3D打印喷头及3D打印设备的制作方法

本发明涉及打印技术，具体涉及一种3D打印喷头及3D打印设备。

背景技术：

自20世纪80年代以来，3D打印技术因其高效率、低成本的特点获得了越来越广泛地应用，现有技术中，根据其成型方法的不同，3D打印技术可以分为立体光刻(Stcmolithography,SLA)、叠层实体制造(Laminated Object Manufacturing,LOM)、选择性激光烧结(Selective Laster Sintering,SLS)、熔融沉积制造(Fused Deposition Modeling，FDM)等等不同的分类，其中，FDM快速成型系统与其他系统最本质的区别在于没有使用激光系统，因此成本最低，也是目前应用最为广泛的一种3D打印技术。

具体的，FDM工艺是将固态的低熔点丝状材料(如PLA或ABS等)加热到半熔融状态，然后将其挤出以进行打印加工。现有技术中，3D打印喷头包括相连接的喷嘴、加热块、喉管，加热块上设置有加热装置，丝料从喉管进入喷嘴，在喷嘴处由加热装置加热成半熔融状态后挤出。上述机构在使用过程中，加热装置的热量不可避免的传递给了喉管内的丝料，容易使丝料在喉管中升温软化造成堵塞，为了解决该问题，现有技术中在喉管上设置散热装置，通过散热装置降低喉管及其内部丝料的温度，确保进入喷嘴前丝料一直处于固体状态，从而保证进料的通畅。现有技术中的散热装置大多为风扇和散热块，通过风扇实现喉管的散热。

现有技术的不足之处在于，其一，需要在喷嘴和喉管上狭小的空间内同时布置加热装置和散热装置，布置难度较大，从而难以在技术效果和结构设计上达到理想的平衡状态，长时间工作可靠性不佳；其二，风扇给喉管散热极限为室温，这使得丝料自喉管进入喷嘴前还是处于高温状态，其防止堵料的能力相对较弱。其三，风扇的转动具有一定的噪音和震动，并增加喷头重量，不利于高精度和高速打印；其四，依赖多部件协同工作，任一组件出现故障，均会导致打印失败，系统可靠性欠佳。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种3D打印喷头及3D打印设备，以解决现有技术中的上述不足之处。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种3D打印喷头，包括相连通的喷嘴和喉管，所述喷嘴上连接有第一导热件，所述喉管上连接有第二导热件，还包括半导体制冷件，所述半导体制冷件的热端与所述第一导热件连接，所述半导体制冷件的冷端与所述第二导热件连接。

上述的3D打印喷头，所述第一导热件、半导体制冷件以及第二导热件依次抵接。

上述的3D打印喷头，所述第一导热件和所述半导体制冷件之间，以及所述第二导热件和所述半导体制冷件之间均设置有液体金属垫片。

上述的3D打印喷头，所述第一导热件、半导体制冷件以及第二导热件均为筒状结构，各筒状结构以端部相互抵接。

上述的3D打印喷头，所述第一导热件和/或所述第二导热件的端部设置有限位结构，所述半导体制冷件嵌于所述限位结构上。

上述的3D打印喷头，还包括隔热筒，所述隔热筒内嵌于所述半导体制冷件中，所述隔热筒外套于所述喷嘴和喉管的连通处。

上述的3D打印喷头，所述第一导热件的外壁上设置有保温件。

上述的3D打印喷头，所述半导体制冷件包括多个相互贴合的半导体制冷片，任意相邻的两半导体制冷片以热端和冷端相贴合。

上述的3D打印喷头，还包括温度传感器，所述温度传感器的检测部分嵌于所述第一导热件中。

一种3D打印设备，包括本体和设置于所述本体上的喷头，所述喷头为上述的3D打印喷头。

在上述技术方案中，本发明提供的3D打印喷头，充分利用半导体制冷件工作时两端产生温差的特性，满足3D打印喷头加热熔料和喉管散热的双重需求，一个装置同时实现加热效果和散热效果在结构设计和技术效果上的良好平衡，同时，使用时没有噪音，再次，合理利用了半导体制冷件的发热功率大于制冷功率的特性，实现了该元件的特性与3D打印喷头的需求的完美契合；最后，一个元件实现了加热和散热功能，可靠性较高，避免了多元件工作带来的额外故障。

由于上述3D打印喷头具有上述技术效果，包含该3D打印喷头的3D打印设备也应具有相应的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的3D打印喷头的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的3D打印喷头的剖视图；

图3为本发明实施例提供的3D打印喷头的分解示意图。

附图标记说明：

1、喷嘴；2、喉管；3、第一导热件；4、第二导热件；5、半导体制冷件；6、液体金属垫片；7、限位结构；8、隔热筒；9、保温件；10、温度传感器；11、转接头；12、特氟龙管。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。

如图1-3所示，本发明实施例提供的一种3D打印喷头1，包括相连通的喷嘴1和喉管2，喷嘴1上连接有第一导热件3，喉管2上连接有第二导热件4，还包括半导体制冷件5，半导体制冷件5的热端与第一导热件3连接，半导体制冷件5的冷端与第二导热件4连接。

具体的，喉管2用于向喷嘴1供给丝料，丝料在喷嘴1内由固体加热成熔融状态以输出打印，第一导热件3连接于喷嘴1上，其连接的作用在于为喷嘴1提供热量，第二导热件4连接于喉管2上，其连接的作用用于将喉管2的热量带走，第一导热件3和第二导热件4本身并不产生热量或制造低温，其中半导体制冷件5的热端通过第一导热件3传递热量到喷嘴，实现丝料熔融，喉管2通过第二导热件4传递热量到半导体制冷件5的冷端，实现喉管降温，第二导热件4仅是传递热量的介质，因此两者虽然作用不同，但是理论上完全可以是相同的材质和结构，如铝制的筒体。半导体制冷件5也叫热电制冷片，其利用半导体材料的Peltier效应，当直流电通过两种不同半导体材料串联成的电偶时，在电偶的两端即可分别吸收热量和放出热量，以此可以同时实现制热和制冷的目的，半导体制冷为现有技术，本实施例不再赘述其具体内部结构和工作原理。本实施例中，半导体制冷件5的热端与第一导热件3连接，以通过第一导热件3向喷嘴1传递热量，半导体制冷件5的冷端与第二导热件4连接，以通过第二导热件4从喉管2吸收热量，以避免该部分热量加热喉管2中的丝料使其升温软化而导致堵塞，本实施例中，半导体制冷件5、第一导热件3、第二导热件4、喷嘴1以及喉管2等部件相连接的含义和作用就是进行热量传递，其具体结构不论，如第一导热件3可以是长方体、正方体、圆筒状或者其它异形结构，其可以完全包裹喷嘴1，也可以仅部分与喷嘴1贴合，其可以直接与喷嘴1贴合，还可以通过其它的导热结构向喷嘴1传递热量，仅需保证其能够将足量的热量传递给喷嘴1以使得其内部的丝料得以融化即可，唯一可以确定的是其材质为导热性能优异的材质，第二导热件4以及其它部件同样，仅需保证半导体制冷件5的能够足量的从标的结构上吸收热量。

本实施例提供的3D打印喷头1，半导体制冷件5的热端产生高温，并通过第一导热件3将高温传递给喷嘴1，以使得喷嘴1内的丝料得以熔融，半导体制冷件5的冷端产生低温，并通过第二导热件4从喉管2吸收热量使其降温，以使得喉管2内的丝料始终处于固体状态。

本实施例中，喉管2上背离喷嘴1的一端还会设置有转换头11、快插等等结构，这些结构均可参考现有技术中的相关结构。喉管2内还可嵌入特氟龙管12以进行隔热和润滑。

本发明实施例提供的3D打印喷头，充分利用半导体制冷件工作时两端产生温差的特性，满足3D打印喷头加热熔料和喉管散热的双重需求，一个装置同时实现加热效果和散热效果在结构设计和技术效果上的良好平衡，同时，使用时没有噪音，再次，半导体制冷件在本发明中主要是利用其发热特性，其次合理利用其制冷特性。

半导体制冷件5在其工作过程中，除从冷端吸收热量传递到热端外，还有自身电阻特性带来的发热，故而具有热端发热功率大，冷端制冷功率小的特性，此特性完美的契合了3D打印喷头的需求，3D打印喷头需要较多的功率进行加热以融化物料，而仅需相对较少的功率从喉管2吸收热量防止物料在喉管2中提前熔化；同时，由于半导体制冷件5具备制冷功能，相比风扇散热，其可以将喉管冷却到室温以下，效果更好。

本实施例中，进一步的，第一导热件3、半导体制冷件5以及第二导热件4依次抵接，即第一导热件3的端部与半导体制冷件5的热端相贴合，半导体制冷件5的冷端与第二导热件4相贴合，如此布置一方面使得结构上较为紧凑，另一方面也使得热传递效果较好。优选的，第一导热件3、半导体制冷件5以及第二导热件4均为筒状结构，如圆筒结构，各圆筒结构以轴向的端部相互抵接。各筒状结构上沿着中心轴线开设有通孔，喷嘴1和喉管2固定于这些通孔中，使得整体的结构布置较为合理。

本实施例中，更进一步的，第一导热件3和半导体制冷件5之间，以及第二导热件4和半导体制冷件5之间均设置有液体金属垫片6，第一导热件3的端部和半导体制冷件5的端部、以及第二导热件4的端部和半导体制冷件5的端部之间均夹有液体金属垫片6，液体金属垫片6的导热系数较高，通过垫片保证半导体制冷件5能高效的与对应的结构进行热量交换。

本实施例中，更进一步的，第一导热件3和/或第二导热件4的端部设置有限位结构7，半导体制冷件5嵌于限位结构7上，限位结构7用于定位和固定半导体制冷件5，如第一导热件3的端部设置有凹槽作为限位结构7，半导体制冷件5的端部卡入该凹槽中以实现限位和固定，如此使得两者的连接更为稳固。再进一步的，第一导热件3的外壁上设置有保温件9，保温件9用于为第一导热件3保温，防止其热量外溢，保证大部分热量用于加热喷嘴1，再进一步的，保温件9外套于第一导热件3上，且保温件9的端部设置有一朝向第一导热件3中心轴线的第一径向延伸部，而半导体制冷件5的端部设置有背离其中心轴线的第二径向延伸部，第二径向延伸部嵌于第一导热件3端部的凹槽中后，第二径向延伸部贴合于第一径向延伸部上，即保温件9将第一导热件3上和半导体制冷件5的端部均包裹起来，一方面实现了三者的稳固连接，另一方面保证热传递的稳定和高效。

本实施例中，限位结构7、保温结构对于第二导热件4同样适用。

本实施例中，进一步的，还包括隔热筒8，隔热筒8内嵌于半导体制冷件5中，隔热筒8外套于喷嘴1和喉管2的连通处，隔热筒8用于防止半导体制冷件5与喷嘴1和喉管2直接接触。

本实施例中，进一步的，半导体制冷件5包括一件多个相互贴合的半导体制冷片，相邻的半导体制冷片以热端和冷端相贴合，优选的，相贴合的端部可以形成一体式结构，如某个陶瓷片是一个半导体制冷片的热端，同时，其又是另一个半导体制冷片的冷端，多个半导体制冷片串联叠加有利于提升制热和制冷效果，如单个半导体制冷片的热端和冷端实际温差为50-60度，两个则可达到近100度，其后以此类推。

本实施例中，进一步的，还包括温度传感器10，温度传感器10的检测部分嵌于第一导热件3中，温度传感器10用于检测第一导热件3的温度，使得喷嘴1始终处于高效的温度区间内。

本发明实施例还提供一种3D打印设备，包括本体和设置于本体上的喷头，喷头为上述的3D打印喷头。当单个3D打印设备具有多个3D打印喷头喷头时，可以是其中部分，如一个是本发明实施例所提供的3D打印喷头，也可以其全部喷头都是本发明实施例所提供的3D打印喷头。3D打印设备可以是各类的3D打印机，如以塑料或者金属为原料的打印机，也可以是各个领域的3D打印机，如珠宝、工业设计、工程施工、汽车，航空航天、医疗产业、以及教育等领域的3D打印机。

在上述技术方案中，由于上述3D打印喷头具有上述技术效果，包含该3D打印喷头的3D打印设备也应具有相应的技术效果。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。