一种具有多段加热和微熔池的3D打印喷头制造技术

本发明专利技术提出一种具有多段加热和微熔池的3D打印喷头，包括喉管和喷头体，所述的喉管上设有冷却组件，喉管和喷头体上设有温控加热组件，喷头体内设有微熔池、送料腔，喉管与微熔池连通，微熔池与送料腔连通，送料腔与喷嘴连通，喷嘴与喷头体可拆卸连接，送料腔内设有送料组件。本发明专利技术的有益效果：线材制作成型简单、不受材料限制；温控加热组件成本、能耗大大降低；金属3D打印出来的零件更具实用性；多段式加热与叶片泵挤出送料的配合大大提升喷头的可靠性；可以简单拆卸并清理熔池和流路，也便于定期清理，保证3D打印机工作在最佳状态。

A 3D Printing Nozzle with Multi-stage Heating and Micro-molten Pool

【技术实现步骤摘要】
一种具有多段加热和微熔池的3D打印喷头
本专利技术涉及3D打印器械，特别是指一种具有多段加热和微熔池的3D打印喷头。
技术介绍
3D打印是利用三维实体模型经切片处理后的各层截面信息，使用粉末、液体或片状的材料及各种粘结方式，将该实体逐层打印并堆积结合起来，属于快速成型技术的一种。该技术能够精确复制实体模型，可制造结构复杂、传统加工技术难以完成的零部件，具有成型快、小批量制造成本低、材料去除浪费少等优点，现已广泛应用于医学、军事、航空航天及工业生产研发领域。虽然具有传统加工制造技术无法比拟的优势，但该技术自发展成型起长时间仍未得到民间的广泛使用，其原因有如下几点：1、传统的3D打印使用的金属材料主要为粉末状，这对粉末的粒度和均匀程度要求很高，国内鲜有公司能够达到标准，且粉末生产成本较高，打印出来的零件成本难以压缩；2、用来熔融烧结粉末成型的往往是激光、电子束等能量束，其发生器不论是价格还是能耗都是很高的，常规的企业或个人难以承受；3、市面上较为普遍使用的线材3D打印主要是采用PLA或ABS为原料，虽然成本低廉，但其相对的打印零件的强度和刚度都远远达不到使用需求，仅具有模型演示和观赏价值。4、塑料为原料的3D打印机往往结构简单，仅为细长的喉管与喷头的组合，挤出压力完全由送丝机构提供，当打印机长期工作时，喉管往往会因为加热部分传导过来热量的囤积而膨胀，此时熔融液体会因为压力顺着喉管与丝材的间隙倒流入冷却喉管的上部并凝固，堵死送丝路线，这种情况发生率较高且基本无法维修，可靠性低。
技术实现思路
本专利技术提出一种具有多段加热和微熔池的3D打印喷头，用来解决各类传统3D打印原料制作困难、生产器械成本能耗高、打印零件无使用价值、喷头堵塞难以维修等问题。本专利技术的技术方案是这样实现的：一种具有多段加热和微熔池的3D打印喷头，包括喉管和喷头体，所述的喉管上设有冷却组件，喉管和喷头体上设有温控加热组件，喷头体内设有微熔池、送料腔，喉管与微熔池连通，微熔池与送料腔连通，送料腔与喷嘴连通，喷嘴与喷头体可拆卸连接，送料腔内设有送料组件。所述的冷却组件包括冷却液管，冷却液管螺旋设置在喉管上，喉管与冷却液管逆流。所述的温控加热组件包括三组加热元件，两组加热元件依次设在喉管上，一组加热元件设在喷头体内。所述的喷头体上设有圆孔，管状的加热元件设在圆孔内。所述的喷嘴通过螺纹与喷头体连接。所述的送料组件包括叶片和转子，叶片滑动设在转子的安装槽内，叶片与安装槽之间设有弹簧，转子与伸出送料腔的轴为一体。所述的送料腔内设有耐磨环。所述的喷头体与外盖连接，喷头体与外盖之间设有密封垫片。所述的喷头体通过螺栓与外盖连接。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、线材不仅具有制作成型简单、不受材料限制等优点，线材直径也可根据不同喷头的打印速度和加热能力合理选取，其使用极大地降低了金属3D打印技术原材料的成本，有利于该技术应用于大批量、大尺寸零件的场合；2、温控加热组件中的加热元件可以使用电阻丝、加热管等常用热元件，相比起传统高能束加工，其成本、能耗大大降低，利于3D打印技术的普及；3、相较于现在使用较为广泛的塑料3D打印，在成本提升不高的情况下，金属3D打印出来的零件更具实用性，能够做出真正意义上的产品；4、多段式加热与叶片泵挤出送料的配合大大提升喷头的可靠性，因为喷头挤出压力不再由送丝机构产生，加热处喉管的压力很低，使得熔融金属液很难回流，且多段式加热是一个使金属丝逐渐软化的过程，物理层面的加热通路更长，熔融液体即便回流也不会到达冷却的上部喉管，随着继续工作，回流的液体又会跟着半融状态的金属丝进入熔池；5、采用可拆卸式的喷头提高了其可维修性，每次工作结束后未排出的金属液和熔渣可能会致使出液不顺甚至堵死，本设计可以简单拆卸并清理熔池和流路，也可以做到定期清理以保证3D打印机时常工作在最佳状态。附图说明为了更清楚地说明本专利技术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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，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为本专利技术爆炸结构示意图。图2为本专利技术装配结构示意图。图3为本专利技术送料组件工作状态示意图。图中：1-喉管，2-冷却组件，3-温控加热组件，4-喷头体，5-喷嘴，6-耐磨环，7-叶片，8-转子，9-密封垫片，10-外盖，11-螺栓。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1至3所示，一种具有多段加热和微熔池的3D打印喷头，包含冷却功能、多段加热丝材液化功能和叶片泵挤出送料功能三大功能部分，具体包括喉管1、冷却组件2、温控加热组件3、喷头体4、喷嘴5、耐磨环6、叶片7、转子8、密封垫片9、外盖10和螺栓11。喉管1优选为圆形管，上进下出，冷却组件2包括冷却液管，冷却液管优选为耐热薄壁橡胶管，通入冷却液为冷水，下进上出，冷却液管螺旋设置在喉管1上，形成喉管1与冷却液管的逆流换热。多段式温控加热组件的本质原理为，将送入的丝材逐步加热软化直至熔融状态，不局限于安装位置、加热级数与加热元件种类。优选的，温控加热组件3包括温度传感器和三组加热元件，两组加热元件依次设在喉管1上，一组管状的加热元件设在喷头体4的圆孔内，用于对丝材的三段加热。以直径为1.8mm的锌铝合金（熔点大约420°C）丝材材料为例，第一段加热丝材进入预热状态，通过控制电路反馈控制使该段设定温度维持在150°C，第二段加热设定温度350°C，丝材进一步加热并软化，呈现出半流体的状态，第三段设定温度440°C，丝材完全液化，达到可以挤出打印的水平。喷头体4内设有微熔池、送料腔，喉管1与微熔池连通，微熔池与送料腔连通，送料腔与喷嘴5连通，喷嘴5通过螺纹与喷头体4可拆卸连接，送料腔内设有送料组件。微熔池本质原理在于将加热熔融的金属液暂时储存，对形状、大小均不设限。喷头体的材质优选为氧化铝基陶瓷材料、氧化镁基陶瓷材料、碳化硅陶瓷材料、氮化硅陶瓷材料、石墨、铁、不锈钢或铜。喷头体内壁光滑，其熔点高于金属原料的熔点。送料组件包括叶片7和转子8，叶片7的截面为直角梯形，叶片7滑动设在转子8的安装槽内，叶片7与安装槽之间设有弹簧，转子8与伸出送料腔的轴为一体，送料腔内设有与叶片7配合的耐磨环6。叶片旋转时，叶片伸缩使得相邻两叶片之间的容积发生变化，从而将熔融液体挤出送料腔。喷头体4通过螺栓与外盖10连接，喷头体4与外盖10之间设有密封垫片9。叶片泵式送料组件用于熔融液体的输送/挤出，通过控制步进电机的输入，保持一定的转速与转矩，用于控制打印的流量，叶片泵种类不限。打印时，丝/带材在多段加热下熔融后流入熔池，熔池内熔融液体在叶片泵的压力下从喷头挤出用以3D打印，丝/带材采用金属原料为铝、镁、铁、镍、铜、锌、银、金、铂、铬、铅及其合金。金属丝材的直径为0.05mm—10mm丝状，金属带材的截面积为0.01mm2—100mm2。本专利技术的工作本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有多段加热和微熔池的3D打印喷头，包括喉管（1）和喷头体（4），其特征在于：所述的喉管（1）上设有冷却组件（2），喉管（1）和喷头体（4）上设有温控加热组件（3），喷头体（4）内设有微熔池、送料腔，喉管（1）与微熔池连通，微熔池与送料腔连通，送料腔与喷嘴（5）连通，喷嘴（5）与喷头体（4）可拆卸连接，送料腔内设有送料组件。

【技术特征摘要】
1.一种具有多段加热和微熔池的3D打印喷头，包括喉管（1）和喷头体（4），其特征在于：所述的喉管（1）上设有冷却组件（2），喉管（1）和喷头体（4）上设有温控加热组件（3），喷头体（4）内设有微熔池、送料腔，喉管（1）与微熔池连通，微熔池与送料腔连通，送料腔与喷嘴（5）连通，喷嘴（5）与喷头体（4）可拆卸连接，送料腔内设有送料组件。2.根据权利要求1所述的具有多段加热和微熔池的3D打印喷头，其特征在于：所述的冷却组件（2）包括冷却液管，冷却液管螺旋设置在喉管（1）上，喉管（1）与冷却液管逆流。3.根据权利要求1所述的具有多段加热和微熔池的3D打印喷头，其特征在于：所述的温控加热组件（3）包括三组加热元件，两组加热元件依次设在喉管（1）上，一组加热元件设在喷头体（4）内。4.根据权利要求3所述的具有多段加热和微熔池的3D打印喷头，其特征在于：所述的喷头体（4...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖志玲，陈子阳，曹帅杰，蔡嘉铭，鲁兵华，赵通，胥孟枢，
申请(专利权)人：郑州轻工业学院，
类型：发明
国别省市：河南,41