一种可调恒温打印喷头及其温度调节方法

技术领域

本发明涉及3D打印技术，具体地讲，涉及一种用于3D打印的可调恒温打印喷头及其温度调节方法。

背景技术

3D打印是一种新型的快速成型技术，它综合了数字建模技术、机电控制技术、信息技术、材料科学与化学等诸多领域的前沿技术，涉及的领域较多。3D打印中的喷头是关键部件，其质量的优劣更是很大程度上决定了打印作业的品质。

此外，材料是3D打印的物质基础，在3D打印中所使用的材料主要包括工程塑料、橡胶、光敏树脂、石膏、金属和陶瓷等，在生物应用领域还有人造骨粉、细胞生物原料等。这些材料都是针对3D打印设备和工艺来研发的，有不同的形态，比如粉末状、丝状、层片状、液体状等。因此目前的3D打印喷头通常需要具备温度调节功能，以适用于不同的打印材料。

例如授权公告号为CN108501373B的专利中公开了一种自动调节出料方式的温度可控3D打印喷头，该专利中的3D打印喷头的温度调节是通过电阻丝和散热扇来实现的，具体地讲，电阻丝通电对喷头进行加热升温，需要散热时启动散热扇，但是该3D打印喷头的温度调节存在以下缺点：（1）电阻加热是电流通过电阻产生热量，热量的产生与电流、电压及导体本身成正比，因此，电阻加热浪费电能较多，此外电阻丝与导体之间的绝缘处理要求很高以防止触点危险发生，由此可见，电阻加热不太适用于喷头这种精密部件；（2）利用散热扇来散热存在散热不均匀、效率低的缺点。

因此，有必要对现有的喷头温度调节装置进行改进和优化。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理、温度调节方便且精确的可调恒温打印喷头，并提供其调节方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种可调恒温打印喷头，包括喷针，其特征在于：还包括冷却管、半导体制冷片、热传感器和水冷壳体；所述喷针穿设在冷却管中，所述半导体制冷片包裹在冷却管的圆周外侧；所述热传感器包裹在冷却管的圆周外侧，且热传感器的外侧与半导体制冷片的内侧接触连接，热传感器用于检测半导体制冷片和冷却管的温度；所述水冷壳体设置在半导体制冷片的圆周外侧，用于对半导体制冷片进行散热。

优选的，本可调恒温打印喷头还包括固定外壳、顶盖、进墨管和连接座；所述固定外壳的一端与冷却管连接，固定外壳的另一端与顶盖连接，所述连接座安装在固定外壳中并与冷却管顶部接触；所述进墨管穿设在连接座中，进墨管的下端与喷针顶端连接，进墨管的上端依次从连接座和顶盖穿出。

优选的，在连接座顶部与顶盖之间设置有橡胶垫圈。

优选的，所述固定外壳与顶盖和冷却管的连接均是采用螺纹连接。

优选的，所述水冷壳体内部设置有水冷腔，以及在水冷壳体外侧连接有与所述水冷腔连通的进水口和出水口。

优选的，所述水冷壳体安装有用于对水冷腔进行密封的水冷腔盖；水冷腔盖与水冷壳体通过螺纹连接。

优选的，所述水冷壳体的高度大于半导体制冷片的高度，水冷壳体具有一呈上粗下细的容纳腔，所述冷却管安装在该容纳腔中，并且冷却管的下端与该容纳腔的细部螺纹连接，该容纳腔的粗部与冷却管的圆周外侧之间形成用于安装半导体制冷片的环形空间。

优选的，所述冷却管具有一圈定位台阶，一圈定位台阶用于对热传感器的轴向安装位置进行限位。

优选的，所述冷却管采用金属、聚合物和氧化物材质制成。

本发明还提供了上述的可调恒温打印喷头的温度调节方法，温度调节方法具体如下：

半导体制冷片通过控制器设定的温度对冷却管进行加热或冷却，冷却管将热量传递至喷针，从而对喷针中的墨水温度进行调节；

热传感器同时检测半导体制冷片和冷却管的温度，并将两者的温度信息输送给控制器，控制器通过反馈调节来保持半导体制冷片与冷却管之间恒定的温差，温差大小的绝对值即表示加热或冷却的速度，温差大于零时为冷却状态，温差小于零时为加热状态，温差等于零时为恒温状态；

半导体制冷片对冷却管进行冷却时，向水冷壳体通入冷却水，从而使半导体制冷片外侧的热量得到散发；半导体制冷片对冷却管进行加热时，水冷壳体中的冷却水作为半导体制冷片的恒温热源。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

1、安装一个半导体制冷片就可以实现对冷却管进行加热或冷却，半导体制冷片占用安装空间小，且可靠性高、无制冷剂污染，非常适合喷头这种安装空间受到限制且可靠性要求高的精密部件上；

2、安装有热传感器，利用热传感器同时检测半导体制冷片和冷却管的温度，并利用控制器通过反馈调节来保持半导体制冷片与冷却管之间恒定的温差，具有温度调节方便、精准可靠的优点；

3、半导体制冷片的圆周外侧设置有水冷壳体，当半导体制冷片对冷却管进行冷却时，通过水冷壳体能加速半导体制冷片外侧热量的散发，以加快温度调节速度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的立体结构示意图（四分之一剖切）。

图2是本发明实施例的主视结构示意图。

图3是本发明实施例的俯视结构示意图。

图4是本发明实施例的左视结构示意图（半剖）。

附图标记说明：进水口1；水冷壳体2；水冷腔盖3；固定外壳4；顶盖5；进墨管6；橡胶垫圈7；连接座8；冷却管9；出水口10；热传感器11；半导体制冷片12；水冷腔13；喷针14。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例。

参见图1至图4。

本实施例中公开了一种用于3D打印的可调恒温打印喷头，其包括喷针14、冷却管9、半导体制冷片12、热传感器11、水冷壳体2、固定外壳4、顶盖5、进墨管6和连接座8。

本实施例中，固定外壳4的上端开设有一圈外螺纹，下端开设有一圈内螺纹，固定外壳4通过一圈外螺纹与顶盖5螺纹连接，通过一圈内螺纹与冷却管9上端螺纹连接。连接座8安装在固定外壳4中，并且其底部与冷却管9顶部接触，在连接座8顶部与顶盖5之间设置有橡胶垫圈7，橡胶垫圈7可将连接座8压紧在冷却管9上。

本实施例中，喷针14穿设在冷却管9中，其下端从冷却管9露出；进墨管6穿设在连接座8中，进墨管6的下端与喷针14顶端连接，进墨管6的上端依次从连接座8和顶盖5穿出，进墨管6与3D打印装置的供墨盒连接，通过进墨管6将墨水输送至喷针14中。

本实施例中，水冷壳体2内部设置有水冷腔13，水冷腔13通过水冷腔盖3进行密封，水冷腔盖3与水冷壳体2通过螺纹旋拧连接。在水冷壳体2外侧壁面连接有与水冷腔13连通的进水口1和出水口10，通过进水口1向水冷腔13中注入冷却水，吸收热量后的冷却水从出水口10流出，从而使冷却水能够有效地在冷却腔13中循环流动。

本实施例中，水冷壳体2的高度大于半导体制冷片12的高度，水冷壳体2具有一呈上粗下细的容纳腔，冷却管9安装在该容纳腔中，并且冷却管9的下端与该容纳腔的细部螺纹连接，该容纳腔的粗部与冷却管9的圆周外侧之间形成用于安装半导体制冷片12的环形空间，半导体制冷片12呈包裹式地设置在冷却管9的圆周外侧，且半导体制冷片12的圆周外侧是与水冷壳体2内壁贴合的，向水冷腔13中注入冷却水即可实现对半导体制冷片12进行散热。冷却管9采用金属、聚合物和氧化物材质制成，具备良好的热传导性能，具体参考现有技术。

本实施例中，热传感器11也是包裹在冷却管9的圆周外侧，并且热传感器11的外侧与半导体制冷片12的内侧接触连接，从而使热传感器11能够同时检测半导体制冷片12和冷却管9的温度信息，并将温度信息反馈至3D打印装置的控制器（现有技术）。

本实施例中，为了方便热传感器11的安装和定位，在冷却管9外侧设置一圈定位台阶，一圈定位台阶可用于对热传感器11的轴向安装位置进行限位，便于装配。

本实施例可调恒温打印喷头在进行打印作业时，其具体的温度调节方法如下：

墨水通过进墨管6输送到喷针14，半导体制冷片12通过控制器设定的温度对冷却管9进行加热或冷却，冷却管9将热量传递至喷针14，从而对喷针14中的墨水温度进行调节；

热传感器11同时检测半导体制冷片12和冷却管9的温度，并将两者的温度信息输送给控制器，控制器通过反馈调节来保持半导体制冷片12与冷却管9之间恒定的温差，温差大小的绝对值即表示加热或冷却的速度，恒定的温差能够保证恒定的加热速度，温差大于零时为冷却状态，温差小于零时为加热状态，温差等于零时为恒温状态；

由于半导体制冷片12的性质，半导体制冷片12对冷却管9进行冷却时，需要对其靠近水冷腔13的一侧进行散热，此时通过进水口1向冷却腔13中注入冷却水，同时出水口10使得冷却水能够有效地在冷却腔13中循环流动，由此，半导体制冷片12外侧的热量能够得到有效散发；半导体制冷片12对冷却管9进行加热时，由于冷却时水较大的比热容，循环流动时能够作为半导体制冷片12的恒温热源。

本实施例可调恒温打印喷头能够针对不同墨水的性质，通过在打印过程中进行有效的温度调节，从而使打印墨水呈现所预期的状态，具有温度调节方便、精准可靠的优点。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。