一种耐高温FDM打印头结构的制作方法

本实用新型涉及一种耐高温FDM打印头结构，尤其适用于高熔点材料的高效稳定打印，属于3D打印技术领域。

背景技术：

FDM成形工艺打印头是FDM成形设备的关键组件，用来实现打印材料熔池氛围的稳定控制。它是一个集打印喷头、隔热管、加热块、导料管等零部件为一体的功能组件，实现FDM打印材料稳定性挤出成形。

目前FDM打印头加热模块多采用局部安装加热棒的方式加热。该方法存在以下问题：

一是加热过程缓慢，当材料需要300℃以上高温融化时，局部加热的方式效率过低，预热时间较长。目前市场上使用的FDM打印头多数是针对ABS和PLA设计的，加热温度最高达230℃左右，对于高性能材料PEEK而言，其融化温度需要达到350℃，局部加热的模式效率太低。

二是传统的打印头一般采用风冷的方式，该方式对于高性能材料而言，冷却效率较低，高温情况下容易造成导料管过热，使材料输送受阻，无法正常将材料输送到熔池中。

三是熔池加热过程不够均匀，在熔池较大的情况下，容易造成温度场不均，对于有结晶温度要求苛刻的材料来说，局部温度过低会降低材料性能，降低熔池材料流动性，甚至堵塞打印头，局部温度过高反而会引起材料过烧，同时加大了导热管温度控制的难度。

技术实现要素：

本实用新型解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种耐高温FDM打印头结构，通过设置螺旋形的加热圈，提供了稳定的环向加热环境，克服了传统打印头熔池加热效率较低的难题；通过设置螺旋形的气冷通道，实现了对打印头的快速冷却，弥补了传统的打印头冷却效率较低的缺陷；通过气冷通道和加热圈的配合，形成了稳定的温度场，解决了传统打印头加热均匀性较差的问题。

本实用新型的技术解决方案是：

一种耐高温FDM打印头结构，包括导料管、温控结构和喷头；导料管采用空心直管结构，温控结构采用空心圆台结构，喷头采用空心锥台结构，温控结构的两端分别与导料管和喷头固定连接，温控结构内部分别设有用于降温的气冷通道和用于升温的加热圈。

在上述的一种耐高温FDM打印头结构中，所述温控结构由降温段、隔温段和升温段组成，降温段位于温控结构的小直径端，并与导料管固定连接，升温段位于温控结构的大直径端，并与喷头固定连接，隔温段位于降温段和升温段之间，用于隔绝温度传递。

在上述的一种耐高温FDM打印头结构中，所述降温段上设有螺旋形的气冷通道，气冷通道围绕的轴线与温控结构的轴线的夹角范围是7～11°，气冷通道的直径不小于降温段壁厚的五分之二，气冷通道的圈数不少于四圈。

在上述的一种耐高温FDM打印头结构中，所述隔温段的长度不小于温控结构整体长度的六分之一。

在上述的一种耐高温FDM打印头结构中，所述升温段上设有螺旋形的加热圈，加热圈的直径不小于升温段壁厚的70％，加热圈覆盖整个升温段。

在上述的一种耐高温FDM打印头结构中，所述导料管内部设有用于输送丝材的通孔，通孔的直径范围是丝材的1.05～1.06％。

在上述的一种耐高温FDM打印头结构中，所述温控结构内部设有用于储存待熔融丝材的锥孔，锥孔与温控结构同轴，锥孔与温控结构的锥度偏差不大于5°，锥孔的小直径端与所述通孔连通，锥孔的大直径端与喷头连通，锥孔大直径端的直径不大于所述隔温段壁厚的三分之一。

在上述的一种耐高温FDM打印头结构中，所述喷头内部设有用于熔融丝材并输送熔融状态介质的台阶孔，台阶孔的阶数不少于三阶，台阶孔的大直径端与所述锥孔连通，台阶孔的小直径端与喷头的小直径端连通。

在上述的一种耐高温FDM打印头结构中，所述降温段和升温段上分别设有用于配合导料管和喷头的螺孔。

在上述的一种耐高温FDM打印头结构中，所述导料管的材料采用钛合金，温控结构的材料采用铝合金，喷头的材料采用黄铜。

本实用新型与现有技术相比的有益效果是：

【1】本实用新型通过设置螺旋形的加热圈，优化了打印头的整体结构，相比普通加热棒，加热效率更高，熔池温度更加均匀，防止局部材料温度过高，更容易实现熔池温度场的精确控制。

【2】本实用新型相比于传统的风冷模式，冷却效率更高，对于真空环境或具有恒温要求的环境，适应性更强，对于存在空间介质干扰的情况，也具备较好的抗干扰能力。

【3】本实用新型通过设置螺旋形的气冷通道，一方面能够高效冷却熔池上部分温控模块的温度，防止热量向上传递；另一方面冷却气体能够通过管路将热量带走，能够实现封闭区域内温度相对稳定，更加利用具有结晶温度要求的材料打印成形。

【4】本实用新型整体结构紧凑，集成度高，功能结构实现了一体化的设计要求，适用于多种工作环境，且具有较长的使用寿命，在复杂工况下依然能够良好运转，具有通用性强、适用范围广的特点。

【5】本实用新型的导料管、温控结构和喷头拆装灵活，而且便于维修和更换，大幅降低了生产成本，在工艺流程也得到了相应的简化，具有广阔的市场应用前景。

附图说明

图1为本实用新型的结构图

图2为本实用新型的剖视图

图3为导料管的剖视图

图4为温控结构的剖视图

图5为喷头的剖视图

其中：1导料管；2温控结构；201降温段；202隔温段；203升温段；3喷头；4气冷通道；5加热圈；

具体实施方式

为使本实用新型的方案更加明了，下面结合附图说明和具体实施例对本实用新型作进一步描述：

如图1～2所示，一种耐高温FDM打印头结构，包括导料管1、温控结构2和喷头3；导料管1采用空心直管结构，温控结构2采用空心圆台结构，喷头3采用空心锥台结构，温控结构2的两端分别与导料管1和喷头3固定连接，温控结构2内部分别设有用于降温的气冷通道4和用于升温的加热圈5。

优选的，温控结构2由降温段201、隔温段202和升温段203组成，因为温控结构2采用空心圆台结构，所以温控结构2两端的直径不同，降温段201位于温控结构2的小直径端，并与导料管1固定连接，升温段203位于温控结构2的大直径端，并与喷头3固定连接，隔温段202位于降温段201和升温段203之间，用于隔绝温度传递。

优选的，降温段201上设有螺旋形的气冷通道4，气冷通道4围绕的轴线与温控结构2的轴线的夹角范围是9°，气冷通道4的直径设为降温段201壁厚的五分之二，气冷通道4的圈数设为四圈。

优选的，隔温段202的长度设为温控结构2整体长度的六分之一。

优选的，升温段203上设有螺旋形的加热圈5，加热圈5的直径设为升温段203壁厚的70％，加热圈5覆盖整个升温段203。

如图3所示，导料管1内部设有用于输送丝材的通孔，通孔的直径范围是丝材的1.055％。

如图4所示，温控结构2内部设有用于储存待熔融丝材的锥孔，锥孔与温控结构2同轴，锥孔的小直径端与所述通孔连通，锥孔的大直径端与喷头3连通，锥孔大直径端的直径不大于所述隔温段202壁厚的三分之一。

如图5所示，喷头3内部设有用于熔融丝材并输送熔融状态介质的台阶孔，台阶孔的阶数设为三阶，台阶孔的大直径端与所述锥孔连通，台阶孔的小直径端与喷头3的小直径端连通，台阶孔的孔径比设为1:4:6，喷头3外部攻有用于配合温控结构2的螺纹。

优选的，降温段201和升温段203上分别设有用于配合导料管1和喷头3的螺孔，螺纹选型设为M6，降温段201与导料管1之间采用间隙配合，升温段203与喷头3之间采用间隙配合。

优选的，导料管1的材料采用钛合金，温控结构2的材料采用铝合金，喷头3的材料采用黄铜。

本实用新型的工作原理是：

当丝材通过导料管1进入温控结构2的锥孔进行预热处理，随后，丝材通过喷头3的台阶孔进行熔融处理，最后，熔融状态介质由喷嘴3的台阶孔流出，即可进行打印成形工作，整个工作过程中，气冷通道4和加热圈5始终处于工作状态，气冷通道4和加热圈5分别对温控结构2的降温段201和升温段203进行精确的温控处理。

本实用新型说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知技术。