温控系统及3D打印设备的制作方法

本实用新型涉及3D打印技术领域，特别是涉及温控系统及3D打印设备。

背景技术：

3D打印技术(3D printing)，是一种以数字模型文件为基础的快速成型技术，主要运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体。3D打印作为一种综合性应用技术，融合了数字建模技、机电控制、信息技术、材料科学、以及化学等多方面的前沿技术知识，具有非常高的技术含量。

3D打印机包括多种类别，其中较为常用的有基于选择性激光烧结的粉末3D打印机。所谓基于选择性激光烧结的粉末3D打印机，其工作原理主要是由离散点一层层堆集成三维实体而快速成型。

但是，现有基于选择性激光烧结的尼龙粉末3D打印设备虽然也设有制冷系统，但只能带走部分的热量，无法带走激光头本身的热量。以基于选择性烧结的尼龙粉末3D打印机为例：打印机自带的冷却系统只能带走大约80％的热量，但剩余的激光头本身的热量却无法散走，这就导致打印粉末烧结区域的热量无法及时散去，粉末容易结块且在临界温度会发生粉末变性，导致粉末利用率低下，结成块状的打印粉末还会给打印机的清洁和维护带来了非常大的不便。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型提供温控系统及3D打印设备，用于解决现有3D打印机内部问题过高导致打印粉末性质发生变化，造成打印粉末浪费且难以清洁等技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提供一种温控系统，应用于基于选择性激光烧结的3D打印设备，所述3D打印设备包括加热区和放料区；所述加热区和放料区相连通，且所述放料区包括打印腔体；所述打印腔体包括壳体及壳体内部的可选择性沉降台，所述可选择性沉降台包括多个沉降台单元，各所述沉降台单元的上表面形成供放置打印粉末的托承面，且每个沉降台单元均能够相对于其它沉降台单元上下活动，其中，向下活动的沉降台单元的表面供放置打印粉末，而未向下活动的沉降台单元的表面不设置打印粉末；所述温控系统包括所述温控系统包括：多个流体流通结构，各所述流体流通结构设于所述沉降台单元内部且与沉降台单元的内壁相贴合，以带走激光本身的热量；其中，所述流体流通结构包括硅胶软管，以随所述沉降台单元的升降而发生形变；多个流体输入管道，各所述流体输入管道与所述流体流通结构相连通，以将流体输至所述流体流通结构内；多个流体输出管道，各所述流体输出管道与所述流体流通结构相连通，以将所述流体从所述流体流通结构输出。

于本实用新型的一实施例中，所述基于选择性激光烧结的3D打印设备，其打印粉末包括PA12尼龙粉末。

于本实用新型的一实施例中，所述3D打印设备还包括：流量控制阀，用于控制所述流体输入管道内流体的通断；控制单元，电性连接并控制所述流量控制阀；所述控制单元还接收来自设于所述可选择性沉降台内部的温度传感器的温度信息，并在该温度信息对应的温度值达到预设阈值时开启所述流量控制阀；其中，所述预设阈值包括120℃～180℃，以防止所述PA12尼龙粉末变性。

于本实用新型的一实施例中，所述流体的类型包括液体，所述流量控制阀包括电控流量控制阀，所述控制单元包括PLC控制器。

于本实用新型的一实施例中，所述流体的类型包括气体或液体；所述气体包括空气，所述液体包括水、液氮、液氢、或者液氦。

于本实用新型的一实施例中，所述沉降台单元的形状包括长方体，所述可选择性沉降台的形状包括长方体或立方体。

于本实用新型的一实施例中，所述流体流通结构包括多根管道；所述多根管道首尾相连，以形成波浪形管状结构。

于本实用新型的一实施例中，所述3D打印设备还包括：流体输送泵，与所述流体输入管道相连，以将流体输至所述流体输入管道内。

于本实用新型的一实施例中，所述3D打印设备还包括：气流输送装置，设于所述打印腔体壳体的外部；所述气流输送装置产生气流并将所述气流输送至所述打印腔体壳体的外表面。

为实现上述目的，本实用新型还提供一种3D打印设备，包括所述温控系统；所述3D打印设备的类型包括基于选择性激光烧结的3D打印设备。

如上所述，本实用新型涉及的温控系统及3D打印设备，具有以下有益效果：本实用新型提供基于选择性激光烧结的3D打印设备，其冷却液体流从流体输入管道流入至流体流通结构再从流体输出管道流出，与3D打印设备的打印腔体内部的致热源进行热量交换，从而有效降低打印腔体内部的温度。因此，本实用新型的技术方案将设备内部保持在适于打印粉末烧结的温度，从而避免了打印粉末的浪费更是有利于设备的清洁和维护。与此同时，3D打印设备还能够有效改善该3D打印设备对外部环境温度的影响，从而避免影响设于周围环境中的其他设备的正常运行。所谓周围环境中的其他设备例如可以是与3D打印设备位于同一生产车间的精密仪器、大型设备、发电设备等等，而这些设备对环境温度都有非常高的要求。

附图说明

图1展示现有技术中3D打印设备的示意图。

图2展示本实用新型一实施例中温控系统的示意图。

图3展示本实用新型一实施例中温控系统的模块图的示意图。

元件标号说明

1 3D打印设备

11 加热区

12 放料区

21 沉降台单元

22 流体输入管道

23 流体流通结构

24 流体输出管道

25 流体输送泵

31 流量控制阀

32 控制单元

33 温度传感器

A 方向

B 方向

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

本实用新型提供一种温控系统，应用于基于选择性激光烧结的3D打印设备，所述温控系统能够有效控制3D打印设备打印腔体内部的温度，从而防止因过高的温度而导致打印粉末性质发生变化，避免变性后的打印粉末无法进行二次利用而导致浪费。与此同时，本实用新型的技术方案还避免了经历高温后的打印粉末容结成块状而不利于清洁和维护等问题。下文将以具体的实施例说明温控系统以及3D打印设备的实施方式以及实现原理。

如图1所示，展示本实用新型一实施例中3D打印设备的平面示意图。所述3D打印设备1包括加热区11和放料区12，还包括未图示的激光头，用于对加热区11进行激光烧结，其中，所述加热区11和放料区12上下连通，加热区11的热量传至放料区12。所述放料区12包括未图示的打印腔体，所述打印腔体包括壳体以及设于壳体内的可选择性沉降台。于本实施例中，所述3D打印设备包括多个可开合的门体，用于分别打开或者关闭加热区、放料区，便于使用和维护。

如图2所示，展示本实用新型一实施例中温控系统的示意图。于本实施例中，可选择性沉降台包括多个沉降台单元21，各所述沉降台单元21的上表面形成供放置打印粉末的托承面，各所述沉降台单元的上表面形成供放置打印粉末的托承面，且每个沉降台单元均能够相对于其它沉降台单元上下活动，其中，向下活动的沉降台单元的表面供放置打印粉末，而未向下活动的沉降台单元的表面不设置打印粉末。下文以其中一个沉降台单元为例说明本实用新型中温控系统的具体结构及原理。

所述温控系统包括流体输入管道22、流体流通结构23、以及流体输出管道24。所述流体输入管道22与流体流通结构23连通，所述流体流通结构23还与流体输出管道24流通。所述流体输入管道22还与流体输送泵25连通，所述流体输送泵25通过将机械能转换为流体传输动能的方式，将用于冷却的流体输送至流体输入管道22后流经流体流通结构23，再从所述流体输出管道24流出。

需要说明的是，各沉降台单元均配有一套温控系统，即各沉降台单元内均设有所述流体流通结构23，沉降台单元内虚线结构即代表所述流体流通结构23。图中只展示了一个沉降台单元的完整的温控系统，本领域技术人员在此基础上可知晓其它沉降台单元的温控系统的结构。

另外值得注意的是，由于沉降台的位置相比于3D打印设备内部的其他结构或部件更接近粉末烧结区域，故本实用新型将温控系统设于沉降台可达到最大的换热效率以及最佳的降温效果。

所述流体流通结构23设于所述沉降台单元21内部且与沉降台单元21的内壁相贴合，以带走激光本身的热量，通常来说，激光烧结过程产生热量，热量过高会导致打印粉末变性，故需要温控系统将温度控制在恒定范围内。于本实施例中，所述流体流通结构23为硅胶软管，可随沉降台单元21的升降而发生形变。

优选的，所述流体流通结构与沉降台单元21的内顶壁相接触，所述沉降台单元21的内顶壁相对于沉降台单元21的其他内壁更加接近打印粉末，从而可达到更佳的散热效果。

可选的，流经所述流体输入管道22、流体流通结构23、以及流体输出管道24的流体可以是气体，例如空气、氢气等冷却介质。当然，所述流体也可以是液体，例如液氮、液氢、或者液氦等冷却液，本实用新型对此不作限定。

优选的，所述流体流通结构23包括多根管道。所述多根管道首尾相连，从而形成未图示的的波浪形管状结构。本实施例提供的波浪形管状结构与直线型管状结构相比，增加了与沉降台单元21内壁的接触散热面积，进而有效提升了散热效率；所述波浪形管状结构与块状结构相比，在散热效率接近的情况下又有效减少了散热材料，从而降低了生产成本。需要说明的是，所述波浪形管状结构只作为本实用新型的一种优选方案，并非唯一可实施的方案。

优选的，所述沉降台单元的形状包括长方体，各所述沉降台单元形成的所述可选择性沉降台的形状包括长方体或立方体。所述呈长方体或者立方体的可选择性沉降台相比于其他形状，例如圆柱体，不仅具备更大的容纳空间，且更利于与流体流通结构相贴合。

如图3所示，展示本实用新型一实施例中温控系统的模块图。所述温控系统还包括流量控制阀31和控制单元32；所述流量控制阀31用于控制所述流体输送泵的开启和关闭，从而控制所述流体输入管道内流体的通断；所述控制单元32电性连接并控制所述流量控制阀31，所述控制单元32还接电性连接设于所述可选择性沉降台内部的温度传感器以接收可选择性沉降台内部的温度信息，并在该温度信息对应的温度值达到预设阈值时开启所述流量控制阀。

优选的，所述基于选择性激光烧结的3D打印设备，其打印粉末为PA12尼龙粉末。尼龙粉末是一种热塑性粉末，与金属有较好的黏合力；尼龙粉末的熔点通常在180℃左右，有甚者，低熔点尼龙粉末的熔点更是低至120℃左右。故优选的，所述预设阈值包括120℃～180℃，以防止所述PA12尼龙粉末发生物理和/或化学性质变化。

需要说明的是，上文提及的PLC控制器及其控制方式均为现有技术，本实用新型所提供的硬件设备可以配合于现有技术的软件使用，但并不涉及任何关于软件技术改进的内容。此外，所述控制单元并不限于该实施例中的PLC控制器，还可以是MCU处理器、FPGA处理器、或者DSP处理器等等，本实用新型对此不作限定。

值得注意的是，现有的基于选择性激光烧结的尼龙粉末3D打印设备虽然也设有冷却系统，但只能带走部分的热量，无法带走激光头本身的热量，导致粉末烧结区域的热量仍居高不下，有甚者更是超过了300℃，导致PA12尼龙粉末的性质发生变化，且在高温下极易结成块状。因此，现有的基于选择性激光烧结的尼龙粉末3D打印设备不仅粉末利用率低下，且结成块状的粉末给打印机的清洁和维护带来了非常大的不便。

本实用新型提供的温控系统以及3D打印设备很好地解决了现有3D打印设备面临的问题，其冷却介质从流体输入管道流入流体流通结构，再从流体输出管道流出，通过与打印腔体的可选择性沉降台内部的致热源进行热量交换而有效降低可选择性沉降台内部的温度，将可选择性沉降台保持在适于尼龙粉末烧结的温度，避免粉末的浪费更是有利于设备的清洁和维护。

可选的，所述温控系统还包括未图示的气流输送装置，所述气流输送装置，设于所述打印腔体壳体的外部；所述气流输送装置产生气流并将所述气流输送至所述打印腔体壳体的外表面，从而进一步有效降低打印腔体的温度。

优选的，所述气流输送装置设于流体输出管道24附近，即相比于流体输入管道22更加靠近流体输出管道24的位置。本领域技术人员应当知晓的是，用于冷却的液体从所述流体输入管道22输入，经过热交换后从所述流体输出管道24输出，则液体的流动过程必然伴随着液体温度的升高，因此将气流输送装置设于更加靠近输出管道的位置，可使散热效果更加显著。

本实用新型还提供一种3D打印设备，包括温控系统。所述3D打印设备的类型包括基于选择性激光烧结的尼龙粉末3D打印设备，所述3D打印设备的3D打印粉末材料包括尼龙粉末。所述3D打印设备的具体实施方式与所述3D打印设备的实施方式类似，故不再赘述。

需要再次说明的是，本实用新型提供的是3D打印设备3D打印设备以及3D打印设备的硬件设备，该硬件设备可以与现有技术的软件配合使用，但本实用新型并不涉及软件技术的改进。

综上所述，本实用新型提供的温控系统及3D打印设备，冷却流体流从流体输入管道流入至流体流通结构，再从流体输出管道流出，通过与可选择性沉降台内部的致热源进行热量交换而有效降低可选择性沉降台内部的温度，将整个打印腔体保持在适于打印粉末烧结的温度，避免打印粉末的浪费更是有利于设备的清洁和维护。同时，3D打印设备还能够有效改善该3D打印设备对外部环境温度的影响，从而避免影响设于周围环境中的其他设备的正常运行。所谓周围环境中的其他设备例如可以是与3D打印设备位于同一生产车间的精密仪器、大型设备、发电设备等等，而这些设备对环境温度都有非常高的要求。因此，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。