一種手動送料和可調(diào)節(jié)溫度范圍的3d打印筆的制作方法
【專利摘要】一種手動送料和可調(diào)節(jié)溫度范圍的3D打印筆，屬于3D打印領(lǐng)域。特征是筆桿是沿軸心線分成上下兩半合并而成。下半部結(jié)構(gòu)是在下筆桿腔內(nèi)制有固定座，通過固定卡扣將筆芯組件安裝在下筆桿前部。上下支撐架分別固定在下筆桿腔內(nèi)，上下滾輪分別安裝在上下支撐架上；在下筆桿腔內(nèi)后方位安裝有電風扇和電路板，在電路板上依次安裝有電源模塊、加熱和電風扇控制模塊及溫度控制調(diào)節(jié)和顯示模塊。上半部結(jié)構(gòu)是上筆桿殼體是透明材料，輸料管固定安裝在上筆桿腔內(nèi)，輸料管前端對準上下滾輪相切口處，后端與后端蓋上的進料孔對接，上筆桿后部安裝有加熱啟停按鈕和電風扇啟停按鈕。優(yōu)點是采用手動送料，減了電機，加熱溫度實現(xiàn)了閉環(huán)調(diào)節(jié)和顯示，提高了控制精度，節(jié)約了能源和投資，降低了整個筆體的重量和體積。
【專利說明】-種手動送料和可調(diào)節(jié)溫度范圍的3D打印筆

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種手動送料和可調(diào)節(jié)溫度范圍的3D打印筆，屬于3D打印【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 3D打印不同于傳統(tǒng)意義上的打印，主要在于它突破了紙張和平面的概念，將原材 料（如ABS塑料、金屬增材材料、非金屬增材材料或可粘合物體等）打印成3D的立體結(jié)構(gòu) 物體，主要有"3D打印機"和"3D打印筆"兩種形式。
[0003] 目前的"3D打印機"主要是在工業(yè)級應(yīng)用，如將工業(yè)設(shè)計出的產(chǎn)品直接通過層疊的 方式打印出來，極大地提高了生產(chǎn)效率，快速的將設(shè)計藍圖變成現(xiàn)實，體現(xiàn)了目前主流的所 見即所得設(shè)計模式，也極大的縮短了產(chǎn)品的設(shè)計周期和開發(fā)周期。
[0004] 目前的"3D打印筆"，主要包括外殼、噴頭、加熱腔、電機裝置、送料管、控制板、按鍵 板以及隔熱和通風裝置等組成。其原理是將ABS塑料加熱成流體狀態(tài)后從出料口流出并逐 步冷卻凝固，從而形成立體的三維模型。特別適合工業(yè)設(shè)計和青少年的學習使用，對于設(shè) 計、開拓和訓練其創(chuàng)新思維，建立復(fù)雜的空間概念等都有著突破性、不可代替的作用。目前 3D打印筆的主要是以步進式電機驅(qū)動為核心送料方式的技術(shù)路線，這樣帶來的是生產(chǎn)成本 高、加熱溫度不能調(diào)節(jié)、筆體體積和重量過大等問題，而且維護成本也大大提高，不利于向 社會大眾推廣。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明目的是提供一種手動送料和可調(diào)節(jié)溫度的3D打印筆，可克服現(xiàn)有技術(shù)存 在的缺點。
[0006] 本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，它包括有下半部組件、上半部組件和后端蓋。打印筆的筆桿 是沿軸心線分成上下兩半合并而成的。其特征在于下半部組件的結(jié)構(gòu)是在下筆桿腔內(nèi)前段 制有固定座，通過固定卡扣將筆芯組件安裝在下筆桿腔內(nèi)的前部。上下支撐架分別固定在 下筆桿腔內(nèi)筆芯組件的后面，上滾輪為主動輪，下滾輪為從動輪，上下滾輪分別安裝在上下 支撐架上；所述筆芯組件的構(gòu)造是出料芯管前端為制有中心孔的圓錐體，后面是制有中心 孔的圓柱體，圓柱體的后面與隔離管對接，在出料芯管后段圓柱體的外圓周上套裝有加熱 基管，在加熱基管外圓周上纏繞有加熱線圈，在加熱線圈的外圓周上套裝有保溫隔離管，在 加熱線圈和加熱基管的前后兩端分別安裝有保溫密封圈，在隔離管前段外圓周上安裝有保 溫圈；在下筆桿腔內(nèi)后方位安裝有電風扇和電路板，在電路板上依次安裝有電源模塊、加熱 和電風扇控制模塊以及溫度控制調(diào)節(jié)和顯示模塊。
[0007] 所述的筆芯組件中的出料芯管前段圓錐體的中心孔直徑為R1，后段圓柱體中心孔 直徑為R，隔離管中心孔直徑為R2，原坯料的半徑為r，其關(guān)系是_! I 。 r s K ^ s κ
[0008] 所述的筆芯組件中加熱線圈內(nèi)埋有溫度檢測元件，溫度檢測元件輸出的電壓士的 范圍為U d-UuVDC,對應(yīng)的實際加熱攝氏溫度Tk的范圍為0-400°C，加熱線圈電源線和溫度 檢測元件的引腳穿過后保溫密封圈和外界連接，這些引腳通過序號或顏色加以區(qū)分。
[0009] 所述的溫度控制調(diào)節(jié)和顯示模塊包含調(diào)節(jié)旋鈕和數(shù)碼顯示管，數(shù)碼顯示管顯示當 前加熱線圈的實際溫度Tk，調(diào)節(jié)旋鈕的調(diào)節(jié)電壓Ut范圍為Ud-U uVDC,調(diào)節(jié)旋鈕的電壓值Ut 和溫度檢測元件的輸出電壓值Ut同時進入比較器進行比較，當Ut彡Ut+A Ul，Au1為實數(shù)， 加熱線圈失電停止加熱，當士 < Ut+ Λ u2, Λ U2為實數(shù)，加熱線圈得電繼續(xù)加熱；加熱和風扇 控制模塊包含加熱LED狀態(tài)指示燈和電風扇LED狀態(tài)指示燈。
[0010] 所述上半部組件的結(jié)構(gòu)是上筆桿殼體是透明材料制成的，用于送料的輸料管通過 固定架安裝在上筆桿腔內(nèi)，輸料管的前端對準上下滾輪相切口處，后端與后端蓋上的進料 孔相對接，上筆桿后部安裝有加熱啟停按鈕和電風扇啟停按鈕。
[0011] 本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是由于采用手動送料，減少了電機環(huán)節(jié)，加熱部分設(shè)計 緊湊合理，加熱溫度實現(xiàn)了閉環(huán)調(diào)節(jié)和顯示，提高了控制精度，因此節(jié)約了能源和投資，降 低了整個筆體的重量和體積，使用更加方便、環(huán)保。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 圖1是本發(fā)明總裝立體圖
[0013] 圖2是下半部組件I示意圖
[0014] 圖3是筆芯組件剖視圖
[0015] 圖4是上半部組件II示意圖
[0016] 圖5是電路板組裝示意圖
[0017] 圖6是加熱溫度控制流程圖
[0018] 圖中：I-下半部組件.II-上半部組件· III -后端蓋
[0019] 1-筆芯組件；3、5、7_第一、第二、第三固定卡扣；2、4、6_第一、第二、第三固定座； 8、10_上下支撐架；9、11_上下滾輪；12-輸料管；13-固定架；14-電風扇；15-電路板； 16-電風扇啟停按鈕；17-加熱啟停按鈕；18-上筆桿；19-下筆桿；
[0020] 101-出料芯管；102-保溫隔離管；103、106-前后保溫密封圈；104-加熱線圈； 105-加熱基管；107-保溫圈；108-隔離管；
[0021] 1501-電源模塊；1502-加熱和電風扇控制模塊；1503-溫度控制調(diào)節(jié)和顯示模塊； 1504-數(shù)碼顯示管；1505-加熱LED狀態(tài)指示燈；1506-電風扇LED狀態(tài)指示燈；1507-調(diào)節(jié) 旋鈕。

【具體實施方式】
[0022] 如圖1、2、3、4所示，本發(fā)明包括有下半部組件I、上半部組件II和后端蓋III。打印 筆的筆桿是沿軸心線分成上下兩半合并而成。
[0023] 下半部組件I的結(jié)構(gòu)是在下筆桿19腔內(nèi)前段制有第一、第二、第三固定座2、4、6， 分別通過采用第一、第二、第三固定卡扣3、5、7將筆芯組件1安裝在下筆桿19的腔內(nèi)，上下 支撐架8、10分別固定在下筆桿19腔內(nèi)筆芯組件1的后面，上下滾輪9、11分別安裝在上下 支撐架8、10上，上滾輪9為主動輪，下滾輪11為從動輪；所述筆芯組件1的構(gòu)造是出料芯管 101前端為制有中心孔的圓錐體，后面是制有中心孔的圓柱體，圓柱體的后面與隔離管108 對接，在出料芯管101后段圓柱體的外圓周上套裝有加熱基管105,在加熱基管105外圓周 上纏繞有加熱線圈104,在加熱線圈104的外圓周上套裝有保溫隔離管102,在加熱線圈104 和加熱基管105的前后兩端分別安裝有保溫密封圈103、106,在隔離管108前段外圓周上安 裝有保溫圈107 ;在下筆桿19腔內(nèi)后方位安裝電風扇14和電路板15,在電路板15上依次 安裝有電源模塊1501、加熱和電風扇控制模塊1502以及溫度控制調(diào)節(jié)和顯示模塊1503 ;
[0024] 所述的筆芯組件1中的出料芯管101前段圓錐體的中心孔直徑為R1，后段圓柱體 中心孔直徑為R，隔離管108中心孔直徑為R2，原坯料的半徑為r，其關(guān)系是{ 2[_^ R。
[0025] 所述的筆芯組件1中加熱線圈104內(nèi)埋有溫度檢測元件，溫度檢測元件輸出的電 壓Ut的范圍為U d-UuVDC,對應(yīng)的實際加熱攝氏溫度Tk的范圍為0-400°C，加熱線圈104電 源線和溫度檢測元件的引腳穿過后保溫密封圈106和外界連接，這些引腳通過序號或顏色 區(qū)分。
[0026] 所述的溫度控制調(diào)節(jié)和顯示模塊1503包含調(diào)節(jié)旋鈕1507和數(shù)碼顯示管1504,數(shù) 碼顯示管1504顯示當前加熱線圈104的實際溫度T k，調(diào)節(jié)旋鈕1507的調(diào)節(jié)電壓Ut范圍為 Ud-UuVDC,調(diào)節(jié)旋鈕1507的電壓值Ut和溫度檢測元件的輸出電壓值UJ同時進入比較器進 行比較，當U j SUt+ΛU1, ΛU1為實數(shù)，加熱線圈104失電停止加熱，當UjS Ut+Λu2, Au2S 實數(shù)，加熱線圈104得電繼續(xù)加熱；加熱和電風扇控制模塊1502至少包含加熱LED狀態(tài)指 示燈1505和電風扇LED狀態(tài)指示燈1506。
[0027] 所述上半部組件II的結(jié)構(gòu)是如圖4所示，上筆桿18殼體是透明材料制成的，用于 送料的輸料管12通過固定架13安裝在上筆桿18腔內(nèi)，輸料管12的前端對準上下滾輪9、 11相切口處，后端與后端蓋III上的進料孔相對接，上筆桿18后部安裝有加熱啟停按鈕17和 電風扇啟停按鈕16。
[0028] 本實施例中，總體過程是原材料經(jīng)所述的3D打印筆后端蓋III上的進線孔進入后， 依次經(jīng)過輸料管12、上下滾輪（9、11)、隔離管108和出料芯管101，最終是由出料芯管101 的筆尖處液化擠出。具體實施描述是原材料經(jīng)所述的后端蓋III的進線孔后，導(dǎo)入輸料管12 的S形彎入口并從輸料管12的出口 S形彎出來后送入上下滾輪（9、11)相切口處，撥動上滾 輪9咬入原材料，使得原材料進入隔離管108的管腔中后，接通外部電源，按下電風扇14的 啟動按鈕16,檢查電風扇14和各指示燈（1505U506)運行正常后，按下加熱啟動按鈕17， 觀察數(shù)碼顯示管1504溫度變化，等顯示值達到指定加熱溫度后繼續(xù)撥動上滾輪9送料，原 材料在加熱成液態(tài)后經(jīng)出料芯管101流出后開始書寫。
[0029] 在本實施例中，所述的加熱LED狀態(tài)指示燈1505和電風扇LED狀態(tài)指示燈1506， 通過閃爍和顏色變化告訴使用者3D打印筆當前所處的狀態(tài)，其狀態(tài)有：運行、故障、待機、 停機。
[0030] 在本實施例中，所述的數(shù)碼顯示管1504顯示的是加熱線圈104當前的溫度Ie，溫 度檢測元件輸出的電壓U t和調(diào)節(jié)旋鈕1507的調(diào)節(jié)電壓Ut的范圍（Ud-UuVDC)相同，都取值 為（0-10VDC)，當通電運行過程中需要調(diào)節(jié)溫度時，撥動調(diào)節(jié)旋鈕1507,等待加熱穩(wěn)定后觀 察數(shù)碼顯示管1504的數(shù)字變化，反復(fù)數(shù)次，直到對穩(wěn)定后的溫度滿意為止。
[0031] 在本實施例中，為了滿足書寫不同粗細線條的需要，松開第一固定夾3,更換不同 通孔直徑的出料芯管101即可實現(xiàn)。
[0032] 在本實施例中，所述的電風扇14安裝在筆筒后半段，使得整個3D打印筆內(nèi)的空氣 流動方向是從筆尾部后端蓋III的進氣孔進氣，經(jīng)筆筒中間無遮擋通路，最終在筆尖的出料 芯管101和筆筒形成的環(huán)形空間排出，由于加熱線圈104與隔離管108分別覆有保溫隔離 管102和保溫圈107,因此氣流帶出的熱量為少量逃逸熱量和出料芯管101表面散發(fā)的熱 量，特別是出料芯管101散發(fā)熱量的帶走，有利于液態(tài)擠出的材料迅速凝固成型，使得書寫 動作更加流暢。
[0033] 上述【具體實施方式】只不過是本發(fā)明的具體個案，本發(fā)明的專利保護范圍包括但不 限于上述的【具體實施方式】，任何符合本發(fā)明的"一種手動送料和可調(diào)節(jié)溫度范圍的3D打印 筆"權(quán)利要求書的，且任何所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員對其所做的適當變化或替換，都應(yīng) 落入本發(fā)明的專利保護范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種手動送料和可調(diào)節(jié)溫度范圍的3D打印筆，包括有下半部組件（I)、上半部組件 (II)和后端蓋（III)，打印筆的筆桿是沿軸心線分成上下兩半合并而成；其特征在于下半 部組件（I)的結(jié)構(gòu)是在下筆桿（19)腔內(nèi)前段制有固定座，通過采用固定卡扣將筆芯組件 (1)安裝在下筆桿（19)的腔內(nèi)，上下支撐架（8、10)分別固定在下筆桿（19)腔內(nèi)筆芯組件 (1)的后面，上下滾輪（9、11)分別安裝在上下支撐架（8、10)上，上滾輪（9)為主動輪，下 滾輪（11)為從動輪；所述筆芯組件（1)的構(gòu)造是出料芯管（101)前端為制有中心孔的圓錐 體，后面是制有中心孔的圓柱體，圓柱體的后面與隔離管（108)對接，在出料芯管（101)后 段圓柱體的外圓周上套裝有加熱基管（105)，在加熱基管（105)外圓周上纏繞有加熱線圈 (104)，在加熱線圈（104)的外圓周上套裝有保溫隔離管（102)，在加熱線圈（104)和加熱 基管（105)的前后兩端分別安裝有保溫密封圈（103、106)，在隔離管（108)前段外圓周上 安裝有保溫圈（107);在下筆桿（19)腔內(nèi)后方位安裝電風扇（14)和電路板（15)，在電路板 (15)上依次安裝有電源模塊（1501)、加熱和電風扇控制模塊（1502)以及溫度控制調(diào)節(jié)和 顯示模塊（1503);所述上半部組件（II)的結(jié)構(gòu)是上筆桿（18)殼體是透明材料制成的，用 于送料的輸料管（12)通過固定架（13)安裝在上筆桿（18)腔內(nèi)，輸料管（12)的前端對準 上下滾輪（9、11)相切口處，后端與后端蓋（III)上的進料孔相對接，上筆桿（18)后部安裝 有電風扇啟停按鈕（16)和加熱啟停按鈕（17)。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種手動送料和可調(diào)節(jié)溫度范圍的3D打印筆，其特征在于所述 的筆芯組件（1)中的出料芯管（101)前段圓錐體的中心孔直徑為R 1，后段圓柱體中心孔直 R < R 徑為R，隔離管（108)中心孔直徑為R2，原坯料的半徑為r，其關(guān)系是{ ^1r $R。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種手動送料和可調(diào)節(jié)溫度范圍的3D打印筆，其特征在于所述 的筆芯組件（1)中加熱線圈（104)內(nèi)埋有溫度檢測元件，溫度檢測元件輸出的電壓U t的范 圍為Ud-UuVDC,對應(yīng)的實際加熱攝氏溫度Tk的范圍為0-400°C，加熱線圈（104)電源線和 溫度檢測元件的引腳穿過后保溫密封圈（106)和外界連接，這些引腳通過序號或顏色加以 區(qū)分。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種手動送料和可調(diào)節(jié)溫度范圍的3D打印筆，其特征在于所述 的溫度控制調(diào)節(jié)和顯示模塊（1503)包含調(diào)節(jié)旋鈕（1507)和數(shù)碼顯示管（1504)，數(shù)碼顯示 管（1504)顯示當前加熱線圈（104)的實際溫度T k，調(diào)節(jié)旋鈕（1507)的調(diào)節(jié)電壓Ut范圍為 Ud-UuVDC,調(diào)節(jié)旋鈕（1507)的電壓值Ut和溫度檢測元件的輸出電壓值UJ同時進入比較器進 行比較，當U j SUt+ΛU1, ΛU1為實數(shù)，加熱線圈（104)失電停止加熱，當UjS Ut+Λu2, Au2 為實數(shù)，加熱線圈（104)得電繼續(xù)加熱；加熱和電風扇控制模塊（1502)包含加熱LED狀態(tài) 指示燈（1505)和電風扇LED狀態(tài)指示燈（1506)。
【文檔編號】B22F3/115GK104228066SQ201410335093
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年7月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月15日
【發(fā)明者】李宏杰 申請人:李宏杰