CN106239922A - 一种3d打印机喷头及使用该喷头的3d打印机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种3D打印机喷头及使用该喷头的3D打印机，涉及打印技术领域。3D打印机喷头包括喷头上部件、喷头下部件、不锈钢喉管和喷嘴，喷头上部件包括两个进料管道和至少两个水冷管道，每个水冷管道至少与一个进料管道之间的间距在6mm以下；喷头下部件包括第一加热体和第二加热体，第一加热体、第二加热体分别设有一个加热管道，两个加热管道之间的间距为12～16mm，第一加热体和第二加热体均为铝材质的加热体，两个进料管道分别通过不锈钢喉管与两个加热管道连通，喷头上部件与喷头下部件之间的间距为3.5～6.5mm，两个加热管道均与喷嘴连通。本发明提供的3D打印机喷头在进料两种打印材料时，能够有效避免喷头的堵塞。

Description

一种3D打印机喷头及使用该喷头的3D打印机

技术领域

本发明涉及打印技术领域，具体而言，涉及一种3D打印机喷头及使用该喷头的3D打印机。

背景技术

3D打印是一种以数字模型文件为基础，运用塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。凭借着工艺简单，无需机械加工或模具，能够有效缩短产品的生产周期，运行和维护成本低等优点，3D打印技术正逐渐广泛地应用于模具制造、工业设计等工业领域的初级模型制造、一些产品的直接制造；也正逐渐应用于DIY的个人思想实现，以及玩具的复制等。

3D打印技术的实现依赖于3D打印机，现有的3D打印机的技术内容主要有：输入软件数据指令对3D打印机进行操控，将丝状热熔性材料加热融化，通过打印喷头挤出后固化。热熔材料熔化后从喷头喷出，沉积在打印工作台面板或者前一层己固化的材料上，温度低于固化温度后开始固化，通过材料的层层堆积形成最终成品。

现有技术中，有多种3D打印机，按喷头个数划分，就包括单喷头3D打印机和双喷头3D打印机。双喷头3D打印机一般都是为了进料两种材料而设置的，而进料两种材料时，就存在先后输出打印的问题。现有的双喷头3D打印机在先后熔融材料，输出打印时，普遍存在喷头堵塞的问题，还容易出现材料流挂以及碰擦打印件等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种3D打印机喷头，此3D打印机喷头在进料两种材料时，能够有效避免喷头的堵塞，也能够有效的避免材料的流挂和对打印件的碰擦。

本发明的另一目的在于提供一种使用上述喷头的3D打印机，该3D打印机无需频繁的对喷头进行疏导，使用方便，使用效果好。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

一种3D打印机喷头，其包括喷头上部件、喷头下部件、不锈钢喉管和喷嘴，喷头上部件包括两个进料管道和至少两个水冷管道，每个水冷管道至少与一个进料管道之间的间距在6mm以下；

喷头下部件包括第一加热体和第二加热体，第一加热体、第二加热体分别设有一个加热管道，两个加热管道之间的间距为12～16mm，第一加热体和第二加热体均为铝材质的加热体，

两个进料管道分别通过不锈钢喉管与两个加热管道连通，喷头上部件与喷头下部件之间的间距为3.5～6.5mm，两个加热管道均与喷嘴连通。

优选地，在本发明较佳实施例中，上述第一加热体、第二加热体均包括加热元件、温度探头和数据采集装置，数据采集装置与温度探头连接，用于采集来自温度探头的数据，并将采集的数据发送给3D打印机的控制处理装置，控制处理装置根据数据控制加热元件输出的温度大小。

优选地，在本发明较佳实施例中，上述加热元件为加热棒。

优选地，在本发明较佳实施例中，每个水冷管道至少与一个进料管道之间的间距为1～5mm。

优选地，在本发明较佳实施例中，上述水冷管道为两个，两个水冷管道分别用于冷却两个进料管道。

优选地，在本发明较佳实施例中，上述水冷管道的管径均为6～8mm。

优选地，在本发明较佳实施例中，上述进料管道和加热管道的内径均为1.9～2.1mm。

优选地，在本发明较佳实施例中，上述喷嘴与喷头下部件可拆卸连接。

另外，一种3D打印机，其包括机架、打印台和上述的3D打印机喷头，打印台和3D打印机喷头均与机架连接。

优选地，在本发明较佳实施例中，上述3D打印机还包括用于给水冷管道中的水降温的冷凝器。

本发明实施例的3D打印机喷头及使用该喷头的3D打印机的有益效果是：在打印过程中，当不同的原料丝分别从两个进料管道进入后，逐步通入两个加热管道中，喷头下部件的第一加热体和第二加热体分别对两个加热管道中的原料丝进行加热。而由于双喷头3D打印机在打印过程中，是边送丝边熔化，以保持打印的畅通性，若需要第一种原料丝进行打印，则送丝并输出熔化后的第一种原料丝；若需要第二种原料丝进行打印，则送丝并输出熔化后的第二种原料丝，其是通过一个喷嘴选择性的输出材料。在实际打印过程中，一种原料丝在熔化打印时，另一种原料丝需保持未熔化状态。本发明提供的3D打印机喷头分设了两个加热体，还设置了水冷管道，加热体之间、加热体与喷头上部件之间、喷头上部件的进料管道与水冷管道之间都进行了距离限定，在多个条件的限定之下，第一加热体和第二加热体刚好能保持2～5℃的温度差。当转为第一加热体加热，使加热管道内的原料丝处于熔融状态、可以从喷嘴流出时，第二加热体的加热管道内的温度刚好比第一加热体的加热管道内的温度低2～5℃，而且此时第二加热体不进行加热，如此，送往第二加热体的原料丝就刚好能够截止在进料管道和加热管道之间，不再往下输送，并且能够保持未熔化状态。如此，就避免了暂不使用的原料丝所在的进料管道因外热影响而温度过高，导致暂不使用的原料丝预先熔化，致使后期无法继续进丝，造成堵塞。

而且，本发明中只设置了一个喷嘴，打印时，喷嘴一直在输出需求的材料，所以就避免了暂不使用的材料流出，出现流挂现象。而只设置一个喷嘴，也能够避免在移动过程中，设置多个喷嘴而导致的对打印件的碰擦。

另外，由于本发明的喷头上部件设置的冷却方式是水冷而不是风冷，如此，就可以在不改变冷却面积的情况下，对原料丝进行冷却，而无需增大散热面积，从而无需在加热管道、进料管道尺寸稍作修改的情况下，就改变散热面积。如此，就降低了加工的困难程度，适于工业生产。而且其中的水还可以循环使用，节约又环保，冷却效果也好，能够保证3D打印喷头的长时间连续工作。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的3D打印机喷头的轴测示意图；

图2是本发明实施例一提供的3D打印机喷头的剖视示意图。

其中，附图标记汇总如下：

3D打印机喷头100；

喷头上部件101；喷头下部件102；不锈钢喉管103；喷嘴104；进料管道105；水冷管道106；第一加热体107；第二加热体108；加热管道109。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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。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。

实施例一

图1和图2示出了本实施例提供的3D打印机喷头100，包括喷头上部件101、喷头下部件102、不锈钢喉管103和喷嘴104，喷头上部件101包括两个进料管道105和至少两个水冷管道106，每个水冷管道106至少与一个进料管道105之间的间距在6mm以下；喷头下部件102包括第一加热体107和第二加热体108，第一加热体107、第二加热体108分别设有一个加热管道109，两个加热管道109之间的间距为12～16mm，第一加热体107和第二加热体108均为铝材质的加热体，两个进料管道105分别通过不锈钢喉管103与两个加热管道109连通，喷头上部件101与喷头下部件102之间的间距为3.5～6.5mm，两个加热管道109均与喷嘴104连通。

各部件距离的选择，铝材质的加热体和不锈钢喉管103的导热性能等刚好能够适应3D打印机喷头的需求。

本实施例中，所提到的“每个水冷管道106至少与一个进料管道105之间的间距在6mm以下”，并不是以管道的轴心线来算的，而是以水冷管道106的管道边缘与进料管道105的管道边缘之间的最小距离来算的，如同两个独立开的圆的圆心距减去各自半径的距离。同理，两个加热管道109之间的间距也如此算。

优选的，每个水冷管道106至少与一个进料管道105之间的间距为1～5mm。本实施例中，每个水冷管道106至少与一个进料管道105之间的间距为5mm。该间距不仅能够满足打印要求，得到较好的打印效果，还易于加工制造，降低制造难度。

本实施例中，水冷管道106为两个，两个水冷管道106分别用于冷却两个进料管道105。一对一的设置，能够使进料管道105中的原料丝得到较好的降温。一个水冷管道106与一个进料管道105之间的间距为5mm，与另一个进料管道105之间的间距大于5mm，另一个水冷管道106也是如此设置。实际上，两个水冷管道106是连通的，一个水冷管道106用于进水，另一个水冷管道106用于出水，实现水的流动，所以，也可以将两个水冷管道106看作一个水冷通道。也就是说，也可以说喷头上部件101只包括了一个水冷通道，而这个水冷通道包括了进水段和出水段，进水段和出水段满足上述距离的限定。水冷管道个数的限制仅仅是为了便于叙述，只要设置的水冷管道能够对进料管道105进行降温，而且满足间距的限定就行。

其中，水冷管道106的管径均为6～8mm，优选7mm。进料管道105和加热管道109的内径均为1.9～2.1mm，优选2mm。

本实施例中，两个加热管道109之间的间距为12mm，喷头上部件101与喷头下部件102之间的间距为5mm。喷头上部件101为铝材质的喷头上部件。

第一加热体107、第二加热体108均包括加热元件、温度探头和数据采集装置(图中均未示)，数据采集装置与温度探头连接，用于采集来自温度探头的数据，并将采集的数据发送给3D打印机的控制处理装置，控制处理装置根据数据控制加热元件输出的温度大小。如此，在3D打印机上设置控制面板，就能够从控制面板处操控原料丝的加热熔化了。

其中，加热元件为加热棒。第一加热体107和第二加热体108在靠近加热管道109的位置，均设有一个腔体，用于安装加热棒。当然，加热棒的选取并不作为限制，也可以选用其他的加热元件，如利用加热丝来加热。

本实施例还提供了一种3D打印机(图未示)，其包括机架、打印台和上述的3D打印机喷头100，打印台和3D打印机喷头均与机架连接。由于3D打印机为现有技术，本发明主要是对其喷头做出了改进，该改进无需做大的结构更改，所以在此对于3D打印机的具体结构不再赘述。

本实施例提供的3D打印机喷头100和3D打印机主要根据熔融沉积成型法进行打印，原料丝为PLA、ABS等均可。

其打印原理是：将原料丝缠绕在供料辊上，由电机驱动辊子旋转，辊子和原料丝之间的摩擦力使得原料丝往3D打印机喷头100的喷嘴104处输送，在供料辊和喷头之间有导向套，导向套采用低摩擦材料制成，以便原料丝能顺利、准确的由供料辊输送到喷头的进料管道105中。在加热体的作用下，原料丝被加热熔融，然后通过喷嘴104涂覆到打印台上，并在冷却后形成界面轮廓。由于熔融沉积成型工艺在原型制作时需要同时制作支撑，所以为了节省材料成本和提高沉积效率，双喷头的3D打印机就备受欢迎。

本实施例中，供料系统(上述的供料辊、导向套等)有两组，两组供料系统分别对进入两个进料管道105的原料丝进行输送。

实施例二

在上述实施例的基础上，本实施例提供了一种3D打印机喷头，该3D打印机喷头的喷嘴104与喷头下部件102可拆卸连接。

可拆卸连接的方式能够在喷嘴104损坏的情况下进行更换，而无需更换整个喷头。本实施例中，喷嘴104与喷头下部件102通过螺纹连接的方式实现可拆卸连接的目的，当然，此种选取并不作为限制，也可以选用其他可拆卸连接的方式，如卡接。

在上述实施例的基础上，本实施例还提供了一种3D打印机，该3D打印机还包括用于给水冷管道106中的水降温的冷凝器。

两个水冷管道106通过管子相互连通，并且与冷凝器连接，根据换热原理，利用冷凝器对水冷管道106实现换热，保证水冷管道106中的水循环使用。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种3D打印机喷头，其特征在于：包括喷头上部件、喷头下部件、不锈钢喉管和喷嘴，所述喷头上部件包括两个进料管道和至少两个水冷管道，每个所述水冷管道至少与一个所述进料管道之间的间距在6mm以下；

所述喷头下部件包括第一加热体和第二加热体，所述第一加热体、所述第二加热体分别设有一个加热管道，两个所述加热管道之间的间距为12～16mm，所述第一加热体和所述第二加热体均为铝材质的加热体；

两个所述进料管道分别通过所述不锈钢喉管与两个所述加热管道连通，所述喷头上部件与所述喷头下部件之间的间距为3.5～6.5mm，两个所述加热管道均与所述喷嘴连通。

2.根据权利要求1所述的3D打印机喷头，其特征在于：所述第一加热体、所述第二加热体均包括加热元件、温度探头和数据采集装置，所述数据采集装置与所述温度探头连接，用于采集来自所述温度探头的数据，并将采集的所述数据发送给3D打印机的控制处理装置，所述控制处理装置根据所述数据控制所述加热元件输出的温度大小。

3.根据权利要求2所述的3D打印机喷头，其特征在于：所述加热元件为加热棒。

4.根据权利要求1所述的3D打印机喷头，其特征在于：每个所述水冷管道至少与一个所述进料管道之间的间距为1～5mm。

5.根据权利要求1所述的3D打印机喷头，其特征在于：所述水冷管道为两个，两个所述水冷管道分别用于冷却两个所述进料管道。

6.根据权利要求1所述的3D打印机喷头，其特征在于：所述水冷管道的管径均为6～8mm。

7.根据权利要求1所述的3D打印机喷头，其特征在于：所述进料管道和所述加热管道的内径均为1.9～2.1mm。

8.根据权利要求1所述的3D打印机喷头，其特征在于：所述喷嘴与所述喷头下部件可拆卸连接。

9.一种3D打印机，其特征在于：包括机架、打印台和权利要求1～8任一项所述的3D打印机喷头，所述打印台和所述3D打印机喷头均与所述机架连接。

10.根据权利要求9所述的3D打印机，其特征在于：所述3D打印机还包括用于给所述水冷管道中的水降温的冷凝器。