一种3D打印高温成型装置的制作方法

本发明属于3d打印技术领域，具体涉及一种3d打印高温成型装置。

背景技术：

3d打印技术又称为“增材制造技术”或“快速成型技术”，无需原胚和模具，就能直接根据计算机图形数据，通过增加材料的方法生成任何形状的物体，简化产品的制造程序，缩短产品的研制周期，提高效率并降低成本。因此，被称为“具有工业革命意义的制造技术”。

熔融沉积技术(fdm)是目前应用最广泛的3d打印技术，但目前基于fdm技术的3d打印机一般采用开放式结构，成型室受到环境温度的影响，只能打印一些低熔点的丝状材料，如pla等。现有技术中通过采用封闭式结构减小环境温度的影响，但由于成型室温度不可控制，其温度仅略高于环境温度，依然不能满足高温材料的打印要求，如peek材料。由于材料的局限性，极大地限制了3d打印机的应用范围。

目前，实用新型专利cn201620054887.7中提到，在成型室内放置加热装置，以提高成型室的温度。但是，成型室内的高温易劣化3d打印所必须的运动组件，易降低设备的使用寿命。对此，专利cn00809321.0中提供一种高温成型装置，该装置将运动组件全部设置于成型室外。由于打印耗材需要在运动部件的驱动下，才能在成型室形成所各种形状的打印件，导致上述设备的结构非常复杂，成本昂贵。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中具有高温成型室的3d打印设备结构复杂、成本高、实现难度大、寿命低的问题，提供一种3d打印高温成型装置。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

提供一种3d打印高温成型装置，包括封闭的成型室、液体冷却组件、加热组件、打印头和三个运动组件；所述三个运动组件均设置于所述成型室的壳体上，用于实现x向、y向以及z向上的运动；并且所述三个运动组件中，至少一个位于所述成型室内；所述位于成型室内的运动组件和连接线缆的材质均为耐热材料；所述打印头设置于所述位于成型室内的运动组件上；所述加热组件设置于所述成型室的壳体上，用于对所述成型室内部进行加热；所述液体冷却组件与位于所述成型室内的运动组件以及打印头连接，用于对所述位于所述成型室内的运动组件以及打印头进行冷却降温。

本发明提供的3d打印高温成型装置中，通过加热组件对所述封闭的成型室内部进行加热，可根据需要大幅提高成型室内部的温度，从而拓宽打印材料的选择范围，扩大了3d打印机的应用范围。

同时，本发明中，用于实现三维空间(x向、y向以及z向)运动的三个运动组件中，至少一个位于上述成型室内，可简化3d打印机的结构，降低成本。重要的是，在至少一个运动组件位于高温成型室内，通过采用耐热材料，并且结合液体冷却组件，可有效保证位于成型室内的运动组件和打印头在高温下的正常工作，避免由于高温而导致零部件劣化受损，影响使用寿命。因此，本发明提供的3d打印高温成型装置具有较长的使用寿命。

同时，需要理解的是，本发明中，优选地，上述成型室内的各个部件及连接线缆采用耐热材料，通过采用耐热材料，可在成型室内实现一定程度的高温打印。根据使用需要，结合上述液体冷却组件可在成型室内实现更高温度的打印，从而保证3d打印高温成型装置具有较长的使用寿命，同时进一步扩展打印材料的选择范围。

进一步的，所述运动组件包括电机；所述液体冷却组件至少与打印头以及位于所述成型室内的运动组件中的电机连接，至少用于对所述打印头以及位于所述成型室内的运动组件中的电机进行冷却降温。

上述结构下，液体冷却组件与电机连接，对电机进行冷却降温。本领域技术人员根据本发明构思可以理解的，上述结构仅为其中一种实施方式，上述液体冷却组件并不仅限于对上述电机进行冷却降温，还可对成型室内的其他各个零部件进行冷却降温，例如，还可对运动组件中传动丝杆等进行冷却降温。

进一步的，所述液体冷却组件包括相互连接形成回路的液体循环部件、制冷器、输液管、热交换管、换热器、储液罐；热交换管与所述打印头和位于成型室内的运动组件连接，以对打印头和位于成型室内的运动组件进行冷却降温。

通过上述液体冷却组件，可有效的对打印头和位于成型室内的运动组件进行降温。同时，通过输液管进行连接，不受位置关系及运动的限制，满足使用需求。并且，本领域技术人员可以理解的，上述液体冷却组件所包含的各个零部件的作用在于形成液冷回路，其连接关系可进行调整，只要能满足形成冷却回路的要求即可。本领域技术人员可采用现有技术中的其他类似可实现液冷的零部件及结构。

进一步的，所述液体循环部件、制冷器、换热器、储液罐位于所述成型室外，所述热交换管位于所述成型室内；所述热交换管的两端通过所述输液管与位于成型室外的制冷器和换热器连接。

通过将液体循环部件、制冷器、换热器、储液罐设置于成型室外，仅将热交换管设置于成型室内可避免成型室内的高温对冷却效果的影响。

所述三个运动组件分别为x向运动组件、y向运动组件、z向运动组件；所述3d打印高温成型装置还包括位于成型室内的打印平台；所述打印头设置于所述x向运动组件或y向运动组件上，并可随x向运动组件或y向运动组件运动；所述打印平台与所述z向运动组件连接，并可随z向运动组件运动；所述x向运动组件、y向运动组件、z向运动组件各自独立的设置于所述成型室内或成型室外，并且至少一个位于所述成型室内；所述位于成型室内的运动组件的材质为耐热材料。

例如，所述三个运动组件分别为x向运动组件、y向运动组件、z向运动组件；所述y向运动组件包括y轴电机、y导向轴、y轴皮带和y向连接件；所述y导向轴沿y向固定于所述成型室内；所述y向连接件设置于所述y导向轴上并可沿所述y导向轴移动；所述y轴皮带位于所述成型室内，并与所述y向连接件连接；所述y轴电机设置于所述成型室的外壁上，并穿过所述成型室的侧壁与所述y轴皮带连接，所述y轴电机可通过所述y轴皮带带动所述y向连接件沿所述y导向轴移动；所述y轴皮带材质为耐热材料；所述x向运动组件位于所述成型室内；所述x向运动组件包括x轴电机、x导向轴、x轴皮带和x向连接件；所述x导向轴沿x向固定于所述y向连接件上；所述x向连接件设置于所述x导向轴上并可沿所述x导向轴移动；所述x轴皮带与所述x向连接件和x轴电机连接，所述x轴电机可通过所述x轴皮带带动所述x向连接件沿所述x导向轴移动；所述x轴皮带材质为耐热材料；所述打印头固定于所述x向连接件上；所述z向运动组件位于所述成型室外；所述z向运动组件包括z轴电机、z导向轴和z向连接件；所述z导向轴沿z向固定于所述成型室外壁上；所述z向连接件设置于所述z导向轴上并可沿所述z导向轴移动；所述z轴电机可带动所述z向连接件沿所述z导向轴移动；所述3d打印高温成型装置还包括位于成型室内的打印平台，所述打印平台穿过成型室侧壁与所述z向连接件固定连接，并可随所述z向连接件移动。为了增加成型室的保温效果，成型室侧壁具有连通槽，连通槽处设置有弹性密封条，打印平台通过连接杆经所述连通槽穿过成型室侧壁与z向连接件固定连接。同时，连通槽处的密封条与上述连接杆紧密接触，实现密封。

上述结构下，仅x向运动组件以及y向运动组件的部分零部件位于成型室内。本发明中，可将y向运动组件和z向运动组件均设置于成型室内。为避免过度占用成型室内部空间，同时综合考虑因运动组件外置而导致的结构复杂化的影响，优选采用本发明公开的上述结构。

根据本发明，上述x向运动组件、y向运动组件、z向运动组件的设置方式仅为一种示例，可以理解的，上述各运动组件中的零部件的具体位置可进行调整，例如，y轴电机可设置于成型室内壁上，此时，采用前述的液体冷却组件对其进行冷却降温即可。类似的，x向运动组件可设置于成型室外壁上，设置于成型室外部的零部件可无需采用液体冷却组件对其进行降温。对于打印头，也可调整设置位置，例如可设置于y向运动组件上。而对于z向运动组件，同样可根据需要设置于成型室内部，如前所述，此时需要采用液体冷却组件对其相关零部件(例如z轴电机)进行冷却降温。

进一步的，所述加热组件包括加热部件、空气循环部件和风道；所述加热部件设置于所述成型室的壳体上，用于加热空气；所述风道设置于所述成型室的壳体上并与所述加热部件连接；所述空气循环部件用于产生经加热部件和风道流向成型室内部的气流。

通过上述加热组件可有效的对成型室内部进行加热，实现高温打印。

可以理解的，上述加热部件在成型室的壳体上的设置位置没有限制。

进一步的，所述成型室相对的两个内壁上均设置有所述风道，并且风道上开设有孔状出风口，形成从一侧风道进入成型室内，并从另一侧风道离开成型室的气流流道。

通过上述结构可实现对成型室内部的均匀加热，保证成型室内部的温度均匀，利于保证打印的品质。

可以理解的，上述两个风道可分别设置于成型室左右两内壁上，也可以一个设置于成型室上下两内壁上。

进一步的，所述加热组件还包括用于探测成型室内部温度的温度探测器，所述温度探测器设置于成型室内。

通过上述温度探测器对成型室内部温度的探测及反馈，可精确控制成型室内的温度。

进一步的，所述成型室的壳体包括至少一层保温层。

通过上述结构，利于保证成型室内部温度的稳定，减小外界环境对成型室内部温度的影响。

进一步的，所述空气循环部件贴合安装于所述加热部件上；或者，所述空气循环部件与所述加热部件相互分离。

综上所述，本发明提供的3d打印高温成型装置能够使3d打印机成型室温度达到100℃以上，使高温高性能材料(如peek材料)的打印成为可能，将大大拓展3d打印机的应用行业和领域，从而改变3d打印机仅应用于教育、原型验证领域等低端市场的现状。

同时，本发明提供的3d打印高温成型装置可将3d打印机成型室温度大大提高，可以解决现有打印机在打印大尺寸abs、pc等材料时的翘边、开裂问题，从而可以提高3d打印机所打印工件的尺寸和成功率。

另外，本发明提供的3d打印高温成型装置可将3d打印机成型室温度大大提高，可以将工件打印完成后的退火工艺集成到3d打印机上，使工件打印完成后立即进行退火工艺，从而进一步提高打印工件的机械性能。

附图说明

图1是本发明优选实施方式提供的3d打印高温成型装置的前侧立体图；

图2是图1中a处局部放大图；

图3是本发明优选实施方式提供的液体冷却组件的立体图；

图4是本发明优选实施方式提供的3d打印高温成型装置的后侧立体图。

说明书附图中的附图标记如下：

101、成型室；

201、x轴电机；202、x导向轴；203、x向连接件；

211、y轴电机；212、y轴皮带；213、y导向轴；214、y向连接件；

221、z轴电机；222、z导向轴；223、z向连接件；224、密封条；

301、加热部件；302、空气循环部件；303、风道；

401、打印头；

501、液体循环部件；502、制冷器；503、输液管；504、热交换管；505、换热器；506、储液罐。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“径向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1-图4示出了本发明优选实施方式提供的3d打印高温成型装置，其具体结构包括一个封闭的成型室101、液体冷却组件、加热组件、打印头401、x向运动组件、y向运动组件、z向运动组件、打印平台。

其中，上述成型室101为大体呈长方体状的箱体，其前侧为3d打印高温成型装置的门。成型室101的壳体为保温结构，具体的，成型室101的壳体为多层结构，其中，至少一层为保温层，用于对成型室101内部进行保温。

上述加热组件用于对成型室101进行加热。具体的，本实施方式中，该加热组件包括加热部件301、空气循环部件302、风道303和温度探测器(图中未示出)。

加热部件301设置于成型室101的底部。风道303设置于成型室101侧壁上，并位于成型室101内。本实施方式中，风道303位于与门相邻的两个相对的侧壁上。风道303上均匀分布有大量圆形出风孔。通过上述圆形出风孔，实现成型室101内部与风道303内部的连通。加热部件301可采用常规各种加热件，例如可采用电阻丝等。

同时，风道303底部与加热部件301连通，形成从加热部件301经左侧风道303进入成型室101，并从右侧风道303离开成型室101的气流流道。

空气循环部件302用于产生气流。具体的，空气循环部件302位于加热部件301底部，具体可采用风扇。空气循环部件302向加热部件301吹入空气，空气经加热部件301加热后从风道303进入成型室101内，对成型室101内部进行加热。空气循环部件302贴合安装于所述加热部件301上；或者，所述空气循环部件302与所述加热部件301相互分离。空气循环部件302贴合安装于所述加热部件301上时效果更好。

温度探测器设置于成型室101壳体上，用于探测成型室101内部温度，以便根据温度探测器反馈的信息精确控制成型室101内部的温度。成型室101壳体上设置有多个温度探测器，上述多个温度探测器均匀分布于成型室101壳体上。

x向运动组件、y向运动组件、z向运动组件用于协同配合，实现打印头401在成型室101内部空间的无死角移动。

具体的，本具体实施方式中，所述y向运动组件包括y轴电机211、y导向轴213、y轴皮带212和y向连接件214。

所述y导向轴213沿y向固定于所述成型室101内。具体的，成型室101左右两侧均设置有沿y向固定的y导向轴213。y导向轴213位于成型室101上部，高于风道303上端。

所述y向连接件214设置于所述y导向轴213上并可沿所述y导向轴213移动。两个y导向轴213上均设置有上述y向连接件214。

所述y轴皮带212位于所述成型室101内，并与所述y向连接件214连接。y轴皮带212的运动带动y向连接件214运动。

所述y轴电机211设置于所述成型室101的外壁上，并穿过所述成型室101的侧壁与y轴皮带212连接。所述y轴电机211作为动力部件，可通过所述y轴皮带212带动所述y向连接件214沿所述y导向轴213移动。

上述y导向轴213、y轴皮带212和y向连接件214均位于成型室101内，本发明中，y导向轴213、y轴皮带212和y向连接件214均采用耐热材质，尤其是y轴皮带212。

上述x向运动组件包括x轴电机201、x导向轴202、x轴皮带(图中未示出)和x向连接件203。

所述x导向轴202沿x向设置，其两端分别固定于左右两侧的y向连接件214上。x导向轴202具有两个，相互平行设置。

所述x向连接件203设置于所述两个x导向轴202上并可沿所述两个x导向轴202移动。

所述x轴皮带与所述x向连接件203和x轴电机201连接，所述x轴电机201可通过所述x轴皮带带动所述x向连接件203沿所述x导向轴202移动。

上述x向运动组件的x轴电机201、x导向轴202、x轴皮带和x向连接件203均位于成型室101内部，均采用耐热材质，尤其是x轴皮带。

x轴电机201固定于成型室101内壁上。

所述打印头401固定于所述x向连接件203底部。

此时，x向运动组件整体设置于y向连接件214上，可随y向连接件214在y向上运动。同时，x向连接件203可带动打印头401在x向上运动。通过x向运动组件和y向运动组件的配合，可实现打印头401在平面(x-y)范围内的自由运动。

本具体实施方式中，z向运动组件位于所述成型室101外。具体的，z向运动组件包括z轴电机221、z导向轴222和z向连接件223。

所述z导向轴222沿z向固定于所述成型室101外壁上。z导向轴222具有两个，相互平行设置。

所述z向连接件223设置于所述z导向轴222上并可沿所述z导向轴222移动。实现上述功能的结构可为采用现有的各种。

本具体实施方式中，z轴电机221位置固定，具体可固定于成型室101上，也可以固定于其他结构上。本具体实施方式中，两个z导向轴222上部固定有连接台。z轴电机221固定于连接台上，z轴电机221位于两个z导向轴222之间。

z轴电机221与沿z向设置的丝杆连接，丝杆穿过z向连接件223，并与z向连接件223螺纹配合连接。z轴电机221运转时可驱动丝杆转动，丝杆转动驱动z向连接件223沿z导向轴222沿z向运动。

打印平台为承载产品的部件。具体的，打印平台在成型室101内水平设置。打印平台穿过成型室101侧壁与所述z向连接件223固定连接，并可随所述z向连接件223移动。为了增加成型室的保温效果，成型室101侧壁具有连通槽，连通槽处设置有弹性密封条224，打印平台通过连接杆经所述连通槽穿过成型室101侧壁与z向连接件223固定连接。同时，连通槽处的密封条224与上述连接杆紧密接触，实现密封。

工作时，打印平台承载产品，在z向运动组件的驱动下在z向上运动。同时通过x向运动组件和y向运动组件的配合，可实现在x-y-z三维空间的立体运动和打印。

本具体实施方式中，液体冷却组件包括依次连接形成回路的液体循环部件501、制冷器502、输液管503、热交换管504、输液管503、换热器505、储液罐506。

液体循环部件501作为驱动部件，驱动冷却剂沿上述回路运转。具体的，液体循环部件501可采用泵。本发明中，采用的冷却剂可以为水或其他常规的各种冷却剂。

液体循环部件501的入口与储液罐506连通，出口与制冷器502连通。制冷器502的出口通过输液管503连通至热交换管504的入口，热交换管504的出口通过另一条输液管503连通至换热器505，换热器505的出口连通至储液罐506。

上述热交换管504用于与待冷却部件(例如电机或打印头401)接触，以便与待冷却部件进行热交换，对待冷却部件进行降温。因此，热交换管504优选导热性和耐热性能好的材质，例如铜。输液管503优选采用耐热性好的材质。

本具体实施方式中，上述打印头401和x轴电机201上均缠绕有热交换管504。类似的，在其他实施方式下，例如当y轴电机211和/或z轴电机221均位于成型室101内时，y轴电机211和/或z轴电机221上均缠绕有热交换管504。此时，可设置多套上述液体冷却组件，也可以在一套液体冷却组件中设置多个热交换管504，每个热交换管504各自独立的通过输液管503连通至制冷器502和换热器505，形成多个独立的冷却回路。上述打印头401和x轴电机201的冷却方式和连接结构可采用如上所述的类似结构。

本具体实施方式中，所述液体循环部件501、制冷器502、换热器505、储液罐506位于所述成型室101外，热交换管504位于所述成型室101内，分别缠绕于打印头401和x轴电机201上。每个所述热交换管504的两端通过所述输液管503与位于成型室101外的制冷器502和换热器505连接。

上述3d打印高温成型装置工作时，三个运动组件相互配合实现3d打印。加热组件用于对成型室101内进行加热和温度控制，以便实现对高温材料的打印。重要的是，通过液体冷却组件对位于高温成型室101内的打印头401和x轴电机201进行冷却，保证其正常工作。同时，位于高温成型室101内的其他零部件，例如y导向轴213、y轴皮带212和y向连接件214、x导向轴202、x轴皮带和x向连接件203均采用耐高温材质，利于保证3d打印高温成型装置的使用寿命。本发明中，耐高温材质的耐热温度根据所需打印的材料进行确定，通常，优选情况下，上述耐高温材质的耐热温度为200℃，例如可以采用耐热硅胶等。

上述3d打印高温成型装置部分结构位于成型室101内，简化了3d打印高温成型装置的结构，避免因所有运动组件均位于成型室101外而导致的结构复杂化，同时也兼顾了成型室101内部的空间，避免过多部件位于成型室101内而占用打印空间。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。