主動製冷的3D列印裝置的製作方法
2023-07-14 03:06:46
本實用新型涉及3D印表機的散熱技術領域，具體涉及一種主動製冷的3D列印裝置。
背景技術：
FDM 3D印表機的基本原理就是將耗材通過列印頭加熱後擠出，按電腦程式指令進行層層堆積。而被加熱擠出後的耗材需要快速有效的冷卻，這樣才能更好的保障列印質量，因此列印件的製冷，嚴重影響FMD印表機的列印質量。目前的3D印表機，在增材製造時，加熱熱熔材料或雷射燒結材料後，一般不對材料加裝冷卻裝置，或簡單對列印件的製冷均採用直接風冷模式，即採用風扇直接對列印件進行散熱。這種方式，一是散熱效率低下；二是受環境溫度影響大，效果不穩定；三是溫度無法控制，無法更好的適應不同特性的列印材料，影響列印質量；四是由於3D印表機箱體內本身熱量比較高，尤其是FDM增材方式機型，導致列印的目標物品要在較長時間內冷卻，使目標物品在未完全冷卻之前，很容易因高溫材料的流體特性產生變形和尺寸偏差，而導致目標物品的達不到設定的精準尺寸。
有鑑於此，特提出本實用新型。
技術實現要素：
本實用新型旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。
為此本實用新型提供了一種主動製冷的3D列印裝置，為列印件散熱，同時通過PID對冷卻氣體溫度進行精準控制，從而實現對不同收縮特性的耗材以不同溫度的適應。藉此提高列印質量和速度。
其具體技術方案如下：一種主動製冷的3D列印裝置，包括：殼體，所述殼體內設有風道，所述殼體的上部設有進風口和散熱口，所述殼體的底部設有出風口和冷凝水收集倉，所述出風口與印表機的列印噴嘴留有安裝距離；送風裝置，其安裝在所述進風口處，所述送風裝置與所述風道相連通；散熱裝置，其安裝在所述散熱口處，所述散熱裝置包括由內向外依次設置的傳冷片、製冷晶片、散熱片及排風裝置；控制裝置，其包括安裝在所述出風口處的溫度傳感器和主控板，所述主控板與所述溫度傳感器和所述製冷晶片控制連接。
根據本實用新型提供的主動製冷的3D列印裝置，殼體內設有風道，殼體上部設有進風口和散熱口，殼體的底部設有出風口和冷凝水收集倉，當印表機內部列印件發熱時，溫度傳感器將溫度信息傳輸至主控板中，主控板將驅動製冷晶片進行製冷，進風口處的進風裝置帶動熱空氣在風道內流動，並經過製冷晶片製冷、散熱裝置散熱，並且將冷凝後的水通過冷凝水收集倉進行收集，本實用新型實現了製冷晶片主動降溫，溫度可實現PID調控，而且自帶冷凝水收集倉，是一種效率高，成本低，精度高的具有主動冷卻功能的3D列印裝置。
另外，根據本實用新型上述實施例的主動製冷的3D列印裝置，還可以具有如下附加的技術特徵：
根據本實用新型的一個示例，所述風道包括進風區、製冷區、散熱區、出風區及冷凝水收集區，所述進風區的通道與所述製冷區的通道呈一角度，所述進風區的通道與所述出風區的通道垂直。
根據本實用新型的一個示例，所述進風區的通道與所述製冷區的通道所呈角度為45°。
根據本實用新型的一個示例，所述製冷晶片與所述散熱片之間設置有隔熱層。
根據本實用新型的一個示例，所述傳冷片和散熱片的材質均為鋁。
根據本實用新型的一個示例，所述製冷晶片為半導體製冷晶片。
根據本實用新型的一個示例，所述冷凝水收集倉內有設置有吸水材料。
根據本實用新型的一個示例，所述送風裝置及排風裝置為風扇。
本實用新型的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本實用新型的實踐了解到。
附圖說明
圖1為本實用新型實施例的主動製冷的3D列印裝置的列印頭結構示意圖(一)；
圖2為本實用新型實施例的主動製冷的3D列印裝置的列印頭的爆炸圖；
圖3為本實用新型實施例的主動製冷的3D列印裝置的列印頭結構示意圖(二)；
圖4為本實施例的主動製冷的3D列印裝置的結構示意圖；
圖5為本實施例的主動製冷的3D列印裝置的PID溫度控制示意圖；
圖6為本實施例的主動製冷的3D列印裝置的風道內部區域的示意圖。
圖中：100、殼體；110、進風口；120、散熱口；130、出風口；140、冷凝水收集倉；200、送風裝置；300、散熱裝置；310、傳冷片；320、製冷晶片；330、散熱片；340、排風裝置；350、隔熱層；400、進風區；500、製冷區；600、散熱區；700、出風區；800、冷凝水收集區；900、列印噴嘴。
具體實施方式
下面詳細描述本實用新型的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用於解釋本實用新型，而不能理解為對本實用新型的限制。
結合附圖1-6所示，本實用新型公開了一種主動製冷的3D列印裝置，如圖1和2所示，列印裝置的列印頭包括殼體100，殼體內設有風道，殼體100的上部設有進風口110和散熱口120，殼體100的底部設有出風口130和冷凝水收集倉140。優選的，如圖4所示，出風口130與印表機的列印噴嘴900留有安裝距離，避免冷空氣直接吹到列印頭而帶來的不利影響。主動製冷的3D列印裝置還包括送風裝置200，其安裝在進風口110處，送風裝置200與風道相連通。主動製冷的3D列印裝置還包括散熱裝置300，其安裝在散熱口120處，散熱裝置300包括由內向外依次設置的傳冷片310、製冷晶片320、散熱片330及排風裝置340。為了實現本實用新型3D列印裝置的主動製冷功能，本實用新型主動製冷的3D列印裝置還包括控制裝置(未示出)，其包括安裝在出風口處的溫度傳感器和主控板，主控板與溫度傳感器和製冷晶片控制連接。
具體的在，本實施例中，送風裝置200及排風裝置340為風扇，當然，其他具有該功能的裝置也可以作為本實用新型的送風裝置200和排風裝置340。
具體的，在本實施例中，製冷晶片320為半導體製冷晶片，該半導體製冷晶片具有一冷端和一熱端，其利用半導體材料的Peltier效應，當直流電通過兩種不同半導體材料串聯成的電偶時，在電偶的兩端即可分別吸收熱量和放出熱量，可以實現製冷的目的。它是一種產生負熱阻的製冷技術，其特點是無運動部件，可靠性比較高。
具體的，在本實施例中，如圖3所示，風道包括進風區400、製冷區500、散熱區600、出風區700及冷凝水收集區，優選的，進風區400的通道與製冷區500的通道呈一角度，進風區的通道與出風區的通道垂直，更有選的，進風區的通道與製冷區的通道所呈角度為45°。申請人在實驗過程中發現，當進風區400的通道與製冷區500的通道呈一角度時，熱空氣流動時會在進風區400與製冷區500的拐角處停留一小段時間，這樣更有利於半導體製冷晶片對空氣進行製冷處理，申請人通過大量的實驗證明，當進風區的通道與製冷區的通道所呈角度為45°時，製冷效果最佳。
具體的，如圖4所示，在本實施例中，為了保證製冷晶片與散熱片之間的無縫連接和保溫效果，本實施例的製冷晶片320與散熱片330之間設置有隔熱層350，隔熱層350的材質為隔熱棉。
具體的，在本實施例中，傳冷片310和散熱片330的材質可以為鋁或者鋁合金，鋁最為其材質不僅成本較低、易於實現，而且熱傳遞效果較好。
具體的，在本實施例中，如圖5所示，本裝置在風道底部設有一個冷凝水收集倉140，以解決製冷帶來的結露問題。冷凝水收集倉內有設置有吸水材料，冷凝水收集倉內有置有吸水材料(如：乾燥劑，高吸水海綿等)因風道風路先垂直向下，然後橫向再送出。所以由於冷凝水由於自身重量，會下沉並被吸水材料吸收，保證送出冷風的乾燥。
本裝置基本原理為：高速送風風扇將氣流送入風道，風道內有鋁製傳冷片。傳冷片的作用是將製冷晶片(TEC1系列，在26度左右室溫，可在短時間內將晶片表面溫度降至零下)的溫度傳導至風道內。風道內通過傳冷片的空氣，被降溫後由出圓形螺旋出風口均勻送至列印頭周邊(列印頭被安放在出風口中央，冷風不會直吹列印頭)，為列印件提供迅速降溫。同時，出風口內有NTC100玻封熱敏電阻作為溫度傳感器，將溫度信息回傳主控板，以便於主控板對製冷晶片進行PID溫度控制，從而達到較為精準的溫度輸出。PID控制如圖6所示。
綜上所述，根據本實用新型提供的主動製冷的3D列印裝置，殼體內設有風道，殼體上部設有進風口和散熱口，殼體的底部設有出風口和冷凝水收集倉，當印表機內部列印件發熱時，溫度傳感器將溫度信息傳輸至主控板中，主控板將驅動製冷晶片進行製冷，進風口處的進風裝置帶動熱空氣在風道內流動，並經過製冷晶片製冷、散熱裝置散熱，並且將冷凝後的水通過冷凝水收集倉進行收集，本實用新型實現了製冷晶片主動降溫，溫度可實現PID調控，而且自帶冷凝水收集倉，是一種效率高，成本低，精度高的具有主動冷卻功能的3D列印裝置。
在本實用新型的描述中，需要理解的是，術語「中心」、「縱向」、「橫向」、「長度」、「寬度」、「厚度」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「頂」、「底」「內」、「外」、「順時針」、「逆時針」、「軸向」、「徑向」、「周向」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。
此外，術語「第一」、「第二」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特徵的數量。由此，限定有「第一」、「第二」的特徵可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特徵。在本實用新型的描述中，「多個」的含義是兩個以上，除非另有明確具體的限定。
在本實用新型中，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」、「固定」等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關係。對於本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本實用新型中的具體含義。
在本說明書的描述中，參考術語「一個實施例」、「一些實施例」、「示例」、「具體示例」、或「一些示例」等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特徵、結構、材料或者特點包含於本實用新型的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特徵、結構、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領域的技術人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特徵進行結合和組合。
儘管上面已經示出和描述了本實用新型的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本實用新型的限制，本領域的普通技術人員在本實用新型的範圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。