一种3D打印用高温喷头制造技术

本发明专利技术提供一种3D打印用高温喷头（100），包括：有两个相互垂直的通孔及一个盲孔的安装单元（1）；分别固定于安装单元的通孔内的加热单元（2）、和喷嘴（3）；以及固定于安装单元的盲孔内的温度检测单元（4）；上述各单元之间彼此绝缘。根据本发明专利技术的高温喷头结构简单、设计新颖、可实现高温打印、温度稳定性好，可用于高温塑料等耐高温丝材的增材制造，拓展熔融沉积技术的应用领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及增材制造
，具体地涉及3D打印
，尤其涉及一种3D打印用高温喷头。
技术介绍
传统的数控制造技术是通过各种机械加工的方法（如切割、磨抛、刨削、腐蚀、焊接等）去除原材料的多余部分，获得所需要的形状、尺寸和结构，从而最终制备出零部件产品。然而，3D打印技术与传统的材料去除加工方法相反，其是一种基于三维数字模型，通常采用逐层制造（打印）方式将材料结合起来的工艺，特点是“分层制造、逐层叠加”，类似于积分过程。具体地，3D打印技术是一种增材制造方法，集合了分层制造技术、机电工程、数字建模、计算机辅助设计、材料科学等多学科的前沿科技成果，能够实现数字化、智能化制造。而且，3D打印技术不需要原始坯件和成形模具，在计算机辅助设计的基础上，3D打印机根据所接收到的切片截面信息，在计算机的控制下能够制造任何形状的薄层，再将薄层叠加粘结，从而生产出任何形状的产品。3D打印技术由于不需要去除原料，不会产生边角料和废料，节省了成本。加之这种技术不需要制造坯件和模具，大大缩短了产品的生产周期，提高了生产效率。此外，3D打印能够实现个性化定制，这与传统的大规模生产大不相同。3D打印能够满足多元化需求，实现从大规模生产到大规模定制的跨越，增加产品外部结构的多样化，同时增强内部结构的标准化。3D打印技术相比于传统加工方法还具有大量优点：实现一次成型、快速制造，3D打印属于无模制造，不需要零件的毛坯和大型机械加工设备，生产工艺流程短，能够逐层打印出产品，实现材料制备和成型的一体化，直接制备出产品，明显缩短产品的生产周期；降低生产和运输成本，3D打印是一种增材制造技术，不产生废料和边角料，加工工艺简单快捷，节能环保，能够降低产品的生产成本；3D打印机可现场生产，省去运输、配送等中间环节，能够进一步降低成本，提高产品的市场竞争力；能够制造形状复杂、功能特殊的产品，3D打印技术利用设计软件将三维立体产品切片分解为二维层状结构，再逐层制造和叠加形成三维产品，因此，可柔性化地生产出任何结构复杂的产品；3D打印通过“分层制造、逐层叠加”的自下而上的制备方法，可以轻易实现非均匀材料、梯度材料等产品的生产等。因此，和传统的数控制造技术相比，3D打印技术具有相当大的优势和诱人的发展前景。其中，作为原料的工程塑料由于具有良好的机械性能、热稳定性、力学性能和抗老化性，可用于工业零部件或产品外壳，是目前应用最多的3D打印耗材。工程塑料的3D打印一般使用熔融沉积技术，是通过电加热的方式将丝状的原材料加热至略高于熔点温度，在设计软件的控制下，3D打印喷头在XY平面运动，将熔融的原材料按要求涂覆在支撑架上，冷却固化后形成产品的一层切片截面，然后喷头向上移动一层的高度，进行下一次涂覆，直至叠加形成三维零件。耐高温塑料具有独特、优异的物理性能，在电子电气、特种工业等高科技领域具有广泛的应用。熔融沉积可能是目前应用最广泛的一种工艺，通过加热头把热熔性材料（高温塑料等）加热到临界状态，使其呈现半流体状态，然后加热头会在软件控制下沿确定的二维几何轨迹运动，同时喷头将半流动状态的材料挤压出来，材料瞬时凝固形成有轮廓形状的薄层。然而，目前大多数的熔融沉积型3D打印机的加热温度不到300℃，因而难以对高温塑料和其他高温材料进行成型。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的问题，本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种3D打印用高温喷头，可用于高温塑料等耐高温丝材的增材制造，拓展熔融沉积技术的应用领域。为了解决上述技术问题，本专利技术所提供的3D打印用高温喷头，包括：有两个相互垂直的通孔及一个盲孔的安装单元；分别固定于所述安装单元的所述通孔内的加热单元、和喷嘴；以及固定于所述安装单元的所述盲孔内的温度检测单元；上述各单元之间彼此绝缘。又，在本专利技术中，所述高温喷头的加热温度不低于500℃。又，本专利技术中，所述安装单元由高温合金制成，耐热温度大于600℃。根据本专利技术的3D打印用高温喷头结构简单、设计新颖、可实现高温打印、温度稳定性好。此外，3D打印用高温喷头的加热温度不低于500℃，大大拓展了熔融沉积技术所能打印的材料种类，能够有效促进熔融沉积技术在增材制造领域的应用范围。又，在本专利技术中，所述盲孔位于固定所述加热单元的所述通孔附近。根据本专利技术，固定加热单元的通孔和固定温度检测单元的盲孔越是靠近，则温度检测单元检测到的加热单元的温度约精确，可提供有效的温度检测，进一步改善对原料加热的控制。又，在本专利技术中，所述温度检测单元包括热电偶、及热电偶保护套；所述热电偶的热电偶裸丝外侧套有绝缘管，并以使所述热电偶的头部沉入所述热电偶保护套的一端的槽内的形式、使所述热电偶裸丝穿过所述热电偶保护套。此外，可通过耐热胶布缠绕所述温度检测单元，并通过带有垫片的螺钉将所述温度检测单元固定于所述安装单元。根据本专利技术，通过使热电偶的头部沉入热电偶保护套的槽内，使之免受刮擦等伤害，从而保证了测量精度。此外，热电偶的两根热电偶裸丝分别套有绝缘管，从而可较好地确保热电偶裸丝之间彼此绝缘。又，通过耐热胶布缠绕所述温度检测单元，藉此形成的独特的温度检测单元不仅能够保证测温的准确性，还可以防止热电偶在喷头运动过程中松动或者脱落，增加系统的可靠性。又，在本专利技术中，所述加热单元包括加热炉胆、和套在所述加热炉胆外侧的陶瓷管；所述加热炉胆具备陶瓷芯、和盘绕于所述陶瓷芯的外表面的发热丝。由此形成的盘式加热炉胆，能够提高单位长度的发热量、降低加热功率；且可根据所提供的功耗，计算达到500℃以上高温所需要的电阻，结合电阻率，得到所需发热丝的长度。此外，该陶瓷管例如可以是氧化铝陶瓷管；且该陶瓷芯例如可以是氧化铝陶瓷芯。优选地，所述加热炉胆的两端可通过高温陶瓷胶封装并固定于所述陶瓷管内。根据本专利技术，通过高温陶瓷胶封装，使陶瓷管和加热炉胆能够彼此固定，避免发生移位脱离等现象，并起到保护发热丝的作用。又，在本专利技术中，所述陶瓷芯的外表面具有用于容纳所述发热丝的螺纹。根据本专利技术，氧化铝陶瓷芯的外表面具有可容纳发热丝的螺纹，因而可将发热丝以弹簧螺旋状盘绕在氧化铝陶瓷芯的螺纹处，可实现发热丝的高密度缠绕，可明显提高加热单元单位长度的发热量和电能的利用效率。又，在本专利技术中，所述陶瓷管的长度比所述加热炉胆长4-6mm，所述炉胆位于陶瓷管中央，并灌封陶瓷胶。以此能够避免两者相互移位或脱离。又，在本专利技术中，所述喷嘴由高温材料制成，耐热温度不低于700℃。根据本专利技术的喷嘴由高温材料制成，因而具有良好的抗热震性，高温下不变形。又，在本专利技术中，所述隔热保温陶瓷纤维套包裹在安装单元外侧，耐500℃以上高温。根据本专利技术，通过大面积包裹高性能的隔热保温套，能够起到良好的隔热保温效果，保证加热温度的高稳定性。根据下述具体实施方式并参考附图，将更好地理解本专利技术的上述内容及其它目的、特征和优点。附图说明图1是示出了根据本专利技术一实施形态的3D打印用高温喷头的整体结构示意图；图2为根据本专利技术一实施形态的3D打印用高温喷头的安装单元的示意图；图3为上述高温喷头的加热单元的发热丝的示意图；图4为上述高温喷头的加热单元的氧化铝陶瓷芯的示意图；图5为图4所示的温度检测单元的热电偶保护套的示意图；附图标记：1 安装单元；2 加热单元；3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种3D打印用高温喷头，其特征在于，包括：有两个相互垂直的通孔及一个盲孔的安装单元；分别固定于所述安装单元的所述通孔内的加热单元、和喷嘴；以及固定于所述安装单元的所述盲孔内的温度检测单元；上述各单元之间彼此绝缘。

【技术特征摘要】
1.一种3D打印用高温喷头，其特征在于，包括：有两个相互垂直的通孔及一个盲孔的安装单元；分别固定于所述安装单元的所述通孔内的加热单元、和喷嘴；以及固定于所述安装单元的所述盲孔内的温度检测单元；上述各单元之间彼此绝缘。2.根据权利要求1所述的3D打印用高温喷头，其特征在于，所述高温喷头的加热温度不低于500℃。3.根据权利要求1所述的3D打印用高温喷头，其特征在于，所述安装单元由高温合金制成，耐热温度大于600℃。4.根据权利要求1所述的3D打印用高温喷头，其特征在于，所述盲孔位于固定所述加热单元的所述通孔附近。5.根据权利要求1至4中任一项所述的3D打印用高温喷头，其特征在于，所述温度检测单元包括热电偶、及热电偶保护套；所述热电偶的热电偶裸丝外侧套有绝缘管，并以使所述热电偶的头部沉入所述热电偶保护套的一端的槽...

【专利技术属性】
技术研发人员：张明辉，温海琴，刘岩，艾飞，潘秀红，汤美波，盖立君，雷磊，邓伟杰，陈锟，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31