CN105855547B - 一种3d打印机基板自动微动调平系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种3D打印机基板自动微动调平系统，包括成型缸、基板、支承装置、连接板、机体和控制系统，成型缸内还设置有活塞和导柱，活塞安装在导柱上，导柱通过导轨副安装在机体上，基板和连接板均水平安装在成型缸内，连接板位于基板和活塞之间，基板顶端一侧放置有水平测量装置，连接板的下表面设置有不在同一直线上的三个支承装置，支承装置上均设有弹性锁紧装置、微动升降装置和消隙弹簧。本发明系统采用三点支承、按六自由度约束、浮动锁紧和自动化控制，使基板整个调平过程全部自动完成，人工只需按下调平按钮即可，结构独特、简洁，效率高。

Description

一种3D打印机基板自动微动调平系统

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，具体是一种3D打印机基板自动微动调平系统。

背景技术

如图1、图2所示，是以粉料为原材料的3D打印机，包括金属粉和非金属粉，在打印过程中，工件3始终固贴在基板5上，基板5固装在连接板14上，连接板14装在导柱11上，随着打印机的不断运行，导柱11沿导轨副12逐步下行，而工件3渐渐增大生成，待工件3打印完成后，基板5同工件3一同拆下，再更换另一块基板5，为了保证工件3的初起基础牢固，每一次重装基板5后，需要对基板5的上平面进行调平，即必须使基板5的上平面与铺粉刮刀装置4的刮刀移动所扫描的平面平行，目前，采用的方法是人工调平、或机动调平，调平精度低、时间长，直接影响了零件的精度和打印效率；有专利“201520725282.1-3D打印基板智能调平系统及3D打印机”提到基板调平问题，但其结构存有齿轮间隙、螺距间隙、“卡死现象”以及“驱动脉冲当量传递系统前密后疏”等问题，无法达到调平精度在0.001mm级的要求，在实际机器中更难以实现其想象的结果。

发明内容

为了解决现有3D打印机存在的上述问题，本发明提供一种3D打印机基板自动微动调平系统，该系统调平快、精度高，操作方便。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种3D打印机基板自动微动调平系统，包括成型缸、基板、支承装置A、支承装置B、支承装置C、连接板、机体和控制系统，所述成型缸的顶端安装有铺粉刮刀装置，所述成型缸内还设置有活塞和导柱，活塞固定安装在导柱上，所述导柱的侧壁上安装有导轨副，导柱通过导轨副安装在机体上，所述的基板顶端一侧放置有水平测量装置，所述的基板和连接板均水平安装在成型缸内，且基板固定安装在连接板的上方，连接板位于活塞的上方，所述连接板的下表面设置有不在同一直线上的支承装置A、支承装置B和支承装置C，且支承装置A、支承装置B和支承装置C均穿过活塞固定在导柱上，活塞在支承装置A、支承装置B和支承装置C穿过处设有通孔，所述的支承装置A、支承装置B和支承装置C上均设有弹性锁紧装置，所述的支承装置B和支承装置C上均设有微动升降装置和消隙弹簧。

作为本发明进一步的方案：所述的支承装置A包括支承座A和球头支承A，支承座A固装在连接板的下端，支承座A的下方设有凹球面，球头支承A的上方是凸球面，支承座A下方的凹球面与球头支承A上方的凸球面吻合，所述的球头支承A与导柱固定连接。

作为本发明进一步的方案：所述的支承装置B包括支承座B、球头支承B和方形垫B，所述支承座B固装在连接板的下端，支承座B的下方设有方形槽，方形槽内装有方形垫B，方形垫B在与支承座A的连线方向设有间隙，且方形垫B在与支承座A的连线方向的水平面内游动，方形垫B的下方设有凹球面，球头支承B的上方是凸球面，方形垫B下方的凹球面与球头支承B上方的凸球面吻合，球头支承B通过微动升降装置与导柱相连。

作为本发明进一步的方案：所述的支承装置C包括支承座C、相同的球头支承B和圆形垫C，支承座C固装在连接板上，支承座C的下方设有圆形槽，圆形槽内装有圆形垫C，圆形垫C在支承座C的圆形槽中，且圆形垫C与支承座C之间设有间隙，圆形垫C的下方设有凹球面，球头支承B的上方是凸球面，圆形垫C下方的凹球面与球头支承B上方的凸球面吻合，球头支承B通过微动升降装置与导柱相连。

作为本发明进一步的方案：所述的弹性锁紧装置包括螺母、碟簧套、蝶形弹簧、拉杆A和拉杆B，所述拉杆A串装球头支承A、支承座A、碟簧套、蝶形弹簧和螺母；所述拉杆B串装球头支承B、支承座B、方形垫B、碟簧套、蝶形弹簧和螺母；所述拉杆B串装球头支承B、支承座C、圆形垫C、碟簧套、蝶形弹簧、螺母。

作为本发明进一步的方案：所述的微动升降装置包括球头支承B、弹簧、内螺纹套、双螺纹套、拨爪、导向键、导套和减速电机，所述减速电机固装在内螺纹套的下端，内螺纹套（707）固装在导柱上，内螺纹套的上端固装着导套，所述的导套中心安装有球头支承B，所述球头支承B与导套之间装有导向键，所述球头支承B与导套为间隙配合，所述球头支承B在导套内上下移动，所述球头支承B下端的外螺纹与双螺纹套的内螺纹配合，双螺纹套的外螺纹与内螺纹套的内螺纹配合，双螺纹套的下端套装在拨爪上，且双螺纹套下端的拨爪与拨爪相互插装，拨爪固定安装在减速电机的轴上，双螺纹套与拨爪为间隙配合，双螺纹套通过拨爪拨动与拨爪一同转动；球头支承B与双螺纹套构成螺纹副，双螺纹套与内螺纹套也构成螺纹副，且两个螺纹副的螺旋方向相同。

作为本发明进一步的方案：所述的导套上套有弹簧，弹簧的下端紧压在球头支承B上。

作为本发明再进一步的方案：所述的水平测量装置是电子水平仪、位置传感器、距离传感器或激光扫描测量仪。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该系统采用三点支承、按六自由度约束、浮动锁紧和自动化控制，使基板整个调平过程全部自动完成，人工只需按下调平按钮即可，结构独特、简洁，效率高。

附图说明

图1是现行3D打印机主机成型缸剖视示意图。

图2是图1的俯视示意图。

图3是3D打印机基板自动调平系统俯视示意图。

图4是图3在A、B支点的E-E结构剖视示意图。

图5是图3在C支点的F-F结构剖视示意图。

图6是A支点的结构剖视放大示意图。

图7是B支点的结构剖视放大示意图。

图8是C支点的结构剖视放大示意图。

图9是图7的G-G剖视示意图。

图10是图8的H-H剖视示意图。

图中：1-成型缸；2-粉料；3-工件；4-铺粉刮刀装置；5-基板；6-支承装置A；7-支承装置B；8-支承装置C；9-水平测量装置；10-导线；11-导柱；12-导轨副；13-活塞；14-连接板；15-减速电机；16-机体；601-螺母；602-碟簧套；603-蝶形弹簧；604-球头支承A；605-拉杆A；618-支承座A；704-球头支承B；705-拉杆B；706-弹簧；707-内螺纹套；708-双螺纹套；709-拨爪；710-导向键；711-导套；712-方形垫B；718-支撑座B；812-圆形垫C；818-支撑座C。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图3-5所示，是本发明实施例，3D打印机基板自动微动调平系统，包括成型缸1、基板5、支承装置A6、支承装置B7、支承装置C8、连接板14、机体16和控制系统，成型缸1的顶端安装有铺粉刮刀装置4，成型缸1内还设置有活塞13和导柱11，活塞13固定安装在导柱11上，导柱11的侧壁上安装有导轨副12，导柱11通过导轨副12安装在机体16上。

基板5顶端的一侧放置有水平测量装置9，基板5和连接板14均水平安装在成型缸1内，且基板5固定安装在连接板14的上方顶端，连接板14位于活塞13的上方，连接板14下面有不在一条直线上的三个支撑点支承，分别是支承装置A6、支承装置B7和支承装置C8，且支承装置A6、支承装置B7和支承装置C8均穿过活塞13固定在导柱11上，活塞13在支承装置A6、支承装置B7和支承装置C8穿过处设有通孔，支承装置A6、支承装置B7和支承装置C8上各设有弹性锁紧装置，在支承装置B7和支承装置C8上各设有微动升降装置和消隙弹簧，通过弹性锁紧装置、微动升降装置以及对机械系统的间隙消除，使基板5在调平时能够得到更精密的调整效果。

在打印过程中，工件3与基板5固贴在一起，当工件3打印完成后，基板5要与工件3一同从连接板14上拆下来，再打下一个零件时要再重新装上一块基板5，此时，基板5需要调平，实际上基板5的调平就是对连接板14的调整；连接板14通过支承装置A6、支承装置B7和支承装置C8与导柱11连接，导柱11通过导轨副12与机体16连接，导柱11是一个部件，自身设有驱动装置，导柱11在驱动装置的作用下，能够带动活塞13、支承装置A6、支承装置B7、支承装置C8、连接板14和基板5上下运行，用以实现打印机的工作要求；水平测量装置9置于基板5上方的一侧，水平测量装置9通过导线10与控制系统连接，当基板5需要调平时，首先将水平测量装置9移到基板5的上方，再通过控制系统向水平测量装置9发出检测指令，水平测量装置9对基板5进行检测，在检测过程中，水平测量装置9将测量信息时时上传到控制系统，控制系统根据测量信息再向支承装置B7和支承装置C8的微动升降装置发布指令，使支承装置B7和支承装置C8在铅垂方向微动上升或下降，直至基板5达到设定的调平要求，整个过程全部自动完成，人工只需按下调平按钮即可。

如图6所示，支承装置A6包括支承座A618和球头支承A604，支承座A618固装在连接板14上，支承座A618的下方设有凹球面，球头支承A604的上方是凸球面，支承座A618下方的凹球面与球头支承A604上方的凸球面吻合，球头支承A604与导柱11固连，使支承装置A6对连接板14在水平平面内完全约束，支承装置A6是基板5的基准支承点。

如图7、图9所示，支承装置B7包括支承座B718、球头支承B704和方形垫B712，支承座B718固装在连接板14上，支承座B718的下方设有方形槽，方形槽内装有方形垫B712，方形垫B712在与支承座A618的连线方向设有间隙，并且，方形垫B712仅能在这一方向的水平面内游动，其它方向则被约束，方形垫B712的下方设有凹球面，球头支承B704的上方是凸球面，方形垫B712下方的凹球面与球头支承B704上方的凸球面吻合，球头支承B704通过微动升降装置与导柱11相连，使支承装置B7对连接板14在水平平面内的转动进行了约束，支承装置B7是基板5的第二支承点和转动约束点。

如图8、图10所示，支承装置C8包括支承座C818、相同的球头支承B704和圆形垫C812，支承座C818固装在连接板14上，支承座C818的下方设有圆形槽，圆形槽内装有圆形垫C812，圆形垫C812在支承座C818的圆形槽中，其周边设有间隙，圆形垫C812能够在水平平面内游动，圆形垫C812的下方设有凹球面，球头支承B704的上方是凸球面，圆形垫C812下方的凹球面与球头支承B704上方的凸球面吻合，球头支承B704通过微动升降装置与导柱11相连，使支承装置C8对连接板14在水平面内没有约束，支承装置C8是基板5的第三支承点。

如图6-8所示，弹性锁紧装置包括螺母601、碟簧套602、蝶形弹簧603、拉杆A605和拉杆B705，在A支承点，拉杆A605串装球头支承A604、支承座A618、碟簧套602、蝶形弹簧603和螺母601；在B支承点，拉杆B705串装球头支承B704、支承座B718、方形垫B712、碟簧套602、蝶形弹簧603和螺母601；在C支承点，拉杆B705串装球头支承B704、支承座C818、圆形垫C812、碟簧套602、蝶形弹簧603、螺母601；上述三点通过螺母601的适当锁紧，构成了弹性锁紧装置，该装置的作用是消除各支承点的垂向间隙，以增加支承刚度，保证支承精度。

如图6-8所示，微动升降装置包括球头支承B704、弹簧706、内螺纹套707、双螺纹套708、拨爪709、导向键710、导套711和减速电机15，减速电机15固装在内螺纹套707的下端，内螺纹套707固装在导柱11上，内螺纹套707的上端固装着导套711，导套711的中心装着球头支承B704，球头支承B704与导套711间装有导向键710，球头支承B704与导套711为间隙配合，球头支承B704在导套711内能够上下移动，但不能转动，球头支承B704下端的外螺纹与双螺纹套708的内螺纹配合，双螺纹套708的外螺纹与内螺纹套707的内螺纹配合，双螺纹套708的下端套装在拨爪709上，并且，双螺纹套708下端的拨爪与拨爪709的拨爪相互插装，拨爪709固装在减速电机15的轴上，双螺纹套708与拨爪709为间隙配合，双螺纹套708能够轴向移动，双螺纹套708通过拨爪709拨动能与拨爪709一同转动；球头支承B704与双螺纹套708构成螺纹副，双螺纹套708与内螺纹套707也构成螺纹副，二螺纹副的螺旋方向相同，都是左旋或都是右旋，但螺距不同，螺距相差很小；当减速电机15转动时，拨爪709也转动，拨爪709也拨动双螺纹套708与其一同转动，双螺纹套708与内螺纹套707是螺纹副，由于内螺纹套707固定，所以双螺纹套708旋转就会受迫轴向移动；双螺纹套708同时与球头支承B704也是螺纹副，球头支承B704在导向键710的作用下也不能旋转，所以球头支承B704旋转时也会受迫轴向移动；由于上述二螺纹副的螺旋方向相同，因此，双螺纹套708与球头支承B704的移动距离会相互抵消，球头支承B704的实际绝对移动量很小，移动量就是二螺纹副的螺距之差。

导套711上套设有弹簧706，弹簧706的下端始终紧压在球头支承B704上，通过该结构能够消除各螺纹间的轴向间隙，以保证微动调整的调整精度。

水平测量装置9是电子水平仪、位置传感器、距离传感器或激光扫描测量仪。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (8)

1.一种3D打印机基板自动微动调平系统，包括成型缸（1）、基板（5）、支承装置A（6）、支承装置B（7）、支承装置C（8）、连接板（14）、机体（16）和控制系统，所述成型缸（1）的顶端安装有铺粉刮刀装置（4），所述成型缸（1）内还设置有活塞（13）和导柱（11），活塞（13）固定安装在导柱（11）上，所述导柱（11）的侧壁上安装有导轨副（12），导柱（11）通过导轨副（12）安装在机体（16）上，其特征在于，所述的基板（5）顶端一侧放置有水平测量装置（9），所述的基板（5）和连接板（14）均水平安装在成型缸（1）内，且基板（5）固定安装在连接板（14）的上方，连接板（14）位于活塞（13）的上方，所述连接板（14）的下表面设置有不在同一直线上的支承装置A（6）、支承装置B（7）和支承装置C（8），且支承装置A（6）、支承装置B（7）和支承装置C（8）均穿过活塞（13）固定在导柱（11）上，活塞（13）在支承装置A（6）、支承装置B（7）和支承装置C（8）穿过处设有通孔，所述的支承装置A（6）、支承装置B（7）和支承装置C（8）上均设有弹性锁紧装置，所述的支承装置B（7）和支承装置C（8）上均设有微动升降装置和消隙弹簧。

2.根据权利要求1所述的3D打印机基板自动微动调平系统，其特征在于，所述的支承装置A（6）包括支承座A（618）和球头支承A（604），支承座A（618）固装在连接板（14）的下端，支承座A（618）的下方设有凹球面，球头支承A（604）的上方是凸球面，支承座A（618）下方的凹球面与球头支承A（604）上方的凸球面吻合，所述的球头支承A（604）与导柱（11）固定连接。

3.根据权利要求1所述的3D打印机基板自动微动调平系统，其特征在于，所述的支承装置B（7）包括支承座B（718）、球头支承B（704）和方形垫B（712），所述支承座B（718）固装在连接板（14）的下端，支承座B（718）的下方设有方形槽，方形槽内装有方形垫B（712），方形垫B（712）在与支承座A（618）的连线方向设有间隙，且方形垫B（712）在与支承座A（618）的连线方向的水平面内游动，方形垫B（712）的下方设有凹球面，球头支承B（704）的上方是凸球面，方形垫B（712）下方的凹球面与球头支承B（704）上方的凸球面吻合，球头支承B（704）通过微动升降装置与导柱（11）相连。

4.根据权利要求1所述的3D打印机基板自动微动调平系统，其特征在于，所述的支承装置C（8）包括支承座C（818）、相同的球头支承B（704）和圆形垫C（812），支承座C（818）固装在连接板（14）上，支承座C（818）的下方设有圆形槽，圆形槽内装有圆形垫C（812），圆形垫C（812）在支承座C（818）的圆形槽中，且圆形垫C（812）与支承座C（818）之间设有间隙，圆形垫C（812）的下方设有凹球面，球头支承B（704）的上方是凸球面，圆形垫C（812）下方的凹球面与球头支承B（704）上方的凸球面吻合，球头支承B（704）通过微动升降装置与导柱（11）相连。

5.根据权利要求2或3或4所述的3D打印机基板自动微动调平系统，其特征在于，所述的弹性锁紧装置包括螺母（601）、碟簧套（602）、蝶形弹簧（603）、拉杆A（605）和拉杆B（705），所述拉杆A（605）串装球头支承A（604）、支承座A（618）、碟簧套（602）、蝶形弹簧（603）和螺母（601）；所述拉杆B（705）串装球头支承B（704）、支承座B（718）、方形垫B（712）、碟簧套（602）、蝶形弹簧（603）和螺母（601）；所述拉杆B（705）串装球头支承B（704）、支承座C（818）、圆形垫C（812）、碟簧套（602）、蝶形弹簧（603）、螺母（601）。

6.根据权利要求3或4所述的3D打印机基板自动微动调平系统，其特征在于，所述的微动升降装置包括球头支承B（704）、弹簧（706）、内螺纹套（707）、双螺纹套（708）、拨爪（709）、导向键（710）、导套（711）和减速电机（15），所述减速电机（15）固装在内螺纹套（707）的下端，内螺纹套（707）固装在导柱（11）上，内螺纹套（707）的上端固装着导套（711），所述的导套（711）中心安装有球头支承B（704），所述球头支承B（704）与导套（711）之间装有导向键（710），所述球头支承B（704）与导套（711）为间隙配合，所述球头支承B（704）在导套（711）内上下移动，所述球头支承B（704）下端的外螺纹与双螺纹套（708）的内螺纹配合，双螺纹套（708）的外螺纹与内螺纹套（707）的内螺纹配合，双螺纹套（708）的下端套装在拨爪（709）上，且双螺纹套（708）下端的拨爪与拨爪（709）相互插装，拨爪（709）固定安装在减速电机（15）的轴上，双螺纹套（708）与拨爪（709）为间隙配合，双螺纹套（708）通过拨爪（709）拨动与拨爪（709）一同转动；球头支承B（704）与双螺纹套（708）构成螺纹副，双螺纹套（708）与内螺纹套（707）也构成螺纹副，且两个螺纹副的螺旋方向相同。

7.根据权利要求6所述的3D打印机基板自动微动调平系统，其特征在于，所述的导套（711）上套有弹簧（706），弹簧（706）的下端紧压在球头支承B（704）上。

8.根据权利要求1所述的3D打印机基板自动微动调平系统，其特征在于，所述的水平测量装置（9）是电子水平仪、位置传感器、距离传感器或激光扫描测量仪。