一種電磁感應加熱式3d打印機擠出噴頭的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及的是一種3D打印噴頭，特別是涉及一種采用金屬絲作為耗材的3D打印機擠出噴頭。
【背景技術】
[0002]3D打印機又稱三維打印機，即快速成形技術的一種機器，它是一種數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。過去其常在模具制造、工業設計等領域被用于制造模型，現正逐漸用于一些產品的直接制造。該技術可用于珠寶，鞋類，工業設計，建筑，工程和施工(AEC)，汽車，航空航天，牙科和醫療產業，教育，地理信息系統，土木工程，和許多其他領域。
[0003]目前比較成熟的金屬3D打印技術包括選區激光燒結技術(SLS)、直接金屬粉末激光燒結技術(DMLS)、選區激光熔化技術(SLM)、激光近鏡成型技術(LENS)和電子束選區熔化技術(EBSM)。國內外在金屬3D打印技術發面取得了較多的成果，但是存在成型效率低、加工設備成本高及可加工的材料有限，使其的應用領域受到限制，目前多應用于航天、軍工和一些特殊領域。
[0004]基于FDM原理的3D打印方法，使金屬絲耗材在噴頭內熔化，噴頭沿零件截面輪廓和填充軌跡運動，同時將熔化的材料擠出，材料迅速凝固，并與周圍的材料凝結，通過逐層打印的方法實現材料的成型，這種加工方法能夠很大的程度上降低金屬3D的成本并提高成型效率。擠出噴頭是3D打印機的核心部件，目前基于FDM原理的3D打印機大多采用電阻絲加熱的方式，但是對于采用金屬絲作為耗材的擠出噴頭，電阻絲加熱會存在一些問題:1、電阻絲加熱的效率低，熱量散失大且能耗較高;2、電阻絲加熱的加熱能力不足，由于電阻絲加熱裝置受到擠出噴頭的尺寸的限制，其結構尺寸有限，對于一些高熔點的金屬其提供的熱量不足以使金屬充分熔化，這會導致出絲效率低下、噴頭易被堵住、耗材擠出困難;3、電阻絲加熱的預熱時間長，影響3D打印機的工作效率。4、由于擠出噴頭和金屬絲耗材的導熱作用，送料端的溫度高，耗材在送料端過早軟化，導致導致出絲效率低下、噴頭易被堵住、耗材擠出困難。
【發明內容】
[0005]本實用新型的目的是提供一種加熱的效率高、能量損耗小，出絲效率高并能解決擠出噴頭易堵塞問題的電磁感應加熱式3D打印機擠出噴頭。
[0006]本實用新型的目的是這樣實現的:
[0007]包括組合式噴頭、加熱裝置、冷卻裝置、送料裝置和保護氣體通道，組合式噴頭和冷卻裝置安裝在支承板上，保護氣體通道安裝在支承板和隔熱板上面;組合式噴頭的陶瓷噴頭外設置環形金屬塊;所述加熱裝置是電磁感應加熱裝置，包括電磁感應線圈、線圈固定架、支承架、屏蔽罩I和屏蔽罩II，電磁感應線圈的引出線通過線圈固定架安裝在支承架上，電磁感應線圈套在環形金屬塊外，屏蔽罩I和屏蔽罩II連接并罩在電磁感應線圈外，屏蔽罩I安裝在支承架上。
[0008]本實用新型還可以包括:
[0009]1、所述的組合式噴頭包括陶瓷噴頭、環形金屬塊、隔熱陶瓷環、緊固螺釘、噴頭固定環和喉管，環形金屬塊和隔熱陶瓷環安裝在陶瓷噴頭上，陶瓷噴頭通過4個緊固螺釘安裝在噴頭固定環上，喉管安裝在噴頭固定環上。
[0010]2、喉管上設置有環形散熱片組。
[0011]3、所述的保護氣體通道包括進氣管、出氣管1、出氣管II和出氣管III，進氣管通過管接頭I安裝在第二支承板上，出氣管I?III安裝在隔熱板上并通過管接頭II與進氣管連接，出氣管I?III通過出氣管支架固定在屏蔽罩I上，出氣管I?III排出分布在陶瓷噴頭出口的周圍。
[0012]4、所述的冷卻裝置包括電機、扇葉和電機固定架，扇葉安裝在電機上，電機安裝在電機固定架上，扇葉的位置與喉管相對應。
[0013]本實用新型提供了一種新型電磁感應加熱式擠出噴頭，實現金屬3D打印，并解決電阻絲加熱方式的加熱的效率低、能量損耗大、加熱能力不足以及金屬絲耗材在送料端過早軟化堆積的問題，提高出絲效率并解決擠出噴頭易堵塞的問題。
[0014]本實用新型的電磁感應加熱式3D打印機擠出噴頭主要由組合式噴頭、電磁感應加熱裝置、冷卻裝置、送料裝置和保護氣體通道五部分組成。組合式噴頭和冷卻裝置安裝在支承板上，電磁感應加熱裝置安裝在隔熱板上，保護氣體通道安裝在支承板和隔熱板上面。
[0015]所述的組合式噴頭包括陶瓷噴頭、環形金屬塊、耐高溫隔熱陶瓷環、緊固螺釘、噴頭固定環和喉管，環形金屬塊和耐高溫隔熱陶瓷環安裝在陶瓷噴頭上，陶瓷噴頭通過4個緊固螺釘安裝在噴頭固定環上，喉管安裝在噴頭固定環上。
[0016]組合式噴頭中，環形金屬塊的熔點高于金屬絲耗材，在電磁感應線圈產生的高頻電磁場的作用下，環形金屬塊和陶瓷噴頭內的金屬絲耗材的內部會產生渦流，電能轉化為熱能，陶瓷噴頭內的金屬絲耗材在環形金屬塊產生的熱量和自身產生的熱量二者共同作用下而熔化。
[0017]耐高溫隔熱陶瓷環具有良好的隔熱性，能夠有效的阻礙陶瓷噴頭和環形金屬塊的熱量傳導到噴頭固定環和喉管上，喉管上設置有多個環形散熱片，對金屬絲耗材傳導到喉管上的熱量進行散熱。
[0018]所述的緊固螺釘的尾部涂有隔熱涂層。
[0019]所述的電磁感應加熱裝置包括電磁感應線圈、線圈固定架、支承架、屏蔽罩I和屏蔽罩II，電磁感應線圈安裝在線圈固定架上，線圈固定架安裝在支承架上，屏蔽罩I和屏蔽罩II的電阻率較高且具有良好的電磁屏蔽效果，用于屏蔽電磁感應線圈產生的高頻電磁場，防止高頻電磁場對屏蔽罩I和屏蔽罩II周邊的裝置造成影響，屏蔽罩I和屏蔽罩II通過螺栓連接，屏蔽罩I安裝在支承架上。
[0020]所述的保護氣體通道包括進氣管、出氣管1、出氣管II和出氣管III，進氣管通過管接頭I安裝在支承板上，出氣管I?III安裝在隔熱板上并通過管接頭II與進氣管連接，出氣管I?III通過出氣管支架固定在屏蔽罩I上，出氣管I?III排出保護氣體以防止陶瓷噴頭擠出的金屬氧化。
[0021 ]所述的冷卻裝置包括電機、扇葉和電機固定架，扇葉安裝在電機上，電機安裝在電機固定架上，冷卻裝置對喉管進行散熱。
[0022]所述的送料裝置包括金屬絲耗材、輥子I和輥子II，輥子I和輥子II由步進電機驅動，輥子I和輥子II分別順時針和逆時針旋轉實現送料。
[0023]本實用新型的優點在于:
[0024]1、本實用新型采用電磁感應加熱，電磁感應加熱可以局部加熱且加熱效率高、節能環保；電磁感應加熱的加熱溫度高，而且是非接觸式加熱，加熱速度快且溫度容易控制，同時加熱均勻。工作時，在電磁感應線圈產生的高頻電磁場的作用下，環形金屬塊和陶瓷噴頭內的金屬絲耗材的內部會產生渦流，電能轉化為熱能;環形金屬塊加熱陶瓷噴頭整體，預熱陶瓷噴頭且保證了陶瓷噴頭溫度分布的均勻性，同時為金屬絲耗材熔化提供熱量;金屬絲耗材在高頻磁場的作用下，自身會產生大量的熱量而使其熔化，熔融的金屬絲耗材在送料裝置的作用力下從陶瓷噴嘴擠出；這種并行加熱方式，有利于金屬絲耗材的充分熔化和保證熔化部分溫度的均勻性，實際上環形金屬塊起著加熱和保溫的雙重作用。
[0025]2、本實用新型采用的陶瓷噴頭耐高溫、化學穩定性好，有利于延長噴頭的壽命。陶瓷噴頭上安裝有耐高溫隔熱陶瓷環，能夠有效的阻礙陶瓷噴頭和環形金屬塊的熱量傳導到噴頭固定環和喉管上，很大程度上減少了組合式噴頭的加熱部分對送料部分的影響，喉管的溫度僅受金屬絲耗材傳遞熱量的影響，這樣提高了喉管的散熱效果，從而防止金屬絲耗材過早軟化而導致的出絲效率低下、噴頭易被堵住、耗材擠出困難問題。
[0026]3、組合式噴頭結構有利于噴頭的維修和零部件的更換，緊固螺釘的尾部涂有隔熱涂層，減少了緊固螺釘的導熱對噴頭固定環和喉管的影響，隔熱板也減少了組合式噴頭的加熱部分對送料部分的影響。屏蔽罩I和屏蔽罩II用于