CN105922600A - 检测装置、三维打印机及三维打印方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于熔融沉积型三维打印机中的检测装置，包括第一检测单元与第二检测单元；第一检测单元设于丝料盘与打印头的供料滚路间，用于检测二者间丝料的行进速度；第二检测单元设于打印头上，用于检测供料滚路的旋转速度。该检测装置可用检测三维打印机是否出现空打等问题。此外，本发明还提供使用该检测装置的三维打印机及其打印方法。

Description

检测装置、三维打印机及三维打印方法

本申请是申请号为CN201410827191.9、发明名称为“检测装置、三维打印机及三维打印方法”的发明专利的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用于对挤出成型设备进行测量的装置、该挤出成型设备及其成型方法，具体地说，涉及一种用于熔融沉积型三维打印机中的检测装置，使用该检测装置的三维打印机及其打印方法。

背景技术

三维打印机，是一种基于三维物体的数字模型，利用粉末状金属或塑料等材料，通过逐层打印的方式构造三维物体的设备。

公告号为CN1216726C的专利文献的背景技术中描述了一种以细丝的形式向打印头供给成型材料的三维打印机，参见图1，三维打印机01具有打印头011、供料装置012、导管013及载物台014；供料装置012具有一个缠绕有成型丝0123的供料盘0121；打印头011具有由电机0115驱动的一对送料滚轮0113与0114，液化器0111及设于液化器0111下端的打印喷嘴0112。供料盘0121被安装于三维打印机01的供料盘安装架的转轴0122上，从而将成型丝0123提供给打印头011。在使用过程中，将成型丝0123从供料盘0121上拉出，使被拉直的成型丝通过由摩擦阻力较小的材料制成的导管013，直至将成型丝供给到送料滚轮0113及0114，由电动机0115驱动的送料滚轮0113及0114推动成型丝进入液化器0111以产生一个所谓“液化器泵效应”，即成型丝本身相当于一个活塞，进入液化器0111内的成型丝挤压熔融状态的成型材料，使之按一定的体积速率从打印喷嘴0112挤出并沉积于载物台014的载物面上。三维打印机01的控制单元通过控制打印头011在水平的X-Y平面内移动，同时控制载物台014沿垂向的Z轴移动，从而逐层地打印出三维物体。

但是在打印过程中，当打印喷嘴0112发生堵塞或部分堵塞时，送料滚轮0113及0114容易与成型丝发生打滑，无法从打印喷嘴挤出熔融状态的成型材料，或挤出熔融状态成型材料的直径偏小，导致出现空打或降低三维物体的打印质量；当供料装置012中缺少成型丝时，将导致出现空打；当送料滚轮不旋转时，也将导致出现空打。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种用于熔融沉积型三维打印机中的检测装置，旨在能够对使用不同直径规格成型丝的三维打印机出现空打、打印喷嘴部分堵塞或供料装置缺料等问题进行监控；

本发明的另一目的是提供一种使用上述检测装置的三维打印机；

本发明的再一目的是提供一种利用上述三维打印机进行打印三维物体的方法。

为了实现上述主要目的，本发明提供一种用于三维打印机中的检测装置，该检测装置包括底座、第一检测单元及第二检测单元；第一检测单元包括第一检测轮、弹簧、第一光电传感器及可旋转地安装于底座上的定位滚轮与挤压滚轮；挤压滚轮的轴线与定位滚轮的轴线平行且轴间距可调，弹簧的恢复力迫使挤压滚轮与定位滚轮间的轴间距趋小，挤压滚轮的工作面与定位滚轮的工作面间形成有成型丝的通道；第一检测轮与挤压滚轮或定位滚轮同角速地同轴连接，第一检测轮包括基部及沿基部的周向布置的遮挡部，第一光电传感器的光路穿过遮挡部绕第一检测轮的轴线旋转形成的平面；第二检测单元包括第二检测轮及第二光电传感器，该第二检测轮用于与打印头中的送料滚轮同角速地同轴连接；第二检测轮包括基部及沿基部的周向布置的遮挡部，第二光电传感器的光路穿过遮挡部绕第二检测轮的轴线旋转形成的平面。

由以上方案可见，当一三维打印机使用上述检测装置后，在控制单元控制三维打印机的送料滚轮旋转过程中，当第一光电传感器的检测数据显示第一检测轮停止旋转时，表明打印喷嘴出现堵塞，供料装置缺少成型丝，或送料滚轮停止旋转；如果第一光电传感器的检测数据显示第一检测轮的旋转速度低于预定转速时，表明打印喷嘴出现部分堵塞，这时控制单元控制打印头停止工作，从而防止三维打印机出现空打或打印质量不高；通过判断第二光电传感器的检测数据，以判断是否由于送料滚轮停止旋转而导致停止打印。此外，由于挤压滚轮与定位滚轮的轴间距受弹簧的恢复力作用而趋小，使该检测装置可以适用使用不同直径规格成型丝的三维打印机。

一个具体的方案为底座上设有供成型丝进出的进口或出口，在进口或出口的近旁设有第三光电传感器，该第三光电传感器用于检测进口或出口是否有成型丝。

由以上方案可见，综合第三光电传感器与第一光电传感器的检测数据，可以知道第一检测轮停止旋转是否由于供料装置缺少成型丝造成的，便于使用者快速进行排除故障。

另一个具体的方案为一摆臂可绕其一端摆动地固定于底座上，挤压滚轮可旋转地安装于摆臂的另一端，弹簧为扭簧，扭簧的扭圈固定于底座上，扭簧的一扭臂抵压在挤压滚轮的转轴上，另一扭臂抵压在底座的内侧壁上。

再一个具体的方案为一滑槽固定于底座上，一转轴可沿滑槽移动地安装于该滑槽中，挤压滚轮可旋转地安装于转轴上，弹簧的一端固定于底座上，另一端抵压在转轴上。

为了实现上述另一目的，本发明提供第一种三维打印机，该三维打印机包括打印头、控制单元、供料装置及检测装置，其中，检测装置为上述主要技术方案、另一具体方案及再一具体方案所描述的检测装置，沿成型丝的行进方向，检测装置位于打印头的上游，第一光电传感器及第二光电传感器与控制单元电连接。

为了实现上述另一目的，本发明提供第二种三维打印机，该三维打印机包括打印头、控制单元、供料装置及检测装置，其中，检测装置为上述第一个具体方案中所描述的检测装置；沿成型丝的行进方向，检测装置位于打印头的上游，第一光电传感器、第二光电传感器及第三光电传感器与控制单元电连接。

具体的方案为该三维打印机还包括与控制单元电连接的故障报警器及缺料报警器。

为了实现上述再一目的，本发明提供一种三维打印方法，该打印方法使用上述第一种三维打印机进行打印三维物体，在控制单元控制打印头中的送料滚轮旋转的过程中，当第一光电传感器检测到第一检测轮停止旋转或其转速小于预定转速时，控制单元控制打印头停止工作；当第二光电传感器检测到第二检测轮停止转动时，控制单元控制打印头停止工作。

为了实现上述再一目的，本发明提供一种三维打印方法，该打印方法使用上述第二种三维打印机进行打印三维物体，在打印三维物体的过程中，当第三光电传感器检测到检测装置的进口或出口处无成型丝时，控制单元控制打印头停止工作并启动缺料报警器；在控制单元控制打印头中的送料滚轮旋转的过程中，当第一光电传感器检测到第一检测轮停止旋转或其转速小于预定转速时，控制单元控制打印头停止工作并启动故障报警器；当第二光电传感器检测到第二检测轮停止转动时，控制单元控制打印头停止工作。

附图说明

图1是一种现有三维打印机的结构示意图；

图2是本发明三维打印机第一实施例的立体图；

图3是图2另一视角的立体图；

图4是本发明检测装置第一实施例的结构图；

图5是本发明检测装置第一实施例中挤压滚轮与底座间的配合示意图；

图6是本发明检测装置第一实施例略去底座的结构图；

图7是本发明检测装置第一实施例的检测数据时序图；

图8是本发明检测装置第二实施例的结构图；

图9是本发明检测装置第三实施例的结构图；

图10是本发明检测装置第六实施例中挤压滚轮与底座间的配合示意图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

检测装置、三维打印机及三维打印方法第一实施例

参见图2，三维打印机1具有壳体11及安装于壳体11上的载物台12、打印头13、供料装置14、检测装置及控制单元。供料装置14的成型丝通过软管15提供给打印头13，控制单元通过控制线16与打印头13上的电器元件电连接。

参见图3，检测装置17安装于壳体11的后板111上，供料装置14的成型丝通过软管18的引导进入检测装置17，通过检测装置17后在软管15的引导下进入打印头13，即在沿成型丝的行进方向上，检测装置17位于打印头13的上游。

参见图4，检测装置17由底座171、摆臂及第一检测单元构成，第一检测单元由定位滚轮172、挤压滚轮173、第一检测轮174、第一光电传感器175及扭簧176构成。检测装置17通过底座171安装于三维打印机的后板111上。第一检测轮174由基部1741及绕基部1741周向均布的遮挡部1742构成。定位滚轮172及挤压滚轮173可旋转地安装于底座171上，第一检测轮174与挤压滚轮173等角速地同轴连接。第一光电传感器175由光源、光路及光电元件构成，光电元件与控制单元电连接，光路穿过遮挡部1742绕第一检测轮174轴线旋转形成的平面。扭簧176的扭圈通过固定件1711固定于底座171上，一扭臂抵压在挤压滚轮173的转轴上，另一扭臂抵压在底座171的内侧壁上。

参见图5，摆臂1713通过固定件1712而可绕其一端旋转地固定于底座171上，挤压滚轮173可绕转轴177旋转地安装于摆臂1712的另一端上。

参见图6，扭簧176的一扭臂1761抵压在转轴177上；定位滚轮172的工作面与挤压滚轮173的工作面间形成有成型丝141的通道；由于扭簧176恢复力的作用，迫使检测装置17能够对使用不同直径规格成型丝141的三维打印机出现空打、打印喷嘴部分堵塞或供料装置缺料进行检测。在三维打印机1进行打印的过程中，控制单元控制打印头13内的送料滚轮旋转，拉动成型丝141行进，成型丝141又带动定位滚轮172及挤压滚轮173旋转，从而带动第一检测轮174旋转，从第一光电传感器175输出工作正常的检测数据。

参见图7，在控制单元控制打印头13内的送料滚轮正常旋转的过程中，行进的成型丝141带动挤压滚轮173旋转，从而带动第一检测轮174旋转，第一光电传感器175输出的波形为A，其为正常工作的检测数据，即预定转速的数据；当打印喷头出现部分堵塞时，第一检测轮174的旋转速度变慢，第一光电传感器175输出的波形为B；当打印喷头出现堵塞、供料装置14出现缺少成型材料或送料滚轮不旋转时，此时第一检测轮174停止旋转，第一光电传感器175输出的波形为C或D。控制单元控制送料滚轮正常进行输送成型丝过程中，当检测装置反馈给控制单元的检测信号与预设的波形A不同时，即出现信号B、C或D时，控制单元控制打印头12停止工作，并启动故障报警器告知使用者。

检测装置、三维打印机及三维打印方法第二实施例

作为对本发明检测装置、三维打印机及三维打印方法第二实施例的说明，以下仅对与上述检测装置、三维打印机及三维打印方法第一实施例的不同之处进行说明。

本三维打印机具有两个打印头，用于打印两种不同规格的成型丝。

参见图8，检测装置27具有两个第一检测单元，对应地用于对成型丝2411及2412的输送状况进行检测。在检测装置27的进口处设有引导成型丝行进的导槽282，出口处设有引导成型丝行进的导槽281。

检测装置、三维打印机及三维打印方法第三实施例

作为对本发明检测装置、三维打印机及三维打印方法第三实施例的说明，以下仅对与上述检测装置、三维打印机及三维打印方法第一实施例的不同之处进行说明。

参见图9，检测装置37的进口近旁设有第三光电传感器379，第三光电传感器379用于检测进口处是否有成型丝341。从而可以判断出供料装置是否缺少成型丝。

检测装置、三维打印机及三维打印方法第四实施例

作为对本发明检测装置、三维打印机及三维打印方法第四实施例的说明，以下仅对与上述检测装置、三维打印机及三维打印方法第三实施例的不同之处进行说明。

第三光电传感器设于检测装置的出口近旁。

检测装置、三维打印机及三维打印方法第五实施例

作为对本发明检测装置、三维打印机及三维打印方法第五实施例的说明，以下仅对与上述检测装置、三维打印机及三维打印方法第三实施例的不同之处进行说明。

三维打印机上还设有与控制单元电连接的故障报警器及缺料报警器，当检测装置检测到供料装置缺少成型丝时，控制单元启动缺料报警器，其他情况下启动故障报警器。

检测装置、三维打印机及三维打印方法第六实施例

作为对本发明检测装置、三维打印机及三维打印方法第六实施例的说明，以下仅对与上述检测装置、三维打印机及三维打印方法第一实施例的不同之处进行说明。

在送料滚轮上等角速地同轴连接有第二检测轮，第二检测轮由由基部及绕基部周向均布的遮挡部构成，第二光电传感器的光路穿过遮挡部绕第二检测轮轴线旋转形成的平面；第二检测轮与第二光电传感器构成检测装置的第二检测单元。

通过第二光电传感器的检测数据可以判断出送料滚轮是否停止旋转。

检测装置、三维打印机及三维打印方法第七实施例

作为对本发明检测装置、三维打印机及三维打印方法第七实施例的说明，以下仅对与上述检测装置、三维打印机及三维打印方法第一实施例的不同之处进行说明。

参见图10，用滑槽4712替代摆臂，挤压滚轮473可旋转地安装于其转轴477上，转轴477可沿滑槽4712移动地安装于滑槽4712中，一弹簧的一端固定于底座上，另一端抵压在转轴477上，从而将挤压滚轮473向靠近定位滚轮的方向挤压。

Claims (10)

1.检测装置，用于三维打印机，包括底座及第一检测单元；

其特征在于：

所述第一检测单元包括第一检测轮、弹簧、第一光电传感器及可旋转地安装于所述底座上的定位滚轮与挤压滚轮；

所述挤压滚轮的轴线与所述定位滚轮的轴线平行且轴间距可调，所述弹簧的恢复力迫使所述轴间距趋小，所述挤压滚轮的工作面与所述定位滚轮的工作面间形成有成型丝的通道；

所述第一检测轮与所述挤压滚轮或所述定位滚轮同角速转动地共轴连接，所述第一检测轮包括基部及沿所述基部的周向布置的遮挡部，所述第一光电传感器的光路穿过所述遮挡部绕所述第一检测轮的轴线旋转形成的平面；

第二检测单元，所述第二检测单元包括第二检测轮及第二光电传感器，所述第二检测轮用于与三维打印机的打印头中的送料滚轮同角速转动地同轴连接；

所述第二检测轮包括基部及沿基部的周向布置的遮挡部，所述第二光电传感器的光路穿过遮挡部绕所述第二检测轮的轴线旋转形成的平面。

2.根据权利要求1所述检测装置，其特征在于：

所述底座设有供所述成型丝进出的进口及出口，所述进口或所述出口的近旁设有第三光电传感器，所述第三光电传感器用于检测所述进口或所述出口是否有成型丝。

3.根据权利要求2所述检测装置， 其特征在于：

一滑槽固定于所述底座上，一转轴可沿所述滑槽移动地安装于所述滑槽中，所述挤压滚轮可旋转地安装于所述转轴上，所述弹簧的一端固定于所述底座上，另一端抵压在所述转轴上。

4.根据权利要求1所述检测装置，其特征在于：

一摆臂可绕其一端摆动地固定于所述底座上，所述挤压滚轮可旋转地安装于所述摆臂的另一端，所述弹簧为扭簧，所述扭簧的扭圈固定于所述底座上，所述扭簧的一扭臂抵压在所述挤压滚轮的转轴上，另一扭臂抵压在所述底座的内侧壁上。

5.根据权利要求1所述检测装置，其特征在于:

一滑槽固定于所述底座上，一转轴可沿所述滑槽移动地安装于所述滑槽中，所述挤压滚轮可旋转地安装于所述转轴上，所述弹簧的一端固定于所述底座上，另一端抵压在所述转轴上。

6.三维打印机，包括打印头、控制单元及供料装置；

其特征在于：

检测装置，所述检测装置为权利要求要求1、4或5所述检测装置；

沿成型丝的行进方向，所述检测装置位于所述打印头的上游；

所述第一光电传感器及所述第二光电传感器与所述控制单元电连接。

7.三维打印机，包括打印头、控制单元及供料装置；

其特征在于：

检测装置，所述检测装置为权利要求2或3所述检测装置；

沿成型丝的行进方向，所述检测装置位于所述打印头的上游；

所述第一光电传感器、所述第二光电传感器及所述第三光电传感器与所述控制单元电连接。

8.根据权利要求7所述三维打印机，其特征在于：

还包括与所述控制单元电连接的故障报警器及缺料报警器。

9.三维打印方法，使用权利要求6所述三维打印机进行打印三维物体；

其特征在于：

在所述控制单元控制所述打印头中的送料滚轮旋转的过程中，当所述第一光电传感器检测到所述第一检测轮停止旋转或其转速小于预定转速时，所述控制单元控制所述打印头停止工作；

当所述第二光电传感器检测到所述第二检测轮停止转动时，所述控制单元控制所述打印头停止工作。

10.三维打印方法，使用权利要求8所述三维打印机进行打印三维物体；

其特征在于：

在打印所述三维物体的过程中，当所述第三光电传感器检测到所述进口或所述出口处无成型丝时，所述控制单元控制所述打印头停止工作并启动所述缺料报警器；

在所述控制单元控制所述打印头中的送料滚轮旋转的过程中，当所述第一光电传感器检测到所述第一检测轮停止旋转或其转速小于预定转速时，所述控制单元控制所述打印头停止工作并启动所述故障报警器；

当所述第二光电传感器检测到所述第二检测轮停止转动时，所述控制单元控制所述打印头停止工作。