3D打印噴頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計

3D打印頭是實現(xiàn)打印設(shè)備具體功能的主要部件，用于耗材的進(jìn)料及加熱出絲，是保證打印質(zhì)量的基本條件。打印頭的具體形式需要根據(jù)實驗進(jìn)行設(shè)計，基本構(gòu)成零件有支撐架、喉管、加熱塊、噴嘴等，都是可更換零件，這也使得打印頭有較大的使用壽命。這次我們設(shè)計了兩種打印頭結(jié)構(gòu)，一種是直接帶電機(jī)的近端送料打印頭，用于打印柔性材料，包括TPU、橡膠等材料，加熱溫度在250°C以下；另一種是不帶電機(jī)的遠(yuǎn)端送料打印頭，用于打印工程塑料，包括PEEK、PA等材料，加熱溫度在420°C以下。兩種打印頭可以根據(jù)耗材需要進(jìn)行模塊化更換。

從基本構(gòu)成來看，兩者加熱部分一致，喉管有所區(qū)別。帶電機(jī)打印頭用的金屬喉管，內(nèi)部嵌有耐高溫材料I，用于低阻力進(jìn)料。喉管連接加熱塊和支撐鋁塊。此外喉管邊上有風(fēng)扇進(jìn)行散熱，喉管長度盡可能縮短，這樣可以防止柔性耗材進(jìn)料軟化現(xiàn)象。不帶電機(jī)打印頭采用“金屬＋耐高溫材料II”喉管，同時連接加熱塊和支撐鋁塊。由于工程塑料的加熱溫度過高，若只釆用金屬喉管，則整體溫差過大，會影響進(jìn)料穩(wěn)定。因此，采用金屬＋耐高溫塑料包裹形式可以避免熱量的集中，經(jīng)過實際的測試已得到驗證。此外遠(yuǎn)端進(jìn)料可以減輕打印頭的質(zhì)量，從而提高打印速度和制件精度。

為了進(jìn)一步說明打印頭工作過程，給出帶電機(jī)打印頭的裝配示意圖。塑料耗材通過步進(jìn)電機(jī)的送絲輪進(jìn)入到支撐孔，隨后依次進(jìn)入連接件、喉管、加熱塊和噴嘴。加熱塊有兩個加熱孔和熱電偶孔，單個加熱管功率不夠，所以采用兩個規(guī)格為Φ6*20的金屬加熱管，工作電壓12V，功率為40W。溫度傳感器選用規(guī)格為Φ3*15的K型熱電偶，測溫范圍為0-600°C，內(nèi)玻璃纖維外不銹鋼金屬網(wǎng)絲屏蔽，導(dǎo)熱性能良好。特氟龍管規(guī)格為Φ6*1*25，放置于喉管內(nèi)部，一端靠近噴嘴，一端靠近連接件。喉管規(guī)格為Ｍ6-6，鋁合金材質(zhì)，其中縮頸端外徑為4mm，長度為3mm，縮頸端用于卡住隔熱快，隔絕一部分熱量。加熱塊和噴嘴均采用黃銅制作，因為銅的導(dǎo)熱性較高。加熱塊開有兩個加熱孔，一個熱電偶孔，外形尺寸要盡量設(shè)計小，可以達(dá)到迅速升溫過程；噴嘴圓錐端內(nèi)徑設(shè)計為Φ0.4ｍｍ，中間的過渡段角為45°，總長為5mm，由于噴嘴涉及到成型出絲過程，因此合適的結(jié)構(gòu)參數(shù)很重要。

實際裝配中要注意安裝的先后次序，噴嘴和加熱塊部分先連接，支撐鋁塊和聯(lián)結(jié)件后連接，最后安裝連接管。同時加熱線和熱電偶線應(yīng)注意緊密排布，除了注意避免直接與熱源的接觸，也要注意末端連線的隨機(jī)頭運(yùn)動。安裝好的打印頭如圖，經(jīng)過多次500°C的高溫試驗測試運(yùn)轉(zhuǎn)良好，出絲也正常，可以打印PEEK、PA在內(nèi)的工程塑料，也可以打印PLA、ABS、TPU等普通的塑料，因此符合工程設(shè)計要求。

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