專利名稱:打印頭組件及3d打印的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種打印頭組件及3D打印機，所述打印頭組件包括打印頭本體和加熱裝置；所述加熱裝置設置于所述打印頭本體的熱頭上，用于對前一道次打印成型的基材進行加熱。本實用新型的打印頭組件通過加熱裝置對所述已打印的模型最上一層，并將所述基材加熱至表面微融狀態，使得隨后打印出來的物料，更好地與基材融合，從而有效解決3D打印過程中的收縮比較大的塑料類材料3D打印翹邊的問題，也可以解決冷卻速度較快的原材料打印問題，可以顯著改善3D打印成型的質量，使得PP、PE等類型原料的絲以及加入其他物質加以改性的料得以成型，且成型質量較好；本實用新型的打印頭組件也可以應用于類似材料的3D打印。
【專利說明】打印頭組件及3D打印機
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種打印頭組件及3D打印機。
【背景技術】
[0002] 當前，3D打印技術發展迅速，但在原材料的適應性方面還有很大進度空間。比如現 有的FDM(Fused deposition modeling，S卩恪融擠出成型，下同）技術，其原材料料主要以 ABS和PLA絲為主，對于PPJE等類型原料的絲以及加入其他物質加以改性的料，比如加入 木纖維改性過的料絲等）由于其收縮比較大，而且冷卻速度較快，則無法達到好的打印效 果，甚至無法打印。 實用新型內容
[0003] 本實用新型目的是提供一種打印頭組件，其能對PP、PE等原料，以及改性料的打 印具有較好的3D打印效果。
[0004] 本實用新型還提供了一種包括上述打印頭組件的3D打印機。
[0005] 本實用新型解決技術問題采用如下技術方案：一種打印頭組件，包括打印頭本體 和加熱裝置；
[0006] 所述加熱裝置設置于所述打印頭本體的熱頭上，用于對前一道次打印成型的基材 進行加熱。
[0007] 可選的，所述加熱裝置包括多個激光器，所述多個激光器固定于所述打印頭本體 的熱頭上，且沿所述打印頭本體的熱頭的周向均勻分布。
[0008] 可選的，所述加熱裝置包括送風管、出風管和加熱器，所述送風管與所述出風管的 一端連通，所述出風管環繞所述打印頭本體的熱頭設置，所述出風管的另一端封閉，所述出 風管的底表面上開設有多個用于噴出熱風的孔；所述加熱器設置于所述送風管內。
[0009] 可選的，所述加熱裝置包括送風管、出風管、加熱器和噴頭，所述送風管與所述出 風管的一端連通，所述出風管環繞所述打印頭本體的熱頭設置，所述出風管的另一端封閉， 所述噴頭設置于所述出風管的底面上，且與所述出風管連通；所述加熱器設置于所述送風 管內，所述噴頭為多個，所述多個噴頭沿所述出風管均勻分布。
[0010] 可選的，所述打印頭組件還包括風量控制系統，所述風量控制系統包括處理器、溫 度傳感器、鼓風機、溫度控制器、電機控制器和氣體流速傳感器；
[0011] 所述溫度傳感器設置于送風管的管壁上，用于檢測所述加熱器的溫度；
[0012] 所述氣體流速傳感器設置于所述送風管內，用于檢測所述送風管內的氣體的流 速；
[0013] 所述鼓風機的出風口與所述送風管的進風口連通；
[0014] 所述溫度傳感器、氣體流速傳感器、溫度控制器和電機控制器信號連接于所述處 理器；所述溫度控制器與所述加熱器電路連接，所述電機控制器與所述鼓風機的電機電路 連接。
[0015] 本實用新型解決第二個技術問題采用如下技術方案：一種3D打印機，包括如上述 的打印頭組件。
[0016] 本實用新型具有如下有益效果：本實用新型的打印頭組件，通過固定于所述打印 頭本體的熱頭上的加熱裝置實現將打印頭本體下方已打印的模型最上一層，即前一道次打 印成型的基材進行加熱，并將所述基材加熱至表面微融狀態，使得隨后打印出來的物料，更 好地與基材融合，從而有效解決3D打印過程中的收縮比較大的塑料類材料（及其他類似材 料）3D打印翹邊的問題，也可以解決冷卻速度較快的原材料打印問題，可以顯著改善3D打 印成型的質量，使得PP、PE等類型原料的絲以及加入其他物質加以改性的料得以成型，且 成型質量較好；本實用新型的打印頭組件也可以應用于類似材料的3D打印。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本實用新型的打印頭組件的結構示意圖；
[0018] 圖2為本實用新型的打印頭組件的另一角度的結構示意圖；
[0019] 圖3為本實用新型的風量控制系統的結構示意圖；
[0020] 圖中標記示意為：1_打印頭本體；2-加熱裝置；3-送風管；4-出風管；5-加熱器； 6_噴頭；7-鼓風機；8-隔溫層；9-處理器；10-溫度傳感器；11-溫度控制器；12-電機控制 器；13-氣體流速傳感器。
【具體實施方式】
[0021] 下面結合實施例對本實用新型的技術方案作進一步闡述。
[0022] 實施例1
[0023] 參考圖1，本實施例提供了一種打印頭組件，其包括打印頭本體1和加熱裝置2,所 述加熱裝置2設置于所述打印頭本體1的熱頭上，用于對前一道次打印成型的基材進行加 熱。
[0024] 本實施例的打印頭組件，通過固定于所述打印頭本體1的熱頭上的加熱裝置2實 現將打印頭本體下方已打印的模型最上一層，即前一道次打印成型的基材進行加熱，并將 所述基材加熱至表面微融狀態，使得隨后打印出來的物料，更好地與基材融合，從而有效解 決3D打印過程中的收縮比較大的塑料類材料（及其他類似材料）3D打印翹邊的問題，也可 以解決冷卻速度較快的原材料打印問題，可以顯著改善3D打印成型的質量，使得PP、PE等 類型原料的絲以及加入其他物質加以改性的料得以成型，且成型質量較好；本實用新型的 打印頭組件也可以應用于類似材料的3D打印。
[0025] 所述加熱裝置包括多個激光器，所述多個激光器固定于所述打印頭本體的熱頭 上，且沿所述打印頭本體的熱頭的周向均勻分布，以通過激光加熱所述基材，并將所述基材 的表面加熱至微融狀態。
[0026] 所述加熱裝置還可以以下結構，此時所述加熱裝置包括送風管3、出風管4、加熱 器5和噴頭6,所述送風管3與所述出風管4的一端連通，所述出風管4環繞所述打印頭本 體1的熱頭設置，所述出風管4的另一端封閉，所述噴頭6設置于所述出風管4的底面上， 且與所述出風管4連通；所述加熱器5設置于所述送風管3內；更進一步，所述加熱器5可 以為電加熱絲，此時電加熱絲加熱所述送風管3內的空氣，并將其加熱到一定溫度，所述通 過鼓風機7將所述送風管3內的空氣輸送至所述出風管4,并通過噴頭6噴出，此時熱風可 以加熱所述基材，并可以將基材的表面加熱至發粘，并使得熱頭流出的材料快速融合至所 述基材；當然所述加熱裝置也可以不包括噴頭，此時，所述出風管4的底表面開設有多個用 于噴出熱風的孔即可，更進一步，所述孔沿所述出風管均勻分布。
[0027] 本實施例中，可選的，所述送風管3和所述打印頭本體1的熱頭之間隔溫層8,所述 隔溫層8的厚度為0. 2至3_，所述隔溫層8可以為玻璃纖維、硅酸鋁等材料制備；所述打 印頭本體1呈臺階狀，所述送風管3的底面距離所述打印頭本體1的熱頭的出料口的距離 為0. 2至2mm，所述送風管3的上表面距離所述臺階面的高度為0. 2至I. 5mm。
[0028] 為實現對所述加熱器的輸入功率的控制，以及對所述送風管內的空氣流速的控 制，本實施例中，還包括風量控制系統，所述風量控制系統包括處理器9、溫度傳感器10、鼓 風機7、溫度控制器11、電機控制器12和氣體流速傳感器13 ;所述溫度傳感器10設置于送 風管3的管壁上，用于檢測所述加熱器5的溫度，所述氣體流速傳感器13設置于所述送風 管3內，用于檢測所述送風管3內的氣體的流速，所述鼓風機7的出風口與所述送風管3的 進風口連通，所述溫度傳感器10、氣體流速傳感器13、溫度控制器11和電機控制器12信號 連接于所述處理器9 ;所述溫度控制器11與所述加熱器5電路連接，所述溫度控制器11接 收所述處理器9所下發的溫控控制指令，用于對所述加熱器5的功率進行控制；所述電機控 制器12與所述鼓風機7的電機電路連接，且其可以接收所述處理器9所下發的電機轉速控 制指令對所述鼓風機7的電機的轉速進行控制，以控制所述送風管3內的氣體的流速。
[0029] 更優選地，所述處理器9可以為3D打印機的處理器，當將所述打印頭組件安裝于 所述3D打印機時，可以采用3D打印機的處理器作為所述風量控制系統的處理器。
[0030] 實施例2
[0031] 本實施例提供了一種3D打印機，其包括實施例1中所述的打印頭組件。實施例3
[0032] 本實施例提供了一種3D打印方法，其采用實施例2中所述的3D打印機，包括以下 步驟：
[0033] S10、啟動所述3D打印機，并啟動所述風;控制系統；
[0034] S20、根據被成型的材料的不同，以及打印速度的不同調整出風量和出風溫度；
[0035] S30、開始進行3D打印，直至被成型的材料成型為產品。
[0036] 本實施例中，優選地，所述3D打印方法在所述步驟S20和S30之間還包括步驟 S25 ：
[0037] S25、放置一塊底板，所述底板的材質與所述被成型的材料相同，此時可以在所述 底板上進行3D打印，由于打印成型的層與所述底板能夠較好的融合，因此不易產生翹邊問 題。
[0038] 本實施例中，所述步驟S20具體為：
[0039] S201、設定3D打印參數，并生成不同的溫度和風量的調整命令，所述調整命令為 GP0、GP1……GPk……GPruGPmax ;所述η為自然數，所述k為小于η的自然數；
[0040] S202、根據3D打印時切片軟件所生成的GCode指令，在所述每一個GCode指令之 前添加所述調整命令；
[0041] S203、在所述最后一條GCode指令后，生成關閉加熱器和鼓風機的命令。
[0042] 以通過在所述打印指令執行之前調整將所述風量和出風溫度調整至執行所述3D 打印時的最佳的風量和溫度，從而更有利于基材和被打印材料之間的融合，提高成型效果。
[0043] 本實施例中，為方便3D打印機執行打印指令，所述步驟S20還包括S204 :
[0044] S204、將所述調整命令、GCode指令和關閉所述加熱器和鼓風機的命令保存為文 件，所述文件可以被所述3D打印機的處理器執行，以完成3D打印。
[0045] 本實施例中，所述步驟S201具體為：
[0046] S2011、設定打印速度Vl ;設定時間間隔T，所述時間間隔T所表示的時間為從上一 次打印某一位置（A位置）時，距離本次打印與該位置（A位置）相鄰的區域時的時間差值， 所述相鄰區域可以為以A位置為中心，寬度為2-10mm，長度為2-10mm，高度為每一層切片高 度（即下文中采用slic3r軟件進行切片處理時，所形成的切片高度）的立方體；假定最小 風量Q0,對應換算為鼓風機電機功率PO;最大風量QMax，對應換算成鼓風電機功率PMax， 所述加熱器的功率根據材料的不同而改變；
[0047] S2012、將所述QO-Qmax之間N+1等分，所述N為自然數，即得到不同的風量QO、 Ql......Qk......Qn、Qmax ;所述k為小于η的整數；
[0048] S2013、將所述不同的出風量與所述時間間隔T相對應，即當所述兩次打印的時間 間隔T小于TO時，對應的出風量為Q0,當所述時間間隔T大于等于TO小于Tl時，對應的出 風量為Ql ;……；當所述時間間隔T大于Tn時，對應的出風量為Qmax，所述T1、T2……、Τη 為依次增大的時間間隔；
[0049] S2014、根據所述時間間隔T和對應的出風量Q得到調節命令GP，所述調節命令GP 如下表所示：
[0050] 表一調節命令與時間間隔和出風量的對應關系表
[0051]
【權利要求】
1. 一種打印頭組件，其特征在于，包括打印頭本體和加熱裝置； 所述加熱裝置設置于所述打印頭本體的熱頭上，用于對前一道次打印成型的基材進行 加熱。2. 根據權利要求1所述的打印頭組件，其特征在于，所述加熱裝置包括多個激光器，所 述多個激光器固定于所述打印頭本體的熱頭上，且沿所述打印頭本體的熱頭的周向均勻分 布。3. 根據權利要求1所述的打印頭組件，其特征在于，所述加熱裝置包括送風管、出風管 和加熱器，所述送風管與所述出風管的一端連通，所述出風管環繞所述打印頭本體的熱頭 設置，所述出風管的另一端封閉，所述出風管的底表面上開設有多個用于噴出熱風的孔；所 述加熱器設置于所述送風管內。4. 根據權利要求1所述的打印頭組件，其特征在于，所述加熱裝置包括送風管、出風 管、加熱器和噴頭，所述送風管與所述出風管的一端連通，所述出風管環繞所述打印頭本體 的熱頭設置，所述出風管的另一端封閉，所述噴頭設置于所述出風管的底面上，且與所述出 風管連通；所述加熱器設置于所述送風管內；所述噴頭為多個，所述多個噴頭沿所述出風 管均勻分布。5. 根據權利要求3或4所述的打印頭組件，其特征在于，還包括風量控制系統，所述 風量控制系統包括處理器、溫度傳感器、鼓風機、溫度控制器、電機控制器和氣體流速傳感 器； 所述溫度傳感器設置于送風管的管壁上，用于檢測所述加熱器的溫度； 所述氣體流速傳感器設置于所述送風管內，用于檢測所述送風管內的氣體的流速； 所述鼓風機的出風口與所述送風管的進風口連通； 所述溫度傳感器、氣體流速傳感器、溫度控制器和電機控制器信號連接于所述處理器； 所述溫度控制器與所述加熱器電路連接，所述電機控制器與所述鼓風機的電機電路連接。6. -種3D打印機，其特征在于，包括如權利要求5所述的打印頭組件。
【文檔編號】B29C67-00GK204278540SQ201420732601
【發明者】郝秀敏, 董一航, 董成田 [申請人]董一航