[发明专利]一种复合石墨烯预热与摩擦生热沉积的3D打印头结构

说明书

本发明公开了一种复合石墨烯预热与摩擦生热的3D打印头结构，该3D打印头包括定位区、直流电机、进料区、摩擦棉、隔热层、熔丝区、石墨烯发热膜、过滤网和喷嘴。3D打印头定位区用于定位3D打印头，保证工作时打印的精度。直流电机与安装在发热棒内的摩擦棉进行摩擦生热，再通过发热棒将热传导到熔丝区。进料区设置有圆筒状送料通道，将熔融材料送到熔丝区。熔丝区采用石墨烯发热膜进行预热，石墨烯发热膜也可以与直流电机的摩擦生热一起成为热源，将熔融材料融化成流体，使其通过过滤网沉积到喷嘴内。此外，熔丝区旁边设置有隔热层，避免热流失以及使打印头发生热变形，影响打印精度。完全熔化后的熔融材料最后经针状喷嘴流出，进行3D打印。

技术领域

本发明属于增材制造设备技术领域，特别涉及一种复合石墨烯预热与摩擦生热沉积的3D打印头结构。

背景技术

目前，3D打印技术在工业领域得到越来越广泛的应用。目前常用的加热方式是熔融沉积式(FDM)。打印头上有加热块和喷头。加热块将熔融材料加热融化，通过热熔通道将融化后的材料不断流到喷嘴中，最终从喷嘴中流出。传统的加热融化方式是通过加热棒通电加热和温控器来工作的，这种加热方式往往导致温度分布不均匀，从而使得热熔通道内的材料无法得到均匀的受热，融化也不均匀，严重影响打印效果。而且热响应慢，需要预热时间较长。加热区域不能得到完全的利用，存在严重的浪费现象。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供了一种复合石墨烯预热与摩擦生热沉积的3D打印头结构，这种打印头可以提供均匀的加热效果，使熔融材料受热均匀，从而得到较好的打印效果。本发明热响应快，预热时间短，可以较快实现加热，而且只在热熔通道内加热，加热区域得到完全的利用。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案来实现的：

一种复合石墨烯预热与摩擦生热沉积的3D打印头结构，包括自上而下依次设置的定位区、进料区、熔丝区和喷嘴；其中，

定位区用于定位3D打印头，并与打印机进行定位连接，其底部开设有凹槽，并设置有直流电机，凹槽中心开设有圆筒状圆槽；熔丝区内开设有与圆筒状圆槽连通且同轴心设置的热熔通道，喷嘴内开设有与热熔通道连通且同轴心设置的出料通道；进料区的周向上开设与若干与热熔通道连通的圆弧状进料通道；

熔丝区的热熔通道内设置有具有中空腔体的发热棒，直流电机的转轴伸入发热棒内部，与填充在发热棒内部的摩擦棉充分紧密接触；熔丝区的热熔通道内壁紧贴有呈圆筒状的石墨烯发热膜，且石墨烯发热膜与发热棒之间设有间隙，熔融材料通过圆弧状进料通道被送到发热棒与石墨烯发热膜之间进行加热熔化；熔丝区底部设置有过滤网。

本发明进一步的改进在于，熔丝区的周向设置有隔热层，用于防止石墨烯加热使打印头结构变形影响打印精度。

本发明进一步的改进在于，直流电机选用最高转速能达到40000r/min及以上的直流电机。

本发明进一步的改进在于，摩擦棉的材料选择钢棉或者铜棉，用于与直流电机的转轴进行摩擦生热，并将热通过发热棒传导到熔丝区。

本发明进一步的改进在于，熔丝区的加热方式为石墨烯发热膜进行预热，然后通过直流电机与摩擦棉进行摩擦生热，并通过发热棒将热传导到熔丝区，熔融材料经进料区进入熔丝区后加热熔化。

本发明进一步的改进在于，过滤网上的过滤孔孔径小于熔融材料的直径，使得未能完全融化的熔融材料不能进入到喷嘴中。

本发明进一步的改进在于，喷嘴为针状喷嘴，与3D打印头通过螺纹连接。

本发明进一步的改进在于，圆弧状进料通道的数量为四个。

本发明具有如下有益的技术效果：