一种保温3D打印机的制作方法

一种保温3d打印机
技术领域
1.本发明涉及3d打印领域，特别是涉及一种保温3d打印机。


背景技术：

2.光固化3d打印的工作原理为：通过特定波长和强度的光照射至充满光敏树脂的成型界面，使成型界面中的光敏树脂固化，形成一层打印片材，第一层打印完成；然后，光敏树脂再次重新充满成型界面后，继续在该打印片材的基础上再固化成型另一层打印片材，如此往复，逐层叠加和固化，最终形成一个实体。
3.在光固化3d打印过程中，温度会影响光敏树脂的流动性，进而影响光敏树脂回流填充成型界面的速度，当光敏树脂回流速度过慢时，不仅会延长打印用时，还会影响打印件的表面质量。现有的光固化3d打印机，一般是在室温下进行3d打印工作，对于精度要求较高以及需要批量化生产的3d打印产品，温度的变化会影响产品的打印效率和打印精度。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种保温3d打印机，能够使3d打印机在合适的温度下工作。
5.根据本发明的实施例，提供一种保温3d打印机，包括：
6.打印机构；
7.电气装置，所述电气装置用于控制所述打印机构工作；以及
8.外壳，在所述外壳内设有电气仓和打印仓，所述电气仓内设有所述电气装置，所述打印仓内设有所述打印机构；其中，
9.在所述电气仓上设有第一进风口，在所述电气仓的内部设有第一风机，所述第一风机用于将外部空气经所述第一进风口引入所述电气仓内；
10.在所述打印仓上设有通风口，所述通风口连通所述电气仓和所述打印仓，在靠近所述通风口的位置设有第三风机、加热装置和第一温度传感器。
11.有益效果：此保温3d打印机，打印机构和电气装置分别设置在打印仓和电气仓内，第一风机将外部空气经第一进风口引入电气仓内，并且形成气流，气流带走电气装置工作产生的部分热量，第三风机能够将进入电气仓内的气流经通风口引入打印仓内，第一温度传感器检测进入打印仓内的气体温度，加热装置根据检测的温度值加热气体，使气流温度大致在打印机构打印产品的合适的工作温度下，由于打印仓为一个相对密封的空间，特定温度的气流通入打印仓内能够对打印仓进行保温，使打印机构在合适的温度下工作，提高打印效率和打印精度。
12.根据本发明实施例所述的保温3d打印机，所述打印机构包括料盘、成型平台和第一升降机构，所述第一升降机构用于驱动所述成型平台升降以远离或靠近所述料盘。
13.根据本发明实施例所述的保温3d打印机，在所述通风口处设有导风装置，所述导风装置上设有至少两个导风通道，相邻两所述导风通道之间设有出风栅，所述出风栅倾斜
设置，各所述出风栅倾斜不同方向以使从各所述导风通道流出的空气扫过所述料盘上方的面积相等。
14.根据本发明实施例所述的保温3d打印机，各所述导风通道具有第二进风口和第二出风口，各所述出风栅沿自身倾斜的方向延伸至所述料盘的最远边框的距离为l，所述出风栅对应的l值越大，所述出风栅对应的所述导风通道的第二进风口面积越大。
15.根据本发明实施例所述的保温3d打印机，其中两个所述导风通道的第二进风口的面积之比s1/s2＝β(a*l1/d1+γ)/(a*l2/d2+γ)，其中1≤β≤3，0.05≤a≤0.12，0.1≤γ≤0.5，l1和l2分别为两个所述导风通道的l值，d1和d2分别为两个所述导风通道的第二出风口宽度。
16.根据本发明实施例所述的保温3d打印机，在其中一个或多个所述出风栅上靠近第二出风口的一端和/或所述导风通道的侧面靠近第二出风口的一端设置缺口。
17.根据本发明实施例所述的保温3d打印机，在靠近所述料盘的位置设有第二温度传感器，在所述料盘上设有第三温度传感器。第二温度传感器用于监测料盘周边的温度，第三温度传感器用于监测光敏树脂的温度，第二温度传感器和第三温度传感器检测的温度值能够作为调节加热装置加热温度的参考。
18.根据本发明实施例所述的保温3d打印机，在所述电气仓的内部设有光源，所述光源具有散热器，所述第一风机设置在所述第一进风口和所述散热器之间。第一风机产生气流，气流能够带走散热器和电气装置工作产生的部分热量，有利于光源和电气装置的散热，并且使气流具有部分热量，减少后续加热装置所需要加热的热量，从而减少能耗。
19.根据本发明实施例所述的保温3d打印机，在所述电气仓上还设有第一出风口，所述光源和所述第一风机设置在所述第一进风口和所述第一出风口之间，在靠近所述第一出风口的位置设有第二风机。电气仓内的气流依次经过第一进风口、电气装置、第一风机、散热器、第二风机以及第一出风口，将电气装置和光源的部分热量带走，排出打印机外，实现对光源和电气装置的散热。
20.根据本发明实施例所述的保温3d打印机，在所述第一进风口和/或所述第一出风口中设有空气过滤器。对进入电气仓内的空气进行过滤，起到防尘作用，保持电气仓和打印仓内的环境洁净。
21.根据本发明实施例所述的保温3d打印机，在外壳上设有密封罩，所述密封罩用于密封所述打印仓，所述密封罩设置为可打开和关闭。通过密封罩实现打印仓的开启和密封，3d打印机工作时，密封罩关闭，打印仓处于密封状态，打印完毕后，可开启密封罩，取出3d打印件，或者更换3d打印材料。
22.根据本发明实施例所述的保温3d打印机，所述密封罩和外壳之间设有密封条，以进一步提高防尘效果。
23.根据本发明实施例所述的保温3d打印机，所述密封条为毛毡条或毛刷，以便在第三风机作用下引入打印仓内的空气排出。
24.根据本发明实施例所述的保温3d打印机，所述密封罩和外壳之间设有弯折结构，以进一步提高防尘效果。
25.根据本发明实施例所述的保温3d打印机，还包括第二升降机构，所述第二升降机构用于驱动所述密封罩升降，以此实现密封罩的开合。
附图说明
26.下面结合附图对本发明作进一步说明：
27.图1是本发明实施例保温3d打印机内部的局部结构示意图；
28.图2是本发明实施例保温3d打印机的外部结构示意图；
29.图3是图2中a-a部分的局部剖切示意图；
30.图4是图3中b部分的局部放大图；
31.图5是本发明实施例打印仓内部的局部结构示意图；
32.图6是本发明实施例导风装置和料盘相对位置的正视图；
33.图7是本发明实施例导风装置正面第一视角的结构示意图；
34.图8是本发明实施例导风装置正面第二视角的结构示意图；
35.图9是本发明实施例导风装置背面的结构示意图；
36.图10是本发明实施例导风装置和料盘的俯视图；
37.附图标记：打印机构100、料盘110、成型平台120、第一升降机构130、电气装置200、外壳300、电气仓310、第一进风口311、第一出风口312、打印仓320、通风口321、密封罩330、光源400、散热器410、第一风机10、第二风机20、第三风机30、第一密封条40、第二密封条50、弯折结构60、第二升降机构70、连接板80、导风装置90、出风栅91。
具体实施方式
38.本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
39.在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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。
40.在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
41.本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
42.参照图1和图2，本发明实施例提供一种保温3d打印机，包括打印机构100、电气装置200和外壳300，打印机构100打印产品，电气装置200用于控制打印机构100工作，在外壳300内设有电气仓310和打印仓320，在电气仓310内设置所述电气装置200，在打印仓320内设置所述打印机构100。其中，在电气仓310的侧面设有第一进风口311，在电气仓310的内部设有第一风机10，第一风机10用于将外部空气经第一进风口311引入电气仓310内。在打印仓320的侧面设有通风口321，通风口321连通电气仓310和打印仓320，在靠近通风口321的位置设有第三风机30、加热装置(未图示)和第一温度传感器(未图示)。
43.本实施例的保温3d打印机，打印机构100和电气装置200分别设置在打印仓320和电气仓310内，第一风机10将外部空气经第一进风口311引入电气仓310内，并且形成气流，气流带走电气装置200工作产生的部分热量，第三风机30能够将进入电气仓310内的气流经通风口321引入打印仓320内，第一温度传感器检测进入打印仓320内的气体温度，加热装置根据检测的温度值加热气体，使气流温度大致稳定在打印机构100打印产品的合适的工作温度下，具体控制方法可以采用pid控制，由于打印仓320为一个相对密封的空间，特定温度的气流通入打印仓320内能够对打印仓320进行保温，使打印机构100在合适的温度下工作，提高打印效率和打印精度。
44.可以理解的是，加热装置加热气体，其可以采用不同的加热器结构，例如利用电磁加热、红外线加热或者电阻式加热等的加热器。
45.可以理解的是，在打印仓320内设置所述打印机构100，可以是打印机构100的部分或全部设置在打印仓320内，只要打印机构100需要保温的部分设置在打印仓320内即可。
46.在本实施例中，保温3d打印机为光固化3d打印机，打印机构100包括料盘110、成型平台120和第一升降机构130，第一升降机构130用于驱动成型平台120升降以远离或靠近料盘110。料盘110装放液态的光敏树脂，光敏树脂的温度为影响打印机构100打印效率和精度的主要因素，通风口321指向料盘110，将合适温度的气流引致料盘110，使光敏树脂保持合适温度。
47.具体地，第一升降机构130驱动成型平台120升降，其可以采用不同的结构，例如丝杆螺母传动机构、齿轮齿条传动机构、或者直线模组等直线传动机构或装置。打印时，第一升降机构130带动成型平台120下降至与料盘110内的液态光敏树脂接触，并且随着打印的进行，第一升降机构130带动成型平台120逐渐上升。
48.在其中的一些实施例中，在靠近料盘110的位置设有第二温度传感器，在料盘110上设有第三温度传感器。第二温度传感器用于监测料盘110周边的温度，第三温度传感器用于监测光敏树脂的温度，第二温度传感器和第三温度传感器检测的温度值能够作为调节加热装置加热温度的参考。
49.可以理解的是，本实施例的保温3d打印机不仅仅限于光固化3d打印机，其还可以用于其他的有工作温度要求的3d打印机，即打印机构100可以采用不同的结构，不仅仅限于本实施例的光固化打印机构。
50.此外，电气装置200控制打印机构工作，其具体设置为本领域技术人员所熟知的技术手段，在此不再赘述，例如，电气装置200可以包括但不限于控制器如plc或控制芯片等电气器件、以及电源电路、保护电路等电气电路，第一升降机构130、加热装置、第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器等器件均电连接控制器，打印机构100在控制器的控制作用下进行打印工作。
51.在本实施例中，在通风口321处设有导风装置90，导风装置90上设有至少两个导风通道，具体地，导风装置90呈弧形，本实施例中设有三个导风通道，如图7所示分别为通道a、通道b和通道c。参照图6和10图，当导风装置90不是设于料盘110的正上方，而是设于料盘110的侧方时，由于料盘110是具有一定面积大小的，因此导风装置90与料盘110上不同位置之间的距离存在差别，因此如何使导风装置90导出的热空气气流能够较均匀地扩散到料盘110上的不同位置，以保证料盘110上不同位置处的温度大致相等是需要解决的问题，即保
证料盘110内各个位置处的光敏树脂的温度大致相等。
52.在本实施例中，相邻两个导风通道之间设有出风栅91(另外根据需要可在导风通道内增设出风栅91，本实施例中由于通道c的宽度较大，通道c内增设一出风栅91，参照图7)，通过出风栅91控制从导风通道流出的气流的方向，出风栅91倾斜设置，各出风栅91倾斜不同的方向以使从各导风通道流出的热空气扫过料盘110上方的面积相等。参照图10，三个导风通道流出的热空气扫过料盘110上方的面积分别为x1、x2、x3，其中x1、x2和x3之间通过各出风栅91的延伸线进行分隔，各出风栅91倾斜不同的方向以使x1、x2和x3大致相等，从而使得各导风通道对应加热的面积大致相等。
53.各导风通道具有第二进风口和第二出风口，参照图7，导风通道的正面为第二出风口；参照图9，导风通道的背面为第二进风口。按流体力学射流模型估算，第二出风口热空气到达距离与出口速度成正比，热空气在流动过程中，卷入与距离平方根成比例的冷空气，因此离第二出风口越远处，温度越低，流速越慢。参照图10，其中，x3区域距离对应的第二出风口的位置最远，为了使x3区域的加热速率一样，需要分配较多的空气参与换热，对应的第二进风口需要设计成更大。因此，考虑加热效率高低，各导风通道内需通入不同量的热空气，各第二进风口的大小设计为不同。具体地，设定各出风栅91沿自身倾斜的方向延伸至料盘110的最远边框的距离为l，出风栅91对应的l值越大，出风栅91对应的导风通道的第二进风口面积越大。
54.进一步地，任意两个导风通道的第二进风口的面积之比s1/s2＝β(a*l1/d1+γ)/(a*l2/d2+γ)，其中β、a和γ为修正系数，1≤β≤3，0.05≤a≤0.12，0.1≤γ≤0.5，l1和l2分别为两个导风通道的l值，d1和d2分别为两个导风通道的第二出风口宽度。按照上述公式，能够准确计算出各第二进风口的面积之比，在本实施例中，三个第二进风口的面积之比为2:3:6，参照图9。此处以通道a的侧板作为其对应的出风栅进行计算，即通道a的侧板沿自身方向延伸至料盘110的最远边框的距离作为l1，图10中通道a、通道b和通道c对应的l值分别为l1、l2和l3；图8中d1、d2和d3分别为通道a、通道b和通道c的第二出风口宽度。
55.对上述设计(设置出风栅91的方向和各第二进风口的面积)进行验证，测试料盘110内各位置处的光敏树脂的温度，发现部分位置处的光敏树脂的温度仍然存在一些偏差。进一步地，在其中一个或多个所述出风栅91上靠近第二出风口的一端和/或所述导风通道的侧面靠近第二出风口的一端设置缺口，通过设置缺口适当改变相应位置处的空气流速或出风量，进而调整加热效率，使料盘110内各位置处的光敏树脂的温度趋于一致，修正理论设计带来的误差。参照图8，在本实施例中，其中一个出风栅91的前端设置有缺口m，通道c的侧面前端设置有缺口n，其中缺口m可降低该位置处的空气流速，缺口n能够增大该位置处的出风量。
56.在本实施例中，在电气仓310的内部设有光源400，光源400发出特定波长和强度的光照射至成型平台120，光源400设置在料盘110的下方，光源400具有散热器410，第一风机10设置在第一进风口311和散热器410之间，电气装置200设置在靠近第一进风口311的位置。具体地，光源400的种类可以选择为激光、lcd或dlp，在本实施例中为dlp光源400，散热器410上设有若干散热翅片。第一风机10产生气流，气流能够带走散热器410和电气装置200工作产生的部分热量，有利于光源400和电气装置200的散热，并且使气流具有部分热量，能够减少后续加热装置所需要加热的热量，从而在一定程度上减少能耗。
57.进一步地，在电气仓310的侧面还设有第一出风口312，光源400和第一风机10设置在第一进风口311和第一出风口312之间，在靠近第一出风口312的位置设有第二风机20。电气仓310内的气流依次经过第一进风口311、电气装置200、第一风机10、散热器410、第二风机20以及最终从第一出风口312排出，将电气装置200和光源400的部分热量带走，排出打印机外，实现对光源400和电气装置200的散热。此外，其中部分气流在第三风机30的作用下引入打印仓320内，对打印仓320进行保温。
58.在其中的一些实施例中，在第一进风口311和/或第一出风口312中设有空气过滤器，具体地，空气过滤器可以为过滤棉、过滤网或滤芯等。对进入电气仓310内的空气进行过滤，起到防尘作用，保持电气仓310的环境洁净，有利于保护电气装置200。由于打印仓320内的热气流是从电气仓310内引入的，因此同样能够保证打印仓320内的环境洁净。
59.可以理解的是，光固化3d打印机的光源400可以置于料盘110的上方，当光源400置于料盘110的上方时，第一风机10则置于散热器410的上方位置，同时第一进风口311设置在第一风机10的上方位置，第一出风口312设置在第一风机10的下方位置，即气流方向改变为自上而下。
60.参照图2和图5，在本实施例中，在外壳300上设有密封罩330，密封罩330用于密封打印仓320，密封罩330设置为可打开和关闭，具体地，可以为上下开合、前后开合或者是旋转开合。通过密封罩330实现打印仓320的开启和密封，打印机构100工作时，密封罩330关闭，打印仓320处于密封状态，打印完毕后，可开启密封罩330，取出3d打印件，或者添加液态的光敏树脂。
61.由于第三风机30的作用，打印仓320内持续不断地通入洁净的热气流，打印仓320内的气压保持为正压，能够防止外部灰尘进入打印仓320内，打印仓320内的气体可以通过密封罩330与外壳300的接触缝隙处排出，
62.参照图3和图4，在其中的一些实施中，密封罩330和外壳300之间设有密封条，以进一步提高防尘效果。具体地，密封罩330上设有第一密封条40，外壳300上设有第二密封条50，密封条可以为毛毡条或毛刷，以便打印仓320内的空气排出，同时防止灰尘进入打印仓320内部。
63.在某些实施例中，密封罩330和外壳300之间设有弯折结构60，以进一步提高防尘效果。具体地，弯折结构60可以设置在外壳300上与密封罩330接触的位置处，参照图4；或者弯折结构60设置在密封罩330上与外壳300接触的位置处；或者是外壳300和密封罩330上两者相互接触的位置处均设有弯折结构60。并且弯折结构60可以根据需要弯折呈不同形状，其至少具有一个弯折位，具有一个弯折位，即大致呈l型；具有两个弯折位，大致呈s型，参照图4。
64.在本实施例中，保温3d打印机还包括第二升降机构70，第二升降机构70用于驱动密封罩330升降，以此实现密封罩330的开合。可以理解的是，第二升降机构70可以采用不同的结构，例如丝杆螺母传动机构、齿轮齿条传动机构、或者直线模组等直线传动机构或装置。第二升降机构70通过连接板80与密封罩330连接。当第二升降机构70带动密封罩330下降至最低端时，密封罩330与外壳300接触，密封打印仓320；当第二升降机构70带动密封罩330上升，密封罩330的下端与外壳300之间形成开口，打印仓320开启。
65.上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在
所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。