一种分区调温式3D打印旋转塑化喷头

本发明属于3d打印，尤其是涉及一种分区调温式3d打印旋转塑化喷头。

背景技术：

1、熔融沉积成型（fdm）是当前应用广泛的增材制造技术，喷头装置是fdm设备中完成耗材输送、加热熔融与挤出成型的核心部件，常规喷头装置主要由送料机构、加热熔融段和喷嘴组成，送料机构通过送料轮与弹性抵压轮将丝状耗材向下输送，加热熔融段通过加热块对耗材进行加热，使耗材由固态转变为熔融态后经喷嘴挤出，逐层堆积形成制件，为保持送料段耗材刚性，常规喷头常在送料段设置冷却风道，对耗材进行吹风降温。

2、但常规喷头在实际应用中仍存在两方面不足，一方面，送料段冷却风道多为单侧固定结构，气流仅从耗材单侧吹拂，耗材周向受冷不均，降温效果有限，送料段耗材刚性不足，易造成送料打滑或弯折；且耗材经冷却后直接进入高温熔融区，冷热冲击较大，熔融温度易波动，另一方面，熔融段普遍采用固定式加热块结构，耗材主要依靠与高温内壁的接触换热由表及里熔化，换热面积和熔体均化路径有限，熔体温度均匀性较差；在高速打印时，耗材停留时间缩短，易出现芯部未熔或局部过热，影响挤出质量和成型精度。

3、为此，提出一种分区调温式3d打印旋转塑化喷头来解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明旨在解决现有3d打印喷头送料段周向冷却不均、入熔前温差较大以及高速打印条件下塑化不充分、熔体温度均匀性不足的问题。

2、为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：一种分区调温式3d打印旋转塑化喷头，包括壳体，所述壳体内部固定设置有带导送口的隔热座，且隔热座将壳体内部分隔为上方的降温区和下方的预热区，所述降温区与预热区之间设置有送料导向组件，所述降温区内设置有与送料导向组件位置对应的导送组件，所述预热区内设置有与送料导向组件气路连通的冷热调温单元，所述壳体上下两端分别开设有与送料导向组件同轴对应的进料口和出料口；

3、所述壳体下侧固定设置有塑化仓，且塑化仓上端与出料口相连通，塑化仓下端固定连通有喷嘴，所述壳体与塑化仓之间设置有旋转塑化组件，所述塑化仓外侧设置有与冷热调温单元气路连通的角度可调冷却组件，所述壳体外侧固定安装有plc控制器，且plc控制器与各电气部件电性连接。

4、在上述的一种分区调温式3d打印旋转塑化喷头中，所述送料导向组件包括两个第一防护仓和两个导向管，两个所述第一防护仓分别固定设置于降温区和预热区内，两个所述导向管分别与对应侧的第一防护仓转动连接，所述导向管上开设有环形导气腔，且导向管内壁开设有多个呈环形分布且与环形导气腔连通的导气孔，所述导向管外壁开设有与环形导气腔连通的环形滑槽，所述第一防护仓上固定设置有与环形滑槽密封滑动连接的环形封堵座，且环形封堵座内腔与环形滑槽相连通，所述壳体一侧固定设置有控制仓，且控制仓内转动设置有两个蜗杆，两个所述蜗杆之间通过同步带传动组件传动连接，其中一个所述蜗杆的一端传动连接有第一驱动电机，所述第一驱动电机与plc控制器电性连接，两个所述蜗杆的啮合端均延伸至对应侧的第一防护仓内设置，所述导向管外壁固定套接有与对应蜗杆相啮合的蜗轮。

5、在上述的一种分区调温式3d打印旋转塑化喷头中，所述导送组件包括导送轮、弹性抵压轮和步进电机，所述导送轮与弹性抵压轮均转动设置于降温区内，且弹性抵压轮位于导送轮一侧，所述导送轮与弹性抵压轮位于两个导向管之间，所述步进电机固定设置于壳体外侧，且步进电机的输出端与导送轮的传动轴传动连接，所述弹性抵压轮上固定嵌设有环形压电片，且环形压电片与步进电机均与plc控制器电性连接。

6、在上述的一种分区调温式3d打印旋转塑化喷头中，所述冷热调温单元包括气泵和半导体制冷块，所述预热区中固定设置有调温仓，且调温仓中固定设置有隔热板，所述隔热板将调温仓分隔为制冷腔和加热腔，且半导体制冷块固定设置于隔热板上，所述半导体制冷块的制冷端位于制冷腔内部，且半导体制冷块的放热端位于加热腔内部，所述气泵固定安装于预热区的内壁上，所述气泵的输入端贯穿壳体设置，且气泵的输出端通过三通管分别与制冷腔和加热腔连通，所述制冷腔和加热腔分别通过第一导气管与对应的环形封堵座连通，所述气泵和半导体制冷块均与plc控制器电性连接。

7、在上述的一种分区调温式3d打印旋转塑化喷头中，所述旋转塑化组件包括锥台形电加热块、螺旋杆和第二驱动电机，所述塑化仓中转动设置有转轴，且转轴的下端与锥台形电加热块固定连接，所述锥台形电加热块与螺旋杆固定连接，所述预热区中固定设置有第二防护仓，且转轴的上端延伸至第二防护仓中设置，所述第二驱动电机固定设置于壳体的一侧，且第二驱动电机的输出端延伸至第二防护仓中并通过锥齿轮传动组件与转轴传动连接，所述锥台形电加热块和第二驱动电机均与plc控制器电性连接。

8、在上述的一种分区调温式3d打印旋转塑化喷头中，所述角度可调冷却组件包括环形管、多个冷却管和多个微型电推杆，所述环形管固定套接于塑化仓上，且环形管通过第二导气管与制冷腔连通，各个所述冷却管均通过伸缩软管与环形管固定连通，且各个冷却管呈环形分布，所述冷却管上滑动连接有滑块，各个所述微型电推杆均固定设置于塑化仓上，且微型电推杆的输出端与对应侧的滑块铰接，各个所述微型电推杆均与plc控制器电性连接。

9、在上述的一种分区调温式3d打印旋转塑化喷头中，所述塑化仓上段靠近出料口的位置固定设置有多个呈环形分布的散热翅片，且环形管上固定连通有与散热翅片位置对应的旁通管。

10、在上述的一种分区调温式3d打印旋转塑化喷头中，位于所述降温区内的导向管上的各导气孔均向内并向下倾斜设置，且预热区内的导向管上的各导气孔均向内并向上倾斜设置，所述壳体外侧壁开设有两组内置过滤网的排气孔，且两组排气孔分别位于隔热座的上下两侧。

11、与现有的技术相比，一种分区调温式3d打印旋转塑化喷头的优点在于：

12、1.通过设置旋转塑化组件，锥台形电加热块随转轴同步转动，在偏心接触位置对耗材端部形成动态扫掠式接触加热，并通过相对切向运动对软化熔融材料产生剪切扰动，打破熔体温度分层，提升熔料均匀性，缓解高速打印工况下的芯部未熔问题，同时设置的螺旋杆随锥台形电加热块同步转动，可引导熔料向喷嘴汇集，规整熔体流动路径，减少熔料滞留与回流，提升出料顺畅性与挤出稳定性。

13、2.通过冷热调温单元、送料导向组件与隔热座的协同配合，在壳体内沿轴向形成降温区与预热区，分别产出冷却气流与预热气流，冷却气流经降温区导向管的向下倾斜导气孔吹出，下行作用于送料段耗材以维持刚性，预热气流经预热区导向管的向上倾斜导气孔吹出，上行作用于入熔前耗材以均匀预热，两路气流在隔热座附近交汇并经排气孔排出，降低冷热气流的相互串扰，冷热调温单元中半导体制冷块放热端产出的热量直接用于耗材入熔前预热，实现热量回收利用，同时气流持续带走热端热量，改善热端散热工况，提升制冷调控稳定性，配合塑化仓上段的散热翅片与旁通管冷气主动散热，可形成轴向温度台阶，减少高温区热量向上窜动，稳定预热区温度场，在保障送料段耗材刚性的同时提升入熔前预热均匀性，减小冷热冲击对熔融温度的波动影响，提升能量利用效率与运行稳定性。

14、3.通过设置旋转式导向管与角度可调冷却组件，导向管绕耗材轴线旋转时，导气孔的出气方位周期改变，在时间平均意义上提高耗材周向换热均匀性，解决单侧固定送风导致的周向温差问题，角度可调冷却组件以上端伸缩软管为摆动支点，通过微型电推杆伸缩带动冷却管摆动，灵活调节冷却管与喷嘴轴线的夹角，改变气流的集中程度，适配不同打印结构的冷却需求，环形压电片可实时检测送料压力并反馈至plc控制器，据此调节步进电机的送料速度，补偿耗材直径公差带来的挤出量偏差，稳定送料速率与单位时间挤出量，提高喷头的工况适配性与打印稳定性。