一種流體循環(huán)控溫熔融沉積成形打印頭的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于3D打印技術領域，具體涉及一種流體循環(huán)控溫熔融沉積成形打印頭。
【背景技術】
[0002]恪融沉積成形(Fused Deposit1n Modeling,FDM)是將絲狀的熱融性材料加熱至融化狀態(tài)后從噴頭擠出，噴頭根據(jù)零件截面輪廓運動，擠出的材料隨著噴頭的運動沉積在預定軌跡上，通過層層堆積形成實體的成形方法。由于FDM工藝簡單，設備成本低，因此獲得了廣闊的市場空間。
[0003]典型的FDM打印機一般采用柱塞式打印頭結構，主要由散熱塊、喉管、加熱塊、噴嘴組成。該類打印頭利用摩擦力作為動力，將后方未融化的材料向前推進，從而將前段融化的材料從噴嘴擠出。一方面，由于喉管內徑大于絲材直徑，如喉管散熱不及時，前段熔化的材料不但會從噴嘴擠出，還將在喉管和絲材的間隙形成倒流，從而使絲材與喉管之間的摩擦力增大，甚至導致材料從喉管后端溢出，造成不出絲。另一方面，由于絲材從噴嘴擠出時依靠的是后方未融化材料向前的推力，隨著打印時間的增長，若喉管后端的溫度達到材料玻璃化溫度以上，絲材軟化，向前的推力變小，則吐絲量減小，絲材擠出寬度變窄，使得零件精度降低。尤其對于聚醚醚酮、聚酰亞胺等高性能聚合物，一方面材料黏度大，可容忍的間隙倒流距離本身就短于ABS、PLA，又加之材料熔點高，噴嘴打印溫度一般在350 °C以上，傳統(tǒng)的散熱塊散熱難以使喉管后端溫度降低至材料玻璃化溫度以下，因此常常出現(xiàn)“堵頭”現(xiàn)象。綜上，對于聚醚醚酮、聚酰亞胺等高熔點、高黏度材料，現(xiàn)有的打印頭結構無法滿足喉管的散熱要求，不能實現(xiàn)該類材料的長時間連續(xù)精細打印。

【發(fā)明內容】

[0004]為了克服上述現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供了一種流體循環(huán)控溫熔融沉積成形打印頭，通過在打印頭中增加流體循環(huán)控溫系統(tǒng)，可及時降低喉管溫度，改善高溫打印過程中的間隙倒流，在長時間連續(xù)打印過程中保持穩(wěn)定的打印精度。
[0005]為了達到上述目的，本發(fā)明采取的技術方案為:
[0006]—種流體循環(huán)控溫熔融沉積成形打印頭，包括冷卻管3，進絲管接頭I通過螺紋與冷卻管3的上端連接，冷卻管3與其外部的冷卻體4通過蓋板2壓緊固定，冷卻管3的下端螺紋連接在喉管5的上端，喉管5下端和噴嘴9連接，喉管5和噴嘴9的連接處外部設有加熱塊8;
[0007]所述的冷卻管3外部有螺紋管道，冷卻體4內部有冷卻液導入管道與冷卻液導出管道，冷卻液導入管道、螺紋管道、冷卻液導出管道共同組成冷卻液在打印頭中的內部流通管道，冷卻液導入管道通過冷卻液進水管接頭11和冷卻液進水管12的出口連接，冷卻液進水管12的入口和水栗13的出口連接，水栗13的入口通過散熱器出水管14和散熱器15的出口連接，散熱器15的入口通過冷卻液出水管16、冷卻液出水管接頭17和冷卻液導出管道連接，形成流體循環(huán)系統(tǒng)。
[0008]所述的冷卻體4底部安裝有溫控單元7，溫控單元7實時測量喉管5加熱過渡部位的溫度，并與流體循環(huán)系統(tǒng)協(xié)同作用，使喉管5后端溫度保持在所需溫度。
[0009]所述的冷卻管3頂部和底部開密封槽安裝密封圈6，以與冷卻體4構成密閉空間。
[0010]所述冷卻體4與加熱塊8之間安裝有散熱墊圈10。
[0011]所述喉管5與冷卻管3通過螺紋連接時涂導熱膠。
[0012]所述冷卻管3、喉管5內孔安裝鐵氟龍?zhí)坠堋?br>[0013]本發(fā)明的有益效果為:
[0014]由于增加了流體循環(huán)控溫系統(tǒng)，改善了高溫打印或高黏度材料打印時喉管散熱不及時造成的間隙倒流，避免了因此出現(xiàn)的“堵頭”現(xiàn)象。
[0015]由于后方絲材向前的推力穩(wěn)定與否將影響絲材的擠出量、擠絲寬度、粘接性能、堆積性能，穩(wěn)定的喉管溫度保證了均一的推進力，提高了長時間連續(xù)打印過程中的擠絲穩(wěn)定性及零件成形精度。
[0016]本發(fā)明打印溫度超過350°C，主要用于聚醚醚酮、聚酰亞胺等高熔點、高黏度的高性能聚合物的熔融沉積成形。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖及實施例對本發(fā)明進行進一步詳細說明。
[0019]如圖1所示，一種流體循環(huán)控溫熔融沉積成形打印頭，包括冷卻管3，進絲管接頭I通過螺紋與冷卻管3的上端連接，進絲管接頭I將外部絲材導入打印頭的絲材擠出通道，冷卻管3與其外部的冷卻體4通過蓋板2壓緊固定，冷卻管3的下端螺紋連接在喉管5的上端，喉管5的下端和噴嘴9連接，喉管5和噴嘴9的連接處外部設有加熱塊8，絲材經(jīng)過冷卻管3進入喉管5，在加熱塊8處被加熱至半融化狀態(tài)，由于后方絲材的持續(xù)推進，熔化的絲材從噴嘴9擠出，
[0020]所述的冷卻管3外部有螺紋管道，冷卻體4內部有冷卻液導入管道與冷卻液導出管道，冷卻液導入管道、螺紋管道、冷卻液導出管道共同組成冷卻液在打印頭中的內部流通管道，冷卻液導入管道通過冷卻液進水管接頭11和冷卻液進水管12的出口連接，冷卻液進水管12的入口和水栗13的出口連接，水栗13的入口通過散熱器出水管14和散熱器15的出口連接，散熱器15的入口通過冷卻液出水管16、冷卻液出水管接頭17和冷卻液導出管道連接，形成流體循環(huán)系統(tǒng)，冷卻液經(jīng)水栗13增壓后，經(jīng)冷卻液進水管12、進水管接頭11進入冷卻體4內的冷卻液導入管道進入冷卻管3底部，再經(jīng)冷卻管3的外部螺旋通道上升至冷卻體4的冷卻液導出管道，將冷卻管3管壁的熱量通過出水管接頭17、冷卻液出水管16帶入散熱器15，在散熱器15中將熱量散向周圍空氣，最后冷卻液經(jīng)散熱器出水管14返回水栗13，如此循環(huán)往復。
[0021 ]所述的冷卻體4底部安裝有溫控單元7，溫控單元7實時測量喉管5加熱過渡部位的溫度，并與流體循環(huán)系統(tǒng)協(xié)同作用，使喉管5后端溫度保持在所需溫度。
[0022]所述的冷卻管3頂部和底部開密封槽安裝密封圈6，以與冷卻體4構成密閉空間，防止漏液。
[0023]所述冷卻體4與加熱塊8之間安裝有散熱墊圈10，進一步增加喉管5散熱速度，減少熱量向喉管5后端的傳遞。
[0024]所述喉管5與冷卻管3通過螺紋連接時涂導熱膠，增加兩者間的熱量傳遞速率。
[0025]所述冷卻管3、喉管5內孔安裝鐵氟龍?zhí)坠埽詼p小絲材向前的推進阻力。
[0026]本發(fā)明的工作原理為:
[0027]打印時，隨著外部力的持續(xù)作用，絲材經(jīng)過冷卻管3內壁進入喉管5，并在加熱塊8處被加熱至半融化狀態(tài)從噴嘴9擠出，與此同時，測溫單元7實時測量喉管5加熱過渡部位溫度，并將溫度信息反饋給流體循環(huán)系統(tǒng)，當溫度高于所設溫度時，流體循環(huán)系統(tǒng)啟動，經(jīng)水栗13增壓的冷卻液流經(jīng)過冷卻管3，通過熱量交換帶走管壁熱量，并經(jīng)散熱器15將熱量散向周圍空氣，從而使喉管5后端溫度保持在所需溫度。
【主權項】
1.一種流體循環(huán)控溫熔融沉積成形打印頭，包括冷卻管(3)，進絲管接頭(I)通過螺紋與冷卻管(3)的上端連接，冷卻管(3)與其外部的冷卻體(4)通過蓋板(2)壓緊固定，冷卻管(3)的下端螺紋連接在喉管(5)的上端，喉管(5)的下端和噴嘴(9)連接，喉管(5)和噴嘴(9)的連接處外部設有加熱塊(8)，其特征在于: 所述的冷卻管(3)外部有螺紋管道，冷卻體(4)內部有冷卻液導入管道與冷卻液導出管道，冷卻液導入管道、螺紋管道、冷卻液導出管道共同組成冷卻液在打印頭中的內部流通管道，冷卻液導入管道通過冷卻液進水管接頭(11)和冷卻液進水管(12)的出口連接，冷卻液進水管(12)的入口和水栗(13)的出口連接，水栗(13)的入口通過散熱器出水管(14)和散熱器(15)的出口連接，散熱器(15)的入口通過冷卻液出水管(16)、冷卻液出水管接頭(17)和冷卻液導出管道連接，形成流體循環(huán)系統(tǒng)。2.根據(jù)權利要求1所述的一種流體循環(huán)控溫熔融沉積成形打印頭，其特征在于:所述的冷卻體(4)底部安裝有溫控單元(7)，溫控單元(7)實時測量喉管(5)加熱過渡部位的溫度，并與流體循環(huán)系統(tǒng)協(xié)同作用，使喉管(5)后端溫度保持在所需溫度。3.根據(jù)權利要求1所述的一種流體循環(huán)控溫熔融沉積成形打印頭，其特征在于:所述的冷卻管(3)頂部和底部開密封槽安裝密封圈(6)，以與冷卻體(4)構成密閉空間。4.根據(jù)權利要求1所述的一種流體循環(huán)控溫熔融沉積成形打印頭，其特征在于:所述冷卻體(4)與加熱塊(8)之間安裝有散熱墊圈(10)。5.根據(jù)權利要求1所述的一種流體循環(huán)控溫熔融沉積成形打印頭，其特征在于:所述喉管(5)與冷卻管(3)通過螺紋連接時涂導熱膠。6.根據(jù)權利要求1所述的一種流體循環(huán)控溫熔融沉積成形打印頭，其特征在于:所述冷卻管(3)、喉管(5)內孔安裝鐵氟龍?zhí)坠堋?br>【專利摘要】一種流體循環(huán)控溫熔融沉積成形打印頭，包括冷卻管，冷卻管外部有螺紋管道，冷卻體內部有冷卻液導入管道與冷卻液導出管道，冷卻液導入管道、螺紋管道、冷卻液導出管道共同組成冷卻液在打印頭中的內部流通管道，冷卻液導入管道通過冷卻液進水管接頭和冷卻液進水管的出口連接，冷卻液進水管的入口和水泵的出口連接，水泵的入口通過散熱器出水管和散熱器的出口連接，散熱器的入口通過冷卻液出水管、冷卻液出水管接頭和冷卻液導出管道連接，形成流體循環(huán)系統(tǒng)，本發(fā)明通過在打印頭中增加流體循環(huán)控溫系統(tǒng)，可及時降低喉管溫度，改善高溫打印過程中的間隙倒流，在長時間連續(xù)打印過程中保持穩(wěn)定的打印精度。
【IPC分類】B29C67/00, B33Y30/00
【公開號】CN105666876
【申請?zhí)枴緾N201610116034
【發(fā)明人】曹毅, 趙峰, 李滌塵, 靳忠民
【申請人】西安交通大學
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年3月1日