[发明专利]一种3D打印机内部腔室红外恒温系统

说明书

技术领域

本发明属于3D打印机技术领域，具体是一种3D打印机内部腔室红外恒温系统。

背景技术

3D打印技术最早出现于20世纪80年代，是一种使用计算机控制的，依赖于数字模型的，以液态树脂、丝状塑料或金属粉末等为原料的，通过逐层堆积成型来制造物件的技术。基于不同的成型原理，目前主流的3D打印制造技术主要有：热熔堆积成型（FDM）或热熔丝制造（FFF）、光固化成型（SLA）、激光粉末烧结型（SLS）以及三维胶合成型（3DP）等。随着3D打印技术的发展，其已经从早期的产品原型和模型模具的制造中，过渡到了产品的直接生产与加工上，在工程、工业、航空、航天、汽车、电子以及医疗等不同的领域中得到了广泛的运用。

以热熔堆积型打印机为例，其基本原理是将丝状的塑性物料，经喷头加热熔化，在一定的压力下，通过喷嘴挤出，一层一层的堆叠熔接在一起，最终形成完整的物件。故此，3D打印中使用的物料必须被持续加热，直至达到其熔点，其整体是一个物料加热、熔化、堆叠和冷却的过程。常见的打印物料的打印温度约为200℃，如ABS、PLA、PETG等，而某些特殊的工程塑料，如聚芳醚酮类材料等，其打印温度甚至达到了约400℃。

这种与室温之间存在巨大偏差的打印温度，使得成功的3D打印必须要对物件和内部腔室的温度进行有效的控制和管理，否则会导致诸多方面的不良影响。例如，物料冷却过快，因其收缩率的变化，会导致物件部分脱离底板，形成翘曲，破坏物件的外观，甚至可能整体脱离，进而破坏整个打印过程。物料过快的冷却，也会导致物件的层间结合力降低，形成分层、脱粘甚至断裂。此外，如果物件和内部腔室的温度过高，则会降低物料的冷却速度，导致物件失去外观细节。

常规的FDM类3D打印机主要通过以下几种方法来解决这一问题。首先，打印机使用封闭或半封闭式结构，形成一个温度相对稳定的内部腔室来降低其受外界温度变化的影响。其次，打印机的底板或基板使用热床的形式来对物件进行加温控制，避免其收缩过快，而形成翘曲或脱离底板。再次，采用电辅助热风装置或电辅助半导体制冷等方法对打印机内部腔室的温度进行控制。

然而，使用热床的方法来加热物件，物件的温度将随其高度变化呈现出阶梯状递减再到增加的现象，即距离热床越远的部分温度越低，而喷嘴附近则剧增。不同的温度变化带来的收缩率不同和冷却速度的变化，会对物件外观和成品率造成巨大的负面影响。

尽管，使用电辅助加热或制冷装置对打印机内部腔室的温度进行整体控制和管理，可以在一定程度上降低温度变化对打印过程带来的影响。但是，这种技术仍然有其在实施上的缺陷。首先，不管采用上述何种方法加热或制冷，其温度的传导是以空气为介质的对流传导，是一个逐渐变化的过程。这意味着打印机内部腔室的温度必然是不均匀的，越接近辅助装置的区域温度越高或越低。即便采用了温度探头进行闭环控制，但是由于探头摆放的位置的区别，内部腔室的不同区域仍然有温度波动的问题存在。而且，空气传导加热作用的都是物件的表面部分，对于大型物件其内外温度波动依然明显。另外，由于这些方法是针对内部腔室整体的温度进行加热或降低，处于打印机内部腔室的其他零部件，如电机、皮带和结构件等，也会受到温度变化的影响。比如，一般的3D打印机中使用步进电机的最高工作温度约为50℃至55℃，而打印物料为聚芳醚酮类高温材料时，内部腔室的温度则需保持在60℃以上，这意味着步进电机将无法正常工作，将降低打印精度甚至损坏设备。即便采取一定的隔热措施，如加装隔热帘等，也无法完全将电机和皮带等完全进行绝热隔离。长时间的高温工作将无法保证物件的质量。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明旨在提供一种新型的3D打印机内部腔室红外恒温系统，利用红外加热源来实现在稳定提高物件整体温度及周边环境温度的同时，尽可能的不对打印机内部腔室中的其他零部件产生负面影响，进而提高物件的打印精度和打印成功率。

为解决上述问题，本发明所述的一种3D打印机内部腔室红外恒温系统（以下简称红外恒温系统）是通过以下技术方案实现的，其包括：红外加热器部分和内部恒温腔室的支撑支架部分。

所述的内部恒温腔室为封闭或半封闭结构，其范围由支撑支架的外围尺寸决定。

所述的红外恒温系统使用红外加热器对物件进行恒温加热。

所述的红外加热器安装在内部恒温腔室的支撑支架上，所述的支撑支架上开设有滑动槽，所述的红外加热器可安装在所述的支撑支架的滑动槽上。

所述的红外加热器的安装的数量、位置和照射角度由物件的外形和尺寸决定，以便实现物件及其周边环境的恒温控制。