[發明專利]基于熔融沉積成型技術的擠出頭裝置

在審

• 申請號: 201510767666.4
• 申請日: 2015-11-11
• 公開（公告）號: CN105235218A
• 公開（公告）日: 2016-01-13
• 發明（設計）人: 鄭彬;唐強;楊菊山;孫小勇;張祺
• 申請（專利權）人: 中國科學院重慶綠色智能技術研究院
• 主分類號: B29C67/00
• 分類號: B29C67/00;B33Y30/00;B29C47/86;B29C47/92
• 代理公司: 上海光華專利事務所 31219
• 代理人: 熊萬里

技術領域

本發明屬于熔融沉積成型技術領域，具體涉及一種基于熔融沉積成型技術的三維分層打印的擠出頭裝置。

背景技術

3D打印技術屬于快速原型成型技術，其基本原理是疊層制造，由快速打印機在X-Y平面內通過掃描形式形成工件的截面形狀，而在Z坐標間斷地作層面厚度的位移，最終形成三維制件。熔融沉積成型(FDM)技術是3D打印技術中的一種，其將絲狀的熱熔性材料加熱融化，同時三維噴頭在計算機的控制下，根據截面輪廓信息，將材料選擇性地涂敷在工作臺上，快速冷卻后形成一層截面。一層成型完成后，機器工作臺下降一個高度(即分層厚度)再成型下一層，直至形成整個實體造型。

目前基于FDM原理3D打印機擠出頭在使用中經常會碰到以下問題:①擠出頭僅有一個溫控裝置，熔化區間溫度和出口流動成型溫度兩者無法兼顧；②擠出頭散熱端的溫度較高，能耗高。料絲在散熱端中過早軟化，導致噴頭的出絲不穩定、擠出困難，甚至送絲失效；③測溫不夠精確，不能準確測量料絲在熔化通道內熔融所需溫度；④擠絲效率低，基本只能打印熱物性相差不大的材料，對于高熔點材料和變化復雜的工況，很難自適應；⑤擠出頭加熱腔體部分沒有完全保溫，散熱損失大，不能有效提高擠出頭工作溫度上限，影響成型室溫度場分布的均勻性。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種基于熔融沉積成型技術的擠出頭裝置，減少擠出機構的散熱損失，降低擠出頭散熱端的溫度，防止料絲在散熱端中過早軟化，提高熱量有效利用率。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明技術方案如下：

一種基于熔融沉積成型技術的擠出頭裝置，包括具有熔化通道的擠出頭本體，所述擠出頭本體上設置有加熱組件和測溫組件，所述擠出頭本體上端連接有散熱裝置，下端設有噴嘴；所述擠出頭本體與散熱裝置之間還設置有隔熱結構。

采用上述結構，設置隔熱結構可防止料絲過早軟化和減少擠出頭本體熱量損失。避免擠出頭散熱端溫度過高導致噴頭的出絲不穩定、擠出困難，甚至送絲失效。既降低能耗，又保證料絲可靠供絲。

作為優選：所述擠出頭本體上端通過中空的連桿與散熱裝置連接，且所述擠出頭本體上端與散熱裝置之間還設置有隔熱件。隔熱件和中空連桿形成隔熱結構，隔熱件由超低導熱系數非金屬材料制成，有效將加熱塊分隔絕熱為數段，有利于加熱分段之間的單獨溫控，相互溫度影響較小。

作為優選：所述連桿包括用于與加熱塊上端連接的下外螺紋段、用于減少導熱的中部喉口段以及用于與散熱裝置裝配的上外螺紋段。

作為優選：所述連桿與散熱裝置連接的內通道具有隔熱通道，所述隔熱通道內設置有空氣隔層或隔熱套管。該結構用于減少擠出頭本體熱量向散熱裝置傳遞。根據料絲特性決定是否加裝隔熱套管。隔熱套管一般采用聚醚醚酮或聚四氟乙烯等耐高溫的低導熱系數材料。

作為優選：所述隔熱保溫結構包括隔熱層和保溫層，所述隔熱層包裹住擠出頭本體、加熱組件和測溫組件，所述保溫層包覆在隔熱層外，所述保溫層外設置有保溫框架。

對擠出頭本體整體保溫，減少擠出機構的散熱損失，提高熱量有效利用率，可減小擠出頭本體溫差，同時減小擠出機構對周圍環境溫度場影響。有效提高擠出頭工作溫度上限，保證成型室溫度場分布的均勻性。

作為優選：所述噴嘴通過螺紋與擠出頭本體下端連接，或噴嘴與擠出頭本體一體成型；所述噴嘴口模直徑小于料絲直徑，噴嘴中間有一個由上至下逐漸直徑逐漸減小的過渡漸變段，并減小到所需擠絲直徑。

噴嘴和加熱塊為一體結構設計，可防止熔融后料絲的溢出和維持料絲在噴嘴中溫度穩定。

作為優選：所述噴嘴的所需擠絲直徑為0.4-0.6mm，噴嘴角度為50°-70°，通道口模段長徑比為2-20。

作為優選：所述散熱裝置包括散熱翅片、用于與送絲裝置連接的連接孔以及用于與運動機構相連的固定孔。

作為優選：所述擠出頭本體為一體式加熱塊，所述加熱塊中心開設有通孔形成所述熔化通道，加熱塊上開設有多個凹槽將加熱塊分隔成多個加熱分段，相鄰兩加熱分段之間的凹槽內設置有隔熱塊，每個所述加熱分段上均設置有加熱組件和測溫組件。