一种3D打印喷头、3D打印机及打印方法技术

本申请提供一种3D打印喷头、3D打印机及打印方法。涉及3D打印技术领域。该3D打印喷头包括喷头本体，运行时沿着目标方向输送并挤出打印材料，所述喷头本体沿着所述目标方向依次至少包括预热段、第一阻热段和熔融段；以及加热装置，与所述喷头本体连接，运行时对所述预热段加热至温度T1，对所述熔融段加热至温度T2，所述打印材料在经过温度为T1的所述预热段时保持固态，所述打印材料在经过温度为T2的所述熔融段时转变为流体状态，其中第一阻热段限制预热段和熔融段之间的热传导，使得预热段内的打印材料始终保持固态。该3D打印喷头能够在防止堵头的前提下，提高打印喷头熔融塑化材料的能力。能力。能力。

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印喷头、3D打印机及打印方法


[0001]本申请涉及3D打印
，尤其涉及一种3D打印喷头、3D打印机及打印方法。

技术介绍

[0002]3D打印是快速成型技术的一种，又称增材制造，它是一种以数字模型文件为基础，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。
[0003]3D打印通常是采用3D打印机来实现的。挤出式3D打印(Material
‑
Extrusion Based 3D printing,ME
‑
3DP)是聚合物材料增材制造技术最主流的形态之一。而挤出式3D打印技术中，线材熔融制造(Fused Filament Fabrication,FFF)是主流的技术形式之一。其原理是通过3D打印机的打印喷头将聚合物材料(通常为线材型式)高温熔融，使聚合物材料获得熔体流动性，并采用一定计量性的方式由打印喷头挤出后层层堆积成形。
[0004]但是，FFF技术较低的打印速度日益成为其走向工业化应用的难点和痛点，而3D打印机的打印喷头的挤出效率是限制FFF打印速度提高的核心技术瓶颈之一。

技术实现思路

[0005]本申请提供一种3D打印喷头、3D打印机及打印方法，能够有效提高3D打印喷头的挤出效率。
[0006]为达到上述目的，本申请的实施例采用如下技术方案：
[0007]第一方面，本申请实施例提供一种3D打印喷头，包括：
[0008]喷头本体，运行时沿着目标方向输送并挤出打印材料，所述喷头本体沿着所述目标方向依次至少包括预热段、第一阻热段和熔融段；以及
[0009]加热装置，与所述喷头本体连接，运行时对所述预热段加热至温度T1，对所述熔融段加热至温度T2，所述打印材料在经过温度为T1的所述预热段时保持固态，所述打印材料在经过温度为T2的所述熔融段时转变为流体状态，其中
[0010]所述第一阻热段限制所述预热段和熔融段之间的热传导，使得所述预热段内的打印材料始终保持固态。
[0011]本申请实施例提供的3D打印喷头，通过设置隔热段来限制预热段和熔融段之间的热传导，因此可使预热段和熔融段能够有效的保持在各自的加热温度，从而实现对打印线材的分段加热。预热段对打印材料进行预加热，其设定的加热温度为T1。该温度下能够使所述打印材料的温度上升且仍然保持在固体形态，从而可实现对打印材料有效加热的同时，保证打印材料的固体可输送性，并且能有效避免3D打印喷头在空走回抽时熔融段材料从喷口溢出以及倒流进入预热段内的情况。当打印材料被输送至熔融段时，由于其温度已经被提升，因此可降低单位质量的打印材料在熔融段被加热融化所需要的吸热量和熔融时间，从而提升打印材料熔融效率。
[0012]根据本申请的一些实施例，所述打印材料为结晶度大于0的半结晶性聚合物，所述半结晶性聚合物的最高熔点为T
m
，以及所述T1、T2、T
m
满足以下关系：T1＜T
m
≤T2。
[0013]根据本申请的一些实施例，所述打印材料为非结晶性聚合物，所述非结晶性聚合物的最高玻璃化温度为T
g
，以及所述T1、T2、T
g
满足以下关系：T1＜T
g
≤T2。
[0014]根据本申请的一些实施例，所述打印材料包含以下材料的一种或多种：聚乳酸、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二酯、聚烯烃、热塑性聚酯、聚碳酸酯、聚氨酯、聚苯硫醚、聚苯醚、聚甲醛、聚砜、聚酰亚胺、聚醚醚酮、液晶聚合物以及上述各材料的共聚物。
[0015]根据本申请的一些实施例，所述加热装置为电阻式加热器、辐射式加热器或电磁加热器。
[0016]根据本申请的一些实施例，所述加热装置包括第一加热装置，与所述预热段连接，被配置为对所述预热段加热至所述温度T1；第二加热装置，与所述熔融段连接，被配置为对所述熔融段加热至所述温度T2。
[0017]根据本申请的一些实施例，所述第一阻热段两端的外径大于中间段的外径，以及所述第一阻热段的两端分别与所述预热段和所述熔融段连接。
[0018]根据本申请的一些实施例，所述第一阻热段的导热系数低于所述预热段的导热系数且低于所述熔融段的导热系数。
[0019]根据本申请的一些实施例，所述第一阻热段的导热系数与所述熔融段的导热系数的差值大于或等于10W/m
·
K
[0020]根据本申请的一些实施例，所述第一阻热段的导热系数与所述熔融段的导热系数的差值大于或等于50W/m
·
K。
[0021]根据本申请的一些实施例，所述第一阻热段的导热系数与所述熔融段的导热系数的差值大于或等于100W/m
·
K。
[0022]根据本申请的一些实施例，所述第一阻热段的材质包括无机非金属材料和有机高分子材料中的一种或多种。
[0023]根据本申请的一些实施例，所述预热段和所述熔融段的材质包括金属材料、金属合金和碳材料中的一种或多种。
[0024]根据本申请的一些实施例，所述第一阻热段的材质包含以下材料的一种或多种：大理石、玻璃和陶瓷；所述预热段和所述熔融段的材质包含以下材料的一种或多种：铜、铜合金、铝、铝合金以及碳材料。
[0025]根据本申请的一些实施例，所述第一阻热段的长度范围大于或等于1mm。
[0026]根据本申请的一些实施例，所述第一阻热段的长度范围大于或等于2mm。
[0027]根据本申请的一些实施例，所述喷头本体还包括沿所述目标方向依次连接的输送段和第二阻热段，其中所述第二阻热段与所述预热段连接，所述3D打印喷头工作时，所述打印材料被输送依次经过所述输送段、第二阻热段、预热段、第一阻热段以及熔融段，并最终由出料口被挤出。
[0028]根据本申请的一些实施例，所述输送段和所述第二阻热段之间通过散热段连接，所述散热段上连接有散热装置。
[0029]根据本申请的一些实施例，所述第二阻热段两端的外径大于中间段的外径，以及所述第二阻热段的两端分别与所述预热段和所述散热段连接。
[0030]第二方面，本申请实施例提供一种3D打印机，所述3D打印机包括上述第一方面中任一实施例所述的3D打印喷头。
[0031]本申请实施例提供的3D打印机，由于采用了上述第一方面任一实施例所述的3D打印喷头，因此能够在保持打印材料固体输送性的同时，降低单位质量的打印材料在熔融段加热融化所需要的吸热量和熔融时间，从而提升打印材料熔融效率。
[0032]第三方面，本申请实施例提供一种3D打印机的打印方法，包括：
[0033]沿着目标方向将打印材料依次送入所述打印喷头的预热段、第一阻热段和熔融段，并在所述喷头的喷口挤出；
[0034]将所述预热段的加热温度设置为T1，使所述打印材料经过所述预热段时保持固态；以及
[0035]将所述熔融段的加热温度设置为T2，使所述打印材料在温度T2下被加热至流体状态，其中所述第一阻热段限制所述预热段本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种3D打印喷头，其特征在于，包括：喷头本体，运行时沿着目标方向输送并挤出打印材料，所述喷头本体沿着所述目标方向依次至少包括预热段、第一阻热段和熔融段；以及加热装置，与所述喷头本体连接，运行时对所述预热段加热至温度T1，对所述熔融段加热至温度T2，所述打印材料在经过温度为T1的所述预热段时保持固态，所述打印材料在经过温度为T2的所述熔融段时转变为流体状态，其中所述第一阻热段限制所述预热段和熔融段之间的热传导，使得所述预热段内的打印材料始终保持固态。2.根据权利要求1所述的3D打印喷头，其特征在于，所述打印材料为结晶度大于0的半结晶性聚合物，所述半结晶性聚合物的最高熔点为T
m
，以及所述T1、T2、T
m
满足以下关系：T1＜T
m
≤T2。3.根据权利要求1所述的3D打印喷头，其特征在于，所述打印材料为非结晶性聚合物，所述非结晶性聚合物的最高玻璃化温度为T
g
，以及所述T1、T2、T
g
满足以下关系：T1＜T
g
≤T2。4.根据权利要求1所述的3D打印喷头，其特征在于，所述打印材料包含以下材料的一种或多种：聚乳酸、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二酯、聚烯烃、热塑性聚酯、聚碳酸酯、聚氨酯、聚苯硫醚、聚苯醚、聚甲醛、聚砜、聚酰亚胺、聚醚醚酮、液晶聚合物以及上述各材料的共聚物。5.根据权利要求1所述的3D打印喷头，其特征在于，所述加热装置为电阻式加热器、辐射式加热器或电磁加热器。6.根据权利要求1所述的3D打印喷头，其特征在于，所述加热装置包括：第一加热装置，与所述预热段连接，被配置为对所述预热段加热至所述温度T1；第二加热装置，与所述熔融段连接，被配置为对所述熔融段加热至所述温度T2。7.根据权利要求1所述的3D打印喷头，其特征在于，所述第一阻热段两端的外径大于中间段的外径，以及所述第一阻热段的两端分别与所述预热段和所述熔融段连接。8.根据权利要求1所述的3D打印喷头，其特征在于，所述第一阻热段的导热系数低于所述预热段的导热系数且低于所述熔融段的导热系数。9.根据权利要求8所述的3D打印喷头，其特征在于，所述第一阻热段的导热系数与所述熔融段的导热系数的差值大于或等于10W/m
·
K。10.根据权利要求8所述的3D打印喷头，其特征在于，所述第一阻热段的材质包括无机非金属材料和有机高分子材料中的一种或多种；所述预热段和所述熔融段的...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝明洋，罗小帆，
申请(专利权)人：苏州聚复科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：