本发明属于工业fdm打印设备领域，具体涉及一种工业fdm打印设备用的冷却装置。
背景技术：
3d打印机是快速成型技术的一种设备，它是一种以数字模型文件为基础，以粉末状金属或塑料等可粘接性材料，通过逐层打印方式来构建物体的技术。
熔融沉积型技术（fdm）是增材制造的主流技术之一。它利用热塑性材料（abs或pla）的热熔性、粘接性，将热塑性材料在挤出机构内加热成熔融态。挤出机构在设定程序控制下，沿着模型轮廓轨迹进行x-y平面运动和高度z方向运动，打印材料被挤出后固化，并与周围材料粘接，每一个层面都是在上一层层面上堆积而成，直至按模型层层堆积完成为止。
现有工业级熔融沉积型打印设备冷却机构存在的主要技术不足有：一是传承桌面级打印设备的冷却机构——冷却风扇，冷却能力不足；二是采用压缩空气作为冷却源进行冷却，但采用冷却机构不合理，鸭嘴冷却装置，冷却方式不正确，采用内向冷却，通常出现激冷问题，而导致打印喷头不出料，造成喷头堵塞。
技术实现要素：
本发明针对现有技术的不足，提供一种工业级fdm打印冷却装置及冷却方法，使用该冷却装置及方法能有效解决现有技术的不足，实现活料均匀冷却，避免激冷问题，保证喷头出料流畅。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案为：
一种工业fdm打印设备用的冷却装置，其特征在于，包括冷却源、气管、冷却环、挤出机构；所述冷却源为低温气体，如低温压缩空气、低温压缩氮气等；冷却源的出口与多根气管相连，每根气管将等量的冷却气体输向冷却环，在到达冷却环附近再分流为多根支气管，支气管与冷却环的进气口相连；
所述冷却环安装在挤出机构的下部，冷却环设有多个均布的进气口和出气口，进气口与气管相连，出气口喷出冷却气体；出气口方向沿挤出机构的轴线向下，挤出口内壁的形状为弧形，弧形将气流向下的流向引导向外偏斜，避免直吹挤出的材料。
进一步的，冷却环的制作和内腔结构也是本发明的关键部分，所述冷却环的材质为铝，其内腔为中空结构，装置分为上、下两部分，同心安装；内腔中空结构为弧形结构，可有效保障气流的顺畅性，并缓解气流的冲击和震动。
进一步的，所述装置的上部为半弧形空腔结构，上部有多个进气口，均匀分布于环周；所述装置的下部同样为半弧形空腔结构，与上部同心安装，空腔对接处形状一致，形成弧形平滑过渡，下部的底部设有多个出气口，出气口与空腔弧形结构平滑过渡，出气口是以挤出机构轴心圆周均匀分布，保证冷却范围是以挤出机构轴心为中心均匀分布的一个区域，保证对局部的原材料的冷却程度相同，并且不会对挤出喷头造成振动；冷却环的上下部组装结构，形成气流的走向为垂直于挤出机构的轴线进气，平行于挤出机构的轴线出气，气流经90°转弯被冲散，具有一定的方向，同时具有更宽的覆盖面。
进一步的，冷却环的安装位置直接影响冷却效果，影响冷却质量，因此所述冷却环环绕于所述挤出机构的外侧，并与所述挤出机构同轴，且所述冷却环下部位于靠近所述挤出机构的端部一侧，且所述下部出气口到所述挤出机构的端部的距离为3～5cm。
进一步的，根据现场打印设备规模和尺寸，需合理设计气管、进气口和出气口的数量，保证冷却质量，因此所述气管分为主气管和支气管，主气管设置为3根，每根主气管再分流成4根支气管；所述的冷却环中，上部进气口共有12个进气口，下部出气口共有18个出气口；所述的下部出气口形状为扇形，宽度为2～4mm。
本发明的有益效果至少包括：
（1）通过对改变冷却机构及冷却方式，采用冷却环及外向冷却方式，冷却效果更均匀，避免对喷头的激冷问题，保证喷头出料的流畅性；
（2）空腔结构为弧形结构，可有效避免气流冲击震动；
（3）分体式冷却环实施方便，安装快捷，维护便捷；
（4）空腔结构为弧形结构，可有效降低气体流速。
附图说明
图1为本发明一种工业fdm打印设备用的冷却装置的主视图。
图2为本发明一种工业fdm打印设备用的冷却装置的轴测图。
图3为本发明一种工业fdm打印设备用的冷却装置的冷却环上部轴测图。
图4为本发明一种工业fdm打印设备用的冷却装置的冷却环上部俯视图。
图5为本发明一种工业fdm打印设备用的冷却装置的冷却环下部轴测图。
图6为本发明一种工业fdm打印设备用的冷却装置的冷却环下部俯视图。
图7为本发明一种工业fdm打印设备用的冷却装置的气管布置俯视图。
其中，1—冷却源2—气管3—冷却环4—挤出机构3-1-1—进气口3-2-1—出气口3-1-2—安装孔3-2-2—安装孔
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。请注意，下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
根据本发明的一个方面，本发明提供了一种工业fdm打印设备用的冷却装置，如图1和图2所示，本发明为一种应用于熔融沉积技术的冷却机构，其结构包括：冷却源1、气管2、冷却环3、挤出机构4；冷却源1为压缩空气，气管2为pvc管，冷却环3的材料为铝材，铝质冷却环自身具有一定的散热冷却功效，而且受冷却气体的作用，有很好的热交换效率。冷却环安装在挤出机构的下部，冷却环设有多个均布的出气口，出气口方向沿挤出机构的轴线向下，挤出口内壁的形状为弧形，弧形将气流向下的流向引导向外偏斜，避免直吹挤出的材料。挤出机构4为组装部件，通过气管2将冷却源1与冷却环3连接，冷却环3采用螺栓螺杆安装于挤出机构4上。
如图2至图7所示，冷却环3为内腔中空结构，分为上下两部分，同心安装；内腔的弧形结构可有效保障空气的流动性，同时可有效缓解压缩空气流动时产生的冲击震动；上部3-1为弧形空腔结构，上部3-1有多个进气口，均匀分布于环周，冷却空气由进气口进入；下部3-2同样为弧形空腔结构，与上部3-1同心安装，空腔链接处有弧形结构自然过渡，下部3-2下端有多个出气口，出气口与空腔弧形结构平滑过渡，出气口是以挤出机构轴心圆周均匀分布，保证冷却范围是以挤出机构轴心为中心均匀分布的一个区域，保证对局部的原材料的冷却程度相同，并且不会对挤出喷头造成振动。冷却气体由出气口流出，空气流向为外向流动，而非传统的垂直或内向流动，由此既能有效冷却打印模型又能避免对喷头的激冷问题，从而保证喷头出料的流畅性。冷却环的上下部组装结构，形成气流的走向为垂直于挤出机构的轴线进气，平行于挤出机构的轴线出气，气流经90°转弯被冲散，具有一定的方向，同时具有更宽的覆盖面。安装孔用于将冷却环3定位安装于挤出机构4上。
根据本发明的具体实施例，所述冷却源1通过多根气管2分别连通至冷却环3上部3-1的进气口。连接气管分为主气管和支气管，3根主气管与支气管连接，每根主气管连接4根支气管，以达到气量均匀分布之效果，同时出气口气量均匀，冷却效果均匀。
其中，所述冷却环环绕于所述挤出机构的外侧，并与所述挤出机构同轴，且所述冷却环下部位于靠近所述挤出机构的端部一侧，且所述下部出气口到所述挤出机构的端部的距离为3～5cm。
所述的冷却环中，上部进气口共有12个进气口。
所述的冷却环中，下部出气口共有18个出气口。
所述的冷却环中，下部出气口形状为扇形，宽度为2～4mm。
综上所述，本发明设计一种工业fdm打印设备的冷却装置，通过对改变冷却机构及冷却方式，采用冷却环及外向冷却方式，冷却效果更均匀，避免对喷头的激冷问题，保证喷头出料的流畅性；设计冷却环的空腔结构为弧形结构，可有效降低气体流速，避免气流冲击震动；同时采用分体式冷却环实施方便，安装快捷，维护便捷。
在本发明的描述中，需要理解的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。