一种手动送料和可调节温度范围的3d打印笔的制作方法
【专利摘要】一种手动送料和可调节温度范围的3D打印笔，属于3D打印领域。特征是笔杆是沿轴心线分成上下两半合并而成。下半部结构是在下笔杆腔内制有固定座，通过固定卡扣将笔芯组件安装在下笔杆前部。上下支撑架分别固定在下笔杆腔内，上下滚轮分别安装在上下支撑架上；在下笔杆腔内后方位安装有电风扇和电路板，在电路板上依次安装有电源模块、加热和电风扇控制模块及温度控制调节和显示模块。上半部结构是上笔杆壳体是透明材料，输料管固定安装在上笔杆腔内，输料管前端对准上下滚轮相切口处，后端与后端盖上的进料孔对接，上笔杆后部安装有加热启停按钮和电风扇启停按钮。优点是采用手动送料，减了电机，加热温度实现了闭环调节和显示，提高了控制精度，节约了能源和投资，降低了整个笔体的重量和体积。
【专利说明】-种手动送料和可调节温度范围的3D打印笔
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种手动送料和可调节温度范围的3D打印笔，属于3D打印【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 3D打印不同于传统意义上的打印，主要在于它突破了纸张和平面的概念，将原材 料（如ABS塑料、金属增材材料、非金属增材材料或可粘合物体等）打印成3D的立体结构 物体，主要有"3D打印机"和"3D打印笔"两种形式。
[0003] 目前的"3D打印机"主要是在工业级应用，如将工业设计出的产品直接通过层叠的 方式打印出来，极大地提高了生产效率，快速的将设计蓝图变成现实，体现了目前主流的所 见即所得设计模式，也极大的缩短了产品的设计周期和开发周期。
[0004] 目前的"3D打印笔"，主要包括外壳、喷头、加热腔、电机装置、送料管、控制板、按键 板以及隔热和通风装置等组成。其原理是将ABS塑料加热成流体状态后从出料口流出并逐 步冷却凝固，从而形成立体的三维模型。特别适合工业设计和青少年的学习使用，对于设 计、开拓和训练其创新思维，建立复杂的空间概念等都有着突破性、不可代替的作用。目前 3D打印笔的主要是以步进式电机驱动为核心送料方式的技术路线，这样带来的是生产成本 高、加热温度不能调节、笔体体积和重量过大等问题，而且维护成本也大大提高，不利于向 社会大众推广。
【发明内容】
[0005] 本发明目的是提供一种手动送料和可调节温度的3D打印笔，可克服现有技术存 在的缺点。
[0006] 本发明是这样实现的，它包括有下半部组件、上半部组件和后端盖。打印笔的笔杆 是沿轴心线分成上下两半合并而成的。其特征在于下半部组件的结构是在下笔杆腔内前段 制有固定座，通过固定卡扣将笔芯组件安装在下笔杆腔内的前部。上下支撑架分别固定在 下笔杆腔内笔芯组件的后面，上滚轮为主动轮，下滚轮为从动轮，上下滚轮分别安装在上下 支撑架上；所述笔芯组件的构造是出料芯管前端为制有中心孔的圆锥体，后面是制有中心 孔的圆柱体，圆柱体的后面与隔离管对接，在出料芯管后段圆柱体的外圆周上套装有加热 基管，在加热基管外圆周上缠绕有加热线圈，在加热线圈的外圆周上套装有保温隔离管，在 加热线圈和加热基管的前后两端分别安装有保温密封圈，在隔离管前段外圆周上安装有保 温圈；在下笔杆腔内后方位安装有电风扇和电路板，在电路板上依次安装有电源模块、加热 和电风扇控制模块以及温度控制调节和显示模块。
[0007] 所述的笔芯组件中的出料芯管前段圆锥体的中心孔直径为R1，后段圆柱体中心孔 直径为R，隔离管中心孔直径为R2，原坯料的半径为r，其关系是_! I 。 r s K ^ s κ
[0008] 所述的笔芯组件中加热线圈内埋有温度检测元件，温度检测元件输出的电压士的 范围为U d-UuVDC,对应的实际加热摄氏温度Tk的范围为0-400°C，加热线圈电源线和温度 检测元件的引脚穿过后保温密封圈和外界连接，这些引脚通过序号或颜色加以区分。
[0009] 所述的温度控制调节和显示模块包含调节旋钮和数码显示管，数码显示管显示当 前加热线圈的实际温度Tk，调节旋钮的调节电压Ut范围为Ud-U uVDC,调节旋钮的电压值Ut 和温度检测元件的输出电压值Ut同时进入比较器进行比较，当Ut彡Ut+A Ul，Au1为实数， 加热线圈失电停止加热，当士 < Ut+ Λ u2, Λ U2为实数，加热线圈得电继续加热；加热和风扇 控制模块包含加热LED状态指示灯和电风扇LED状态指示灯。
[0010] 所述上半部组件的结构是上笔杆壳体是透明材料制成的，用于送料的输料管通过 固定架安装在上笔杆腔内，输料管的前端对准上下滚轮相切口处，后端与后端盖上的进料 孔相对接，上笔杆后部安装有加热启停按钮和电风扇启停按钮。
[0011] 本发明的优点和积极效果是由于采用手动送料，减少了电机环节，加热部分设计 紧凑合理，加热温度实现了闭环调节和显示，提高了控制精度，因此节约了能源和投资，降 低了整个笔体的重量和体积，使用更加方便、环保。
【专利附图】
【附图说明】
[0012] 图1是本发明总装立体图
[0013] 图2是下半部组件I示意图
[0014] 图3是笔芯组件剖视图
[0015] 图4是上半部组件II示意图
[0016] 图5是电路板组装示意图
[0017] 图6是加热温度控制流程图
[0018] 图中：I-下半部组件.II-上半部组件· III -后端盖
[0019] 1-笔芯组件；3、5、7_第一、第二、第三固定卡扣；2、4、6_第一、第二、第三固定座； 8、10_上下支撑架；9、11_上下滚轮；12-输料管；13-固定架；14-电风扇；15-电路板； 16-电风扇启停按钮；17-加热启停按钮；18-上笔杆；19-下笔杆；
[0020] 101-出料芯管；102-保温隔离管；103、106-前后保温密封圈；104-加热线圈； 105-加热基管；107-保温圈；108-隔离管；
[0021] 1501-电源模块；1502-加热和电风扇控制模块；1503-温度控制调节和显示模块； 1504-数码显示管；1505-加热LED状态指示灯；1506-电风扇LED状态指示灯；1507-调节 旋钮。
【具体实施方式】
[0022] 如图1、2、3、4所示，本发明包括有下半部组件I、上半部组件II和后端盖III。打印 笔的笔杆是沿轴心线分成上下两半合并而成。
[0023] 下半部组件I的结构是在下笔杆19腔内前段制有第一、第二、第三固定座2、4、6， 分别通过采用第一、第二、第三固定卡扣3、5、7将笔芯组件1安装在下笔杆19的腔内，上下 支撑架8、10分别固定在下笔杆19腔内笔芯组件1的后面，上下滚轮9、11分别安装在上下 支撑架8、10上，上滚轮9为主动轮，下滚轮11为从动轮；所述笔芯组件1的构造是出料芯管 101前端为制有中心孔的圆锥体，后面是制有中心孔的圆柱体，圆柱体的后面与隔离管108 对接，在出料芯管101后段圆柱体的外圆周上套装有加热基管105,在加热基管105外圆周 上缠绕有加热线圈104,在加热线圈104的外圆周上套装有保温隔离管102,在加热线圈104 和加热基管105的前后两端分别安装有保温密封圈103、106,在隔离管108前段外圆周上安 装有保温圈107 ;在下笔杆19腔内后方位安装电风扇14和电路板15,在电路板15上依次 安装有电源模块1501、加热和电风扇控制模块1502以及温度控制调节和显示模块1503 ;
[0024] 所述的笔芯组件1中的出料芯管101前段圆锥体的中心孔直径为R1，后段圆柱体 中心孔直径为R，隔离管108中心孔直径为R2，原坯料的半径为r，其关系是{ 2[_^ R。
[0025] 所述的笔芯组件1中加热线圈104内埋有温度检测元件，温度检测元件输出的电 压Ut的范围为U d-UuVDC,对应的实际加热摄氏温度Tk的范围为0-400°C，加热线圈104电 源线和温度检测元件的引脚穿过后保温密封圈106和外界连接，这些引脚通过序号或颜色 区分。
[0026] 所述的温度控制调节和显示模块1503包含调节旋钮1507和数码显示管1504,数 码显示管1504显示当前加热线圈104的实际温度T k，调节旋钮1507的调节电压Ut范围为 Ud-UuVDC,调节旋钮1507的电压值Ut和温度检测元件的输出电压值UJ同时进入比较器进 行比较，当U j SUt+ΛU1, ΛU1为实数，加热线圈104失电停止加热，当UjS Ut+Λu2, Au2S 实数，加热线圈104得电继续加热；加热和电风扇控制模块1502至少包含加热LED状态指 示灯1505和电风扇LED状态指示灯1506。
[0027] 所述上半部组件II的结构是如图4所示，上笔杆18壳体是透明材料制成的，用于 送料的输料管12通过固定架13安装在上笔杆18腔内，输料管12的前端对准上下滚轮9、 11相切口处，后端与后端盖III上的进料孔相对接，上笔杆18后部安装有加热启停按钮17和 电风扇启停按钮16。
[0028] 本实施例中，总体过程是原材料经所述的3D打印笔后端盖III上的进线孔进入后， 依次经过输料管12、上下滚轮（9、11)、隔离管108和出料芯管101，最终是由出料芯管101 的笔尖处液化挤出。具体实施描述是原材料经所述的后端盖III的进线孔后，导入输料管12 的S形弯入口并从输料管12的出口 S形弯出来后送入上下滚轮（9、11)相切口处，拨动上滚 轮9咬入原材料，使得原材料进入隔离管108的管腔中后，接通外部电源，按下电风扇14的 启动按钮16,检查电风扇14和各指示灯（1505U506)运行正常后，按下加热启动按钮17， 观察数码显示管1504温度变化，等显示值达到指定加热温度后继续拨动上滚轮9送料，原 材料在加热成液态后经出料芯管101流出后开始书写。
[0029] 在本实施例中，所述的加热LED状态指示灯1505和电风扇LED状态指示灯1506， 通过闪烁和颜色变化告诉使用者3D打印笔当前所处的状态，其状态有：运行、故障、待机、 停机。
[0030] 在本实施例中，所述的数码显示管1504显示的是加热线圈104当前的温度Ie，温 度检测元件输出的电压U t和调节旋钮1507的调节电压Ut的范围（Ud-UuVDC)相同，都取值 为（0-10VDC)，当通电运行过程中需要调节温度时，拨动调节旋钮1507,等待加热稳定后观 察数码显示管1504的数字变化，反复数次，直到对稳定后的温度满意为止。
[0031] 在本实施例中，为了满足书写不同粗细线条的需要，松开第一固定夹3,更换不同 通孔直径的出料芯管101即可实现。
[0032] 在本实施例中，所述的电风扇14安装在笔筒后半段，使得整个3D打印笔内的空气 流动方向是从笔尾部后端盖III的进气孔进气，经笔筒中间无遮挡通路，最终在笔尖的出料 芯管101和笔筒形成的环形空间排出，由于加热线圈104与隔离管108分别覆有保温隔离 管102和保温圈107,因此气流带出的热量为少量逃逸热量和出料芯管101表面散发的热 量，特别是出料芯管101散发热量的带走，有利于液态挤出的材料迅速凝固成型，使得书写 动作更加流畅。
[0033] 上述【具体实施方式】只不过是本发明的具体个案，本发明的专利保护范围包括但不 限于上述的【具体实施方式】，任何符合本发明的"一种手动送料和可调节温度范围的3D打印 笔"权利要求书的，且任何所属【技术领域】的普通技术人员对其所做的适当变化或替换，都应 落入本发明的专利保护范围。
【权利要求】
1. 一种手动送料和可调节温度范围的3D打印笔，包括有下半部组件（I)、上半部组件 (II)和后端盖（III)，打印笔的笔杆是沿轴心线分成上下两半合并而成；其特征在于下半 部组件（I)的结构是在下笔杆（19)腔内前段制有固定座，通过采用固定卡扣将笔芯组件 (1)安装在下笔杆（19)的腔内，上下支撑架（8、10)分别固定在下笔杆（19)腔内笔芯组件 (1)的后面，上下滚轮（9、11)分别安装在上下支撑架（8、10)上，上滚轮（9)为主动轮，下 滚轮（11)为从动轮；所述笔芯组件（1)的构造是出料芯管（101)前端为制有中心孔的圆锥 体，后面是制有中心孔的圆柱体，圆柱体的后面与隔离管（108)对接，在出料芯管（101)后 段圆柱体的外圆周上套装有加热基管（105)，在加热基管（105)外圆周上缠绕有加热线圈 (104)，在加热线圈（104)的外圆周上套装有保温隔离管（102)，在加热线圈（104)和加热 基管（105)的前后两端分别安装有保温密封圈（103、106)，在隔离管（108)前段外圆周上 安装有保温圈（107);在下笔杆（19)腔内后方位安装电风扇（14)和电路板（15)，在电路板 (15)上依次安装有电源模块（1501)、加热和电风扇控制模块（1502)以及温度控制调节和 显示模块（1503);所述上半部组件（II)的结构是上笔杆（18)壳体是透明材料制成的，用 于送料的输料管（12)通过固定架（13)安装在上笔杆（18)腔内，输料管（12)的前端对准 上下滚轮（9、11)相切口处，后端与后端盖（III)上的进料孔相对接，上笔杆（18)后部安装 有电风扇启停按钮（16)和加热启停按钮（17)。
2. 如权利要求1所述的一种手动送料和可调节温度范围的3D打印笔，其特征在于所述 的笔芯组件（1)中的出料芯管（101)前段圆锥体的中心孔直径为R 1，后段圆柱体中心孔直 R < R 径为R，隔离管（108)中心孔直径为R2，原坯料的半径为r，其关系是{ ^1r $R。
3. 如权利要求1所述的一种手动送料和可调节温度范围的3D打印笔，其特征在于所述 的笔芯组件（1)中加热线圈（104)内埋有温度检测元件，温度检测元件输出的电压U t的范 围为Ud-UuVDC,对应的实际加热摄氏温度Tk的范围为0-400°C，加热线圈（104)电源线和 温度检测元件的引脚穿过后保温密封圈（106)和外界连接，这些引脚通过序号或颜色加以 区分。
4. 如权利要求1所述的一种手动送料和可调节温度范围的3D打印笔，其特征在于所述 的温度控制调节和显示模块（1503)包含调节旋钮（1507)和数码显示管（1504)，数码显示 管（1504)显示当前加热线圈（104)的实际温度T k，调节旋钮（1507)的调节电压Ut范围为 Ud-UuVDC,调节旋钮（1507)的电压值Ut和温度检测元件的输出电压值UJ同时进入比较器进 行比较，当U j SUt+ΛU1, ΛU1为实数，加热线圈（104)失电停止加热，当UjS Ut+Λu2, Au2 为实数，加热线圈（104)得电继续加热；加热和电风扇控制模块（1502)包含加热LED状态 指示灯（1505)和电风扇LED状态指示灯（1506)。
【文档编号】B22F3/115GK104228066SQ201410335093
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年7月15日 优先权日:2014年7月15日
【发明者】李宏杰 申请人:李宏杰