熱熔式3d打印機供料系統(tǒng)總成的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種熱熔式3D打印機供料系統(tǒng)總成，包括：步進電機、壓料輪、壓料輪架、導料管、加熱裝置及打印頭，導料管與打印頭連通，且導料管內(nèi)裝設(shè)有打印耗材，加熱裝置用于對導料管及打印頭內(nèi)部的打印耗材進行加熱，步進電機用于將打印耗材通過導料管，送入加熱裝置融化，經(jīng)加熱裝置將耗材加溫到設(shè)定的溫度被融化后，通過打印頭擠出，且導料管為不銹鋼導料管與四氟管連接的結(jié)構(gòu)，不銹鋼導料管與打印頭頂端連接，導料管與打印頭相接觸的端面設(shè)置成用于減少與打印頭之間的接觸面積的倒角結(jié)構(gòu)。本實用新型是一種減少打印頭與導料管之間的熱傳遞、延長使用壽命、防止打印耗材堵塞、方便換料的熱熔式3D打印機供料系統(tǒng)總成。
【專利說明】熱熔式3D打印機供料系統(tǒng)總成
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及3D打印機領(lǐng)域，尤其涉及一種減少打印頭與導料管之間的熱傳遞、延長使用壽命、防止打印耗材堵塞、方便換料的熱熔式3D打印機供料系統(tǒng)總成。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，3D打印機產(chǎn)品普遍存在的問題是:1是打印頭堵頭，2是高溫工作環(huán)境下，不能確保步進電機穩(wěn)定工作。這也是影響熱熔式3D打印機技術(shù)發(fā)展的主要技術(shù)瓶徑。
[0003]美國在網(wǎng)上發(fā)表熱熔式3D打印機供料系統(tǒng)的總成，主要包括:進料控制步進電機；進料控制輪，包括主動、壓料輪；散熱竿；電熱偶；加熱棒；導熱塊；打印頭，這種設(shè)計的思路，在供料控制步進控制電機的作用下，將打印耗材，通過導料壓輪、導料管，送入打印頭中融化出料。由于，整個結(jié)構(gòu)設(shè)計，采用鋁、不銹鋼等材料金屬材料。打印頭190-230度的高溫，通過金屬結(jié)構(gòu)件的導料、固定架、壓料輪等部件，直接傳導到供料控制步進電機。這種設(shè)計思路的散熱效果仍然不好。
[0004]目前，從國內(nèi)熱熔式3D打印機產(chǎn)品的供料系統(tǒng)，基本仿制該美國的設(shè)計原理。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中的精度和生產(chǎn)加工工藝，是十分重要的參數(shù)，現(xiàn)有技術(shù)中并沒有公開這套產(chǎn)品設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)。由此，國內(nèi)在3D打印機的研制中，仿制國外的產(chǎn)品，及攝取3D愛好者的改進經(jīng)驗，并沒有從供料系統(tǒng)的總體角度，綜合分析和解決問題。尤其是有的開發(fā)商，不能提出詳細的生產(chǎn)工藝要求及追求低價位產(chǎn)品的動能，國內(nèi)小型生產(chǎn)商的生產(chǎn)設(shè)備也不能滿足其工藝的要求。例如:解決3D打印機普遍存在的堵頭問題:主要發(fā)生在導熱塊與不銹鋼導料管的連接部位。分析問題的原因:在控制步進電機推動下，耗材通過導料管，被壓入打印嘴中，融化的耗材從打印嘴流出。而處于導料管中耗材，沒有達到融化點。在步進電機的推動壓力下，向不銹鋼導料管的四周釋放壓力。而且，開發(fā)商沒有詳細的不銹鋼導料管生產(chǎn)工藝指標要求，生產(chǎn)商的生產(chǎn)工藝也不能達到工藝要求，使不銹鋼導料管內(nèi)壁加工工藝粗糙。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型的目的是提供一種減少打印頭與導料管之間的熱傳遞、延長使用壽命、防止打印耗材堵塞、方便換料的熱熔式3D打印機供料系統(tǒng)總成。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供的技術(shù)方案為:提供一種熱熔式3D打印機供料系統(tǒng)總成，包括:步進電機、導料管、加熱裝置及打印頭，所述導料管與所述打印頭連通，且所述導料管內(nèi)裝設(shè)有打印耗材，所述加熱裝置用于對所述導料管及打印頭內(nèi)部的打印耗材進行加熱，所述步進電機用于將打印耗材通過所述導料管，送入所述加熱裝置融化，經(jīng)所述加熱裝置將耗材加溫到設(shè)定的溫度被融化后，通過所述打印頭擠出，且所述導料管為不銹鋼導料管與四氟管連接的結(jié)構(gòu)，所述不銹鋼導料管與所述打印頭頂端連接，所述導料管與所述打印頭相接觸的端面設(shè)置成用于減少與所述打印頭之間的接觸面積的倒角結(jié)構(gòu)。
[0007]所述倒角結(jié)構(gòu)為1.5mm的倒角結(jié)構(gòu)，在所述不銹鋼導料管外圍與所述四氟管連接處設(shè)有用于減少溫度直接傳導的凹槽。
[0008]所述四氟管與所述打印頭之間設(shè)有一個間距，且間距為4毫米。
[0009]所述導料管與所述打印頭相接觸的一端，所述四氟管被隔熱外管包覆。
[0010]所述導料管為不銹鋼導料管，不銹鋼導料管與打印頭相接觸的端面設(shè)置成用于減少與所述打印頭之間的接觸面積的倒角結(jié)構(gòu)，限制打印頭高溫向不銹鋼導料管的直接傳導。
[0011]不銹鋼導料管內(nèi)部，四氟管與打印頭之間，設(shè)有4mm的間距，且在不銹鋼導料管外圍位于四氟管的頂端，設(shè)置有一凹槽，減少溫度直接傳導。
[0012]本實用新型還包括進料裝置，所述進料裝置包括進料齒輪和壓料輪，所述進料齒輪套設(shè)于所述步進電機的輸出軸上并和所述壓料輪進行配合將打印耗材從所述導料管壓入所述打印頭內(nèi)，且所述壓料輪固定設(shè)置于所述壓料輪架上。
[0013]所述打印頭與所述導料管連接處設(shè)置有加熱裝置，且所述加熱裝置的外部還設(shè)置有用于包住所述加熱裝置的上保溫罩及下保溫罩。
[0014]還包括固定架，所述步進電機通過固定架對進行固定，且所述固定架的前表面與下表面均設(shè)置有散熱片，且下表面的所述散熱片設(shè)置于所述上保溫罩與所述步進電機之間，并貼緊于所述步進電機下表面。
[0015]所述壓料輪架通過彈簧固定設(shè)置于所述固定架上。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型熱熔式3D打印機供料系統(tǒng)總成中，由于所述隔熱外管接近所述打印頭的端面設(shè)置成用減少與所述打印頭之間的接觸面積的倒角結(jié)構(gòu)。因此能夠減少所述隔熱外管與所述打印頭之間的接觸，能夠很好地減少所述打印頭與所述隔熱外管之間的傳遞。
[0017]通過以下的描述并結(jié)合附圖，本實用新型將變得更加清晰，這些附圖用于解釋本實用新型的實施例。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為本實用新型熱熔式3D打印機供料系統(tǒng)總成一個實施例的示意圖。
[0019]圖2為如圖1所示的熱熔式3D打印機供料系統(tǒng)總成側(cè)視圖。
[0020]圖3為如圖1所示的熱熔式3D打印機供料系統(tǒng)總成俯視圖。
[0021]圖4為圖2為如圖1所示的熱熔式3D打印機系統(tǒng)總前視圖。
[0022]圖5為如圖3沿B-B方向的剖視圖。
[0023]圖6為如圖4沿C-C方向的剖視圖。
[0024]圖7為如圖4沿F-F方向的剖視圖。
[0025]圖8為如圖1所示的熱熔式3D打印機供料系統(tǒng)總成導料管的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖9為圖8沿徑向的剖視圖。
[0027]圖10為固定架的立體機構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0028]現(xiàn)在參考附圖描述本實用新型的實施例，附圖中類似的元件標號代表類似的元件。如上所述，如圖1-9所示，本實用新型提供的熱熔式3D打印機供料系統(tǒng)總成100，其包括:步進電機1、導料管2、加熱裝置7及打印頭3，所述步進電機I通過固定架11對所述步進電機I進行固定，所述導料管2與所述打印頭3連通，且所述導料管2內(nèi)裝設(shè)有打印耗材，所述加熱裝置7用于對所述導料管2及打印頭3內(nèi)部的打印耗材進行加熱，所述步進電機I用于將打印耗材通過所述導料管2，送入所述加熱裝置7融化，經(jīng)所述加熱裝置7將耗材加溫到設(shè)定的溫度被融化后，通過所述打印頭3擠出，且所述導料管2為不銹鋼導料管21與四氟管22連接的結(jié)構(gòu)，所述不銹鋼導料管21與所述打印頭3頂端連接，所述導料管2與所述打印頭3相接觸的端面設(shè)置成用于減少與所述打印頭3之間的接觸面積的倒角結(jié)構(gòu)。
[0029]如圖5所示，本實用新型還包括進料裝置6，所述進料裝置6包括齒輪61和進料壓料輪62，所述進料齒輪61套設(shè)于所述步進電機I的輸出軸上并和所述壓料輪62進行配合將打印耗材從所述導料管2壓入所述打印頭3內(nèi)，且所述壓料輪62固定設(shè)置于所述壓料輪架63上。將打印耗材通過所述導料管2，送入加熱裝置7融化，經(jīng)加熱裝置7將耗材加溫到設(shè)定的溫度被融化后，通過所述打印頭3擠出。
[0030]如圖5-7所示，所述打印頭3與所述導料管2連接處設(shè)置有加熱裝置7，且所述加熱裝置7的外部還設(shè)置有用于包住所述加熱裝置7的上保溫罩81及下保溫罩82。通過所述上保溫罩81與下保溫罩82，能夠極大限度地防止所述加熱裝置7所產(chǎn)生的熱量向外傳遞，起到最大限度減少能量向外傳遞及防止所述步進電機I被損壞之功能。
[0031]如圖5、10所示，所述步進電機I通過固定架11對進行固定，且所述固定架11的前表面與下表面均設(shè)置有散熱片13，且下表面的所述散熱片13設(shè)置于所述上保溫罩81與所述步進電機I之間，并貼緊于所述步進電機I下表面。通過設(shè)置所述散熱片13，將從所述加熱裝置7透過所述上保溫罩81及下保溫罩82傳遞出來的熱量，進行散熱，所述散熱片13的散熱面積大，散熱效果優(yōu)良。如圖5所示，所述壓料輪架63通過彈簧64固定設(shè)置于所述固定架11上。
[0032]所述倒角結(jié)構(gòu)為1.5mm的倒角結(jié)構(gòu)，在所述不銹鋼導料管21外圍與所述四氟管22連接處設(shè)有用于減少溫度直接傳導的凹槽23。
[0033]所述四氟管22與所述打印頭3之間設(shè)有一個間距，且間距為4毫米。
[0034]所述導料管2與所述打印頭3相接觸的一端，所述四氟管22被所述隔熱外管包覆。
[0035]如圖9所示，所述四氟管22與所述打印頭3之間，所述四氟管22與所述打印頭3之間還設(shè)置有間距。
[0036]在一個實施例中，所述導料管2與所述打印頭3之間采用緊密配合的結(jié)構(gòu)形式。由此，二個緊密配合的物體，由溫度高的物體向溫度低的物體傳導，直至溫度平衡為止。因此，所述四氟管22與所述打印頭3連接面，受到所述打印頭3的高溫影響。而所述四氟管22的整體，又受散熱裝置的影響，這種結(jié)構(gòu)的設(shè)計，將使所述四氟管22與所述打印頭3的連接面，產(chǎn)生了塔型的物理變化，使所述四氟管22向所述打印頭3送料口的直徑減小，增加了耗材與四氟管22摩擦力。
[0037]在一個實施例中，所述導料管2為不銹鋼導料管21，不銹鋼導料管21與打印頭3相接觸的端面設(shè)置成用于減少與所述打印頭3之間的接觸面積的倒角結(jié)構(gòu)，限制打印頭3高溫向不銹鋼導料管21的直接傳導。
[0038]不銹鋼導料管21內(nèi)部，四氟管22與打印頭3之間，設(shè)有4mm的間距，且在不銹鋼導料管21外圍位于四氟管22的頂端，設(shè)置有一凹槽23，減少溫度直接傳導。
[0039]本實用新型熱熔式3D打印機供料系統(tǒng)總成在結(jié)構(gòu)上的設(shè)計特點:
[0040]四氟管22安裝在隔熱外管內(nèi)部，利用隔熱材料設(shè)計了臺階5，使其四氟管22與打印頭3產(chǎn)生了距離，隔熱材料的隔熱性減少了，打印頭3高溫直接影響四氟材料管22。隔熱外管采用外螺紋，而打印頭3采用內(nèi)螺紋設(shè)計，完全利用隔熱材料將四氟管22與打印頭3隔開，進一步減少打印頭3高溫對四氟管22的影響。為了減少打印頭3的高溫通過隔熱外管傳遞，在隔熱外管與連接的結(jié)合部，設(shè)計了一個倒角，即是倒角結(jié)構(gòu)，減少接觸面積所產(chǎn)生的直接熱傳導。
[0041]如圖10所示為固定架11的結(jié)構(gòu)示意圖，其中標號110的位置為所述步進電機I輸出軸所在的位置，標號111的位置為所述進料齒輪61與所述壓料輪62的安裝位置，標號112的位置為所述彈簧64的安裝位置。
[0042]所述步進電機1、壓料輪架63、固定架11、導料管2、加熱裝置7，形成了供料、導料、加熱模塊。為加強所述步進電機I產(chǎn)生的擠壓力，部件之間的固定，采用了緊密配合的結(jié)構(gòu)設(shè)計。由此，為減少工作時，所述加熱裝置7產(chǎn)生的高溫，直接傳導到所述步進電機1，影響所述步進電機I的正常工作溫度條件。
[0043]采用了具有良好結(jié)構(gòu)及隔熱性能的新型材料-合成石，作為所述固定架11和壓料輪架63的材料，有效的隔開了所述加熱裝置7高溫直接傳導。
[0044]所述壓料輪62的設(shè)計特征在于利用杠桿力學原理，在30mm距離，實現(xiàn)從壓料輪62控制把手，或者換料把手，并達到滿足工作時擠壓力。
[0045]對隔熱外管材料的選用，3D打印機常使用的隔熱材料為PEEK，最高工作溫度為260度，可以滿足3D打印機高溫工作需求。從實際測試中，PEEK材料確有很好的隔熱性能。但是，在長期在190度的高溫工作條件下(PLA工作溫度)，其材料的鋼性變差，使其PEEK制作的隔熱外管用螺紋連接打印頭3部分，在步進電機I的壓力下，歪斜直至脫落。
[0046]因此選擇隔熱外管的材料要考慮的因素為:鋼性好，在高溫的情況下，確保良好的結(jié)構(gòu)性；可塑性好，能夠確保加工為不同形狀的結(jié)構(gòu)件；隔熱好，有較好的隔熱性能；依據(jù)這些因素的考慮，首先選用了德國A350隔熱材料，后改為國產(chǎn)合成石。參數(shù)如下:
[0047]密度:1.9;
[0048]吸水率/透水率:< 0.2 ;
[0049]線性膨脹系數(shù):13;
[0050]熱傳導率:0.25 ；
[0051]最高工作溫度:350 ；
[0052]標準工作溫度:260。
[0053]這種材料的成分為碳纖維、石粉、高溫膠壓制而成，主要作為大型注朔機隔熱使用的材料。
[0054]本實用新型熱熔式3D打印機供料系統(tǒng)總成100的打印頭3溫度設(shè)置和四氟管22內(nèi)徑測試情況:
[0055]在打印頭3的測試上，采用調(diào)節(jié)不同溫度，測量四氟管22在不同溫度下的物理變化，測試情況:
[0056]打印頭3設(shè)置溫度:四氟管內(nèi)徑:
180 度1.9.2mm
190 度1.92 mm
210 度1.92mm
230 度1.92mm
[0057]上述三組打印頭3的溫度數(shù)據(jù)情況下，并在連續(xù)工作45天拷機測試，出料均勻，沒有卡料現(xiàn)象，步進電機I保持勻速工作狀態(tài)。
[0058]步進電機I的降溫設(shè)計:
[0059]市場已有技術(shù)中，熱熔式3D打印機進料系統(tǒng)的設(shè)計構(gòu)思，為確保步進電機I的正常工作溫度，采用風扇加散熱片的強制降溫的方案。
[0060]本實用新型熱熔式3D打印機供料系統(tǒng)總成100中，所述導料管2的設(shè)計思路采用了與常規(guī)設(shè)計相反的設(shè)計理念，隔熱材料與導料管的結(jié)構(gòu)設(shè)計的構(gòu)思，并依據(jù)熱傳導的基本原理，限制打印頭3的高溫直接熱傳遞。所以，對解決步進電機I的散熱，采用自然散熱奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
[0061]為證實本方案的設(shè)計理念的可行性，制作了一套測試方案，測試的設(shè)置條件:設(shè)置工作溫度為210度，在測試環(huán)境的溫度30度情況下，步進電機I的溫度，為38-40度。
[0062]從德國A350材料的隔熱效果及溫度輻射的原理，在導料管2、步進電機1、壓料輪架63、固定架11的設(shè)計上:
[0063]在確保供料的穩(wěn)定情況下，增加對不銹鋼導料管21的直接散熱效能。
[0064]采用倒角結(jié)構(gòu)設(shè)計，直接減少打印頭3工作時高溫上傳的截面積。
[0065]采用凹槽結(jié)構(gòu)，直接保護四氟管22高溫工作情況下，不變形。
[0066]用德國A250材料作為步進電機I的固定架11，防止不銹鋼導料管21的殘余溫度向上傳導給步進電機I。
[0067]經(jīng)實際測試:工作溫度210度，環(huán)境溫度為32度，步進電機散熱片的溫度為38-40這種情況下，可以基本確保工作環(huán)境為60度時，供料步進電機自然散熱的功能。
[0068]打印頭3中使用的四氟管22，在安裝前，作好老化工藝處理，確保四氟管22長期工作的穩(wěn)定性，及減小因高溫產(chǎn)生的物理變化。
[0069]A350合成石材料，有很好的鋼性，其缺點是密度低于金屬材料。因此，裝配中，其各部分連接，要做相應的工藝處理。確保供料步進電機I自然散熱的條件:一是打印頭3有很好的出料效果，二是在3D打印機總體設(shè)計中，要充分考慮放置位置，確保有自然通風的條件。
[0070]不銹鋼導料管21,設(shè)置4mm臺階結(jié)構(gòu),采用相應加工工藝處理,保證4mm臺階結(jié)構(gòu)的加工殘余痕跡為豎向。
[0071]結(jié)合圖1-10，本實用新型熱熔式3D打印機供料系統(tǒng)總成100，由于所述隔熱外管接近所述打印頭3的端面設(shè)置成用減少與所述打印頭3之間的接觸面積的倒角結(jié)構(gòu)。因此能夠減少所述隔熱外管與所述打印頭3之間的接觸，能夠很好地減少所述打印頭與所述隔熱外管之間的傳遞。
[0072] 以上所揭露的僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已，當然不能以此來限定本實用新型之權(quán)利范圍，因此依本實用新型申請專利范圍所作的等同變化，仍屬本實用新型所涵蓋的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種熱熔式3D打印機供料系統(tǒng)總成，包括:步進電機、導料管、加熱裝置及打印頭，所述導料管與所述打印頭連通，且所述導料管內(nèi)裝設(shè)有打印耗材，所述加熱裝置用于對所述導料管及打印頭內(nèi)部的打印耗材進行加熱，所述步進電機用于將打印耗材通過所述導料管，送入所述加熱裝置融化，且所述導料管為不銹鋼導料管與四氟管連接的結(jié)構(gòu)，所述不銹鋼導料管與所述打印頭頂端連接，其特征在于，所述不銹鋼導料管與所述打印頭相接觸的端面設(shè)置成用于減少與所述打印頭之間的接觸面積的倒角結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的熱熔式3D打印機供料系統(tǒng)總成，其特征在于，在所述不銹鋼導料管外圍與所述四氟管連接處設(shè)有用于減少溫度直接傳導的凹槽。
3.如權(quán)利要求2所述的熱熔式3D打印機供料系統(tǒng)總成，其特征在于，所述四氟管與所述打印頭之間設(shè)有一個間距，且間距為4毫米。
4.如權(quán)利要求3所述的熱熔式3D打印機供料系統(tǒng)總成，其特征在于，所述導料管與所述打印頭相接觸的一端，所述四氟管被隔熱外管包覆。
5.如權(quán)利要求1所述的熱熔式3D打印機供料系統(tǒng)總成，其特征在于，不銹鋼導料管內(nèi)部，四氟管與打印頭之間，設(shè)有4mm的間距，且在不銹鋼導料管外圍位于四氟管的頂端，設(shè)置有一凹槽，減少溫度直接傳導。
6.如權(quán)利要求1所述的熱熔式3D打印機供料系統(tǒng)總成，其特征在于，還包括進料裝置，所述進料裝置包括進料齒輪和壓料輪，所述進料齒輪套設(shè)于所述步進電機的輸出軸上并和所述壓料輪進行配合將打印耗材通過所述導料管，送入所述加熱裝置進行融化，并通過所述打印頭擠出，且所述壓料輪固定設(shè)置于所述壓料輪架上。
7.如權(quán)利要求1所述的熱熔式3D打印機供料系統(tǒng)總成，其特征在于，所述打印頭與所述導料管連接處設(shè)置有加熱裝置，且所述加熱裝置的外部還設(shè)置有用于包住所述加熱裝置的上保溫罩及下保溫罩。
8.如權(quán)利要求7所述的熱熔式3D打印機供料系統(tǒng)總成，其特征在于，還包括固定架，所述步進電機通過固定架對進行固定，且所述固定架的前表面與下表面均設(shè)置有散熱片，且下表面的所述散熱片設(shè)置于所述上保溫罩與所述步進電機之間，并貼緊于所述步進電機下表面。
9.如權(quán)利要求6所述的熱熔式3D打印機供料系統(tǒng)總成，其特征在于，所述壓料輪架通過彈簧固定設(shè)置于所述固定架上。
【文檔編號】B29C67/00GK203919728SQ201420179851
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年4月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月14日
【發(fā)明者】劉建雄, 張坤鵬 申請人:劉建雄