一種電磁感應(yīng)加熱式3d打印機(jī)擠出噴頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及的是一種3D打印噴頭，特別是涉及一種采用金屬絲作為耗材的3D打印機(jī)擠出噴頭。
【背景技術(shù)】
[0002]3D打印機(jī)又稱三維打印機(jī)，即快速成形技術(shù)的一種機(jī)器，它是一種數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。過去其常在模具制造、工業(yè)設(shè)計等領(lǐng)域被用于制造模型，現(xiàn)正逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造。該技術(shù)可用于珠寶，鞋類，工業(yè)設(shè)計，建筑，工程和施工(AEC)，汽車，航空航天，牙科和醫(yī)療產(chǎn)業(yè)，教育，地理信息系統(tǒng)，土木工程，和許多其他領(lǐng)域。
[0003]目前比較成熟的金屬3D打印技術(shù)包括選區(qū)激光燒結(jié)技術(shù)(SLS)、直接金屬粉末激光燒結(jié)技術(shù)(DMLS)、選區(qū)激光熔化技術(shù)(SLM)、激光近鏡成型技術(shù)(LENS)和電子束選區(qū)熔化技術(shù)(EBSM)。國內(nèi)外在金屬3D打印技術(shù)發(fā)面取得了較多的成果，但是存在成型效率低、加工設(shè)備成本高及可加工的材料有限，使其的應(yīng)用領(lǐng)域受到限制，目前多應(yīng)用于航天、軍工和一些特殊領(lǐng)域。
[0004]基于FDM原理的3D打印方法，使金屬絲耗材在噴頭內(nèi)熔化，噴頭沿零件截面輪廓和填充軌跡運(yùn)動，同時將熔化的材料擠出，材料迅速凝固，并與周圍的材料凝結(jié)，通過逐層打印的方法實(shí)現(xiàn)材料的成型，這種加工方法能夠很大的程度上降低金屬3D的成本并提高成型效率。擠出噴頭是3D打印機(jī)的核心部件，目前基于FDM原理的3D打印機(jī)大多采用電阻絲加熱的方式，但是對于采用金屬絲作為耗材的擠出噴頭，電阻絲加熱會存在一些問題:1、電阻絲加熱的效率低，熱量散失大且能耗較高;2、電阻絲加熱的加熱能力不足，由于電阻絲加熱裝置受到擠出噴頭的尺寸的限制，其結(jié)構(gòu)尺寸有限，對于一些高熔點(diǎn)的金屬其提供的熱量不足以使金屬充分熔化，這會導(dǎo)致出絲效率低下、噴頭易被堵住、耗材擠出困難;3、電阻絲加熱的預(yù)熱時間長，影響3D打印機(jī)的工作效率。4、由于擠出噴頭和金屬絲耗材的導(dǎo)熱作用，送料端的溫度高，耗材在送料端過早軟化，導(dǎo)致導(dǎo)致出絲效率低下、噴頭易被堵住、耗材擠出困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型的目的是提供一種加熱的效率高、能量損耗小，出絲效率高并能解決擠出噴頭易堵塞問題的電磁感應(yīng)加熱式3D打印機(jī)擠出噴頭。
[0006]本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0007]包括組合式噴頭、加熱裝置、冷卻裝置、送料裝置和保護(hù)氣體通道，組合式噴頭和冷卻裝置安裝在支承板上，保護(hù)氣體通道安裝在支承板和隔熱板上面;組合式噴頭的陶瓷噴頭外設(shè)置環(huán)形金屬塊;所述加熱裝置是電磁感應(yīng)加熱裝置，包括電磁感應(yīng)線圈、線圈固定架、支承架、屏蔽罩I和屏蔽罩II，電磁感應(yīng)線圈的引出線通過線圈固定架安裝在支承架上，電磁感應(yīng)線圈套在環(huán)形金屬塊外，屏蔽罩I和屏蔽罩II連接并罩在電磁感應(yīng)線圈外，屏蔽罩I安裝在支承架上。
[0008]本實(shí)用新型還可以包括:
[0009]1、所述的組合式噴頭包括陶瓷噴頭、環(huán)形金屬塊、隔熱陶瓷環(huán)、緊固螺釘、噴頭固定環(huán)和喉管，環(huán)形金屬塊和隔熱陶瓷環(huán)安裝在陶瓷噴頭上，陶瓷噴頭通過4個緊固螺釘安裝在噴頭固定環(huán)上，喉管安裝在噴頭固定環(huán)上。
[0010]2、喉管上設(shè)置有環(huán)形散熱片組。
[0011]3、所述的保護(hù)氣體通道包括進(jìn)氣管、出氣管1、出氣管II和出氣管III，進(jìn)氣管通過管接頭I安裝在第二支承板上，出氣管I?III安裝在隔熱板上并通過管接頭II與進(jìn)氣管連接，出氣管I?III通過出氣管支架固定在屏蔽罩I上，出氣管I?III排出分布在陶瓷噴頭出口的周圍。
[0012]4、所述的冷卻裝置包括電機(jī)、扇葉和電機(jī)固定架，扇葉安裝在電機(jī)上，電機(jī)安裝在電機(jī)固定架上，扇葉的位置與喉管相對應(yīng)。
[0013]本實(shí)用新型提供了一種新型電磁感應(yīng)加熱式擠出噴頭，實(shí)現(xiàn)金屬3D打印，并解決電阻絲加熱方式的加熱的效率低、能量損耗大、加熱能力不足以及金屬絲耗材在送料端過早軟化堆積的問題，提高出絲效率并解決擠出噴頭易堵塞的問題。
[0014]本實(shí)用新型的電磁感應(yīng)加熱式3D打印機(jī)擠出噴頭主要由組合式噴頭、電磁感應(yīng)加熱裝置、冷卻裝置、送料裝置和保護(hù)氣體通道五部分組成。組合式噴頭和冷卻裝置安裝在支承板上，電磁感應(yīng)加熱裝置安裝在隔熱板上，保護(hù)氣體通道安裝在支承板和隔熱板上面。
[0015]所述的組合式噴頭包括陶瓷噴頭、環(huán)形金屬塊、耐高溫隔熱陶瓷環(huán)、緊固螺釘、噴頭固定環(huán)和喉管，環(huán)形金屬塊和耐高溫隔熱陶瓷環(huán)安裝在陶瓷噴頭上，陶瓷噴頭通過4個緊固螺釘安裝在噴頭固定環(huán)上，喉管安裝在噴頭固定環(huán)上。
[0016]組合式噴頭中，環(huán)形金屬塊的熔點(diǎn)高于金屬絲耗材，在電磁感應(yīng)線圈產(chǎn)生的高頻電磁場的作用下，環(huán)形金屬塊和陶瓷噴頭內(nèi)的金屬絲耗材的內(nèi)部會產(chǎn)生渦流，電能轉(zhuǎn)化為熱能，陶瓷噴頭內(nèi)的金屬絲耗材在環(huán)形金屬塊產(chǎn)生的熱量和自身產(chǎn)生的熱量二者共同作用下而熔化。
[0017]耐高溫隔熱陶瓷環(huán)具有良好的隔熱性，能夠有效的阻礙陶瓷噴頭和環(huán)形金屬塊的熱量傳導(dǎo)到噴頭固定環(huán)和喉管上，喉管上設(shè)置有多個環(huán)形散熱片，對金屬絲耗材傳導(dǎo)到喉管上的熱量進(jìn)行散熱。
[0018]所述的緊固螺釘?shù)奈膊客坑懈魺嵬繉印?br>[0019]所述的電磁感應(yīng)加熱裝置包括電磁感應(yīng)線圈、線圈固定架、支承架、屏蔽罩I和屏蔽罩II，電磁感應(yīng)線圈安裝在線圈固定架上，線圈固定架安裝在支承架上，屏蔽罩I和屏蔽罩II的電阻率較高且具有良好的電磁屏蔽效果，用于屏蔽電磁感應(yīng)線圈產(chǎn)生的高頻電磁場，防止高頻電磁場對屏蔽罩I和屏蔽罩II周邊的裝置造成影響，屏蔽罩I和屏蔽罩II通過螺栓連接，屏蔽罩I安裝在支承架上。
[0020]所述的保護(hù)氣體通道包括進(jìn)氣管、出氣管1、出氣管II和出氣管III，進(jìn)氣管通過管接頭I安裝在支承板上，出氣管I?III安裝在隔熱板上并通過管接頭II與進(jìn)氣管連接，出氣管I?III通過出氣管支架固定在屏蔽罩I上，出氣管I?III排出保護(hù)氣體以防止陶瓷噴頭擠出的金屬氧化。
[0021 ]所述的冷卻裝置包括電機(jī)、扇葉和電機(jī)固定架，扇葉安裝在電機(jī)上，電機(jī)安裝在電機(jī)固定架上，冷卻裝置對喉管進(jìn)行散熱。
[0022]所述的送料裝置包括金屬絲耗材、輥?zhàn)覫和輥?zhàn)覫I，輥?zhàn)覫和輥?zhàn)覫I由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，輥?zhàn)覫和輥?zhàn)覫I分別順時針和逆時針旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)送料。
[0023]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0024]1、本實(shí)用新型采用電磁感應(yīng)加熱，電磁感應(yīng)加熱可以局部加熱且加熱效率高、節(jié)能環(huán)保；電磁感應(yīng)加熱的加熱溫度高，而且是非接觸式加熱，加熱速度快且溫度容易控制，同時加熱均勻。工作時，在電磁感應(yīng)線圈產(chǎn)生的高頻電磁場的作用下，環(huán)形金屬塊和陶瓷噴頭內(nèi)的金屬絲耗材的內(nèi)部會產(chǎn)生渦流，電能轉(zhuǎn)化為熱能;環(huán)形金屬塊加熱陶瓷噴頭整體，預(yù)熱陶瓷噴頭且保證了陶瓷噴頭溫度分布的均勻性，同時為金屬絲耗材熔化提供熱量;金屬絲耗材在高頻磁場的作用下，自身會產(chǎn)生大量的熱量而使其熔化，熔融的金屬絲耗材在送料裝置的作用力下從陶瓷噴嘴擠出；這種并行加熱方式，有利于金屬絲耗材的充分熔化和保證熔化部分溫度的均勻性，實(shí)際上環(huán)形金屬塊起著加熱和保溫的雙重作用。
[0025]2、本實(shí)用新型采用的陶瓷噴頭耐高溫、化學(xué)穩(wěn)定性好，有利于延長噴頭的壽命。陶瓷噴頭上安裝有耐高溫隔熱陶瓷環(huán)，能夠有效的阻礙陶瓷噴頭和環(huán)形金屬塊的熱量傳導(dǎo)到噴頭固定環(huán)和喉管上，很大程度上減少了組合式噴頭的加熱部分對送料部分的影響，喉管的溫度僅受金屬絲耗材傳遞熱量的影響，這樣提高了喉管的散熱效果，從而防止金屬絲耗材過早軟化而導(dǎo)致的出絲效率低下、噴頭易被堵住、耗材擠出困難問題。
[0026]3、組合式噴頭結(jié)構(gòu)有利于噴頭的維修和零部件的更換，緊固螺釘?shù)奈膊客坑懈魺嵬繉樱瑴p少了緊固螺釘?shù)膶?dǎo)熱對噴頭固定環(huán)和喉管的影響，隔熱板也減少了組合式噴頭的加熱部分對送料部分的影響。屏蔽罩I和屏蔽罩II用于