CN203543128U - 一种带保温功能的三维打印机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带保温功能的三维打印机，包括用于打印三维物体的打印主体，以及包围所述打印主体的密封壳体，该密封壳体上设有透明的观察窗，该密封壳体内设有加热装置和温度传感器；所述温度传感器检测密封壳体内的温度，并根据检测的温度向加热装置发送控制信号；所述密封壳体为可拆卸结构，所述加热装置与所述密封壳体之间为可拆卸固定方式。本实用新型通过在密封壳体内设置加热装置和温度传感器，可以控制打印过程中的机箱温度，从而保证了打印的产品的各部分温度一致，避免了因为产品内部温度不一致而导致的一些产品缺陷。并且能应用于更多材料的打印，开发成本低。

Description

一种带保温功能的三维打印机

技术领域

本实用新型涉及一种用于三维打印的机器，尤其是涉及一种用于教学的带保温功能的三维打印机。

背景技术

三维立体打印机，也称三维打印机（3D Printer，简称3DP）是快速成型（Rapid Prototyping，RP）的一种工艺，采用层层堆积的方式分层制作出三维模型，其运行过程类似于传统打印机，只不过传统打印机是把墨水打印到纸质上形成二维的平面图纸，而三维打印机是把液态光敏树脂材料、熔融的塑料丝、石膏粉等材料通过喷射粘结剂或挤出等方式实现层层堆积叠加形成三维实体。

目前，三维打印机除了能够在制造业中生成各种模型外，由于它的占地空间和环保理念都逐步适应了现代商务区的要求，也开始应用于教育、建筑、设计等多个行业。美国Stratasys公司的桌面型ABS三维打印机就是专门针对办公室环境应用而设计的，无噪音，无有害气体。在各个设计领域，使用三维打印机能够轻松将电脑中的效果模型转变为实物，更直观的表达出设计师的设计理念，便于交流和演示，同时切身体会该设计模型的手感，这是仅仅依靠计算机中CAD三维图像展示所不能做到的。

国内关于桌面型三维打印机的文献报道很多，例如，公开号为CN 202862830U的专利文献公开了一种三维打印机，包括机壳和打印装置，该打印装置包括位于八个连接件、连接于连接件上的Z向支撑构件和Y向支撑构件、架设于Y向支撑构件上的X向支撑构件、连接于X向支撑构件上的打印头以及打印平台，该连接件为在六个方向可连接支撑构件的八边柱形连接件，这六个面上设有连接孔与支撑构件连接，从而使得该打印机装置在装配时更为简单准确，方便拆卸维修，而且拓展性强，方便更换配件，整个打印机装置稳定性强，打印过程中平稳准确，打印出来的三维物品偏差小、精度高，仿真效果强，有效解决了现有三维打印机存在的缺陷问题，可广泛应用于制造业、医疗设备、高科技以及教育业中。

现在市场上存在有很多种桌面型三维打印机，这些打印机具有体积小、开发成本低、加工精度低等特点。由于加工精度的限制，这种类型的打印机的应用受到了很大的限制，更倾向于娱乐方面，因此也就减少了此类打印机的市场。现有的桌面型三维打印机的传动方式有很多种方式，应用最广泛的有皮带传动和丝杠传动两种。现有的桌面型三维打印机大多不具有控制机箱内温度的功能，只是简单的给打印平台加热，但是这种方式还是会让加工产品存在一些缺陷，当打印一些对温度有特殊要求的材料时，不能达到很好的打印效果。此外，一般的桌面型三维打印机只可用于一种材料的打印，大大限制了三维打印机的功能。

实用新型内容

本实用新型提供了一种带保温功能的三维打印机，该三维打印机通过部分零部件的拆装可以实现从普通三维打印机到具有保温功能的三维打印机的转变，而且可以通过喷头的更换，实现不同材料的打印，通用性强。

为解决上述技术问题，本实用新型提供的技术方案为：

一种带保温功能的三维打印机，包括用于打印三维物体的打印主体，以及包围所述打印主体的密封壳体，该密封壳体上设有透明的观察窗，该密封壳体内设有加热装置和温度传感器；所述温度传感器检测密封壳体内的温度，并根据检测的温度向加热装置发送控制信号；所述密封壳体为可拆卸结构，所述加热装置与所述密封壳体之间为可拆卸固定方式。

密封壳体采用可拆卸结构，加热装置与密封壳体之间采用可拆卸固定方式，便于实现本实用新型的三维打印机与普通打印机之前的转换，满足各种场合的需要。当用于不需要保温的普通打印场合时，可将部分密封壳体和加热装置拆卸即可。

所述加热装置可选用多种加热结构，为便于加热装置的安装和拆卸，作为优选，所述加热装置位于所述打印主体的正下方，包括带有进风口和排风口的盒体、以及设于盒体内的石英发热管。加热装置位于打印主体的正下方也便于产生的热气自下而上形成循环热气流，快速实现对打印主体的加热。

进风口的数量可根据实际需要确定，作为优选，所述进风口为两个，对称设置在盒体两侧，每个进风口处设有一个向盒体内吹风的排风扇。排风扇的设置加大了气流速度，提高了加热效率。另外，将排风扇设置在温度相对较低的进风口处，避免高温空气对排风扇的损害，有利于提高排风扇的使用寿命。

另外，为避免加热装置产生的热空气携带的热量直接传到打印主体的打印机箱内，造成机箱局部过热，作为进一步优选，所述排风口处设有百叶窗结构的导流板。导流板可选择可调结构，此时可根据实际需要调整导流板的导流方向。导流板也可采用其他不可调的固定的方式与所述盒体固定。

所述密封壳体可选用多种可拆卸结构，作为优选，所述密封壳体包括底板、固定在底板上的安装框架、以可拆卸方式固定在安装框架上的顶板和四个侧围板；所述观察窗设置在所述侧围板上。当使用在不需要保温的普通三维打印场合时，只需将顶板和四个侧围板拆除即可，操作方便。

为便于密封壳体的安装和拆卸，同时便于打印主体的固定，所述安装框架为设置在底板四个角部且相互平行设置的四个立板；所述四个侧围板分别与相邻的两个立板相互密封固定；所述顶板分别与四个立板的顶部相互密封固定。四个侧围板、顶板与四个立板之间可采用多种可拆卸方式相互固定，例如可采用螺栓、螺钉等螺纹方式固定、或者采用卡合的方式固定等。

为降低能耗，提高密封壳体的保温性能，作为优选，可在所述底板、顶板、四个立板和侧围板外壁选择设置保温层。保温层可采用现有的多种保温材料。

所述打印主体可采用现有的打印结构，作为优选，所述打印主体包括：固定在立板上的第一导轨；与第一导轨滑动配合的第一滑块；驱动第一滑块往复移动的第一电机；固定在第一滑块上的第二道轨，该第二道轨与第一道轨垂直设置；与第二道轨滑动配合的第二滑块；驱动第二滑块往复移动的第二电机；固定在第二滑块上的打印喷头；设置在打印喷头下方的打印平台；驱动打印平台上下移动的第三电机。

作为现有技术，所述打印喷头需要与驱动机构相连，驱动机构以及第一电机、第二电机和第三电机均受控于一控制单元，接受控制单元的控制信息，按照预定的打印轨道进行打印。

为提高打印精度，作为优选，所述第三电机和打印平台之间通过相互配合的丝杠和丝杠副传动；所述的第一电机与第一滑块、第二电机与第二滑块之间分别通过同步带传动。

为便于喷头的更换，同时满足多种打印材料的需要，作为优选，所述打印喷头通过可拆卸方式与所述第二滑块相互固定。当需要更换喷头时，仅需要将待更换的喷头拆卸即可，不需要更换整个装置。

为保证打印平台安装竖直方向上下移动，保证打印精度，作为优选，所述立板上固定有水平设置的安装板，该安装板与底板之间固定有保证打印平台上下竖直移动的第三导轨；所述第三导轨与第一道轨和第二道轨均相互垂直设置。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果体现在：

（1）本实用新型通过在密封壳体内设置加热装置和温度传感器，可以控制打印过程中的机箱温度，从而保证了打印的产品的各部分温度一致，避免了因为产品内部温度不一致而导致的一些产品缺陷。并且能应用于更多材料的打印，开发成本低。

（2）密封壳体和加热装置采用可拆卸结构，通过拆装密封壳体的一些部件和拆装加热装置，可以实现功能的转换，可以在保温型三维打印机和普通三维打印平台之间转换，扩展了它的应用范围。

附图说明

图1为本实用新型的带保温功能的三维打印机的爆炸图。

图2为图1所示三维打印机去除部分密封外壳后的结构示意图。

图3为本实用新型的带保温功能的三维打印机作为普通打印机的结构示意图。

图4为图1所示三维打印机内加热装置的主视图。

图5为图4所示加热装置的侧视图。

图6为图4所示加热装置的俯视图。

上述附图中各标号对应的部件名称如下：

1：底板，2：前立板，3：顶板，4：左侧密封板，5：观察窗，6：后密封板，7：右侧密封板，8：前密封板，9：后立板，10：后立板，11：前立板，12：第一导轨，13：第一滑块，14：第一电机，15：第二道轨，16：第二滑块，17：第二电机，18：打印喷头，19：打印平台，20：第三电机，21：丝杠，22：加热装置，22a：盒体，22b：石英发热管，22c：进风口，22d：排风口，22e：排风扇，22f：导流板，23：安装板，24：第三导轨，25：连接板。

具体实施方式

如图1所示，一种带保温功能的三维打印机，包括用于打印三维物体的打印主体、包围所述打印主体的密封壳体。

如图1所示，密封壳体包括底板1、固定在底板1的四个角部且相互平行设置的四个立板、顶板3和四个侧围板。四个立板分别为后立板9、后立板10、前立板2和前立板11。四个侧围板分别是后密封板6、左侧密封板4、右侧密封板7和前密封板8。后密封板6、左侧密封板4、右侧密封板7和前密封板8分别通过螺钉与四个立板中相邻的两个立板相互密封固定；顶板3与四个立板顶部密封固定。其中前密封板8上设有透明的观察窗5，加工过程中可以通过透明的观察窗5对加工过程进行检查观测。密封壳体内设有加热装置22和温度传感器；温度传感器检测密封壳体内的温度，并根据检测的温度向加热装置22发送控制信号，温度传感器可采用现有市场上的温度传感器，例如采用热电偶测温等（图中未示出）。四个立板构成了打印主体的安装框架。

如图2所示，打印主体包括：分别固定在后立板10和和前立板11之间、以及后立板9和前立板2之间的两个第一导轨12、与第一导轨12滑动配合的四个第一滑块13、驱动第一滑块13往复移动的第一电机14、固定在第一滑块13上的两个第二道轨15，该第二道轨15与第一道轨12垂直设置、与第二道轨15滑动配合的第二滑块16、驱动第二滑块16往复移动的第二电机17、固定在第二滑块17上的打印喷头18、设置在打印喷头18下方的打印平台19、驱动打印平台19上下移动的第三电机20。第三电机20和打印平台19之间通过相互配合的丝杠21和丝杠副传动；第一电机14与第一滑块13、第二电机17与第二滑块16之间分别通过同步带传动。打印喷头通过可拆卸方式与第二滑块16相固定，打印喷头可采用现有技术中的压电式打印喷头，同时与驱动机构和控制单元相连。后立板9、后立板10上固定有水平设置的安装板23，该安装板与底板1之间固定有保证打印平台上下竖直移动的第三导轨24，第三导轨24与第一道轨12和第二道轨15均相互垂直设置。打印平台19上设有供第三道轨24穿过的导向孔。

如图1和图4～6，加热装置位于打印主体的正下方，包括带有进风口22c和排风口22d的盒体22a、以及设于盒体22a内的石英发热管22b。进风口22c为两个，对称设置在盒体22a两侧，每个进风口处设有一个向盒体内吹风的排风扇22e。排风口处设有百叶窗结构的导流板22f。

本实用新型三维打印机的整体尺寸为50cm*40cm*40cm，以一个5mm厚的底板1为基础，完成整个打印机的结构设计。在垂直于底板1的两侧用螺纹连接4块高度为40cm的铝合金立板，一方面用于整个打印机的支撑，另一方面，4块板立板之间用导轨支座装有两根Y轴向的第一导轨12。Y轴向的第一导轨12上装有第一滑块13，通过连接板25，安装有X轴向的第二导轨15，打印喷头18就安装在第二导轨15。X、Y轴向的动力机构都采用同步带传动。在底板1的后侧正中间位置用轴承和导轨支座安装有一对第三导轨24和一个滚珠丝杠副（图中被打印平台19遮挡），用于打印平台19的导向和动力机构。动力系统采用X、Y轴同步带驱动打印喷头18和Z轴螺母丝杠驱动打印平台19相结合的驱动方式实现三轴联动。这种方式在保证运行精度的同时降低了开发的成本。本实用新型把三维打印机的机箱设计成可拆卸的密封机箱，通过一些铝合金直板在底板1上的安装形成一个密闭的机箱，然后在机箱的四周附上一层保温隔热材料，最后在机箱内部设置一个加热装置22和测温装置（温度传感器）来保持机箱内部温度的恒定。该加热装置22通过螺纹连接在机箱内底板1的中前方，该加热装置22是一个敞口的长方形盒体22a，在盒体22a的左右两侧分别螺纹连接了两个排风扇22e和进风口22c，来加速机箱内的空气循环，在加热装置22内部安装了两根加热石英管22b，作为热源。最后在盒子的敞口出焊接了一排类百叶窗结构的铝合金长条作为导流板22f，来防止石英管产生的热量造成机箱内的局部温度过高。

如图3所示，图3展示了本实用新型三维打印机在拆卸了密封板之后作为普通三维打印机用的结构图。即在拆卸下后密封板6、左侧密封板4、右侧密封板7和前密封板8这些密封板之后，该密封的三维打印机就变成了一个普通的三维打印平台，可用于很多材料的打印，方便于教学应用。

本实用新型中，打印喷头18的驱动机构、第一电机14、第二电机17、第三电机20、以及温度传感器均受控一个控制单元，接受控制单元的控制指令。本实用新型在加工产品的时候先开启加热装置22，在温度达到设定温度值时，控制单元控制打印喷头18的驱动机构、第一电机14、第二电机17、第三电机20开始加工，加工过程与现有的三维打印技术相同。通过测温装置和程序的调控，保证加工室内的温度稳定在设定值左右，然后打印喷头18进行熔融堆积，在保温条件下，加工出的产品缺陷会减少很多。

Claims (10)

1.一种带保温功能的三维打印机，包括用于打印三维物体的打印主体，其特征在于，包括包围所述打印主体的密封壳体，该密封壳体上设有透明的观察窗（5），该密封壳体内设有加热装置（22）和温度传感器；所述温度传感器检测密封壳体内的温度，并根据检测的温度向加热装置（22）发送控制信号；所述密封壳体为可拆卸结构，所述加热装置（22）与所述密封壳体之间为可拆卸固定方式。

2.根据权利要求1所述的带保温功能的三维打印机，其特征在于，所述加热装置（22）位于所述打印主体的正下方，包括带有进风口（22c）和排风口（22d）的盒体（22a）、以及设于盒体内的石英发热管（22b）。

3.根据权利要求2所述的带保温功能的三维打印机，其特征在于，所述进风口（22c）为两个，对称设置在盒体（22a）两侧，每个进风口处设有一个向盒体（22a）内吹风的排风扇（22e）。

4.根据权利要求2所述的带保温功能的三维打印机，其特征在于，所述排风口（22d）处设有百叶窗结构的导流板（22f）。

5.根据权利要求1所述的带保温功能的三维打印机，其特征在于，所述密封壳体包括底板（1）、固定在底板上的安装框架、以可拆卸方式固定在安装框架上的顶板（3）和四个侧围板；所述观察窗（5）设置在所述侧围板上。

6.根据权利要求5所述的带保温功能的三维打印机，其特征在于，所述安装框架为设置在底板（1）四个角部且相互平行设置的四个立板；所述四个侧围板分别与相邻的两个立板相互密封固定；所述顶板（3）分别与四个立板的顶部相互密封固定。

7.根据权利要求6所述的带保温功能的三维打印机，其特征在于，所述底板（1）、顶板（3）、四个立板和侧围板外壁设置有保温层。

8.根据权利要求6所述的带保温功能的三维打印机，其特征在于，所述打印主体包括：

固定在立板上的第一导轨（12）；

与第一导轨（12）滑动配合的第一滑块（13）；

驱动第一滑块（13）往复移动的第一电机（14）；

固定在第一滑块（13）上的第二道轨（15），该第二道轨与第一道轨垂直设置；

与第二道轨（15）滑动配合的第二滑块（16）；

驱动第二滑块（16）往复移动的第二电机（17）；

固定在第二滑块（16）上的打印喷头（18）；

设置在打印喷头（18）下方的打印平台（19）；

驱动打印平台（19）上下移动的第三电机（20）。

9.根据权利要求8所述的带保温功能的三维打印机，其特征在于，所述第三电机（20）和打印平台（19）之间通过相互配合的丝杠（21）和丝杠副传动；所述的第一电机（14）与第一滑块（13）、第二电机（17）与第二滑块（16）之间分别通过同步带传动。

10.根据权利要求8所述的带保温功能的三维打印机，其特征在于，所述立板上固定有水平设置的安装板（23），该安装板（23）与底板（1）之间固定有保证打印平台上下竖直移动的第三导轨（24）；所述第三导轨（24）与第一道轨（12）和第二道轨（15）均相互垂直设置。

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