丝状耗材112被夹在耗材轮108和电机轴103之间，耗材轮108可转动，步进电机111带动电机轴103转动时，丝状耗材112受电机轴103的拉扯力被送至喉管105中，进而为加热模块106供料，加热模块106内置加热元器件以及热敏电阻，热敏电阻实时检测温度，从而实时精确控制打印头的温度，耗材在加热模块106内由固态经高温融化为液态并从喷嘴107挤出，即可打印。为丝状耗材112提供动力的电机轴103与加热模块106在结构上就近设置，即以近程挤出的方式给加热模块106供料，通过精确控制步进电机111的转速即可精确控制耗材的挤出量和挤出速度，控制更精确、不堵头且耗材回抽准确。

实施例2

本实施例在实施例1的基础上：

所述的打印头基座100上还设置有压头101、喉管固定座104和弹簧102，所述的压头101、喉管固定座104和加热模块106从上至下依次设置于打印头基座100的同一侧面上，且压头101通过第一螺丝114活动设置在打印头基座100上，压头101内设置有供丝状耗材112通过的耗材通孔；所述的弹簧102和电机轴103位于压头101与喉管固定座104之间，且弹簧102的两端分别与压头101和喉管固定座104固定连接；所述的耗材轮108通过第二螺丝115活动设置于压头101上，且耗材轮108和弹簧102分别位于第一螺丝115的两侧，耗材轮108的中心轴与电机轴103的中心轴平行，耗材轮108与电机轴103之间的间隙形成耗材通道，该耗材通道位于所述耗材通孔的正下方；所述的喉管105穿过喉管固定座104，且喉管105的一端位于耗材通道的正下方，喉管105的另一端延伸至加热模块107内。

为了可以调节耗材轮108与电机轴103之间间隙大小，以调节丝状耗材112的松紧，设计了压头101、喉管固定座104和弹簧102，压头101可以围绕第一螺丝114旋转，弹簧102处于紧张状态，给压头101的一端一个向上的推力，使压头101另一端上的耗材轮108不断与电机轴103靠近，调节弹簧102的松紧即可调节丝状耗材112被夹住的松紧度，进而使丝状耗材112随着电机轴103的转动而精确地挤出，最后送入至喉管105和加热模块106中，以此达到增强耗材控制精度的目的，同时整个结构分布合理，缩减了尺寸空间，对于相同尺寸的打印头，可以达到更大的打印体积。

实施例3

参考图2，本实施例在实施例1的基础上：

所述的打印头基座100上还设置有第一风扇109和第二风扇113，所述第一风扇109的出风口正对所述喷嘴107，所述第二风扇113的出风口正对所述的喉管105。

其中，第一风扇109迅速为从喷嘴107喷出的液态耗材降温，使被打印物迅速降温固化，提高打印质量；第二风扇113为喉管105降温，避免了喉管105内堵料的风险。

实施例4

本实施例在实施例3的基础上：

所述的喉管固定座104由多个片状结构的导热片上下层叠组成，导热片之间形成导向风槽，所述第二风扇113的出风口正对导向风槽。

其中，喉管固定座104以多个片状结构的导热片上下层叠构成，即将喉管固定座104设计成散热片的结构形式，以增加散热面积，配合合理的导向风槽和第二风扇113，进一步提升喉管105的散热效果，避免喉管105内堵料的风险。实施例5

本实施例在实施例1的基础上：

所述打印头基座100内还设有导线安装槽110，且导线安装槽110位于步进电机111与打印头基座100之间。将导线内置于导线安装槽110中，减小了外置导线被损坏的风险，避免产生安全隐患，同时也更美观。

实施例6

本实施例在实施例1的基础上：

所述的电机轴103上沿轴向均匀分布有若干条形齿纹。条形齿纹增大丝状耗材112与电机轴103之间的摩擦力，避免耗材打滑，以进一步精确控制供料。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。