基于高頻電磁加熱的熔融式快速成型機(jī)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種基于高頻電磁加熱的熔融式快速成型機(jī)，涉及一種熔融式快速成型機(jī)，包括成型箱、送絲輪組、料管、噴嘴、工作臺(tái)、高頻發(fā)生器、高頻加熱線圈、溫度傳感器；所述的料管設(shè)在送絲輪組的下方，料管內(nèi)部形成一個(gè)熱熔腔，熱熔腔的下部與噴嘴連接；高頻加熱線圈均勻地纏繞在料管的外表面，且高頻加熱線圈的兩端分別與高頻發(fā)生器的兩個(gè)輸出端連接；所述的溫度傳感器設(shè)在料管的熱熔腔上，溫度傳感器與高頻發(fā)生器的輸入端連接。本實(shí)用新型可使材料溫度在很短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到其熱熔點(diǎn)，還可精準(zhǔn)地控制熱熔溫度和成型溫度，熱熔溫度波動(dòng)小，成型工件質(zhì)量好，且節(jié)能節(jié)電、維護(hù)成本低，易于推廣使用。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
基于高頻電磁加熱的熔融式快速成型機(jī)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種熔融式快速成型機(jī)，尤其是一種基于高頻電磁加熱的熔融式快速成型機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]熔融式快速成型工藝是一種通過(guò)軟件控制成型機(jī)按照3D模型的輪廓信息在XY平面進(jìn)行逐層掃描，再將熱塑性絲狀材料快速熔化后在Z方向不斷堆積而形成三維工件的工藝。在材料熔化再成型的過(guò)程中，對(duì)溫度的控制非常重要，不僅需要材料溫度在很短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到其熱熔點(diǎn)，而且不管是加熱溫度還是冷卻溫度，都要精確的保持在一定范圍之內(nèi)，如果超出這個(gè)范圍，所成型的工件就有可能出現(xiàn)變形，無(wú)法保證其成型精度。如ABS材料一般的加熱溫度在220° C左右，其成型溫度保持在70° C左右，只有在這兩個(gè)溫度下熔融的ABS材料才有一定的流動(dòng)性和很好的精度保證。
[0003]而目前的熔融式快速成型機(jī)熱熔腔采用的都是電阻絲加熱方式，其缺點(diǎn)主要有:
[0004]1.熱熔溫度波動(dòng)大:
[0005]因?yàn)殡娮杞z加熱方式是根據(jù)對(duì)某一溫度范圍的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的:當(dāng)溫度高出這個(gè)范圍就斷電停止加熱，當(dāng)溫度小于這個(gè)范圍就通電加熱，這種加熱方式是有級(jí)控制，其很難保持在某一個(gè)固定值上不間斷加熱，總是在這一固定值上下波動(dòng)。
[0006]2.成型溫度不穩(wěn)定:
[0007]由于電阻加熱是通過(guò)繞在料管上的電阻絲發(fā)熱來(lái)實(shí)現(xiàn)的，電阻絲加熱內(nèi)外圈都在發(fā)熱，真正起作用的只有緊貼在金屬料管的那一部分，很大一部分的熱量都散失到成型箱中，這使得成型箱的溫度不斷升高，而成型的最佳溫度為70°C，也就是說(shuō)成型箱里的溫度必須保持在70° C左右，如果電阻絲的熱量過(guò)多的散發(fā)到成型箱中，影響成型溫度，使成型出的工件容易變形，達(dá)不到所需的精度要求，就會(huì)產(chǎn)生工件報(bào)廢。
[0008]3.材料溫度達(dá)到其熱熔點(diǎn)需要的時(shí)間長(zhǎng):
[0009]由于裝在熱熔腔里的材料，是通過(guò)繞在料管上的電阻絲發(fā)熱來(lái)實(shí)現(xiàn)的。熱量使用率低，大約只有50%_60%，另一半都散失到成型箱里，因此要使材料溫度達(dá)到其熱熔點(diǎn)，需要加熱的時(shí)間較長(zhǎng)。
[0010]4.耗電嚴(yán)重:
[0011]由于裝在熱熔腔里的材料，是通過(guò)繞在料管上的電阻絲發(fā)熱來(lái)實(shí)現(xiàn)的。熱量使用率低，大約只有50%-60%，另一半都散失到成型箱里，不僅成型效果變差，還造成電能的極大浪費(fèi)。另外，如果采用別的設(shè)備使成型箱的溫度降低到最佳的成型溫度，勢(shì)必又造成能源的二次浪費(fèi)。
[0012]5.設(shè)備易老化、維護(hù)成本高:
[0013]采用電阻絲加熱時(shí)由于熱量的損耗使周?chē)沫h(huán)境溫度達(dá)到80°C或者90°C甚至更高，而材料成型箱中的設(shè)備(如工作臺(tái)、電線等)處于長(zhǎng)期的高溫環(huán)境下運(yùn)行，這樣就容易老化，使用壽命縮短。而且電阻絲本身是一個(gè)發(fā)熱體，其加熱溫度高達(dá)200°C，本身也容易高溫氧化，發(fā)熱效率逐漸低下，加熱不均勻。因此，維修保養(yǎng)的工作量相對(duì)較大，維護(hù)成本也很尚O

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是:提供一種可使材料溫度在很短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到其熱熔點(diǎn)，還可精準(zhǔn)地控制熱熔溫度和成型溫度，且節(jié)能節(jié)電、維護(hù)成本低的基于高頻電磁加熱的熔融式快速成型機(jī)。
[0015]解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是:一種基于高頻電磁加熱的熔融式快速成型機(jī)，包括成型箱、送絲輪組、料管、噴嘴、工作臺(tái)，所述的送絲輪組、料管、噴嘴、工作臺(tái)均設(shè)在成型箱內(nèi)；還包括高頻發(fā)生器、高頻加熱線圈、溫度傳感器;所述的料管設(shè)在送絲輪組的下方，料管內(nèi)部形成一個(gè)熱熔腔，熱熔腔的下部與噴嘴連接;所述的高頻加熱線圈均勻地纏繞在料管的外表面，且高頻加熱線圈的兩端分別與高頻發(fā)生器的兩個(gè)輸出端連接;所述的溫度傳感器設(shè)在料管的熱熔腔上，溫度傳感器與高頻發(fā)生器的輸入端連接;所述的工作臺(tái)設(shè)在噴嘴的下方。
[0016]本實(shí)用新型的進(jìn)一步技術(shù)方案是:所述的送絲輪組包括一組反向旋轉(zhuǎn)的齒輪，該組反向旋轉(zhuǎn)的齒輪間留有與料絲直徑相適應(yīng)的間隙通道，該間隙通道的底部與料管的熱熔腔相通。
[0017]本實(shí)用新型的進(jìn)一步技術(shù)方案是:所述的高頻加熱線圈外部涂有保溫材料。
[0018]本實(shí)用新型的進(jìn)一步技術(shù)方案是:所述的高頻發(fā)生器的面板上設(shè)有顯示屏、頻率/溫度轉(zhuǎn)換按鍵、頻率/溫度調(diào)節(jié)按鍵。
[0019]本實(shí)用新型的進(jìn)一步技術(shù)方案是:所述的高頻發(fā)生器為內(nèi)置有PID控制程序的高頻發(fā)生器。
[0020]本實(shí)用新型的再進(jìn)一步技術(shù)方案是:該成型機(jī)還包括料絲定位塊，該料絲定位塊設(shè)在送絲輪組的上方，料絲定位塊的中間留有與料絲直徑相適應(yīng)的間隙通道。
[0021]本實(shí)用新型的更進(jìn)一步技術(shù)方案是:該成型機(jī)還包括防護(hù)罩，防護(hù)罩套在料絲定位塊、送絲輪組、高頻加熱線圈外。
[0022]由于采用上述結(jié)構(gòu)，本實(shí)用新型之基于高頻電磁加熱的熔融式快速成型機(jī)與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果:
[0023]1.可使材料溫度在很短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到其熱熔點(diǎn):
[0024]本實(shí)用新型包括成型箱、送絲輪組、料管、噴嘴、工作臺(tái)、高頻發(fā)生器、高頻加熱線圈、溫度傳感器，其中料管設(shè)在送絲輪組的下方，料管內(nèi)部形成一個(gè)熱熔腔，熱熔腔的下部與噴嘴連接;高頻加熱線圈均勻地纏繞在料管的外表面，且高頻加熱線圈的兩端分別與高頻發(fā)生器的兩個(gè)輸出端連接;溫度傳感器設(shè)在料管的熱熔腔上，溫度傳感器與高頻發(fā)生器的輸入端連接。由于高頻電磁加熱是通過(guò)電磁感應(yīng)加熱發(fā)生器通過(guò)“交-直-交”的整流逆變電路，把市電(交流220伏或380伏/50赫茲)轉(zhuǎn)換成頻率為20-40千赫茲的高頻高壓電，當(dāng)高速變化的高頻電壓電流流過(guò)線圈時(shí)會(huì)產(chǎn)生高速變化的交變磁場(chǎng)，渦流使金屬原子高速無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，原子互相碰撞、摩擦而產(chǎn)生熱能，從而起到加熱的效果，即通過(guò)把電能轉(zhuǎn)化為磁能，使被加熱金屬表面產(chǎn)生感應(yīng)渦流，使金屬材料本身自行快速發(fā)熱。而本實(shí)用新型將高頻發(fā)生器與高頻加熱線圈連接，采用了高頻電磁加熱原理，使料管本身自行快速發(fā)熱，避免了傳統(tǒng)電阻絲加熱方式只有緊貼料管的一面熱，只有一半的熱量被利用的現(xiàn)象，因此采用高頻電磁加熱的快速成型機(jī)80%的功率都是用在加熱環(huán)節(jié)上，具有熱量集中和熱量損失小的特點(diǎn)，可使熱塑性絲狀材料溫度在很短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到其熱熔點(diǎn)，保證了熔融式快速成型工藝的順利進(jìn)行。
[0025]2.可精準(zhǔn)地控制熱熔溫度和成型溫度:
[0026]本實(shí)用新型包括有高頻發(fā)生器、高頻加熱線圈、溫度傳感器，其中高頻加熱線圈均勻地纏繞在料管的外表面，且高頻加熱線圈的兩端分別與高頻發(fā)生器的兩個(gè)輸出端連接；溫度傳感器設(shè)在料管的熱熔腔上，溫度傳感器與高頻發(fā)生器的輸入端連接。在對(duì)溫度的控制方面，本實(shí)用新型是在高頻發(fā)生器上設(shè)定好加熱溫度，高頻發(fā)生器輸出高頻高壓給加熱線圈，線圈產(chǎn)生交變磁場(chǎng)對(duì)熱熔腔加熱，連接在熱熔腔上的溫度傳感器實(shí)時(shí)對(duì)加熱溫度進(jìn)行采樣，然后反饋到高頻發(fā)生器，高頻發(fā)生器再對(duì)反饋回來(lái)的溫度和設(shè)定溫度進(jìn)行對(duì)比，如果反饋溫度比設(shè)定溫度低，高頻發(fā)生器就增大輸出頻率，繼續(xù)提高加熱溫度，直到等于設(shè)定的溫度;相反，如果反饋溫度比設(shè)定溫度高，高頻發(fā)生器就會(huì)減小輸出頻率，減小其加熱溫度，直到等于設(shè)定溫度。而在設(shè)備方面，本實(shí)用新型是采用高頻發(fā)生器、高頻加熱線圈進(jìn)行加熱，高頻感應(yīng)加熱是使熱熔腔本身發(fā)熱，熱量是向內(nèi)部發(fā)散，且熱量比較集中，所以對(duì)成型箱的溫度不會(huì)產(chǎn)生影響。因此，本實(shí)用新型可精準(zhǔn)地控制熱熔溫度和成型溫度。
[0027]3.熱熔溫度波動(dòng)小:
[0028]由于本實(shí)用新型的高頻發(fā)生器為內(nèi)置有PID控制程序的高頻發(fā)生器，該高頻發(fā)生器的面板上設(shè)有顯示屏、頻率/溫度轉(zhuǎn)換按鍵、頻率/溫度調(diào)節(jié)按鍵。高頻發(fā)生器中的PID功能使熱熔腔的溫度被控制在設(shè)定的溫度值，精度單位可達(dá)到±0.01°C。另外，由于感應(yīng)功率的大小與頻率的平方成正比，而且纏繞加熱線圈的圈數(shù)越多、線徑越大，感應(yīng)產(chǎn)生的磁通量就越多，功率(溫度)也隨著增大。所以，只要增大或減小高頻發(fā)生器上的頻率/溫度調(diào)節(jié)按鍵或者改變線圈和圈數(shù)和線徑大小就可改變其加熱溫度，這種調(diào)節(jié)溫度的方式屬于無(wú)極控制。因此，本實(shí)用新型能夠保持在某一個(gè)固定值上不間斷加熱，熱熔溫度波動(dòng)小。
[0029]4.成型工件質(zhì)量好:
[0030]由于本實(shí)用新型采用的高頻電磁加熱是將高頻發(fā)生器與高頻加熱線圈連接，通過(guò)電磁感應(yīng)加熱發(fā)生器通過(guò)“交-直-交”的整流逆變電路，將電能轉(zhuǎn)化為磁能，使金屬材料本身自行快速發(fā)熱來(lái)實(shí)現(xiàn)的，使快速成型機(jī)80%的功率都是用在加熱環(huán)節(jié)上，成型溫度穩(wěn)定；進(jìn)一步，本實(shí)用新型的高頻加熱線圈外部涂有保溫材料，減少了熱量的散失;本實(shí)用新型還包括防護(hù)罩，防護(hù)罩分別套在送絲輪組、高頻線圈及噴嘴外，防護(hù)罩內(nèi)部的空間實(shí)現(xiàn)閉環(huán)溫控，以防熱量散失在成型箱內(nèi)，更好地將成型的溫度保持在70°C左右。因此，本實(shí)用新型對(duì)成型箱的溫度不會(huì)產(chǎn)生影響，成型溫度穩(wěn)定，成型出的工件不易變形，易達(dá)到所需的精度要求，從而保證了成型工件質(zhì)量。
[0031]5.節(jié)能節(jié)電:
[0032]本實(shí)用新型將高頻發(fā)生器與高頻加熱線圈連接，采用了高頻電磁加熱原理，使料管本身自行快速發(fā)熱，避免了傳統(tǒng)電阻絲加熱方式只有緊貼料管的一面熱，只有一半的熱量被利用的現(xiàn)象，因此采用高頻電磁加熱的快速成型機(jī)80%的功率都是用在加熱環(huán)節(jié)上，使用高頻電磁加熱能大幅度的減少耗電量，節(jié)電效果可達(dá)到30%_50%。
[0033]6.維護(hù)成本低:
[0034]由于本實(shí)用新型的高頻電磁加熱線圈可承受500度以上的高溫，由于線圈本身不產(chǎn)生熱量，所以使用壽命時(shí)間長(zhǎng)，避免了電阻絲加熱需要經(jīng)常更換維護(hù)的弊端，減少維修成本;因此，本實(shí)用新型的維護(hù)成本低。
[0035]下面，結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型之基于高頻電磁加熱的熔融式快速成型機(jī)的技術(shù)特征作進(jìn)一步的說(shuō)明。
【附圖說(shuō)明】
[0036]圖1:實(shí)施例一所述的基于高頻電磁加熱的熔融式快速成型機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0037]在上述附圖中，各附圖標(biāo)記說(shuō)明如下:
[0038]1-高頻發(fā)生器，
[0039]101-顯示屏，102-頻率/溫度轉(zhuǎn)換按鍵，103-頻率/溫度調(diào)節(jié)按鍵，
[0040]104-高頻輸出線，
[0041 ]2-成型箱，3-料絲，4-料絲定位塊，5-送絲輪組，6-防護(hù)罩，
[0042]7-熱熔腔，8-高頻加熱線圈，9-料管，10-噴嘴，11_溫度傳感器，
[0043]12-工作臺(tái)，13-恪料。
【具體實(shí)施方式】
[0044]實(shí)施例一:
[0045]—種基于高頻電磁加熱的熔融式快速成型機(jī)，包括高頻發(fā)生器1、成型箱2、位于成型箱2內(nèi)的料絲定位塊4、送絲輪組5、防護(hù)罩6、高頻加熱線圈8、料管9、噴嘴1、溫度傳感器
11、工作臺(tái)12，其中:
[0046]所述的高頻發(fā)生器I的面板上設(shè)有顯示屏101、頻率/溫度轉(zhuǎn)換按鍵102、頻率/溫度調(diào)節(jié)按鍵103，該高頻發(fā)生器I為內(nèi)置有PID控制程序的高頻發(fā)生器；
[0047]所述的料絲定位塊4、送絲輪組5、料管9從上到下依次設(shè)置;料管9為金屬管，該料管9內(nèi)部形成一個(gè)熱熔腔7，熱熔腔7的下部與噴嘴10連接，噴嘴10的下方設(shè)置有所述的工作臺(tái)12。所述的料絲定位塊4的中間留有與料絲3的直徑相適應(yīng)的間隙通道A;所述的送絲輪組5包括一組反向旋轉(zhuǎn)的齒輪，該組反向旋轉(zhuǎn)的齒輪間也留有與料絲3的直徑相適應(yīng)的間隙通道B，該間隙通道B的底部與料管9的熱熔腔7相通。
[0048]所述的高頻加熱線圈8外部涂有保溫材料，該高頻加熱線圈8均勻地纏繞在料管9的外表面，高頻加熱線圈8的兩端分別通過(guò)高頻輸出線104與高頻發(fā)生器I的兩個(gè)輸出端連接。所述的溫度傳感器11設(shè)在料管9的熱熔腔7上，溫度傳感器11與高頻發(fā)生器I的輸入端連接;所述的防護(hù)罩6罩在料絲定位塊4、送絲輪組5、高頻加熱線圈8外。
[0049]本實(shí)用新型之基于高頻電磁加熱的熔融式快速成型機(jī)的工作原理如下:
[0050]首先，根據(jù)加熱功率計(jì)算需要纏繞高頻加熱線圈8的直線和纏繞的圈數(shù)，然后把高頻加熱線圈8均勻的纏繞在料管9的外表面，再在高頻加熱線圈8的外表面加上一層保溫材料，以防止熱量的散失。高頻加熱線圈8的兩端通過(guò)高頻輸出線104分別接到高頻發(fā)生器I的輸出兩個(gè)輸出端，啟動(dòng)高頻發(fā)生器I，在高頻發(fā)生器I上設(shè)定好預(yù)設(shè)加熱溫度，高頻發(fā)生器I輸出高頻高壓給高頻加熱線圈8，高頻加熱線圈8產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，對(duì)熱熔腔7迅速加熱，連接在熱熔腔7上的溫度傳感器11實(shí)時(shí)對(duì)實(shí)際加熱溫度進(jìn)行采樣，然后反饋到高頻發(fā)生器I，高頻發(fā)生器I再對(duì)反饋回來(lái)的實(shí)際加熱溫度和預(yù)設(shè)加熱溫度進(jìn)行對(duì)比，如果反饋回來(lái)的實(shí)際加熱溫度比預(yù)設(shè)加熱溫度低，高頻發(fā)生器I就增大輸出頻率，繼續(xù)提高實(shí)際加熱溫度，直到等于預(yù)設(shè)加熱溫度;相反，如果反饋回來(lái)的實(shí)際加熱溫度比預(yù)設(shè)加熱溫度高，高頻發(fā)生器I就會(huì)減小輸出頻率，減小其實(shí)際加熱溫度，直到等于預(yù)設(shè)加熱溫度;料絲3從料絲定位塊4和送絲輪組5中間的間隙通道穿過(guò)，啟動(dòng)送絲輪組5，料絲送到熱熔腔7里進(jìn)行熔絲，熔絲從噴嘴10中噴出，噴嘴10帶著被擠出的熔料13按3D模型的輪廓在工作臺(tái)12上進(jìn)行運(yùn)動(dòng)填充，由于擠出的熔料冷卻后會(huì)迅速固化，并與底部的材料相粘結(jié)，并一層一層的往Z方向堆積，上一層對(duì)當(dāng)前層起到定位和支撐的作用，如此不斷的循環(huán)，最終形成與3D模型形狀一樣的工件。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于高頻電磁加熱的熔融式快速成型機(jī)，包括成型箱(2)、送絲輪組(5)、料管(9)、噴嘴(10)、工作臺(tái)(12)，所述的送絲輪組(5)、料管(9)、噴嘴(10)、工作臺(tái)(12)均設(shè)在成型箱(2)內(nèi)；其特征在于:還包括高頻發(fā)生器(1)、高頻加熱線圈(8)、溫度傳感器(11);所述的料管(9)設(shè)在送絲輪組(5 )的下方，料管(9)內(nèi)部形成一個(gè)熱熔腔(7 )，熱熔腔(7 )的下部與噴嘴(10)連接;所述的高頻加熱線圈(8)均勻地纏繞在料管(9)的外表面，且高頻加熱線圈(8)的兩端分別與高頻發(fā)生器(I)的兩個(gè)輸出端連接;所述的溫度傳感器(11)設(shè)在料管(9)的熱熔腔(7)上，溫度傳感器(11)與高頻發(fā)生器(I)的輸入端連接;所述的工作臺(tái)(12)設(shè)在噴嘴(10)的下方。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于高頻電磁加熱的熔融式快速成型機(jī)，其特征在于:所述的送絲輪組(5)包括一組反向旋轉(zhuǎn)的齒輪，該組反向旋轉(zhuǎn)的齒輪間留有與料絲直徑相適應(yīng)的間隙通道，該間隙通道的底部與料管(9)的熱熔腔(7)相通。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于高頻電磁加熱的熔融式快速成型機(jī)，其特征在于:所述的高頻加熱線圈(8)外部涂有保溫材料。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于高頻電磁加熱的熔融式快速成型機(jī)，其特征在于:所述的高頻發(fā)生器(I)的面板上設(shè)有顯示屏(101)、頻率/溫度轉(zhuǎn)換按鍵(102)、頻率/溫度調(diào)節(jié)按鍵(103)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于高頻電磁加熱的熔融式快速成型機(jī)，其特征在于:所述的高頻發(fā)生器(I)為內(nèi)置有PID控制程序的高頻發(fā)生器。6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一權(quán)利要求所述的基于高頻電磁加熱的熔融式快速成型機(jī)，其特征在于:該成型機(jī)還包括料絲定位塊(4)，該料絲定位塊(4)設(shè)在送絲輪組(5)的上方，料絲定位塊(4)的中間留有與料絲直徑相適應(yīng)的間隙通道。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于高頻電磁加熱的熔融式快速成型機(jī)，其特征在于:該成型機(jī)還包括防護(hù)罩(6)，防護(hù)罩(6)套在料絲定位塊(4)、送絲輪組(5)、高頻加熱線圈(8)外。
【文檔編號(hào)】B29C67/00GK205467402SQ201620192864
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年3月14日
【發(fā)明人】農(nóng)勝隆, 高尚晗, 黃艷, 林祖正, 周勝飛, 農(nóng)萬(wàn)華, 趙士超, 張瑩, 林偉健, 陳躍
【申請(qǐng)人】廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院