一種3d打印機(jī)自動(dòng)調(diào)平裝置和3d打印的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種3D打印機(jī)自動(dòng)調(diào)平裝置和3D打印機(jī)，3D打印機(jī)自動(dòng)調(diào)平裝置包括：噴頭、打印平臺(tái)、主控電路板；噴頭通過(guò)第一導(dǎo)線電連接主控電路板的第一端口，打印平臺(tái)通過(guò)第二導(dǎo)線電連接主控電路板的第二端口；當(dāng)噴頭與打印平臺(tái)接觸時(shí)，噴頭和打印平臺(tái)通過(guò)第一導(dǎo)線和第二導(dǎo)線導(dǎo)通至主控電路板。本實(shí)用新型提供的3D打印機(jī)自動(dòng)調(diào)平裝置和3D打印機(jī)，減少了一個(gè)探針和一個(gè)限位開關(guān)，沒(méi)有增加或僅需增加少量的零件，同市場(chǎng)目前已有的3D打印機(jī)自動(dòng)調(diào)平結(jié)構(gòu)相比，可靠性高、成本低、簡(jiǎn)單易行，將復(fù)雜的問(wèn)題變簡(jiǎn)單，而且對(duì)打印空間和打印速度沒(méi)有負(fù)面影響。
【專利說(shuō)明】一種3D打印機(jī)自動(dòng)調(diào)平裝置和3D打印機(jī)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及3D打印【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種3D打印機(jī)自動(dòng)調(diào)平裝置和3D打印機(jī)。

【背景技術(shù)】
[0002]3D打印又稱為增材制造，是一系列工藝的統(tǒng)稱。其原理簡(jiǎn)要概述即是通過(guò)層層疊力口，逐層將數(shù)字化的三維模型文件轉(zhuǎn)變?yōu)槿S實(shí)物。目前主要的增材制造工藝包括:3DP技術(shù)、選擇性激光燒結(jié)(SLS)、立體光刻(SLA)、熔融沉積成型(FDM)等。FDM熔融沉積成型技術(shù)的原理是將熱敏材料熔融成液態(tài)，通過(guò)由計(jì)算機(jī)控制的擠出噴頭將其沉積在設(shè)計(jì)好的一層截面路徑上，經(jīng)快速冷卻迅速成型。當(dāng)一層截面成型完成后，噴頭沿Z軸移動(dòng)事先設(shè)置好的相應(yīng)層厚到下一層截面位置再打印下一截面，經(jīng)層層沉積直至整個(gè)3D實(shí)體成型。
[0003]保持打印平臺(tái)的水平對(duì)3D打印至關(guān)重要，特別對(duì)于以層層累積為特征的FDM熔融沉積成型技術(shù)的3D打印工藝來(lái)講，打印平臺(tái)的平整度直接決定第一層的成敗，也就決定了整個(gè)打印的成敗。目前市場(chǎng)上主流的打印平臺(tái)調(diào)平是通過(guò)肉眼觀察、手動(dòng)調(diào)整旋鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖1為現(xiàn)有技術(shù)一的3D打印機(jī)調(diào)平裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)一的具體做法是將3D打印機(jī)噴頭I移動(dòng)到打印平臺(tái)2的四角，通過(guò)逐一調(diào)整四角到一個(gè)固定不動(dòng)的限位開關(guān)6 (或稱行程開關(guān))的距離，使其保持一致，來(lái)實(shí)現(xiàn)打印平臺(tái)2的水平。通過(guò)調(diào)整旋鈕7來(lái)調(diào)節(jié)打印平臺(tái)2到限位開關(guān)6的距離相等來(lái)保持打印平臺(tái)2的水平，限位開關(guān)6的結(jié)構(gòu)如圖3所示。限位開關(guān)6和打印平臺(tái)間通過(guò)探針61接觸。在實(shí)際操作中，由于等距需要靠“主觀+手動(dòng)”來(lái)實(shí)現(xiàn)，無(wú)法量化，失誤率極高、可重復(fù)性極低。而且由于調(diào)平點(diǎn)之間不可避免的相互影響，這種逐一調(diào)節(jié)的方法很難實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的真正水平。直接結(jié)果就是打印噴頭和打印平臺(tái)之間的距離非常容易不合適:或者過(guò)遠(yuǎn)，使材料不能理想的粘附在打印平臺(tái)上；或者過(guò)近，使得打印噴頭堵塞，造成出料困難，嚴(yán)重的甚至使打印噴頭和打印平臺(tái)產(chǎn)生劇烈摩擦，造成毀壞性后果。
[0004]圖2為現(xiàn)有技術(shù)二的3D打印機(jī)調(diào)平裝置的結(jié)構(gòu)示意圖,如圖2所示,針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)一的這種情況，在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家的一些先進(jìn)廠家開發(fā)了 Z軸自動(dòng)補(bǔ)償調(diào)平的技術(shù)，現(xiàn)有技術(shù)二的具體做法是在噴頭I的熱端11旁增加一個(gè)自動(dòng)擺臂8，并將原來(lái)固定的限位開關(guān)6安裝在自動(dòng)擺臂8上。調(diào)平時(shí)，通過(guò)電機(jī)控制自動(dòng)擺臂8運(yùn)動(dòng)，將限位開關(guān)6移至與打印平臺(tái)2垂直的位置(如圖2實(shí)線所示);隨后噴頭I和限位開關(guān)6被移動(dòng)至邊緣角落，逐漸升高打印平臺(tái)2直至觸發(fā)限位開關(guān)6，這時(shí)打印平臺(tái)2的上升被自動(dòng)終止，噴頭I的位置信息(X，y, z)被軟件記錄，記錄結(jié)束后，電機(jī)再將自動(dòng)擺臂8收回到與打印平臺(tái)2平行的位置(如圖2虛線所示)，使其不影響接下來(lái)的打印。通過(guò)這種方式記錄打印平臺(tái)2邊緣三點(diǎn)的坐標(biāo)，進(jìn)而能得到打印平臺(tái)2所在平面的方程(aX+bX+CX+E=0)，因此可以計(jì)算出打印平臺(tái)2上任意一點(diǎn)相對(duì)于噴頭I的位置，這樣在程序輸出Z軸位置時(shí)，可以直接包含上述位置信息，實(shí)現(xiàn)Z軸自動(dòng)補(bǔ)償。這種方式實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)調(diào)平，量化了噴頭和平臺(tái)間的距離；但是從另外一方面看，其缺點(diǎn)也很明顯，缺點(diǎn)包括:
[0005]一、增加了一個(gè)電機(jī)，增加了成本，同時(shí)也增加了產(chǎn)品的復(fù)雜程度，可靠性隨之降低；
[0006]二、噴頭體積變大，犧牲了本來(lái)就很寶貴的打印空間；
[0007]三、噴頭重量增加，使得機(jī)器的打印速度變慢。
[0008]綜上所述，目前3D打印的打印平臺(tái)面臨手動(dòng)難以調(diào)平，自動(dòng)調(diào)平又有成本高、降低機(jī)器性能，增加制造成本的難題。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0009]本實(shí)用新型提供一種3D打印機(jī)自動(dòng)調(diào)平裝置和3D打印機(jī)，用于在不增加成本和犧牲打印機(jī)性能的前提下，解決3D打印平臺(tái)自動(dòng)調(diào)平的問(wèn)題。
[0010]本實(shí)用新型提供一種3D打印機(jī)自動(dòng)調(diào)平裝置，包括:噴頭、打印平臺(tái)、主控電路板；
[0011]噴頭通過(guò)第一導(dǎo)線電連接主控電路板的第一端口，打印平臺(tái)通過(guò)第二導(dǎo)線電連接主控電路板的第二端口 ；當(dāng)噴頭與打印平臺(tái)接觸時(shí)，噴頭和打印平臺(tái)通過(guò)第一導(dǎo)線和第二導(dǎo)線導(dǎo)通至主控電路板。
[0012]進(jìn)一步，噴頭的熱端的材料包括:銅和/或鋁；
[0013]噴頭的熱端通過(guò)第二導(dǎo)線電連接主控電路板的第二端口。
[0014]進(jìn)一步，打印平臺(tái)為導(dǎo)電材料或者打印平臺(tái)的上表面設(shè)有導(dǎo)電層。
[0015]進(jìn)一步，導(dǎo)電層包括導(dǎo)電膠帶。優(yōu)選地，導(dǎo)電膠帶為環(huán)形且布置于打印平臺(tái)的邊緣位置。
[0016]進(jìn)一步，打印平臺(tái)的導(dǎo)電材料為金屬。
[0017]進(jìn)一步，當(dāng)噴頭和打印平臺(tái)通過(guò)第一導(dǎo)線和第二導(dǎo)線導(dǎo)通至主控電路板時(shí)，主控電路板發(fā)送信號(hào)至微處理器，微處理器控制噴頭停止運(yùn)動(dòng)并且記錄噴頭的坐標(biāo)位置。
[0018]進(jìn)一步，噴頭的坐標(biāo)位置至少為三個(gè)且位于打印平臺(tái)的不同位置。
[0019]進(jìn)一步，噴頭的位置坐標(biāo)為打印平臺(tái)的調(diào)平點(diǎn)。
[0020]本實(shí)用新型還提供一種3D打印機(jī)，包括:本實(shí)用新型的3D打印機(jī)自動(dòng)調(diào)平裝置。
[0021]本實(shí)用新型提供的3D打印機(jī)自動(dòng)調(diào)平裝置和3D打印機(jī)，利用了兩根導(dǎo)線來(lái)代替Z軸限位開關(guān)，簡(jiǎn)單、實(shí)用、可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、可操作性強(qiáng)。不僅可以應(yīng)用于新設(shè)備，已有的手動(dòng)調(diào)平3D打印機(jī)通過(guò)改造也能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)平，改造的硬件成本幾乎為零，適用性非常的廣。此實(shí)用新型減少了一個(gè)探針和一個(gè)限位開關(guān)，沒(méi)有增加或僅需增加少量的零件，例如導(dǎo)電膠帶，同市場(chǎng)目前已有的3D打印機(jī)自動(dòng)調(diào)平結(jié)構(gòu)相比，可靠性高、成本低、簡(jiǎn)單易行，將復(fù)雜的問(wèn)題變簡(jiǎn)單，而且對(duì)打印空間和打印速度沒(méi)有負(fù)面影響。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為現(xiàn)有技術(shù)一的3D打印機(jī)調(diào)平裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2為現(xiàn)有技術(shù)二的3D打印機(jī)調(diào)平裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖3為現(xiàn)有技術(shù)的限位開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例一的3D打印機(jī)自動(dòng)調(diào)平裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例一的噴頭與第一導(dǎo)線連接的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例一的打印平臺(tái)與第二導(dǎo)線連接的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0028]為充分了解本實(shí)用新型之目的、特征及功效，借由下述具體的實(shí)施方式，對(duì)本實(shí)用新型做詳細(xì)說(shuō)明，但本實(shí)用新型并不僅僅限于此。
[0029]圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例一的3D打印機(jī)自動(dòng)調(diào)平裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例一的噴頭與第一導(dǎo)線連接的結(jié)構(gòu)示意圖，圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例一的打印平臺(tái)與第二導(dǎo)線連接的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖4、5和6所示，本實(shí)施例的3D打印機(jī)自動(dòng)調(diào)平裝置包括:噴頭1、打印平臺(tái)2和主控電路板3。
[0030]噴頭I通過(guò)第一導(dǎo)線4電連接主控電路板3的第一端口，打印平臺(tái)2通過(guò)第二導(dǎo)線5電連接主控電路板3的第二端口 ；當(dāng)噴頭I與打印平臺(tái)2接觸時(shí)，噴頭I和打印平臺(tái)2通過(guò)第一導(dǎo)線4和第二導(dǎo)線5導(dǎo)通至主控電路板3。其中，噴頭I的材料為金屬，打印平臺(tái)2為導(dǎo)電材料或者打印平臺(tái)2的上表面設(shè)有導(dǎo)電層21。在打印平臺(tái)2為導(dǎo)電材料的情況下，導(dǎo)電材料可以采用金屬，即打印平臺(tái)2為金屬材料；在打印平臺(tái)采用亞克力板之類的絕緣材料的情況下，打印平臺(tái)2的上表面設(shè)有導(dǎo)電層21，導(dǎo)電層21為貼附在打印平臺(tái)2上表面的導(dǎo)電薄膜，例如導(dǎo)電膠帶。當(dāng)噴頭I與打印平臺(tái)2接觸時(shí)，由于噴頭1、打印平臺(tái)2均可以導(dǎo)電，因此，噴頭1、打印平臺(tái)2、第一導(dǎo)線4、第二導(dǎo)線5與主控電路板3形成閉環(huán)電路，進(jìn)而導(dǎo)通。
[0031]當(dāng)噴頭I和打印平臺(tái)2通過(guò)第一導(dǎo)線4和第二導(dǎo)線5導(dǎo)通至主控電路板3時(shí)，主控電路板3發(fā)送信號(hào)至微處理器，微處理器控制噴頭I停止運(yùn)動(dòng)并且記錄噴頭I的坐標(biāo)位置。其中，噴頭I的坐標(biāo)位置為打印平臺(tái)2的調(diào)平點(diǎn)，記錄打印平臺(tái)2在至少三個(gè)不同位置的調(diào)平點(diǎn)，就可以通過(guò)解方程ax+by+CZ+E=0得到打印平臺(tái)2所在平面的坐標(biāo)方程，將坐標(biāo)方程存儲(chǔ)至微處理器的存儲(chǔ)器中。當(dāng)使用3D打印機(jī)開始3D打印時(shí)，噴頭I將自動(dòng)根據(jù)打印平臺(tái)2所在平面的坐標(biāo)做出調(diào)整，自動(dòng)調(diào)平打印平臺(tái)2。
[0032]在本實(shí)用新型中，主控電路板3和微處理器的處理過(guò)程并不涉及復(fù)雜計(jì)算，可由簡(jiǎn)單的分立模擬或數(shù)字電路等硬件電路實(shí)現(xiàn)，例如，基于有限狀態(tài)機(jī)的數(shù)字電路等。
[0033]如圖5所示，優(yōu)選地，第二導(dǎo)線電連接在噴頭I的熱端11和主控電路板3的第一端口之間，熱端11的材料包括:銅和/或鋁。如圖6所示，優(yōu)選地，導(dǎo)電層21為貼附在打印平臺(tái)2外周上表面的環(huán)形導(dǎo)電膠帶，且打印平臺(tái)2的調(diào)平點(diǎn)在打印平臺(tái)2上的投影落入導(dǎo)電層21內(nèi)，這樣可以節(jié)約導(dǎo)電膠帶的材料，而且調(diào)平點(diǎn)位于打印平臺(tái)2的外周，能夠提高打印平臺(tái)的調(diào)平精度。優(yōu)選地，導(dǎo)電膠帶為鋁箔膠帶。
[0034]本實(shí)施例的3D打印機(jī)自動(dòng)調(diào)平裝置采用兩根導(dǎo)線分別連接噴頭和打印平臺(tái)的復(fù)位點(diǎn)，用來(lái)取代3D打印機(jī)原有的限位開關(guān)，其主要利用了限位開關(guān)的原理，當(dāng)噴頭與打印平臺(tái)接觸時(shí)，兩導(dǎo)線處于連通狀態(tài)，將連通信號(hào)傳送給主控電路板，主控電路板發(fā)送信號(hào)至微處理器，微處理器收到信號(hào)后停止電機(jī)的運(yùn)行，記錄噴頭的坐標(biāo)位置。由于噴頭熱端材質(zhì)為銅/鋁，是電的良導(dǎo)體，打印平臺(tái)可以通過(guò)貼膜、埋線等手段將預(yù)定調(diào)平點(diǎn)設(shè)置為導(dǎo)電體，或者平臺(tái)本身也可能就是導(dǎo)電金屬。當(dāng)噴頭和平臺(tái)兩者分離時(shí)，為斷路；當(dāng)噴頭和平臺(tái)兩者接觸，自然與主控電路板連成通路。換言之，由噴頭和打印平臺(tái)上引出的兩根導(dǎo)線取代限位開關(guān)，用于探測(cè)噴頭和平臺(tái)是否接觸。
[0035]本實(shí)用新型實(shí)施例二還提供一種3D打印機(jī)，包括:本實(shí)用新型實(shí)施例一的3D打印機(jī)自動(dòng)調(diào)平裝置。
[0036]3D打印機(jī)包括主控電路板，主控電路板設(shè)有連接限位開關(guān)的兩個(gè)接入插口，第一導(dǎo)線連接在3D打印機(jī)的噴頭熱端和第一針頭之間，第二導(dǎo)線連接在3D打印機(jī)的打印平臺(tái)上表面邊緣位置和第二針頭之間，連接方式不區(qū)分正負(fù)電極，第一針頭和第二針頭的尺寸與接入插口的尺寸相配合。在打印平臺(tái)不導(dǎo)電的情況下，打印平臺(tái)上表面邊緣位置粘貼有導(dǎo)電膠帶，導(dǎo)電膠帶所在位置作為打印平臺(tái)的調(diào)平點(diǎn)。3D打印機(jī)工作時(shí)，第一針頭插入一個(gè)接入插口并且第二針頭插入另一個(gè)接入插口，通過(guò)噴頭的熱端、打印平臺(tái)、第一導(dǎo)線、第二導(dǎo)線連接至主控電路板上原來(lái)限位開關(guān)的兩個(gè)接入插口，以代替原來(lái)的限位開關(guān)。設(shè)置打印平臺(tái)所在平面的Z軸補(bǔ)償值，運(yùn)行調(diào)平程序，得到打印平臺(tái)所在平面的至少三個(gè)不同調(diào)平點(diǎn)的坐標(biāo)，解方程ax+by+CZ+E=0，進(jìn)而得到打印平臺(tái)所在平面的坐標(biāo)方程，存儲(chǔ)坐標(biāo)方程至微處理器的存儲(chǔ)器中。3D打印機(jī)開始3D打印時(shí)，通過(guò)Z軸調(diào)平噴頭將自動(dòng)根據(jù)打印平臺(tái)所在平面的坐標(biāo)做出調(diào)整，自動(dòng)調(diào)平打印平臺(tái)。
[0037]最后，需要注意的是:以上列舉的僅是本實(shí)用新型的具體實(shí)施例子，當(dāng)然本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行改動(dòng)和變型，倘若這些修改和變型屬于本實(shí)用新型權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，均應(yīng)認(rèn)為是本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種3D打印機(jī)自動(dòng)調(diào)平裝置，其特征在于，包括:噴頭、打印平臺(tái)、主控電路板； 所述噴頭通過(guò)第一導(dǎo)線電連接所述主控電路板的第一端口，所述打印平臺(tái)通過(guò)第二導(dǎo)線電連接所述主控電路板的第二端口 ；當(dāng)所述噴頭與所述打印平臺(tái)接觸時(shí)，所述噴頭和所述打印平臺(tái)通過(guò)所述第一導(dǎo)線和所述第二導(dǎo)線導(dǎo)通至所述主控電路板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D打印機(jī)自動(dòng)調(diào)平裝置，其特征在于，所述噴頭的熱端的材料包括:銅和/或招； 所述噴頭的熱端通過(guò)所述第二導(dǎo)線電連接所述主控電路板的第二端口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D打印機(jī)自動(dòng)調(diào)平裝置，其特征在于，所述打印平臺(tái)為導(dǎo)電材料或者所述打印平臺(tái)的上表面設(shè)有導(dǎo)電層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的3D打印機(jī)自動(dòng)調(diào)平裝置，其特征在于，所述導(dǎo)電層包括導(dǎo)電膠帶。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的3D打印機(jī)自動(dòng)調(diào)平裝置，其特征在于，所述導(dǎo)電膠帶為環(huán)形且布置于所述打印平臺(tái)的邊緣位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的3D打印機(jī)自動(dòng)調(diào)平裝置，其特征在于，所述打印平臺(tái)的導(dǎo)電材料為金屬。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的3D打印機(jī)自動(dòng)調(diào)平裝置，其特征在于，當(dāng)所述噴頭和所述打印平臺(tái)通過(guò)所述第一導(dǎo)線和所述第二導(dǎo)線導(dǎo)通至所述主控電路板時(shí)，所述主控電路板發(fā)送信號(hào)至微處理器，所述微處理器控制所述噴頭停止運(yùn)動(dòng)并且記錄所述噴頭的坐標(biāo)位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的3D打印機(jī)自動(dòng)調(diào)平裝置，其特征在于，所述噴頭的坐標(biāo)位置至少為三個(gè)且位于所述打印平臺(tái)的不同位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的3D打印機(jī)自動(dòng)調(diào)平裝置，其特征在于，所述噴頭的位置坐標(biāo)為所述打印平臺(tái)的調(diào)平點(diǎn)。
10.一種3D打印機(jī)，其特征在于，包括:權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的3D打印機(jī)自動(dòng)調(diào)平裝置。
【文檔編號(hào)】B29C67/00GK203957356SQ201420261631
【公開日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2014年5月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月21日
【發(fā)明者】張勇, 王劍楠 申請(qǐng)人:北京易速普瑞科技有限公司