CN106626367B - 3d打印机、3d打印机的压力检测方法及其压力补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种3D打印机、3D打印机的压力检测方法及其压力补偿方法，解决了3D打印机打印质量差的问题。3D打印机，包括安装支架、工作台和喷头，所述喷头和所述工作台设置在所述安装支架上并且所述喷头位于所述工作台上方，所述喷头包括喷嘴、输料管和挤压机构，所述输料管与所述喷嘴连接，所述挤压机构与所述输料管连接，所述3D打印机还包括控制器，所述喷头还包括壳体和传感器，所述壳体与所述控制器通过驱动机构连接，所述挤压机构和所述传感器与所述控制器电连接，所述壳体具有上限位置和下限位置，喷嘴活动设置在壳体上并且该喷嘴可在上限位置与下限位置之间往复运动，传感器设置在壳体上以检测喷嘴在安装支架上的高度位置。

Description

3D打印机、3D打印机的压力检测方法及其压力补偿方法

技术领域

本发明涉及一种3D打印机、3D打印机的压力检测方法及其压力补偿方法。

背景技术

3D打印机包括安装支架、工作台和送料机构，送料机构包括喷头，喷头和工作台设置在安装支架上并且喷头位于所述工作台上方。

喷头包括喷嘴、输料管和挤压机构，输料管与喷嘴连接，挤压机构与输料管连接，在挤压机构工作过程中，输料管内的物料经喷嘴喷射至工作台上，以实现打印3D模型。然而，现有的3D打印机在工作过程中，喷嘴有一定概率会与工作台发生碰撞，这会降低3D打印机的打印质量。

发明内容

本发明所要解决的问题就是提供一种3D打印机、3D打印机的压力检测方法及其压力补偿方法，以提高3D打印机的打印质量。

为解决上述问题，本发明提供如下技术方案：

3D打印机，包括安装支架、工作台和喷头，所述喷头和所述工作台设置在所述安装支架上并且所述喷头位于所述工作台上方，所述喷头包括喷嘴、输料管和挤压机构，所述输料管与所述喷嘴连接，所述挤压机构与所述输料管连接，其特征在于，所述3D打印机还包括控制器，所述喷头还包括壳体和传感器，所述壳体与所述控制器通过驱动机构连接，所述挤压机构和所述传感器与所述控制器电连接，所述壳体具有上限位置和下限位置，所述喷嘴活动设置在所述壳体上并且该喷嘴可在上限位置与下限位置之间往复运动，所述传感器设置在所述壳体上以检测所述喷嘴在所述安装支架上的高度位置。

进一步的，所述传感器为压力传感器，所述喷嘴挤压所述压力传感器以使所述压力传感器检测所述喷嘴相对所述壳体的高度位置。

进一步的，所述壳体具有容置腔，所述压力传感器设置在所述容置腔内，至少部分所述喷嘴插入所述容置腔与所述压力传感器的下端相抵。

进一步的，所述压力传感器的上端与所述挤压机构相抵。

进一步的，所述喷头还包括隔热垫，所述隔热垫设置在所述喷嘴与所述传感器之间。

3D打印机的压力校准方法，包括如下步骤：

S01)控制器设置压力信号P1、P2和P，P1＜P＜P2；

S02)喷头相对工作台运动，直至工作台挤压喷嘴的作用力通过传感器传递给控制器，在工作台挤压喷嘴的作用力通过传感器传递给控制器的过程中，若传感器传递给控制器的压力信号在P1-P2之间，则3D打印机完成校准工作，否则进入步骤S03；

S03)工作台进行位置修正，在工作台完成位置修正后，进入步骤S02。

进一步的，喷嘴与工作台通过熔融材料间接相抵，工作台通过熔融材料挤压喷嘴的作用力通过传感器传递给控制器；或者是，喷嘴与工作台直接相抵，工作台挤压喷嘴的作用力通过传感器传递给控制器。

3D打印机的压力补偿方法，包括如下步骤：

S01)控制器设置压力信号P1、P2和P，P1＜P＜P2；

S02)喷头相对工作台运动，直至工作台挤压喷嘴的作用力通过传感器传递给控制器，在工作台挤压喷嘴的作用力通过传感器传递给控制器的过程中，控制器根据传感器输入的压力信号，计算生成工作台不同位置的高度值。

进一步的，在步骤S02后，控制器控制挤压机构挤压输料管，以使其内部的熔融材料通过喷嘴打印在工作台上，当输料管内的熔融材料通过喷嘴打印在工作台上时，控制器基于工作台上不同位置的高度值并通过挤压机构调节输料管经喷嘴打印在工作台上的材料量。

进一步的，喷嘴与工作台通过熔融材料间接相抵，工作台通过熔融材料挤压喷嘴的作用力通过传感器传递给控制器；或者是，喷嘴与工作台直接相抵，工作台挤压喷嘴的作用力通过传感器传递给控制器。

本发明的有益效果：

1、本发明的喷头包括壳体，壳体具有上限位置和下限位置，喷嘴活动的设置在壳体上并且该喷嘴可在上限位置与下限位置之间往复运动。如此设计，限定喷嘴的运动范围，以避免喷嘴受到的压力无法被压力传感器获取。

2、本发明的喷头还包括传感器，传感器设置在壳体上以检测喷嘴相对壳体的高度位置。如此设计，当传感器用于检测喷嘴相对壳体的高度位置时，传感器可以将喷嘴的高度位置以电信号的方式传递给其他电子元件，以实现控制器准确获取喷嘴的高度值。

3、本发明的3D打印机包括控制器，控制器通过挤压机构调节调节喷嘴在单位时间内喷射出熔融材料的数量。如此设计，喷嘴喷出熔融材料的数量将得到精准控制。

4、本发明中，3D打印机的压力校准方法包括工作台的位置校准方法，具体的：喷头相对工作台运动，直至工作台挤压喷嘴的作用力通过传感器传递给控制器，在工作台挤压喷嘴的作用力通过传感器传递给控制器的过程中，若传感器传递给控制器的压力信号在P1-P2之间，则工作台完成校准工作，否则工作台进行位置修正。如此设计，3D打印机可以获取工作台在不同位置的高度范围区间值，在3D打印机获取工作台在不同位置的高度范围区间值后，技术人员通过调整工作台的平面度和倾斜度，以完成3D打印机的压力校准。

5、本发明中，3D打印机的压力补偿方法包括喷嘴的位置补偿方法，具体的：喷头相对工作台运动，直至工作台挤压喷嘴的作用力通过传感器传递给控制器，在工作台挤压喷嘴的作用力通过传感器传递给控制器的过程中，控制器根据传感器输入的压力信号，计算生成工作台不同位置的高度值。如此设计，3D打印机可以获取工作台在不同位置的高度值，当3D打印机获取工作台在不同位置的高度值时，控制器根据工作台不同位置的高度计算生成一组数据，该组数据为3D打印机工作时挤压机构调节输料管经喷嘴打印在工作台上的材料量

6、本发明中，在3D打印机获取工作台在不同位置的高度值后，挤压机构挤压输料管，以使其内部的熔融材料通过喷嘴打印在工作台上，当输料管内的熔融材料通过喷嘴打印在工作台上时，控制器基于工作台上不同位置的高度值并通过挤压机构调节输料管经喷嘴打印在工作台上的材料量。如此设计，3D打印机打印出来的模型具有精度高的优点。

附图说明

图1是本发明实施例一中喷头的结构示意图；

图2是本发明实施例一中3D打印机的结构示意图。

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。

实施例一

参照图1和图2，3D打印机，包括安装支架10、工作台20和喷头30，喷头30和工作台20设置在安装支架10上并且喷头30位于工作台20上方，喷头30包括喷嘴2、输料管3和挤压机构4，输料管3与喷嘴2连接，挤压机构4与输料管3连接，在挤压机构4工作过程中，输料管3内的熔融材料6经喷嘴2喷射在工作台20上。

参照图1，固体材料经高温融化后进入与喷嘴2所对应的输料管3内，与挤压机构4对应的输料管3(在挤压机构4的作用下发生弹性变形。与挤压机构4对应的输料管3发生弹性变形的过程中，其内部的材料向喷嘴2方向运动，以实现将喷嘴2内部的熔融材料6推送至喷嘴2外。

本实施例中，固体材料在喷嘴2处受热变为熔融材料6。如此设计，3D打印机消耗能量小，其打印出来的模型成型效果好。在本发明的其他实施例中，固定材料可以在挤压机构所对应的输料管内融化，固体材料也可以在输料管的入口处融化。

参照图1和图2，与现有技术不同之处在于：3D打印机还包括控制器50，喷头30还包括壳体1和传感器5，壳体1与控制器50通过驱动机构40连接，挤压机构4和传感器5与控制器50电连接，壳体1具有上限位置和下限位置，喷嘴2活动设置在壳体1上并且该喷嘴2可在上限位置与下限位置之间往复运动，传感器5设置在壳体1上以检测喷嘴2在安装支架10上的高度位置。

本实施例中，控制器50获取工作台20不同位置高度值的方法：第一步，控制器50通过驱动机构40控制喷头30相对工作台20运动，直至工作台20挤压喷嘴2的作用力通过传感器5传递给控制器50，当工作台20挤压喷嘴2的作用力通过传感器5传递给控制器50时，控制器50可以获取喷嘴2在工作台20上不同位置的高度值；第二步，控制器50根据喷嘴2在安装支架10上的高度值计算得出工作台20不同位置的高度值。

参照图1，本实施例的控制器50与驱动机构40电连接，具体的：驱动机构40包括第一电机、第二电机和第三电机，第一电机通过第一齿轮组件驱使喷头30沿其高度方向运动，第二电机通过第二齿轮组件驱使喷头30沿工作台20横向运动，第三电机通过第三齿轮组件驱使喷头30沿工作台20纵向运动。在本发明的其他实施例中，驱动机构包括第一气缸、第二气缸和第三气缸，第一气缸驱使喷头沿其高度方向运动，第二气缸驱使喷头沿工作台横向运动，第三气缸驱使喷头沿工作台纵向运动。

参照图1，本实施例所述的传感器5为压力传感器，喷嘴2挤压压力传感器以使压力传感器检测喷嘴2相对壳体1的高度位置。如此设计，喷头30结构简单、制造成本低。在本发明的其他实施中，传感器包括三个位置传感器，三个位置传感器分别为第一红外线传感器、第二红外线传感器和第三红外线传感器，第一红外线传感器设置在壳体的下限位置处，第二红外线传感器设置在壳体的上限位置处，第三红外线传感器设置在壳体的下限位置与上限位置之间，第一红外线传感器、第二红外线传感器和第三红外线传感器通过感应喷嘴以获取喷嘴在壳体内的高度位置。

本实施例中，安装支架10包括底座101和与底座101连接的支撑架102，底座101上设置有坐标原点，喷头30安装支撑架102上，喷嘴2的相对坐标(喷嘴2的相对坐标为喷嘴2出料口处的相对坐标)基于底座101上的坐标原点计算得出，具体的：当工作台20挤压喷嘴2的作用力通过压力传感器传递给控制器50时，控制器50基于“壳体1上下限位置的相对坐标”以及“喷嘴2挤压压力传感器所产生的高度方向上的位移”计算生成喷嘴2相对坐标原点的相对坐标。当控制器50计算出喷嘴2的相对坐标时，若喷嘴2与工作台20直接相抵，则喷嘴2的相对坐标为工作台20的相对坐标；若喷嘴2与工作台2通过熔融材料间接相抵，则喷嘴2的相对坐标减去熔融材料的厚度得出工作台20的相对坐标。

参照图1，本实施例的壳体1具有容置腔11，压力传感器设置在容置腔11内，至少部分喷嘴2插入容置腔11与压力传感器的下端相抵，具体的：壳体1上设有与容置腔11连通的第一开口111，至少部分喷嘴2经第一开口111插入容置腔11内。如此设计，压力传感器受外力影响的概率将得以减小，以提高压力传感器检测的准确性。在本发明的其他实施例中，压力传感器设置在壳体的外侧壁上，喷嘴与压力传感器通过胶水连接；或者是，喷嘴与压力传感器通过连杆连接。

需要说明的是：本实施例所述壳体1的下限位置为容置腔11底面上的壁，所述壳体1的上限位置为压力传感器发生形变后其底壁在壳体1内的高度位置。当然，在本发明的其他实施例中，壳体的下限位置为壳体侧壁上的第一位置，第一位置邻近壳体的底壁，壳体的上限位置为壳体侧壁上的第二位置，第二位置邻近压力传感器发生形变后其底壁在壳体内的高度位置。

参照图1，本实施例的压力传感器的上端与挤压机构4相抵。如此设计，挤压机构4拆装方便。在本发明的其他实施例中，压力传感器与挤压机构通过螺钉连接；或者是，压力传感器与容置腔的顶壁相抵。

优选的，本实施例中，喷头还包括隔热垫，该隔热垫设置在喷嘴2与传感器5之间。如此设计，传感器5的使用寿命将得到提高。

参照图1，本实施例的壳体1上还设有与容置腔11连通的第二开口112，输料管3经第二开口112进入容置腔11内，当输料管3经第二开口112进入容置腔11内时，输料管3与喷嘴2固定连接，具体的：输料管3与喷嘴2螺纹连接。在本发明的其他实施例中，输料管与喷嘴卡扣连接。

本实施例中，所述挤压机构4可以是夹钳组件，所述挤压机构4也可以是气缸组件。由于本发明未对挤压机构4做出改进，因此，本发明不介绍挤压机构4的具体结构。

本实施例中，3D打印机的压力校准方法，其特征在于包括如下步骤：

S01)控制器50设置压力信号P1、P2和P，P1＜P＜P2；

S02)喷头30相对工作台20运动，直至工作台20挤压喷嘴30的作用力通过传感器5传递给控制器50，在工作台20挤压喷嘴30的作用力通过传感器5传递给控制器50的过程中，若传感器5传递给控制器50的压力信号在P1-P2之间，则3D打印机完成校准工作，否则进入步骤S03；

S03)工作台20进行位置修正，在工作台20完成位置修正后，进入步骤S02。

参照图2，本实施例中，“喷头30相对工作台20运动”具有以下两种理解方式：1，首先，喷头30沿其高度方向运动，直至喷嘴2上出料口喷出的熔融材料与工作台20相抵；接着喷头30沿工作台20纵向运动以及横向运动。2、首先，喷头30沿工作台20纵向运动以及横向运动；接着，喷头30沿其高度方向运动，直至喷嘴2上出料口喷出的熔融材料与工作台20相抵。

参照图2，本实施例的喷嘴2与工作台20通过熔融材料间接相抵，工作台20通过熔融材料挤压喷嘴2的作用力通过传感器5传递给控制器50。如此设计，喷嘴2的使用寿命将得到进一步提高。在本发明的其他实施例中，喷嘴与工作台直接相抵，工作台挤压喷嘴的作用力通过传感器传递给控制器。

本实施例中，所述“工作台20进行位置修正”包括以下三种办法：1、跟换新的工作台；2、调节工作台的高度位置；3、通过磨机、车床、铣床等工具对工作台进行精加工。

实施例二

本实施例中，3D打印机为实施例一中的3D打印机。

与实施例一不同之处在于：本实施例中，3D打印机具有压力补偿方法。

3D打印机的压力补偿方法，包括如下步骤：

S01)控制器设置压力信号P1、P2和P，P1＜P＜P2；

S02)喷头相对工作台运动，直至工作台挤压喷嘴的作用力通过传感器传递给控制器，在工作台挤压喷嘴的作用力通过传感器传递给控制器的过程中，控制器根据传感器输入的压力信号，计算生成工作台不同位置的高度值。

本实施例中，“喷头相对工作台运动”具有以下两种理解方式：1，首先，喷头沿其高度方向运动，直至喷嘴上出料口喷出的熔融材料与工作台相抵；接着喷头沿工作台纵向运动以及横向运动。2、首先，喷头沿工作台纵向运动以及横向运动；接着，喷头沿其高度方向运动，直至喷嘴上出料口喷出的熔融材料与工作台相抵。

本实施例的喷嘴与工作台通过熔融材料间接相抵，工作台通过熔融材料挤压喷嘴的作用力通过传感器传递给控制器。如此设计，喷嘴的使用寿命将得到进一步提高。在本发明的其他实施例中，喷嘴与工作台直接相抵，工作台挤压喷嘴的作用力通过传感器传递给控制器。

在本实施例中，3D打印机在压力补偿之前需要先进行压力校准，具体步骤为：

第一步，控制器50设置压力信号P1、P2和P，P1＜P＜P2；

第二步，喷头30相对工作台20运动，直至工作台20挤压喷嘴30的作用力通过传感器5传递给控制器50，在工作台20挤压喷嘴30的作用力通过传感器5传递给控制器50的过程中，若传感器5传递给控制器50的压力信号在P1-P2之间，则进入第四步，否则进入第三步；

第三步，工作台20进行位置修正，在工作台20完成位置修正后，进入步骤S02；

第四步，喷头相对工作台运动，直至工作台挤压喷嘴的作用力通过传感器传递给控制器，在工作台挤压喷嘴的作用力通过传感器传递给控制器的过程中，控制器根据传感器输入的压力信号，计算生成工作台不同位置的高度值。

当然，在本发明的其他实施例中，3D打印机可以不进行压力校准。

优选的，本实施例中，3D打印机的压力补偿方法，在步骤S02后，进行步骤S03，具体的：控制器控制挤压机构挤压输料管，以使其内部的熔融材料通过喷嘴打印在工作台上，当输料管内的熔融材料通过喷嘴打印在工作台上时，控制器基于工作台上不同位置的高度值并通过挤压机构调节输料管经喷嘴打印在工作台上的材料量。

应当理解，本文所述的示例性实施例是说明性的而非限制性的。尽管结合附图描述了本发明的一个或多个实施例，本领域普通技术人员应当理解，在不脱离通过所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以做出各种形式和细节的改变。

Claims (9)

1.3D打印机，包括安装支架、工作台和喷头，所述喷头和所述工作台设置在所述安装支架上并且所述喷头位于所述工作台上方，所述喷头包括喷嘴、输料管和挤压机构，所述输料管与所述喷嘴连接，所述挤压机构与所述输料管连接，其特征在于，所述3D打印机还包括控制器，所述喷头还包括壳体和传感器，所述壳体与所述控制器通过驱动机构连接，所述挤压机构和所述传感器与所述控制器电连接，所述壳体具有上限位置和下限位置，所述喷嘴活动的设置在所述壳体上并且该喷嘴可在上限位置与下限位置之间往复运动，所述传感器设置在所述壳体上以检测所述喷嘴在所述安装支架上的高度位置，所述传感器为压力传感器，所述喷嘴挤压所述压力传感器以使所述压力传感器检测所述喷嘴相对所述壳体的高度位置。

2.如权利要求1所述的3D打印机，其特征在于，所述壳体具有容置腔，所述压力传感器设置在所述容置腔内，至少部分所述喷嘴插入所述容置腔与所述压力传感器的下端相抵。

3.如权利要求1所述的3D打印机，其特征在于，所述压力传感器的上端与所述挤压机构相抵。

4.如权利要求1至3之一所述的3D打印机，其特征在于，所述喷头还包括隔热垫，所述隔热垫设置在所述喷嘴与所述传感器之间。

5.3D打印机的压力校准方法，其特征在于包括如下步骤：

S01)控制器设置压力信号P1、P2和P，P1＜P＜P2；

S02)喷头相对工作台运动，直至工作台挤压喷嘴的作用力通过传感器传递给控制器，在工作台挤压喷嘴的作用力通过传感器传递给控制器的过程中，若传感器传递给控制器的压力信号在P1—P2之间，则3D打印机完成校准工作，否则进入步骤S03；

S03)工作台进行位置修正，在工作台完成位置修正后，进入步骤S02。

6.如权利要求5所述3D打印机的压力校准方法，其特征在于，喷嘴与工作台通过熔融材料间接相抵，工作台通过熔融材料挤压喷嘴的作用力通过传感器传递给控制器；或者是，喷嘴与工作台直接相抵，工作台挤压喷嘴的作用力通过传感器传递给控制器。

7.3D打印机的压力补偿方法，其特征在于包括如下步骤：

S01)控制器设置压力信号P1、P2和P，P1＜P＜P2；

S02)喷头相对工作台运动，直至工作台挤压喷嘴的作用力通过传感器传递给控制器，在工作台挤压喷嘴的作用力通过传感器传递给控制器的过程中，控制器根据传感器输入的压力信号，计算生成工作台不同位置的高度值。

8.如权利要求7所述3D打印机的压力补偿方法，其特征在于，在步骤S02后，控制器控制挤压机构挤压输料管，以使其内部的熔融材料通过喷嘴打印在工作台上，当输料管内的熔融材料通过喷嘴打印在工作台上时，控制器基于工作台上不同位置的高度值并通过挤压机构调节输料管经喷嘴打印在工作台上的材料量。

9.如权利要求7所述3D打印机的压力补偿方法，其特征在于，喷嘴与工作台通过熔融材料间接相抵，工作台通过熔融材料挤压喷嘴的作用力通过传感器传递给控制器；或者是，喷嘴与工作台直接相抵，工作台挤压喷嘴的作用力通过传感器传递给控制器。