本實(shí)用新型涉及3D打印機(jī)的散熱技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種主動(dòng)制冷的3D打印裝置。

背景技術(shù)：

FDM 3D打印機(jī)的基本原理就是將耗材通過打印頭加熱后擠出，按計(jì)算機(jī)程序指令進(jìn)行層層堆積。而被加熱擠出后的耗材需要快速有效的冷卻，這樣才能更好的保障打印質(zhì)量，因此打印件的制冷，嚴(yán)重影響FMD打印機(jī)的打印質(zhì)量。目前的3D打印機(jī)，在增材制造時(shí)，加熱熱熔材料或激光燒結(jié)材料后，一般不對材料加裝冷卻裝置，或簡單對打印件的制冷均采用直接風(fēng)冷模式，即采用風(fēng)扇直接對打印件進(jìn)行散熱。這種方式，一是散熱效率低下；二是受環(huán)境溫度影響大，效果不穩(wěn)定；三是溫度無法控制，無法更好的適應(yīng)不同特性的打印材料，影響打印質(zhì)量；四是由于3D打印機(jī)箱體內(nèi)本身熱量比較高，尤其是FDM增材方式機(jī)型，導(dǎo)致打印的目標(biāo)物品要在較長時(shí)間內(nèi)冷卻，使目標(biāo)物品在未完全冷卻之前，很容易因高溫材料的流體特性產(chǎn)生變形和尺寸偏差，而導(dǎo)致目標(biāo)物品的達(dá)不到設(shè)定的精準(zhǔn)尺寸。

有鑒于此，特提出本實(shí)用新型。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。

為此本實(shí)用新型提供了一種主動(dòng)制冷的3D打印裝置，為打印件散熱，同時(shí)通過PID對冷卻氣體溫度進(jìn)行精準(zhǔn)控制，從而實(shí)現(xiàn)對不同收縮特性的耗材以不同溫度的適應(yīng)。藉此提高打印質(zhì)量和速度。

其具體技術(shù)方案如下：一種主動(dòng)制冷的3D打印裝置，包括：殼體，所述殼體內(nèi)設(shè)有風(fēng)道，所述殼體的上部設(shè)有進(jìn)風(fēng)口和散熱口，所述殼體的底部設(shè)有出風(fēng)口和冷凝水收集倉，所述出風(fēng)口與打印機(jī)的打印噴嘴留有安裝距離；送風(fēng)裝置，其安裝在所述進(jìn)風(fēng)口處，所述送風(fēng)裝置與所述風(fēng)道相連通；散熱裝置，其安裝在所述散熱口處，所述散熱裝置包括由內(nèi)向外依次設(shè)置的傳冷片、制冷芯片、散熱片及排風(fēng)裝置；控制裝置，其包括安裝在所述出風(fēng)口處的溫度傳感器和主控板，所述主控板與所述溫度傳感器和所述制冷芯片控制連接。

根據(jù)本實(shí)用新型提供的主動(dòng)制冷的3D打印裝置，殼體內(nèi)設(shè)有風(fēng)道，殼體上部設(shè)有進(jìn)風(fēng)口和散熱口，殼體的底部設(shè)有出風(fēng)口和冷凝水收集倉，當(dāng)打印機(jī)內(nèi)部打印件發(fā)熱時(shí)，溫度傳感器將溫度信息傳輸至主控板中，主控板將驅(qū)動(dòng)制冷芯片進(jìn)行制冷，進(jìn)風(fēng)口處的進(jìn)風(fēng)裝置帶動(dòng)熱空氣在風(fēng)道內(nèi)流動(dòng)，并經(jīng)過制冷芯片制冷、散熱裝置散熱，并且將冷凝后的水通過冷凝水收集倉進(jìn)行收集，本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了制冷芯片主動(dòng)降溫，溫度可實(shí)現(xiàn)PID調(diào)控，而且自帶冷凝水收集倉，是一種效率高，成本低，精度高的具有主動(dòng)冷卻功能的3D打印裝置。

另外，根據(jù)本實(shí)用新型上述實(shí)施例的主動(dòng)制冷的3D打印裝置，還可以具有如下附加的技術(shù)特征：

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)示例，所述風(fēng)道包括進(jìn)風(fēng)區(qū)、制冷區(qū)、散熱區(qū)、出風(fēng)區(qū)及冷凝水收集區(qū)，所述進(jìn)風(fēng)區(qū)的通道與所述制冷區(qū)的通道呈一角度，所述進(jìn)風(fēng)區(qū)的通道與所述出風(fēng)區(qū)的通道垂直。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)示例，所述進(jìn)風(fēng)區(qū)的通道與所述制冷區(qū)的通道所呈角度為45°。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)示例，所述制冷芯片與所述散熱片之間設(shè)置有隔熱層。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)示例，所述傳冷片和散熱片的材質(zhì)均為鋁。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)示例，所述制冷芯片為半導(dǎo)體制冷芯片。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)示例，所述冷凝水收集倉內(nèi)有設(shè)置有吸水材料。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)示例，所述送風(fēng)裝置及排風(fēng)裝置為風(fēng)扇。

本實(shí)用新型的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本實(shí)用新型的實(shí)踐了解到。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的主動(dòng)制冷的3D打印裝置的打印頭結(jié)構(gòu)示意圖(一)；

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的主動(dòng)制冷的3D打印裝置的打印頭的爆炸圖；

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例的主動(dòng)制冷的3D打印裝置的打印頭結(jié)構(gòu)示意圖(二)；

圖4為本實(shí)施例的主動(dòng)制冷的3D打印裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本實(shí)施例的主動(dòng)制冷的3D打印裝置的PID溫度控制示意圖；

圖6為本實(shí)施例的主動(dòng)制冷的3D打印裝置的風(fēng)道內(nèi)部區(qū)域的示意圖。

圖中：100、殼體；110、進(jìn)風(fēng)口；120、散熱口；130、出風(fēng)口；140、冷凝水收集倉；200、送風(fēng)裝置；300、散熱裝置；310、傳冷片；320、制冷芯片；330、散熱片；340、排風(fēng)裝置；350、隔熱層；400、進(jìn)風(fēng)區(qū)；500、制冷區(qū)；600、散熱區(qū)；700、出風(fēng)區(qū)；800、冷凝水收集區(qū)；900、打印噴嘴。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本實(shí)用新型的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本實(shí)用新型，而不能理解為對本實(shí)用新型的限制。

結(jié)合附圖1-6所示，本實(shí)用新型公開了一種主動(dòng)制冷的3D打印裝置，如圖1和2所示，打印裝置的打印頭包括殼體100，殼體內(nèi)設(shè)有風(fēng)道，殼體100的上部設(shè)有進(jìn)風(fēng)口110和散熱口120，殼體100的底部設(shè)有出風(fēng)口130和冷凝水收集倉140。優(yōu)選的，如圖4所示，出風(fēng)口130與打印機(jī)的打印噴嘴900留有安裝距離，避免冷空氣直接吹到打印頭而帶來的不利影響。主動(dòng)制冷的3D打印裝置還包括送風(fēng)裝置200，其安裝在進(jìn)風(fēng)口110處，送風(fēng)裝置200與風(fēng)道相連通。主動(dòng)制冷的3D打印裝置還包括散熱裝置300，其安裝在散熱口120處，散熱裝置300包括由內(nèi)向外依次設(shè)置的傳冷片310、制冷芯片320、散熱片330及排風(fēng)裝置340。為了實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型3D打印裝置的主動(dòng)制冷功能，本實(shí)用新型主動(dòng)制冷的3D打印裝置還包括控制裝置(未示出)，其包括安裝在出風(fēng)口處的溫度傳感器和主控板，主控板與溫度傳感器和制冷芯片控制連接。

具體的在，本實(shí)施例中，送風(fēng)裝置200及排風(fēng)裝置340為風(fēng)扇，當(dāng)然，其他具有該功能的裝置也可以作為本實(shí)用新型的送風(fēng)裝置200和排風(fēng)裝置340。

具體的，在本實(shí)施例中，制冷芯片320為半導(dǎo)體制冷芯片，該半導(dǎo)體制冷芯片具有一冷端和一熱端，其利用半導(dǎo)體材料的Peltier效應(yīng)，當(dāng)直流電通過兩種不同半導(dǎo)體材料串聯(lián)成的電偶時(shí)，在電偶的兩端即可分別吸收熱量和放出熱量，可以實(shí)現(xiàn)制冷的目的。它是一種產(chǎn)生負(fù)熱阻的制冷技術(shù)，其特點(diǎn)是無運(yùn)動(dòng)部件，可靠性比較高。

具體的，在本實(shí)施例中，如圖3所示，風(fēng)道包括進(jìn)風(fēng)區(qū)400、制冷區(qū)500、散熱區(qū)600、出風(fēng)區(qū)700及冷凝水收集區(qū)，優(yōu)選的，進(jìn)風(fēng)區(qū)400的通道與制冷區(qū)500的通道呈一角度，進(jìn)風(fēng)區(qū)的通道與出風(fēng)區(qū)的通道垂直，更有選的，進(jìn)風(fēng)區(qū)的通道與制冷區(qū)的通道所呈角度為45°。申請人在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)進(jìn)風(fēng)區(qū)400的通道與制冷區(qū)500的通道呈一角度時(shí)，熱空氣流動(dòng)時(shí)會(huì)在進(jìn)風(fēng)區(qū)400與制冷區(qū)500的拐角處停留一小段時(shí)間，這樣更有利于半導(dǎo)體制冷芯片對空氣進(jìn)行制冷處理，申請人通過大量的實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)進(jìn)風(fēng)區(qū)的通道與制冷區(qū)的通道所呈角度為45°時(shí)，制冷效果最佳。

具體的，如圖4所示，在本實(shí)施例中，為了保證制冷芯片與散熱片之間的無縫連接和保溫效果，本實(shí)施例的制冷芯片320與散熱片330之間設(shè)置有隔熱層350，隔熱層350的材質(zhì)為隔熱棉。

具體的，在本實(shí)施例中，傳冷片310和散熱片330的材質(zhì)可以為鋁或者鋁合金，鋁最為其材質(zhì)不僅成本較低、易于實(shí)現(xiàn)，而且熱傳遞效果較好。

具體的，在本實(shí)施例中，如圖5所示，本裝置在風(fēng)道底部設(shè)有一個(gè)冷凝水收集倉140，以解決制冷帶來的結(jié)露問題。冷凝水收集倉內(nèi)有設(shè)置有吸水材料，冷凝水收集倉內(nèi)有置有吸水材料(如：干燥劑，高吸水海綿等)因風(fēng)道風(fēng)路先垂直向下，然后橫向再送出。所以由于冷凝水由于自身重量，會(huì)下沉并被吸水材料吸收，保證送出冷風(fēng)的干燥。

本裝置基本原理為：高速送風(fēng)風(fēng)扇將氣流送入風(fēng)道，風(fēng)道內(nèi)有鋁制傳冷片。傳冷片的作用是將制冷芯片(TEC1系列，在26度左右室溫，可在短時(shí)間內(nèi)將芯片表面溫度降至零下)的溫度傳導(dǎo)至風(fēng)道內(nèi)。風(fēng)道內(nèi)通過傳冷片的空氣，被降溫后由出圓形螺旋出風(fēng)口均勻送至打印頭周邊(打印頭被安放在出風(fēng)口中央，冷風(fēng)不會(huì)直吹打印頭)，為打印件提供迅速降溫。同時(shí)，出風(fēng)口內(nèi)有NTC100玻封熱敏電阻作為溫度傳感器，將溫度信息回傳主控板，以便于主控板對制冷芯片進(jìn)行PID溫度控制，從而達(dá)到較為精準(zhǔn)的溫度輸出。PID控制如圖6所示。

綜上所述，根據(jù)本實(shí)用新型提供的主動(dòng)制冷的3D打印裝置，殼體內(nèi)設(shè)有風(fēng)道，殼體上部設(shè)有進(jìn)風(fēng)口和散熱口，殼體的底部設(shè)有出風(fēng)口和冷凝水收集倉，當(dāng)打印機(jī)內(nèi)部打印件發(fā)熱時(shí)，溫度傳感器將溫度信息傳輸至主控板中，主控板將驅(qū)動(dòng)制冷芯片進(jìn)行制冷，進(jìn)風(fēng)口處的進(jìn)風(fēng)裝置帶動(dòng)熱空氣在風(fēng)道內(nèi)流動(dòng)，并經(jīng)過制冷芯片制冷、散熱裝置散熱，并且將冷凝后的水通過冷凝水收集倉進(jìn)行收集，本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了制冷芯片主動(dòng)降溫，溫度可實(shí)現(xiàn)PID調(diào)控，而且自帶冷凝水收集倉，是一種效率高，成本低，精度高的具有主動(dòng)冷卻功能的3D打印裝置。

在本實(shí)用新型的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內(nèi)”、“外”、“順時(shí)針”、“逆時(shí)針”、“軸向”、“徑向”、“周向”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實(shí)用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本實(shí)用新型的限制。

此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個(gè)或者更多個(gè)該特征。在本實(shí)用新型的描述中，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)以上，除非另有明確具體的限定。

在本實(shí)用新型中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通或兩個(gè)元件的相互作用關(guān)系。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本實(shí)用新型中的具體含義。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本實(shí)用新型的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不必須針對的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說明書中描述的不同實(shí)施例或示例以及不同實(shí)施例或示例的特征進(jìn)行結(jié)合和組合。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本實(shí)用新型的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對本實(shí)用新型的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本實(shí)用新型的范圍內(nèi)可以對上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。