一种熔融沉积型3D打印机喷头冷却装置，包括喷头热端组件，热端组件通过螺纹结构同喉管组件连接，喉管组件通过螺纹结构同喉管冷却组件连接，喉管冷却组件通过固定架与送丝机构连接，喉管冷却组件通过第一冷却管接头及第二冷却管接同制冷装置连接，控制装置通过电源线同喷头热端组件连接，工作时，1）PTC加热器的选择，2）PTC加热器的安装；3）高温导热油的注入；4）热交换液的注入；5）进料轮组件的调整；6）制冷装置的启动；7）喉管温度传感器的启动；8）PTC加热器的启动；9）3D打印机的启动；10）料丝温度的监测；11）喉管组件的温度控制，可实现喷嘴内料丝的恒温熔化和散热体内料丝的自冷却。
【技术实现步骤摘要】
一种熔融沉积型3D打印机喷头冷却装置
本专利技术属于3D打印机
，具体涉及一种熔融沉积型3D打印机喷头冷却装置。
技术介绍
熔融沉积型3D打印技术是快速成型技术的一种，其基本工作原理是将在计算机中建立的三维产品模型进行分层处理，得到若干二维平面图形，然后利用喷头的送丝机构将热塑性材料送至喷嘴，并将其加热至熔融态，再根据二维平面图形的轮廓信息，在计算机的控制下从喷嘴的微细孔挤出熔融态材料逐层打印这些二维平面图形，经过层层堆叠形成一个三维实体模型。在工作过程中，3D打印机喷头经常出现堵塞现象，其中一个原因是因为加热端的热量以热辐射、热传导的形式传递到送料端，导致送料端的温度较高，料丝在散热管、喉管等位置就过早发生热膨胀和软化，以致强度不够难以推进，造成喷头堵塞，使得3D打印机无法连续稳定工作。为了解决喷头堵塞的问题，本领域的技术人员做了大量的工作。如中国专利申请号为201620268164.7的《一种带有散热液体的3D打印机喷头》和中国专利申请号为201620020684.6的《一种水冷却3D打印机喷头》，均采用散热液体来冷却散热体、喉管，但是未能考虑沿着料丝与喉管间间隙的热传导和喷嘴的热辐射问题，同时冷却液体直接注入、流出散热腔体，会造成喷嘴的颤动，导致打印模型表面产生波纹，影响打印质量。中国专利申请号为201610004099.1的《一种电磁感应加热式3D打印机挤出喷头》和中国专利申请号为201620273122.2的《一种基于熔融沉积成型技术3D打印机的喷头组件》，采用风冷的方式来冷却喉管内的料丝，但是此种散热方式不但结构臃肿、复杂，而且尚不能完全满足需要长时间持续工作的3D打印机的降温需求，此类降温方式也会因风扇的转动而产生震动，降低3D打印机位移机构的控制精度，并影响到模型的表面质量。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种熔融沉积型3D打印机喷头冷却装置，可有效地降低散热体和喉管的温度，减小这两处料丝的受热膨胀，并使得喉管内的料丝有足够的强度将喷嘴内熔融态的料丝挤出微孔进行打印，以解决喷头堵塞问题。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种熔融沉积型3D打印机喷头冷却装置，包括喷头热端组件，热端组件通过螺纹结构同喉管组件连接，喉管组件通过螺纹结构同喉管冷却组件连接，喉管冷却组件通过固定架与送丝机构连接，喉管冷却组件通过第一冷却管接头、第二冷却管接头同制冷装置连接，控制装置通过电源线同喷头热端组件连接。所述的喷头热端组件由喷嘴、导热块、防热辐射保温罩、顶盖、罩体、第一绝热铝箔、第二绝热铝箔、通气孔、喷嘴孔、螺钉、穿线孔和PTC加热器组成，喷嘴与导热块通过螺纹结构连接，PTC加热器安装在导热块的底端，顶盖的内壁上贴有第二绝热铝箔，罩体的内壁上贴有第一绝热铝箔，顶盖和罩体利用螺钉装配成防热辐射保温罩，罩体设有通气孔、喷嘴孔和穿线孔。所述的喉管组件包括喉管、聚四氟乙烯胶管、第一密封圈和第二密封圈，聚四氟乙烯胶管以小过盈配合方式装配在喉管内，第一密封圈和第二密封圈安装在喉管两端的台阶孔内。所述的喉管冷却组件由冷却腔、腔体、腔盖、注液孔、冷却管、散热体、喉管温度传感器、盖板、透气孔、送料引导头、第一冷却管接头、第二冷却管接头和高温导热油组成，散热体的下端插入腔体的台阶孔并焊接在一起，散热体下端面安装有喉管温度传感器，散热体的上端安装有腔盖，腔盖压在腔体的上端面并用螺钉固定，腔盖设有注液孔，注液孔上端放置有盖板，盖板设置有透气孔，冷去管套在散热体的外圆上，分别与第一冷却管接头、第二冷却管接头连接，送料引导头安装在腔盖上。所述的送丝机构包括步进电机、导料管接头、料丝、固定架、导料管和进丝轮组件，料丝穿过导料管，导料管插入导料管接头，导料管接头、步进电机和进丝轮组件安装在固定架上，步进电机的输出轴与进丝轮组件的挤出轮同轴安装。所述的制冷装置由磁制冷机、冷端热交换液循环装置和热端热交换液循环装置组成，磁制冷机包括第一冷端接头、第二冷端接头、第一热端接头、第二热端接头和制冷机本体，冷端热交换液循环装置包括冷端导管、蓄冷器、冷端液压泵和冷端散热器，热端热交换液循环装置包括热端导管、热端液压泵和热端散热器，冷端热交换液循环通道依次由制冷机本体、第一冷端接头、冷端导管、蓄冷器、冷端液压泵、第一冷却管接头、冷却管、第二冷却管接头、冷端散热器和第二冷端接头构成，热端热交换液循环通道依次由制冷机本体、第一热端接头、热端导管、热端液压泵和热端散热器构成。所述的控制装置包括电源线、第一信号与电源线束、第二信号与电源线束、第三信号与电源线束、第四信号与电源线束、第五信号与电源线束、第六信号与电源线束、第七信号与电源线束，控制装置利用穿过穿线孔的电源线与PTC加热器连接，利用第一信号与电源线束与喉管温度传感器连接，利用第二信号与电源线束与冷端液压泵连接，利用第三信号与电源线束与冷端散热器连接，利用第四信号与电源线束与步进电机连接，利用第五信号与电源线束与制冷机本体连接，利用第六信号与电源线束与热端液压泵连接，利用第七信号与电源线束与热端散热器连接。本专利技术的有益效果是：本专利技术的喷头热端组件，按照设定的料丝熔化温度选择对应的PTC加热器作为热源，使导热块自动保持恒温，不需要设置温控系统，结构简单、热效率高，防热辐射保温罩采用封闭式结构，同时在内壁上贴有绝热铝箔，可有效地防止喷头热端组件的热量以热辐射的形式传递到喉管组件和喉管冷却组件，并有利于喷嘴和导热块保持恒温，节约能源，罩体上设有通气孔，当PTC加热器工作时可形成从喷嘴孔进，从通气孔出的气流，能够辅助性地促使从喷嘴处挤出的熔融态料丝尽快地凝固成形，并提高3D模型的表面成型质量；喉管组件两端各设有一个由氟橡胶制成的耐高温密封圈，能有效地阻止喷头热端组件的热量沿着料丝与聚四氟乙烯胶管间的间隙以空气对流的形式传递到散热体，防止该处的料丝过早膨胀与软化造成喷头堵塞；喉管冷却组件选用芳烃含量大于99%、工作温度可达300℃的高温导热油作为热交换介质，导热系数大、热稳定效果好、安全性高；散热体设有裙边，冷却管采用沉浸式蛇管结构，冷却水从冷却管上端的第一冷却管接头流入，从下端的第二冷却管接头流出，均有效地增大了换热面积，提高了换热效率；高温导热油将从散热体吸收的热量传递给冷却管，由管内流动的冷却水带走，这种结构形式有效地减小了换热过程中产生的震动，提高了打印质量；本专利技术的制冷装置采用磁制冷机制备冷却水，运行安静、无噪声，设备结构简单，具有效率高、耗能小、无污染等特点；当3D打印机连续工作时，磁制冷机可根据控制装置的指令连续运转来制备与散热体温差比较大的冷却水，以提高喉管冷却组件的散热能力。本专利技术的上述效果是：可实现喷嘴内料丝的恒温熔化和散热体内料丝的自冷却，有效地解决熔融沉积型3D打印机工作时遇到的喷头堵塞问题，并能够提高模型表面的打印质量。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。图2为本专利技术的系统原理示意图。其中，1为喷头热端组件；2为喉管组件；3为喉管冷却组件；4为送丝机构；5为制冷装置；6为控制装置；11为喷嘴；12为导热块；13为防热辐射保温罩；131为顶盖；132为罩体；133为第一绝热铝箔；134为第二绝热铝箔；135为通气孔；136为喷嘴孔；137为本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种熔融沉积型3D打印机喷头冷却装置，包括喷头热端组件（1），其特征在于，热端组件（1）通过螺纹结构同喉管组件（2）连接，喉管组件（2）通过螺纹结构同喉管冷却组件（3）连接，喉管冷却组件（3）通过固定架（44）与送丝机构（4）连接，喉管冷却组件（3）通过第一冷却管接头（37）及第二冷却管接头38同制冷装置（5）连接，控制装置（6）通过电源线（61）同喷头热端组件（1）连接。
【技术特征摘要】
1.一种熔融沉积型3D打印机喷头冷却装置，包括喷头热端组件（1），其特征在于，热端组件（1）通过螺纹结构同喉管组件（2）连接，喉管组件（2）通过螺纹结构同喉管冷却组件（3）连接，喉管冷却组件（3）通过固定架（44）与送丝机构（4）连接，喉管冷却组件（3）通过第一冷却管接头（37）及第二冷却管接头38同制冷装置（5）连接，控制装置（6）通过电源线（61）同喷头热端组件（1）连接。2.根据权利要求1所述的一种熔融沉积型3D打印机喷头冷却装置，其特征在于，所述的喷头热端组件（1）由喷嘴（11）、导热块（12）、防热辐射保温罩（13）、顶盖（131）、罩体（132）、第一绝热铝箔（133）、第二绝热铝箔（134）、通气孔（135）、喷嘴孔（136）、螺钉（137）、穿线孔（138）和PTC加热器（14）组成，其中，喷嘴（11）与导热块（12）通过螺纹结构连接，PTC加热器（14）安装于导热块（12）底端，顶盖（131）内壁上贴有第二绝热铝箔（134），罩体（132）内壁贴有第一绝热铝箔（133），顶盖（131）和罩体（132）利用螺钉（137）装配成防热辐射保温罩（13），罩体（132）设有通气孔（135）、喷嘴孔（136）及穿线孔（138）。3.根据权利要求1所述的一种熔融沉积型3D打印机喷头冷却装置，其特征在于，所述的喉管组件（20）包括喉管（21）、聚四氟乙烯胶管（22）、第一密封圈（23）和第二密封圈（24），聚四氟乙烯胶管（22）以小过盈配合方式装配于喉管（21）内，第一密封圈（23）和第二密封圈（24）安装于喉管（21）两端的台阶孔内。4.根据权利要求1所述的一种熔融沉积型3D打印机喷头冷却装置，其特征在于，所述的喉管冷却组件（30）由冷却腔（31）、腔体（311）、腔盖（312）、注液孔（313）、冷却管（32）、散热体（33）、喉管温度传感器（34）、盖板（35）、透气孔（351）、送料引导头（36）、第一冷却管接头（37）、第二冷却管接头（38）和高温导热油（39）组成，其中，散热体（33）下端插入腔体（311）台阶孔并焊接，散热体（33）下端安装喉管温度传感器（34），散热体（33）上端安装腔盖（312），腔盖（312）压在腔体（311）上端面并用螺钉固定，腔盖（312）设有注液孔（313），注液孔（313）上端放置有盖板（35），盖板（35）设置有透气孔（351），冷去管（32）套在散热体（33）外圆上，分别与第一冷却管接头（37）、第二冷却管接头（38）连接，送料引导头（36）安装在腔盖（312...
【专利技术属性】
技术研发人员：张毅，王兴迪，王莎，李盼盼，蔺国旗，李勇兴，
申请(专利权)人：西京学院，
类型：发明
国别省市：陕西,61
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