CN106738895A - 一种可调平的3d打印机架 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可调平的3D打印机架，属于3D答应辅助设备领域，包括架体、喷头安装座、打印底座、喷头调平机构、底座调平机构、及控制器；上述结构中，采用多点连接方式支撑喷头安装座和打印底座，能够通过连接点高度的控制，实现调平工作，具有快速调平的特点，利用陀螺仪等水平传感器实现空间倾斜角度的检测，并通过数学的计算方式，计算出调平所需的对应调平机构的补偿量，从而实现调平。在数学计算时，根据调平机构与安装座或底座的连接处的位置，将连接处映射到陀螺仪设定的坐标系中，从而按照比例进行对应连接处的高度调节。

Description

一种可调平的3D打印机架

技术领域

本发明涉及一种可调平的3D打印机架，属于3D答应辅助设备领域。

背景技术

3D打印技术是近年来快速发展的一类快速成型制造技术，其以计算机技术为基础，通过软件分层离散和数控成型系统，利用高能激光束、热熔喷嘴等方式将金属、陶瓷粉末、塑料及细胞组织等材料进行逐层堆积粘结成型的制造方法。目前，在3D打印技术领域中使用最为广泛的是被称为熔融堆积成型，即FDM方式，其主要是将热塑性高分子线材输送到高温打印头，将线材融化并连续挤出熔融高分子，并在精确定位下通过逐层堆积的方式在打印机底座上构建零件形体。

FDM打印精度主要受其机械结构件加工精度、运动精度、打印平台状态、工艺参数等因素的影响。在这些因素中，打印平台的状态将直接影响打印精度，如果打印机底座平台与喷嘴呈非180°夹角，将导致喷嘴出丝不均匀，当底座与打印喷嘴的距离过小时，喷嘴不能顺利出丝，很容易出现喷嘴堵塞的问题；当底座与喷嘴的距离过大时，喷嘴挤出的线材与底座之间的结合力不够，甚至在打印基层时被挤出的线材不能和打印平台进行粘接，使得模型处于悬空打印状态，导致打印失败。

现有技术一般是通过在打印平台与下方机架之间加上调节弹簧和调节螺母，通过移动打印喷头至打印平台上不同位置，通过眼睛观察高度，通过调节螺母位置来调节打印喷头与打印平台上各点的高度。该方法需要反复几个循环，非常费时，而且通过眼睛观察，精确度太低，难以实现高精度打印，需进一步加以改进。另外，当打印平台较大时，人工调节打印平台会非常费事，而且很难达到理想状态，调节打印平台的平面度精度及水平精度很难达到误差允许范围。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种可调平的3D打印机架，通过多个活动的支撑点，实现喷头安装座和打印底座的调平， 从而保证3D打印模型的精确性，避免3D打印过程中因喷头安装座和打印底座不平引起3D模型的误差，实现装置的自动调平

本发明采用的技术方案如下：

本发明公开了一种可调平的3D打印机架，包括架体、喷头安装座、打印底座、喷头调平机构、底座调平机构、及控制器；喷头安装座周围分布多个喷头调平机构并通过喷头调平机构连接架体，各喷头调平机构分别调节其与喷头安装座的连接处的竖向高度以调平喷头安装座；打印底座周围分布多个底座调平机构并通过底座调平机构连接架体，各底座调平机构分别调节其与打印底座的连接处的竖向高度以调平打印底座；喷头安装座上可设置喷头水平传感器，打印底座上可设置底座水平传感器；控制器分别电连接喷头水平传感器、底座水平传感器、喷头调平机构、及底座调平机构；控制器根据喷头水平传感器对应控制喷头调平机构，根据喷底座水平传感器的对应控制喷头调平机构。

上述结构中，采用多点连接方式支撑喷头安装座和打印底座，能够通过连接点高度的控制，实现调平工作，具有快速调平的特点，利用陀螺仪等水平传感器实现空间倾斜角度的检测，并通过数学的计算方式，计算出调平所需的对应调平机构的补偿量，从而实现调平。在数学计算时，根据调平机构与安装座或底座的连接处的位置，将连接处映射到陀螺仪设定的坐标系中，从而按照比例进行对应连接处的高度调节。

进一步，喷头水平传感器可拆卸安装在喷头安装座上，喷头调平机构具有可升降的滑块，各喷头调平机构的滑块上方分别设有位置感应器，各位置感应器分别电连接控制器。通过位置传感器的设置，能够记录一个指定位置，当喷头安装座达到指定位置时，从而完成喷头安装座的初始化，然后补偿指定位置到水平位置的距离，从而保证打印任务后喷头安装座能够回归水平，且不需要喷头水平传感器实时检测水平度，降低控制器的计算量并降低对控制器的要求，实现成本节约。

进一步，所述喷头调平机构还包括连杆、升降杆和安装座电机，连杆一端铰接滑块、另一端铰接喷头安装座，安装座电机通过升降杆连接滑块以升降滑块。通过滑块和连杆的设置，从而有利于喷头安装座的定位和位移控制，该结构能够避免因杆状的支撑结构的自身弯曲对喷头安装座调平的影响。

进一步，所述底座调平机构包括底座电机、及球头推件，底座电机固定在架体上且其转轴通过球头推件连接并支撑打印底座，底座电机控制球头推件升降以调平打印底座。该结构能够方便快速的实现打印底座的调平，通过球头的设计及多支撑点的设计，能够保证调平的多点控制。

进一步，所述架体包括上架体、下架体和多根并列的立柱，上架体固定于立柱上部、下架体连接与立柱下部并可沿立柱滑动，喷头调平机构及底座调平机构分别连接在下架体上。该结构将下架体设置为可升降调节的结构，从而保证下架体的升降控制，将喷头调平机构及底座调平机构均安装到下架体上，实现两者的同步移动，实现打印部件高度的有效调节的同时，保证打印精度不被影响。

进一步，喷头水平传感器可拆卸安装在喷头安装座上，喷头调平机构包括滑块、连杆、升降杆、及安装座电机，连杆一端铰接滑块、另一端铰接喷头安装座，安装座电机通过升降杆连接滑块，在立柱侧壁上设有竖向的滑槽，滑块置于滑槽内并沿滑槽升降移动并带动喷头安装座倾斜。

该结构中通过滑块在立柱上的移动实现喷头安装座位置的调节，并采用连杆铰接的方式，提高调节的灵活性，此外，能够避免连杆弯曲对喷头调平的影响。

进一步，各喷头调平机构的滑块上方分别设有行程开关，各行程开关分别电连接控制器，行程开关触发后其对应的喷头调平机构停止动作，并由控制器记录喷头安装座的与水平方向的倾斜度。

该结构中通过行程开关的设置使喷头水平传感器在一次调平之后，即可拆卸，每次均以行程开关的位置进行初始化，并在初始化的位置基础上进行调平不错，从而不眠控制器的实时计算，同时，简化本结构，能够降低控制器的硬件要求，控制器可以采用cpu、单片机、或者MCU。

进一步，升降杆可滑动的置于滑槽内，在升降杆上设有齿纹，安装座电机的转轴上设有螺杆，螺杆与升降杆的齿纹啮合以驱动升降杆升降动作。

进一步，喷头安装座的调平方法：

步骤1：采用三个喷头调平机构分别铰接喷头安装座的边缘，三个铰接处不位于同一直线上；三个喷头调平机构分别调节对应铰接处的至指定位置后，分别对应三个喷头调平机构的位置感应器被触发，三个喷头调平机构停止动作；

步骤2：三个位置感应器被触发后，设置于喷头安装座上的喷头水平传感器检测其安装面的倾斜度后反馈至控制器，并由控制器计算将安装面调节至水平三个喷头调平机构各自所需补偿值；

步骤3：拆卸喷头水平传感器并安装用于3D打印的喷头本体，喷头本体垂直于安装面；完成一次3D打印任务之前或之后， 先将三个喷头调平机构调节至指定位置，再控制三个喷头调平机构分别移动对应的补偿值的距离以调平喷头安装座。

进一步，打印底座的调平方法为：

步骤1：采用三个底座调平机构分别铰接打印底座的边缘，三个铰接处不位于同一直线上；

步骤2：设置于打印底座上的底座水平传感器检测其待打印面的倾斜度后反馈至控制器，控制器根据该倾斜度控制三个底座调平机构实时调平待打印面。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1.喷头安装座与打印底座调平都采用了由陀螺仪等水平传感器反馈角度信息，通过对应电机的运动，分别使得喷头安装座和打印底座都处于水平面，从而完成3D打印机架的调平操作。打印底座的调平通过下方所安装球头推杆的升降完成，球头推杆可使得底座沿球头转动，从而避免了底座角度在调整过程中的卡死现象；

2.喷头安装座的指定坐标与水平坐标可记录在系统，可使得3D打印机较长时间保持良好的打印效果，避免了多次利用水平传感器进行实时调平操作，降低控制器的计算难度。

附图说明

图1是可调平的3D打印机架的结构图。

图中标记：1-上架体，2-立柱，3-下架体，4-底座电机，5-球头推件，6-打印底座，7-喷头本体，8-喷头安装座，9-行程开关，10-喷头水平传感器，11-滑块，12-定位销，13-连杆，14-升降杆，15-安装座电机，16-底座水平传感器。

具体实施方式

实施例1

本发明一种可调平的3D打印机架，包括架体、喷头安装座8、打印底座6、喷头调平机构、底座调平机构、及控制器；喷头安装座8周围分布多个喷头调平机构并通过喷头调平机构连接架体，各喷头调平机构分别调节其与喷头安装座8的连接处的竖向高度以调平喷头安装座8；打印底座6周围分布多个底座调平机构并通过底座调平机构连接架体，各底座调平机构分别调节其与打印底座6的连接处的竖向高度以调平打印底座6；喷头安装座8上可设置喷头水平传感器10，打印底座6上可设置底座水平传感器16；控制器分别电连接喷头水平传感器10、底座水平传感器16、喷头调平机构、及底座调平机构；控制器根据喷头水平传感器10对应控制喷头调平机构，根据喷底座水平传感器16的对应控制喷头调平机构。

喷头水平传感器10可拆卸安装在喷头安装座8上，喷头调平机构具有可升降的滑块11，各喷头调平机构的滑块11上方分别设有位置感应器，各位置感应器分别电连接控制器。喷头调平机构还包括连杆13、升降杆14和安装座电机15，连杆13一端铰接滑块11、另一端铰接喷头安装座8，安装座电机15通过升降杆14连接滑块11以升降滑块11。

底座调平机构包括底座电机4、及球头推件5，底座电机4固定在架体上且其转轴通过球头推件5连接并支撑打印底座6，底座电机4控制球头推件5升降以调平打印底座6。

实施例2

本发明一种可调平的3D打印机架，包括架体、喷头安装座8、打印底座6、喷头调平机构、底座调平机构、及控制器；

架体包括上架体1、下架体3和多根并列的立柱2，上架体1固定于立柱2上部、下架体3连接与立柱2下部并可沿立柱2滑动，喷头调平机构及底座调平机构分别连接在下架体3上。

喷头调平机构包括滑块11、连杆13、升降杆14、及安装座电机15，连杆13一端铰接滑块11、另一端铰接喷头安装座8，安装座电机15固定在下架体3上并通过升降杆14连接滑块11，在立柱2侧壁上设有竖向的滑槽，滑块11置于滑槽内并沿滑槽升降移动并带动喷头安装座8倾斜。各喷头调平机构的滑块11上方分别设有行程开关9，各行程开关9分别电连接控制器，行程开关9触发后其对应的喷头调平机构停止动作，并由控制器记录喷头安装座8的与水平方向的倾斜度。升降杆14可滑动的置于滑槽内，在升降杆14上设有齿纹，安装座电机15的转轴上设有螺杆，螺杆与升降杆14的齿纹啮合以驱动升降杆14升降动作。

底座调平机构包括底座电机4、及球头推件5，底座电机4固定在下架体3上且其转轴通过球头推件5连接并支撑打印底座6，底座电机4控制球头推件5升降以调平打印底座6。

喷头水平传感器10可拆卸安装在喷头安装座8上，打印底座6上可设置底座水平传感器16；控制器分别电连接喷头水平传感器10、底座水平传感器16、喷头调平机构、及底座调平机构；控制器根据喷头水平传感器10对应控制喷头调平机构，根据喷底座水平传感器16的对应控制喷头调平机构。

实施例3

基于实施例1或实施例2中的结构，及附图1的结构。

本发明的喷头安装座8的调平方法：

步骤1：采用三个喷头调平机构分别铰接喷头安装座8的边缘，三个铰接处不位于同一直线上；三个喷头调平机构分别调节对应铰接处的至指定位置后，分别对应三个喷头调平机构的位置感应器被触发，三个喷头调平机构停止动作；

步骤2：三个位置感应器被触发后，设置于喷头安装座8上的喷头水平传感器10检测其安装面的倾斜度后反馈至控制器，并由控制器计算将安装面调节至水平三个喷头调平机构各自所需补偿值；

步骤3：拆卸喷头水平传感器10并安装用于3D打印的喷头本体7，喷头本体7垂直于安装面；完成一次3D打印任务之前或之后， 先将三个喷头调平机构调节至指定位置，再控制三个喷头调平机构分别移动对应的补偿值的距离以调平喷头安装座8。

本发明的打印底座6的调平方法为：

步骤1：采用三个底座调平机构分别铰接打印底座6的边缘，三个铰接处不位于同一直线上；

步骤2：设置于打印底座6上的底座水平传感器16检测其待打印面的倾斜度后反馈至控制器，控制器根据该倾斜度控制三个底座调平机构实时调平待打印面。

Claims (10)

1.一种可调平的3D打印机架，其特征在于，包括架体、喷头安装座、打印底座、喷头调平机构、底座调平机构、及控制器；

喷头安装座周围分布多个喷头调平机构并通过喷头调平机构连接架体，各喷头调平机构分别调节其与喷头安装座的连接处的竖向高度以调平喷头安装座；

打印底座周围分布多个底座调平机构并通过底座调平机构连接架体，各底座调平机构分别调节其与打印底座的连接处的竖向高度以调平打印底座；

喷头安装座上可设置喷头水平传感器，打印底座上可设置底座水平传感器；

控制器分别电连接喷头水平传感器、底座水平传感器、喷头调平机构、及底座调平机构；控制器根据喷头水平传感器对应控制喷头调平机构，根据喷底座水平传感器的对应控制喷头调平机构。

2.如权利要求1所述的可调平的3D打印机架，其特征在于，喷头水平传感器可拆卸安装在喷头安装座上，喷头调平机构具有可升降的滑块，各喷头调平机构的滑块上方分别设有位置感应器，各位置感应器分别电连接控制器。

3.如权利要求2所述的可调平的3D打印机架，其特征在于，所述喷头调平机构还包括连杆、升降杆和安装座电机，连杆一端铰接滑块、另一端铰接喷头安装座，安装座电机通过升降杆连接滑块以升降滑块。

4.如权利要求1所述的可调平的3D打印机架，其特征在于，所述底座调平机构包括底座电机、及球头推件，底座电机固定在架体上且其转轴通过球头推件连接并支撑打印底座，底座电机控制球头推件升降以调平打印底座。

5.如权利要求1所述的可调平的3D打印机架，其特征在于，所述架体包括上架体、下架体和多根并列的立柱，上架体固定于立柱上部、下架体连接与立柱下部并可沿立柱滑动，喷头调平机构及底座调平机构分别连接在下架体上。

6.如权利要求5所述的可调平的3D打印机架，其特征在于，喷头水平传感器可拆卸安装在喷头安装座上，喷头调平机构包括滑块、连杆、升降杆、及安装座电机，连杆一端铰接滑块、另一端铰接喷头安装座，安装座电机通过升降杆连接滑块，在立柱侧壁上设有竖向的滑槽，滑块置于滑槽内并沿滑槽升降移动并带动喷头安装座倾斜。

7.如权利要求6所述的可调平的3D打印机架，其特征在于，各喷头调平机构的滑块上方分别设有行程开关，各行程开关分别电连接控制器，行程开关触发后其对应的喷头调平机构停止动作，并由控制器记录喷头安装座的与水平方向的倾斜度。

8.如权利要求7所述的可调平的3D打印机架，其特征在于，升降杆可滑动的置于滑槽内，在升降杆上设有齿纹，安装座电机的转轴上设有螺杆，螺杆与升降杆的齿纹啮合以驱动升降杆升降动作。

9.如权利要求1-7之一所述的可调平的3D打印机架，其特征在于，喷头安装座的调平方法：

步骤1：采用三个喷头调平机构分别铰接喷头安装座的边缘，三个铰接处不位于同一直线上；三个喷头调平机构分别调节对应铰接处的至指定位置后，分别对应三个喷头调平机构的位置感应器被触发，三个喷头调平机构停止动作；

步骤2：三个位置感应器被触发后，设置于喷头安装座上的喷头水平传感器检测其安装面的倾斜度后反馈至控制器，并由控制器计算将安装面调节至水平三个喷头调平机构各自所需补偿值；

步骤3：拆卸喷头水平传感器并安装用于3D打印的喷头本体，喷头本体垂直于安装面；完成一次3D打印任务之前或之后， 先将三个喷头调平机构调节至指定位置，再控制三个喷头调平机构分别移动对应的补偿值的距离以调平喷头安装座。

10.如权利要求9所述的可调平的3D打印机架，其特征在于，打印底座的调平方法为：

步骤1：采用三个底座调平机构分别铰接打印底座的边缘，三个铰接处不位于同一直线上；

步骤2：设置于打印底座上的底座水平传感器检测其待打印面的倾斜度后反馈至控制器，控制器根据该倾斜度控制三个底座调平机构实时调平待打印面。