一种熔融沉积成型3d打印装置

技术领域

本发明涉及一种增材制造3D打印技术领域，具体涉及一种熔融沉积成型3d打印装置。

背景技术

3D打印(3D Printing)属于快速成型技术的一种，又称增材制造；它是一种以数字模型为基础，利用激光、热熔喷嘴等方式将塑料、金属、陶瓷粉末等材料进行逐层堆积黏结成型来构造物件的技术。近年来，3D打印技术广泛应用于工业设计、珠宝、汽车、航空航天、牙科和医疗产业、教育等众多领域都有应用。目前常见的3D打印机有选区激光熔融SLM 、选择性激光烧结SLS、三维粉末粘接、熔融层积成型 FDM等多种类型。

熔融沉积成型法(FDM,Fused Deposition Modeling)，也称为熔融长丝制造，这种工艺是通过将丝状材料如热塑性塑料、蜡或金属的熔丝从加热的喷嘴挤出，按照零件每一层的预定轨迹，以固定的速率进行熔体沉积。

目前常规的熔融沉积成型3d打印机，其结构包括底座，安装在底座中部的打印平台，竖直安装在打印平台两侧底座上的支撑架，支撑架上设置有竖向伸缩机构，还包括打印喷头，打印喷头通过水平移动装置安装在竖向伸缩机构上；打印时由竖向伸缩机构控制打印喷头竖向移动逐层打印，每层打印时通过水平移动装置控制打印喷头沿该层打印路径运动完成打印。

这种常规结构存在以下缺陷：1是喷头位置，如果加热温度不高，丝状材料熔化效果不够，打印成型质量效果不好，如果加热温度过高，则会导致喷头后端内部温度过高而使其内部结构容易损毁。2打印的模型产品成型在工作台面上，会和工作台面粘结在一起，经常需要用刀具才能分隔开，模型拿取较为麻烦。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：怎样提供一种能够更好地控制打印温度以提高打印质量的熔融沉积成型3d打印装置，并进一步使其方便打印产品的拿取。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种熔融沉积成型3d打印装置，包括底座，安装在底座中部的打印平台，竖直安装在打印平台两侧底座上的支撑架，支撑架上设置有竖向伸缩机构，还包括打印喷头和送料装置，打印喷头通过水平移动装置安装在竖向伸缩机构上，送料装置安装在支撑架上并和打印喷头相连；打印喷头上设置有电热装置，其特征在于，打印喷头包括喷头本体，喷头本体下端向下延伸设置有喷嘴，所述电热装置安装在喷嘴上，喷头本体外还设置有水冷结构，水冷结构通过柔性的水管和冷却水箱相连，冷却水箱内或冷却水管上设置有循环泵并形成循环冷却系统。

这样，打印喷头工作时，电热装置单独对喷嘴位置加热，使得送至此处的打印丝料熔化并喷出打印，同时依靠循环冷却水管路泵水，使得水冷结构可以对喷头本体持续冷却，保证其内部温度处于较低状态，不受喷嘴位置高温的影响，提高对喷头本体内部的送料结构的保护效果。这样在保证安全性的情况下可以保证喷嘴位置具有足够的高温，保证打印丝料的熔融效果，保证了打印精度。实施时，所述竖向伸缩机构和水平移动装置均为成熟现有技术，通常采用丝杠螺母机构分别实现三个方向的移动控制，具体结构不在此详述。

进一步地，水冷结构为螺旋缠绕在喷头本体外的冷却水管，或者整体设置在喷头本体外侧的水冷夹层。

这样具有结构简单，方便设置的优点。

进一步地，冷却水箱安装固定在支撑架上端的顶板上。这样方便安装固定和供水。

进一步地，还设置有防冻保险装置，防冻保险装置包括固定设置在冷却水箱外侧下端并和冷却水箱内部连通的弹性囊，弹性囊下端水平设置有下夹板，弹性囊上端水平设置有上夹板，下夹板上表面和上夹板下表面具有一对相对设置的触头，触头连接到循环泵的控制回路中，上夹板上方还连接设置有上夹板升降控制装置。

这样，循环冷却系统工作时，先开启上夹板升降控制装置，控制上夹板向下运动，弹性囊内冷却水为液态时，上夹板升降控制装置能够控制上夹板向下运动并挤压弹性囊使得触头接通。此时循环泵的控制回路能够接通开启，使得循环冷却系统开始工作。当冷却水结冰时，冻实的弹性囊能够挡住上夹板，此时循环泵的控制回路不会接通，避免循环泵强行启动导致烧坏损毁。

采用上述防冻保险装置的原因，是因为冷却水中通常会添加防冻液做防冻处理，但遇到极端寒冷天气时，冷却水仍然会结冰。而冷却水中因为添加了防冻液，导致结冰温度不稳定，故很难通过温度检测的方式判断是否结冰。同时因为冷却水箱位于较高位置且处于封闭状态，人工打开冷却水箱查看是否结冰比较麻烦。而且冷却水箱结冰往往是从上方开始，而水管和循环泵均是设置在冷却水箱下端，故只要冷却水箱下方未结冰，其实是仍然可以工作的，并随着冷却水的回流结冰会逐渐融化。故人工查看也存在查看不准确的问题，所以申请人设计了上述纯物理原理的防冻保险装置作为循环泵的保险开关，使得只要冷却水箱内部下方位置未结冰，就可以开启循环泵冷却工作，但一旦冷却水箱下端结冰，则弹性囊被冻住，此时上下夹板之间触头无法接通，循环泵无法开启，起到了灵活检测便捷并能够强制保险的效果。

进一步地，所述上夹板升降控制装置为伸缩电缸，伸缩电缸的伸缩臂向下并固定上夹板，伸缩电缸安装固定在一个电缸支架上，电缸支架安装在顶板上。

这样结构简单，且方便实施，采用该结构等同于采用了伸缩电缸的开关代替了循环泵的开关，并依靠防冻保险装置实现了对水箱底部是否结冰的检测控制，极大地提高了对循环泵的安全控制效果。

进一步地，上夹板包括水平相对设置两个半夹板，一个半夹板位于弹性囊的上方，另一个半夹板下表面设置触头，两个半夹板相对一端各自铰接在一个竖向设置的夹板安装块上，夹板安装块固定在上夹板升降控制装置的伸缩臂下端，夹板安装块上中间位置具有一个竖向设置的滑槽，滑槽内设置有滑块，两个半夹板上各自铰接有一根对称的连接杆，两根连接杆的上端共同铰接在滑块突出于滑槽的外端部上，两个半夹板和夹板安装块之间还设置有保持弹簧，保持弹簧使得半夹板不受外力时保持为水平状态且此时滑块位于滑槽下端。

这样，可以调整设置保持弹簧对半夹板水平状态的保持力大于对弹性囊的挤压变形所需弹力，使得当弹性囊内冷却水为液体时，上夹板可以正常下行并使得触头接通。而当弹性囊内冷却水为结冰的固体时，上夹板升降控制装置的伸缩臂下行过程中，弹性囊能够挡住半夹板，并克服保持弹簧的保持力，在滑块的联动作用下，使得两个半夹板的外端均向上张开，进而使得触头不会接通，但不会影响上夹板升降控制装置的正常工作。避免当弹性囊内冷却水为结冰后，因上夹板无法下行导致上夹板升降控制装置的电机因强行输出功率而耗损。

进一步地，打印平台包括一个安装在底座上的台面箱，台面箱上端中部具有若干并列设置的空槽，空槽内对应设置有可上下滑动的插块，插块上端起始位置和台面箱上表面齐平，插块下端固定在一个台面箱内部的水平设置的托板上，托板下端设置有托板升降控制装置。

这样，在打印完毕后，可以依靠托板升降控制装置，控制托板向上顶出，进而将打印产品脱离台面箱上表面，方便拿取卸下打印产品，解决熔融成形的产品难以从打印平台取下的缺陷。

进一步地，所述托板升降控制装置包括一根竖向固定设置在托板下表面中部的升降管，升降管外套设有一根套管，套管外侧通过一个水平的支持板固定在台面箱内，套管和升降管之间靠竖向设置的止转凹凸结构实现竖向滑动配合，升降管内配合设置有一根转动柱，转动柱可转动地安装在台面箱内，转动柱通过传动机构和动力装置相连，升降管内侧壁上设置有升降控制滑道，转动柱外侧固定设置有升降控制凸起，升降控制凸起滑动配合在升降控制滑道内，升降控制滑道具有沿套管周向相互衔接的第一滑道部、第二滑道部、第三滑道部和第四滑道部，第一滑道部水平设置，第二滑道部一端和第一滑道部衔接，另一端斜向上设置，第三滑道部一端和第二滑动部上端衔接，另一端斜向下设置且下端超过第一滑动部所在高度，第四滑道部一端和第三滑道部下端连接，另一端斜向上和第一滑道部起始端衔接。

这样，升降控制凸起位于第一滑道部时插块上表面和台面箱上表面齐平，作为工作台面供产品打印成形，打印完毕后，控制转动柱转动，升降控制凸起从第一滑道部滑入到第二滑道部，升降管下行，带动插块向下运动强制脱离产品；然后升降控制凸起滑入到第三滑道部，升降管上升带动插块向上并将产品向上顶起，使其脱离台面箱表面；然后升降控制凸起滑入到第四滑道部并由第四滑道部回到第一滑道部，升降管下行带动插块向下复位，至此转动一周完成一个循环。水平的第一滑道部的存在，让复位留有一段余量，保证复位效果。故这样控制转动柱转动一周，完成对托板的先下降再上升再下降的升降控制，实现产品和工作台表面的彻底分离。具有结构简单，实施便捷，控制可靠的效果。

进一步地，传动机构包括安装在转动柱上的从动齿轮和与其啮合的主动齿轮，主动齿轮固定在竖向设置的主动齿轮轴上，主动齿轮轴上固定安装有蜗轮，蜗轮和水平设置的蜗杆啮合，蜗杆外端伸出台面箱并设置转杆把手。

这样，方便通过手摇转动转杆把手实现控制。结构简单且控制方便。当然实施时，转动柱也可以和电机相连实现电动控制。

综上所述，本发明具有能够更好地控制打印温度以提高打印质量且方便打印产品从打印平台分离拿取的优点。

附图说明

图1为本发明具体实施时的结构示意图。

图2为图1中单独防冻保险装置的结构示意图。

图3为图1中单独台面箱的结构示意图。

图4为图3俯视图。

图5为图1中升降管内壁展开后的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式：参见图1-5，一种熔融沉积成型3d打印装置，包括底座1，安装在底座1中部的打印平台，竖直安装在打印平台两侧底座上的支撑架3，支撑架3上设置有竖向伸缩机构4，还包括打印喷头和送料装置，打印喷头通过水平移动装置5安装在竖向伸缩机构上，送料装置（图中未显示）安装在支撑架上并和打印喷头相连；打印喷头上设置有电热装置6，其中，打印喷头包括喷头本体7，喷头本体7下端向下延伸设置有喷嘴8，所述电热装置6安装在喷嘴8上，喷头本体7外还设置有水冷结构9，水冷结构9通过柔性的水管10和冷却水箱11相连，冷却水箱11内（或冷却水管上）设置有循环泵并形成循环冷却系统。

这样，打印喷头工作时，电热装置单独对喷嘴位置加热，使得送至此处的打印丝料熔化并喷出打印，同时依靠循环冷却水管路泵水，使得水冷结构可以对喷头本体持续冷却，保证其内部温度处于较低状态，不受喷嘴位置高温的影响，提高对喷头本体内部的送料结构的保护效果。这样在保证安全性的情况下可以保证喷嘴位置具有足够的高温，保证打印丝料的熔融效果，保证了打印精度。实施时，所述竖向伸缩机构和水平移动装置均为成熟现有技术，通常采用丝杠螺母机构分别实现三个方向的移动控制，具体结构不在此详述。

其中，水冷结构9为螺旋缠绕在喷头本体外的冷却水管，或者在其他实施方式中也可以为整体设置在喷头本体外侧的水冷夹层。

这样具有结构简单，方便设置的优点。

其中，冷却水箱11安装固定在支撑架上端的顶板上。这样方便安装固定和供水。

其中，还设置有防冻保险装置，防冻保险装置包括固定设置在冷却水箱外侧下端并和冷却水箱内部连通的弹性囊12，弹性囊12下端水平设置有下夹板13，弹性囊上端水平设置有上夹板，下夹板13上表面和上夹板下表面具有一对相对设置的触头15，触头15连接到循环泵的控制回路中，上夹板上方还连接设置有上夹板升降控制装置16。

这样，循环冷却系统工作时，先开启上夹板升降控制装置，控制上夹板向下运动，弹性囊内冷却水为液态时，上夹板升降控制装置能够控制上夹板向下运动并挤压弹性囊使得触头接通。此时循环泵的控制回路能够接通开启，使得循环冷却系统开始工作。当冷却水结冰时，冻实的弹性囊能够挡住上夹板，此时循环泵的控制回路不会接通，避免循环泵强行启动导致烧坏损毁。

采用上述防冻保险装置的原因，是因为冷却水中通常会添加防冻液做防冻处理，但遇到极端寒冷天气时，冷却水仍然会结冰。而冷却水中因为添加了防冻液，导致结冰温度不稳定，故很难通过温度检测的方式判断是否结冰。同时因为冷却水箱位于较高位置且处于封闭状态，人工打开冷却水箱查看是否结冰比较麻烦。而且冷却水箱结冰往往是从上方开始，而水管和循环泵均是设置在冷却水箱下端，故只要冷却水箱下方未结冰，其实是仍然可以工作的，并随着冷却水的回流结冰会逐渐融化。故人工查看也存在查看不准确的问题，所以申请人设计了上述纯物理原理的防冻保险装置作为循环泵的保险开关，使得只要冷却水箱内部下方位置未结冰，就可以开启循环泵冷却工作，但一旦冷却水箱下端结冰，则弹性囊被冻住，此时上下夹板之间触头无法接通，循环泵无法开启，起到了灵活检测便捷并能够强制保险的效果。

其中，所述上夹板升降控制装置16为伸缩电缸，伸缩电缸的伸缩臂向下并固定上夹板，伸缩电缸安装固定在一个电缸支架17上，电缸支架17安装在顶板上。

这样结构简单，且方便实施，采用该结构等同于采用了伸缩电缸的开关代替了循环泵的开关，并依靠防冻保险装置实现了对水箱底部是否结冰的检测控制，极大地提高了对循环泵的安全控制效果。

其中，上夹板包括水平相对设置两个半夹板14，一个半夹板位于弹性囊的上方，另一个半夹板下表面设置触头15，两个半夹板相对一端各自铰接在一个竖向设置的夹板安装块18上，夹板安装块18固定在上夹板升降控制装置的伸缩臂下端，夹板安装块上中间位置具有一个竖向设置的滑槽19，滑槽19内设置有滑块，两个半夹板上各自铰接有一根对称的连接杆20，两根连接杆20的上端共同铰接在滑块突出于滑槽的外端部上，两个半夹板14和夹板安装块18之间还设置有保持弹簧21，保持弹簧21使得半夹板不受外力时保持为水平状态且此时滑块位于滑槽下端。

这样，可以调整设置保持弹簧对半夹板水平状态的保持力大于对弹性囊的挤压变形所需弹力，使得当弹性囊内冷却水为液体时，上夹板可以正常下行并使得触头接通。而当弹性囊内冷却水为结冰的固体时，上夹板升降控制装置的伸缩臂下行过程中，弹性囊能够挡住半夹板，并克服保持弹簧的保持力，在滑块的联动作用下，使得两个半夹板的外端均向上张开，进而使得触头不会接通，但不会影响上夹板升降控制装置的正常工作。避免当弹性囊内冷却水为结冰后，因上夹板无法下行导致上夹板升降控制装置的电机因强行输出功率而耗损。

其中，打印平台包括一个安装在底座上的台面箱2，台面箱2上端中部具有若干并列设置的空槽29，空槽29内对应设置有可上下滑动的插块22，插块22上端起始位置和台面箱2上表面齐平，插块22下端固定在一个台面箱内部的水平设置的托板23上，托板23下端设置有托板升降控制装置。

这样，在打印完毕后，可以依靠托板升降控制装置，控制托板向上顶出，进而将打印产品脱离台面箱上表面，方便拿取卸下打印产品，解决熔融成形的产品难以从打印平台取下的缺陷。

其中，所述托板升降控制装置包括一根竖向固定设置在托板下表面中部的升降管24，升降管24外套设有一根套管25，套管25外侧通过一个水平的支持板26固定在台面箱2内，套管25和升降管24之间靠竖向设置的止转凹凸结构实现竖向滑动配合，升降管24内配合设置有一根转动柱27，转动柱27可转动地安装在台面箱内，转动柱27通过传动机构和动力装置相连，升降管24内侧壁上设置有升降控制滑道，转动柱外侧固定设置有升降控制凸起28，升降控制凸起28滑动配合在升降控制滑道内，升降控制滑道具有沿套管周向相互衔接的第一滑道部31、第二滑道部32、第三滑道部33和第四滑道部34，第一滑道部31水平设置，第二滑道部32一端和第一滑道部衔接，另一端斜向上设置，第三滑道部33一端和第二滑动部上端衔接，另一端斜向下设置且下端超过第一滑动部所在高度，第四滑道部34一端和第三滑道部下端连接，另一端斜向上和第一滑道部起始端衔接。

这样，升降控制凸起位于第一滑道部时插块上表面和台面箱上表面齐平，作为工作台面供产品打印成形，打印完毕后，控制转动柱转动，升降控制凸起从第一滑道部滑入到第二滑道部，升降管下行，带动插块向下运动强制脱离产品；然后升降控制凸起滑入到第三滑道部，升降管上升带动插块向上并将产品向上顶起，使其脱离台面箱表面；然后升降控制凸起滑入到第四滑道部并由第四滑道部回到第一滑道部，升降管下行带动插块向下复位，至此转动一周完成一个循环。水平的第一滑道部的存在，让复位留有一段余量，保证复位效果。故这样控制转动柱转动一周，完成对托板的先下降再上升再下降的升降控制，实现产品和工作台表面的彻底分离。具有结构简单，实施便捷，控制可靠的效果。

其中，传动机构包括安装在转动柱27上的从动齿轮35和与其啮合的主动齿轮36，主动齿轮36固定在竖向设置的主动齿轮轴37上，主动齿轮轴上固定安装有蜗轮38，蜗轮和水平设置的蜗杆39啮合，蜗杆外端伸出台面箱并设置转杆把手40。

这样，方便通过手摇转动转杆把手实现控制。结构简单且控制方便。当然实施时，转动柱也可以和电机相连实现电动控制。