本發(fā)明涉及3D打印技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種可快速更換打印噴頭的熔融沉積型3D打印機(jī)。

背景技術(shù)：

3D打印技術(shù)又稱快速成型技術(shù)(Rapid Prototyping Manufacturing，簡稱RP技術(shù))，根據(jù)成型方式的不同分為選擇性激光燒結(jié)(SLS)、光固化成型(SLA)、疊層實(shí)體成型(LOM)和熔融沉積成型(FDM)等。熔融沉積成型(FDM)快速成型系統(tǒng)與SLA、LOM、SLS系統(tǒng)的最大區(qū)別在于FDM沒有采用激光系統(tǒng)。

熔融沉積成型法(FDM，F(xiàn)used Deposition Modeling)是利用材料的熱塑性，通過將材料如熱塑性塑料加熱熔融，并將熔絲從加熱的噴嘴擠出，按照零件預(yù)定軌跡進(jìn)行熔體沉積的成型方法。

目前基于熔融沉積法的3D打印機(jī)種類廣泛，其中桌面級熔融沉積型3D打印機(jī)目標(biāo)群體是個人應(yīng)用，精度相對較低，結(jié)構(gòu)比較簡單。多為步進(jìn)電機(jī)通過皮帶或絲杠直接控制XYZ三個方向的位移量。噴頭部分使用步進(jìn)電機(jī)直接控制材料絲的進(jìn)出料與進(jìn)料速度。目前大多3D打印機(jī)噴頭難以實(shí)現(xiàn)快速更換，使用材料也局限于絲狀形態(tài)材料。

公開號為CN105216327A的中國專利文獻(xiàn)公開了一種基于熱塑性顆粒材料的熔融擠出裝置，該熔融擠出裝置包括螺桿擠出機(jī)構(gòu)、加熱機(jī)構(gòu)、進(jìn)料機(jī)構(gòu)、減速傳動機(jī)構(gòu)和散熱機(jī)構(gòu)。所述螺桿擠出機(jī)構(gòu)包括螺桿、機(jī)筒和機(jī)筒下部的擠出打印頭；所述加熱機(jī)構(gòu)包括加熱套筒和溫控儀表；所述進(jìn)料機(jī)構(gòu)與機(jī)筒上部側(cè)面的導(dǎo)料口相連；所述減速傳動機(jī)構(gòu)包括伺服電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)、行星減速機(jī)、安裝機(jī)座及軸承等；所述散熱機(jī)構(gòu)包括散熱片和風(fēng)扇；同時本發(fā)明還提供了基于該熔融擠出裝置的3D打印方法。但是螺桿擠出式的噴頭制造困難，難以拆卸清洗。

氣壓擠出式噴頭一般都是由噴嘴、加熱塊、散熱塊、加熱棒四部分組成。噴嘴擁有外螺紋，加熱塊擁有內(nèi)螺紋，散熱塊擁有內(nèi)螺紋。先將加熱塊擰到噴嘴上，再將散熱塊擰到噴嘴上。加熱棒插到加熱塊上的圓孔中進(jìn)行加熱。在氣壓擠出式噴頭在停止擠出時，融化了的打印材料在重力的作用下會自然向下流淌，影響打印效果。

公開號為CN105459397A的中國專利文獻(xiàn)公開了一種用于熔融沉積成型3D打印機(jī)的防滴漏噴頭，包括導(dǎo)料管，加熱塊，噴嘴和進(jìn)給機(jī)構(gòu)，導(dǎo)料管上有進(jìn)料通道，噴嘴固定于導(dǎo)料管的下端，噴嘴的噴口與導(dǎo)料管的進(jìn)料通道連通；導(dǎo)料管套裝于加熱塊內(nèi)，導(dǎo)料管與加熱塊固定連接；噴頭具有防滴漏機(jī)構(gòu)，防滴漏機(jī)構(gòu)包含能夠封閉導(dǎo)料管出料口的擋板，導(dǎo)料管底端設(shè)置有導(dǎo)槽，擋板安裝在導(dǎo)槽內(nèi)，擋板與導(dǎo)槽間隙配合；擋板通過傳動機(jī)構(gòu)與步進(jìn)電機(jī)連接，傳動機(jī)構(gòu)將步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為檔板沿導(dǎo)料管徑向的平動，傳動機(jī)構(gòu)步進(jìn)式地驅(qū)動擋板閉合或開啟導(dǎo)料管的出料口。該專利公開的技術(shù)雖然能防止噴頭滴漏，但是其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。

另外，目前基于熔融沉積法的3D打印機(jī)的加熱方式多為電阻絲直接加熱噴頭，導(dǎo)致噴頭難以快速更換。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種可快速更換打印噴頭的熔融沉積型3D打印機(jī)，加熱機(jī)構(gòu)與打印噴頭機(jī)構(gòu)分離，便于打印噴頭的快速更換。

一種可快速更換打印噴頭的熔融沉積型3D打印機(jī)，包括打印臺和打印頭，所述的打印頭包括：

支撐板；

打印噴頭，采用金屬材料制成，通過打印噴頭支架固定在支撐板上；

加熱裝置，包括電磁感應(yīng)線圈，該電磁感應(yīng)線圈套在打印噴頭外，通過線圈支架固定在支撐板上；

冷卻裝置，用于冷卻打印噴頭，通過冷卻支架固定在支撐板上；

控制電路，與所述的電磁感應(yīng)線圈電連接，為電磁感應(yīng)線圈提供交變電壓。

電磁感應(yīng)加熱的原理是電源產(chǎn)生的交變電流通過電磁感應(yīng)線圈產(chǎn)生交變磁場，導(dǎo)磁性物體置于其中切割交變磁力線，從而在物體內(nèi)部產(chǎn)生交變的電流(即渦流)，渦流使物體內(nèi)部的原子高速無規(guī)則運(yùn)動，原子互相碰撞、摩擦而產(chǎn)生熱能，從而起到加熱物品的效果。

本發(fā)明的熔融沉積型3D打印機(jī)采用非接觸式的電磁感應(yīng)加熱方式，加熱元件無需固定安裝在打印噴頭上，使打印噴頭方便拆卸；感應(yīng)加熱加熱速度快，可以提高打印效率。

為進(jìn)一步提高本發(fā)明熔融沉積型3D打印機(jī)的打印頭拆裝的便利性，作為優(yōu)選，所述的支撐板與所述的打印臺通過活動鳩尾槽結(jié)構(gòu)連接。

可以通過壓緊螺絲固定鳩尾槽結(jié)構(gòu)。支撐板與打印臺通過活動鳩尾槽結(jié)構(gòu)連接，該連接方式結(jié)構(gòu)簡單，無需工具即可將打印頭拆卸安裝在打印臺上，可根據(jù)需要更換打印頭，以適應(yīng)更廣泛的打印材料。

作為優(yōu)選，所述的打印噴頭包括：

料筒，具有容納打印材料的腔體，包括：

筒體，

料筒上蓋，與所述筒體一端螺紋配合，具有導(dǎo)管接頭，

料筒下蓋，與所述筒體另一端螺紋配合，具有噴嘴連接頭，所述噴嘴連接頭具有外螺紋；

連接環(huán)，內(nèi)周面具有與所述噴嘴連接頭上為螺紋相互配合的內(nèi)螺紋；

噴嘴，一端具有出料口，另一端具有與所述連接環(huán)內(nèi)周面上的內(nèi)螺紋相互配合的外螺紋。

打印噴頭采用分段使設(shè)計(jì)，便于對打印噴頭進(jìn)行拆解、清洗以及零部件的更換。打印噴頭各段之間采用螺紋連接，便于打印噴頭的組裝，并且使打印噴頭的容納腔密閉性更好。

本發(fā)明的打印噴頭可以打印液態(tài)或在一定溫度下融化為液態(tài)的材料，如水凝膠、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS塑料)、聚乳酸(PLA)、低熔點(diǎn)金屬等；可以直接打印顆?；蚍勰┎牧?，而無須將打印材料加工成絲料，這為小量打印材料的試驗(yàn)提供了可能，并且大大縮短了試驗(yàn)周期。

作為優(yōu)選，所述的電磁感應(yīng)線圈包括套在所述料筒外的第一感應(yīng)線圈以及套在連接環(huán)外的第二感應(yīng)線圈。

第一感應(yīng)線圈用于加熱料筒，第二感應(yīng)線圈用于加熱連接環(huán)內(nèi)的噴嘴，將料筒和打印噴頭分開加熱，用戶可以根據(jù)打印材料的特性決定料筒溫度和打印噴頭溫度，例如，可以將料筒加熱到較低的溫度以融化打印材料，再在噴嘴處將打印材料加熱到更高的溫度，以避免打印材料長時間處于高溫狀態(tài)而發(fā)生氧化分解，與傳統(tǒng)單一溫控的打印噴頭相比，本發(fā)明的打印噴頭適用范圍更廣。

為了精確控制打印噴頭的溫度，應(yīng)實(shí)時監(jiān)測打印噴頭溫度，作為優(yōu)選，本發(fā)明的熔融沉積型3D打印機(jī)還包括紅外溫度感應(yīng)探頭，用于感應(yīng)所述打印噴頭的溫度，通過感應(yīng)探頭支架安裝在支撐板上。

采用紅外溫度感應(yīng)探頭監(jiān)測打印噴頭溫度，測溫元件無需固定安裝在打印噴頭上，進(jìn)一步使打印噴頭方便拆卸。

更進(jìn)一步的，所述的紅外溫度感應(yīng)探頭包括用于感應(yīng)所述料筒溫度的第一溫度感應(yīng)探頭和用于感應(yīng)所述噴嘴溫度的第二溫度感應(yīng)探頭。

作為優(yōu)選，所述的料筒和連接環(huán)的外表面上涂有耐高溫的黑體漆。便于進(jìn)行感應(yīng)加熱和紅外測溫。

作為優(yōu)選，所述的冷卻裝置包括：

電機(jī)；

扇葉，安裝在電機(jī)上；

電機(jī)固定架，用于固定電機(jī)，固定安裝在支撐板上。

冷卻裝置為料筒和噴嘴提供良好的散熱條件，使打印材料從噴嘴擠出后迅速冷卻，并能提高料筒、噴嘴的溫度控制速度與精度，改善打印效果。

作為優(yōu)選，本發(fā)明的熔融沉積型3D打印機(jī)還包括氣壓控制裝置，通過導(dǎo)管與所述的打印噴頭相連。

進(jìn)一步優(yōu)選的，本發(fā)明的熔融沉積型3D打印機(jī)還包括氣壓控制裝置，通過導(dǎo)管與所述料筒上蓋上的導(dǎo)管接頭相連。

進(jìn)一步優(yōu)選的，所述的氣壓控制裝置包括：

氣體壓縮機(jī)，為料筒提供正壓；

真空泵，為料筒提供負(fù)壓；

控制單元，與氣體壓縮機(jī)和真空泵電連接，控制氣體壓縮機(jī)和真空泵的開啟與關(guān)閉。

本發(fā)明的熔融沉積型3D打印機(jī)的氣壓控制裝置包括真空泵，當(dāng)熔融沉積型3D打印機(jī)停止打印時，真空泵為料筒提供負(fù)壓，避免料筒內(nèi)融化的打印材料在自身重力作用下滴漏，影響打印效果。

為了提高打印效果，作為優(yōu)選，所述的打印臺上設(shè)有承接打印材料的打印面板，所述的打印面板具有加熱功能。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

(1)本發(fā)明的熔融沉積型3D打印機(jī)采用非接觸式的電磁感應(yīng)加熱方式和紅外感應(yīng)測溫方式，加熱元件和紅外測溫元件無需固定安裝在打印噴頭上，使打印噴頭方便拆卸；

(2)支撐板與打印臺通過活動鳩尾槽結(jié)構(gòu)連接，無需工具即可將打印頭拆卸安裝在打印臺上，可根據(jù)需要更換打印頭；

(3)氣壓控制裝置包括真空泵，當(dāng)熔融沉積型3D打印機(jī)停止打印時，真空泵為料筒提供負(fù)壓，避免料筒內(nèi)融化的打印材料在自身重力作用下滴漏，影響打印效果。

附圖說明

圖1為打印臺的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為打印頭的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為打印噴頭的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為活動鳩尾槽結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖中：1、底板；2、打印面板；3、X向滑軌；31、X向滑塊；4、Y向滑軌；41、Y向滑塊；5、Z向滑軌；6、打印頭；61、支撐板；611、第一支撐板；612、固定鳩尾槽板；613、活動鳩尾槽板、614、定位孔；615、定位柱；616、壓緊螺絲；62、打印噴頭；621、料筒上蓋；622、筒體；623、料筒下蓋；624、連接環(huán)；625、噴嘴；63、打印噴頭支架；64、第一感應(yīng)線圈；65、第一感應(yīng)線圈支架；66、第二感應(yīng)線圈；67、第二感應(yīng)線圈支架；68、散熱風(fēng)扇；69、冷卻支架。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

如圖1所示，本發(fā)明的可快速更換打印噴頭的熔融沉積型3D打印機(jī)包括底部的底板1、打印架、打印頭6以及架設(shè)在打印架上的帶動打印頭6沿X軸、Y軸和Z軸方向移動的運(yùn)動機(jī)構(gòu)，本實(shí)施例中，Z軸方向?yàn)樨Q直方向，X軸、Y軸、Z軸兩兩相互垂直。

還包括氣體壓縮機(jī)(圖中未示出)，為料筒提供正壓；

真空泵(圖中未示出)，為料筒提供負(fù)壓；

控制單元(圖中未示出)，與氣體壓縮機(jī)和真空泵電連接，控制氣體壓縮機(jī)和真空泵的開啟與關(guān)閉。

運(yùn)動機(jī)構(gòu)包括：

兩根Y向滑軌4，分別固定在打印臺的兩個相對側(cè)邊上；兩個Y向滑塊41，分別滑動設(shè)置在在對應(yīng)的Y向滑軌4上，與相應(yīng)的Y向同步帶固定；兩個Y向主動同步帶輪支架，用于將Y向步進(jìn)電機(jī)、Y向減速機(jī)和Y向主動同步帶輪安裝在兩根Y向滑軌上；Y向從動同步帶輪支架，用于將Y向從動同步帶輪安裝在兩根Y向滑軌上；兩個Y向步進(jìn)電機(jī)，通過Y向同步帶帶動兩個Y向滑塊41運(yùn)動。每根Y向皮帶均配合安裝于Y向主動同步帶輪和Y向從動同步帶輪上。兩個Y軸驅(qū)動電機(jī)在控制單元提供的同步驅(qū)動信號的驅(qū)動下作等速轉(zhuǎn)動，經(jīng)過減速機(jī)減速后驅(qū)動兩個Y向主動同步帶輪作轉(zhuǎn)動，帶動兩根Y向皮帶運(yùn)動，并帶動兩個Y向滑塊作同步Y(jié)向運(yùn)動；

X向滑軌3，兩端分別固定在兩個Y向滑塊上；X向滑塊31，在X向滑軌3上滑動，與X向同步帶固定，同時具有Z向滑槽；X向主動同步帶輪支架，用于將X向步進(jìn)電機(jī)、X向減速機(jī)和X向主動同步帶輪安裝在兩根X向滑軌上；X向從動同步帶輪支架，用于將X向從動同步帶輪安裝在兩根X向滑軌上；X向步進(jìn)電機(jī)，在控制單元提供的驅(qū)動信號驅(qū)動下運(yùn)動，經(jīng)過減速機(jī)減速后帶動X向主動同步帶輪運(yùn)動，X向主動同步帶輪帶動與其配合的X向同步帶運(yùn)動進(jìn)而帶動X向滑塊31運(yùn)動；

Z向滑軌5，與X向滑塊的Z向滑槽配合運(yùn)動；Z向絲杠，與X向滑塊31上的螺紋孔配合運(yùn)動；Z向步進(jìn)電機(jī)，固定于Z向滑軌上，在控制單元提供的驅(qū)動信號的驅(qū)動下帶動Z向絲杠轉(zhuǎn)動，進(jìn)而使Z向滑軌5相對于X向滑塊31作Z向運(yùn)動。

如圖2和圖3所示，打印頭6固定在Z向滑軌5的下端。打印頭6包括：

支撐板61；

打印噴頭62，采用金屬材料制成，通過打印噴頭支架63固定在支撐板61上；

加熱裝置，包括電磁感應(yīng)線圈，該電磁感應(yīng)線圈套在打印噴頭62外，通過線圈支架固定在支撐板61上；

散熱風(fēng)扇68，用于冷卻打印噴頭62，通過冷卻支架69固定在支撐板61上；

控制電路，與電磁感應(yīng)線圈電連接。

打印噴頭62包括：

料筒，具有容納打印材料的腔體，包括：

筒體622，

料筒上蓋621，與筒體622一端螺紋配合，具有導(dǎo)管接頭，導(dǎo)管接頭通過導(dǎo)管與氣體壓縮機(jī)和真空泵連接，

料筒下蓋623，與筒體622另一端螺紋配合，具有噴嘴連接頭，噴嘴連接頭具有外螺紋；

連接環(huán)624，內(nèi)周面具有與噴嘴連接頭上為螺紋相互配合的內(nèi)螺紋；

噴嘴625，一端具有出料口，另一端具有與連接環(huán)624內(nèi)周面上的內(nèi)螺紋相互配合的外螺紋。

料筒和連接環(huán)624采用金屬材料制成，外表面涂有黑體漆。

電磁感應(yīng)線圈包括套在料筒外第一感應(yīng)線圈64和第二感應(yīng)線圈66，分別由第一感應(yīng)線圈支架65和第二感應(yīng)線圈支架67固定在支撐板61上。

第一感應(yīng)線圈64和第二感應(yīng)線圈66的兩端分別通過導(dǎo)線與控制單元連接，在控制單元提供的交變電流驅(qū)動下產(chǎn)生交變磁場，在料筒和連接環(huán)624中產(chǎn)生渦電流，起到加熱料筒和噴嘴625的效果。

本發(fā)明的可快速更換打印噴頭的熔融沉積型3D打印機(jī)還包括用于感應(yīng)料筒溫度的第一溫度感應(yīng)探頭(圖中未示出)和用于感應(yīng)噴嘴625溫度的第二溫度感應(yīng)探頭(圖中未示出)。

如圖4所示，本發(fā)明的支撐板61通過活動鳩尾槽結(jié)構(gòu)與Z向滑軌固定可拆卸連接。

活動鳩尾槽結(jié)構(gòu)包括：

第一支撐板611，用于承載打印頭6；

固定鳩尾槽板612，固定在Z向滑軌5的下端；

活動鳩尾槽板613，通過定位柱615與固定鳩尾槽板612上的定位孔614配合；

壓緊螺絲616，與固定鳩尾槽板612和活動鳩尾槽板613上的螺紋孔配合，連接壓緊固定鳩尾槽板612和活動鳩尾槽板613，壓緊螺絲616的端部具有適應(yīng)于手動旋緊的圓頭。

以上所述的實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的原則范圍內(nèi)所做的任何修改、補(bǔ)充和等同替換等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。