CN104626582A - 一种大尺寸熔融沉积3d打印机调平装置及其调平方法 - Google Patents

Abstract

一种大尺寸熔融沉积3D打印机调平装置及其调平方法，该调平装置包括底座、多个单元平台、测距传感器、处理器、升降调整机构，在底座上设有多个单元平台，每个单元平台通过升降调整机构安装固定在底座上，在单元平台的边缘设有活动拼接结构，相邻的单元平台通过活动拼接结构扣合；而在单元平台上方设有可移动的测距传感器，该测距传感器与处理器的信号输入端信号连接，而该处理器的输出端控制升降调整机构。本发明的调平装置将一个大尺寸的平台拆分为多个精度可靠的小尺寸的单元平台，并且对每个单元平台进行三点测距，根据测距结果，采用升降调整机构调整拼接后的单元平台的水平度，直到全部单元平台高度得到调整，则构成了一个整体调平的打印平台。

Description

一种大尺寸熔融沉积3D打印机调平装置及其调平方法

【技术领域】

本发明涉及较大尺寸3D打印技术，尤其涉及熔融沉积方式的3D打印机水平调整装置。

【背景技术】

3D打印技术，亦可称为增材制造技术，通过自动化数控逐层材料累积的过程实现三维模型的打印。相对于传统的加工技术而言，3D打印技术不需要另行制作模具，直接加工出成品。并且突破了传统加工技术制造零件的复杂程度，解耦了制造成本与零件复杂程度之间的正相关关系，即制造成本不会随着零件的复杂程度变高而大幅攀升。因此，3D打印技术能够降低企业的研发成本，缩短研发周期，缩短产品更新周期。

此外，3D打印技术促进面向功能设计的新时代，并满足日益增长的个性化需求。在未来，3D打印技术将成为第三次工业革命的重要工具，也将有助于企业提升产品竞争力。

目前，3D打印技术按照成型原理可以分为：熔融沉积、喷墨粘结、选区激光烧结、选区激光熔化等。喷墨粘结技术是通过喷射粘结剂将粉末颗粒粘结连接在一起；其优点是成型速度较快，缺点是粘结作用力不大，制造零件的力学性能不高。选区激光烧结与选区激光熔化设备能够成型塑料、覆膜砂、金属等材料，力学性能较高，经热处理后金属件的性能与锻件相当，但这两种技术都需要配置价格昂贵的激光器，且粉末材料的价格也比传统材料高出许多倍，因此该项技术应用成本较高。

熔融沉积技术通过加热将线材熔化，同时喷头按照生成的代码在打印平台上运动，将熔化的材料按照预设方式涂覆在打印平台上，冷却后形成二维截面，之后打印平台下降一定层厚，喷头在第一层的基础上成型第二层截面，如此反复，直至成型整个三维模型。熔融沉积技术适用于PLA、ABS、HIPS、PC等工程上常用的塑料，以及柔性、导电、碳纤维增强复合线材等。由于采用加热熔化的方式，该设备的价格便宜，已经广泛应用于教学、玩具、家电、汽车以及军工行业。

但目前熔融沉积3D打印机在成型大尺寸零件时存在着大尺寸打印平台调平困难的问题，对于尺寸在500mm*500mm以上尺寸的打印平台，都存在着整个平台面难以保持在同一个水平面的问题。现在行业内仍然采用人工调平的方式，不仅费时麻烦而且调平精度有限，不能保证打印喷头跟整个打印平台之间的间距都保持较高一致性范围内。这样就会导致打印喷头在某些打印层之间或底层与打印平台之间间距过大，打印后的粘合力度不够。

众所周知，材料在凝固的过程中产生应力，特别是大尺寸的零件在成型过程中难免会存在较大的应力，因此模型与打印平台或打印层之间粘结不足的地方会脱离导致整个打印过程失败，既浪费材料、能源也耗费大量的宝贵时间，带来整个生产成本的上涨。

【发明内容】

本发明针对以上问题提出了一种针对大尺寸打印平台进行调平的装置，该装置结构简单，能够保证整个打印平台的平整度，保障打印过程顺利完成。

本发明所述涉及大尺寸熔融沉积3D打印机调平装置，该调平装置包括底座、多个单元平台、测距传感器、处理器、升降调整机构，在底座上设有多个单元平台，每个单元平台通过升降调整机构安装固定在底座上，在单元平台的边缘设有活动拼接结构，相邻的单元平台通过活动拼接结构扣合；而在单元平台上方设有可移动的测距传感器，该测距传感器与处理器的信号输入端信号连接，而该处理器的输出端控制升降调整机构；

在单元平台下方设有至少三个升降调整机构，该三个升降调整机构不处于同一条直线上。

该三个升降调整机构处于单元平面中任意一个等边三角形的三个顶点的位置上。

该升降调整机构为电机升降机构，该电机升降机构包括螺纹轴电机和弹簧，该螺纹轴电机受处理器驱动，螺纹轴电机的螺纹轴连接到单元平面之下，而弹簧套在螺纹轴上卡在单元平面和电机之间。

该升降调整机构为液压升降机构，该液压升降机构的液压杆连接到单元平面之下，液压升降机构受处理器驱动。

该活动拼接结构为凹凸插槽拼接结构，凹凸拼接头为圆弧形、T字形或者梯形。

一种大尺寸熔融沉积3D打印机调平装置的调平方法，其特征在于，该调平方法包括以下步骤：将多个单元平台通过活动拼接结构拼接为一个大的打印平台，架设在底座上；在单元平台上方的测距传感器移动到升降调整机构的正上方，测距并与处理器中预设间距进行对比，当实际距离与预设间距不符时，驱动升降调整机构调整，直到两个数值相符；测距传感器移动到下一个升降调整机构进行上述测距和调节。

该大尺寸熔融沉积3D打印机调平装置的调平方法，其特征在于，该升降调整机构为三点定位，对单元平台的测距和高度调整也是通过三个点依次进行。

当同一个单元平台的三个点都完成了测距和调节后，再复测一次。

本发明的调平装置将一个大尺寸的平台拆分为多个精度可靠的小尺寸的单元平台，所有单元平台通过活动拼接结构与周围其他单元平台拼接并锁定在一起，对每个单元平台进行三点测距，根据测距采用升降调整机构调整单元平台的水平度，将所有的单元平台调平后，则构成了一个整体调平的打印平台。

【附图说明】

图1是本发明3D打印机调平装置的结构示意图；

图2是本发明3D打印机调平装置的调平方式；

图3是本发明3D打印机调平装置的圆弧形拼接结构；

图4是本发明3D打印机调平装置的梯形拼接结构；

图5是本发明3D打印机调平装置的T字形拼接结构；

其中：10、底座；20、单元平台；30、测距传感器；40、升降调整机构；41、电机升降调整机构；411、电机；412、弹簧；50、活动拼接结构；

【具体实施方式】

下面将结合附图及实施例对本发明大尺寸熔融沉积3D打印机调平装置进行详细说明。

请参考附图1，其中示出了本发明所述涉及大尺寸熔融沉积3D打印机调平装置，该调平装置包括底座10、多个单元平台20、测距传感器30、处理器(未示出)、升降调整机构40，在底座10上设有多个单元平台20，每个单元平台20通过升降调整机构40安装固定在底座10上，在单元平台20的边缘设有活动拼接结构50，相邻的单元平台20通过活动拼接结构50扣合；而在单元平台上方设有可移动的测距传感器30，该测距传感器30与处理器的信号输入端信号连接，而该处理器的输出端控制升降调整机构40。每个单元平台是小尺寸且能够保证严格平整度的单元结构。以多个单元平台作为基本单元来调整水平平整度，并将其拼接为一个大尺寸的整体打印平台，从而得到了一个平整度较高的大尺寸平台。

在每个单元平台20固定在底座10上，所有单元平台20通过活动拼接机构50拼接在一起，但各单元平台20之间能够互相旋转，从而可以对所有单元平台20进行调平。单元平台20的调平是通过测距传感器30和升降调整机构40来完成。在具体实施过程中，可以在单元平台20下方设置至少三个升降调整机构40，该三个升降调整机构40不处于同一条直线上。基于不在同一条直线上的三点确定一个平面的原理，如果将这三个点调节在为同一水平面上，代表着将单元平台20已调平。

更进一步地限定，如果说在该实施例中在单元平台20下方设置三个升降调整机构40，该三个升降调整机构40处于单元平面中任意一个等边三角形的三个顶点的位置上。而该等边三角形尽量与单元平台内切，这样能够最大程度地保证通过这个等边三角形的三个点的调平，让单元平台20得到精准的调平。

该升降调整机构主要的作用是在预设位置，调节单元平台。通过与测距传感器的配合，确定每个预设位置的高度，根据处理器的处理结构，升降调整机构进行升降运动。

该升降调整机构40可以是多种具有无极升降调节运动的机构，其中一种为电机升降机构41，该电机升降机构包括螺纹轴电机411和弹簧412，该螺纹轴电机411受处理器驱动，电机的螺纹轴连接到单元平面之下，而弹簧套在螺纹轴上卡在单元平面和电机之间。

另外一种方式为液压升降机构，该液压升降机构的液压杆连接到单元平面之下，液压升降机构受处理器驱动。

如附图3-5所示，该活动拼接结构50为凹凸插槽拼接结构，凹凸拼接头为圆弧形、T字形或者梯形。该活动拼接结构主要作用是在单元平台之间实现自锁定，增强单元平台之间的连接力，防止小尺寸打印平台之间发生相对滑动或者错位。

该调平装置的调平过程如下：

首先，将小尺寸打印平台拼接为一个大的打印平台之后，测距传感器30按照设定程序运动到升降调整机构40的正上方测得测距传感器30与单元平台20之间的间距为d1，然后将测得数据反馈给处理器，处理器存有一个预设的间距d，处理器接收到实际测距d1后，进行比值，对比d1和d的大小。如果d1＞d说明实际上的间距较大，需要降低高度。

如图2当d1＞d时，处理器控制对应的升降调整机构40下降高度，由于升降调整机构能够带动单元平台下降，从而让d1接近d。

当完成这一个点的调平后，测距传感器30继续移动到另外一个预设点位，测距传感器30进行再一次地测距，升降调整机构40进行距离调整，直到该单元平台所有升降调整机构对应的点与测距传感器30的间距都调整为预设值d，此时可以再对该已经调平的单元平台进行复测，避免由于其他定位点调整影响整体平整度，复测完成后则可认为该单元平台调平完成，重复上述步骤，将所有单元平台调平完成，则整个大尺寸平台已经调平，即可得到平整度高的大尺寸熔融沉积3D打印平台。

本发明专利的有效益效果是，通过平整精度较高的单元平台，逐个拼接后进行调平，形成了能够确保平整度的大尺寸熔融沉积3D打印平台，有助于提高打印的成功率，从而节省时间与资源。

以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当利用上述揭示的技术内容作出些许变更或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明技术是指对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种大尺寸熔融沉积3D打印机调平装置，其特征在于，该调平装置包括底座、多个单元平台、测距传感器、处理器、升降调整机构，在底座上设有多个单元平台，每个单元平台通过升降调整机构安装固定在底座上，在单元平台的边缘设有活动拼接结构，相邻的单元平台通过活动拼接结构扣合；而在单元平台上方设有可移动的测距传感器，该测距传感器与处理器的信号输入端信号连接，而该处理器的输出端控制升降调整机构。

2.根据权利要求1所述大尺寸熔融沉积3D打印机调平装置，其特征在于，在单元平台下方设有至少三个升降调整机构，该三个升降调整机构不处于同一条直线上。

3.根据权利要求2所述大尺寸熔融沉积3D打印机调平装置，其特征在于，该三个升降调整机构处于单元平面中任意一个等边三角形的三个顶点的位置上。

4.根据权利要求3所述大尺寸熔融沉积3D打印机调平装置，其特征在于，该升降调整机构为电机升降机构，该升降调整机构包括螺纹轴电机和弹簧，该螺纹轴电机受处理器驱动，螺纹轴电机的螺纹轴连接到单元平面之下，而弹簧套在螺纹轴上卡在单元平面和电机之间。

5.根据权利要求3所述大尺寸熔融沉积3D打印机调平装置，其特征在于，该升降调整机构为液压升降机构，该液压升降机构的液压杆连接到单元平面之下，液压升降机构受处理器驱动。

6.根据权利要求1所述大尺寸熔融沉积3D打印机调平装置，其特征在于，该活动拼接结构为凹凸插槽拼接结构，凹凸拼接头为圆弧形、T字形或者梯形。

7.一种大尺寸熔融沉积3D打印机调平装置的调平方法，其特征在于，该调平方法包括以下步骤：将多个单元平台通过活动拼接结构拼接为一个大的打印平台，架设在底座上；在单元平台上方的测距传感器移动到升降调整机构的正上方，测距并与处理器中预设间距进行对比，当实际距离与预设间距不符时，驱动升降调整机构调整，直到两个数值相符；测距传感器移动到下一个升降调整机构进行上述测距和调节。

8.一种大尺寸熔融沉积3D打印机调平装置的调平方法，其特征在于，其特征在于，该升降调整机构为三点定位，对单元平台的测距和高度调整也是通过三个点依次进行。

9.一种大尺寸熔融沉积3D打印机调平装置的调平方法，其特征在于，当同一个单元平台的三个点都完成了测距和调节后，再复测一次。