CN106938536A - 一种打印流畅且无断层的智能型3d打印装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种打印流畅且无断层的智能型3D打印装置，包括打印喷头和若干支撑单元，支撑单元包括套管、支杆、缓冲板、弹簧和压力传感器，打印喷头内设有喷料机构、料管、加热环和喉管，喷料料机构包括滑杆和设置在滑杆两侧的喷料单元，喷料单元包括第四驱动电机、驱动轮和若干主动齿，滑杆的两侧均设有条形齿，该打印流畅且无断层的智能型3D打印装置通过各支撑单元中的压力传感器检测打印样品是否发生移动，并通过摄像头和平面移动机构使打印喷头移动至正确位置后继续打印，从而避免了打印时出现断层的问题，不仅如此，通过喷料机构使喉管内液化的材料从打印喷头流出，从而保证了打印的流畅，避免了喷嘴堵塞，提高了装置的实用性。
Description
技术领域
本发明涉及3D打印领域，特别涉及一种打印流畅且无断层的智能型3D打印装置。
背景技术
3D打印装置又称三维打印装置，是一种累积制造技术，即快速成形技术的一种机器，它是以数字模型文件为基础，运用特殊蜡材、粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过一层层的粘合材料来制造三维的物体。现阶段三维打印装置被用来制造产品，通过逐层打印的方式来构造物体，将数据和原料放进3D打印装置中，机器会按照程序，把产品一层层制造出来。
3D打印装置在打印过程中，打印平台上的打印样品容易遭受外力的冲击，导致打印样品在打印平台上发生移动，而现有的3D打印装置大部分采用开环控制系统，即控制主板不会收到打印喷头与打印样品的相对位置的信息反馈，只是简单地通过移动喷头实现单层打印，导致在打印时，当打印样品发生移动，偏离原先的位置后，最后的打印成品容易出现断层的问题，从而直接导致打印失败，不仅如此，现有的打印喷头通常会有喷嘴堵塞、无法吐丝的问题，喷嘴内部杂质太多，耗材在喷嘴中淤积太多或喷嘴的散热不充分，都会导致喷嘴堵塞，从而使打印无法继续。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术的不足，提供一种打印流畅且无断层的智能型3D打印装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种打印流畅且无断层的智能型3D打印装置，包括底座、顶杆、材料盘、送丝管、平板、平面移动机构、打印喷头、打印平台、若干支撑单元和两个升降单元，两个支撑单元分别设置在底座的两侧且与平板传动连接，所述顶杆架设在两个升降单元上，所述材料盘设置在顶杆上，所述平板设置在两个升降单元之间且位于顶杆的下方，所述平面移动机构设置在平板的下方且与打印喷头传动连接，所述材料盘通过送丝管与打印喷头连接，所述打印平台设置在打印喷头和底座之间，所述支撑单元均匀分布在打印平台和底座之间；
所述支撑单元包括套管、支杆、缓冲板、弹簧和压力传感器，所述套管的底端固定在底座上，所述支杆的顶端固定在打印平台上，所述支杆的底端设置在套管内，所述缓冲板、弹簧和压力传感器均设置在套管内，所述压力传感器固定在套管内的底部，所述缓冲板与支杆的底端固定连接且通过弹簧与压力传感器连接；
所述打印喷头内设有喷料机构、料管、加热环和喉管，所述料管的一端与送丝管连通，所述料管的另一端与喉管连通，所述喉管位于打印喷头的中心轴线处，所述加热环套设在喉管上，所述喷料机构设置在喉管的上方；
所述喷料料机构包括滑杆和设置在滑杆两侧的喷料单元，所述滑杆的底端设置在喉管内，所述喷料单元包括第四驱动电机、驱动轮和若干主动齿，所述第四驱动电机与驱动轮传动连接，所述主动齿均匀分布在驱动轮的半圆周面上，所述滑杆的两侧均设有条形齿，所述滑杆上的条形齿与驱动轮上的主动齿相啮合。
作为优选，为了实现逐层打印功能，所述升降单元包括第一驱动电机、第一连杆、第二连杆、套环和支柱，所述第一驱动电机固定在底座上且与第一连杆传动连接，所述第一连杆通过第二连杆与套环铰接，所述套环套设在支柱上，所述支柱的底端固定在第一驱动电机上，所述支柱的顶端与顶杆固定连接。
作为优选，利用无刷直流电机驱动精度高的特点，为了保证逐层打印的精度，所述第一驱动电机为无刷直流电机。
作为优选，为了实现打印喷头的单层打印功能，所述平面移动机构包括横向移动单元和设置在横向移动单元两侧的纵向移动单元，所述纵向移动单元包括第二驱动电机、第二缓冲块和第二驱动轴，所述第二驱动电机和第二缓冲块均固定在平板上，所述第二驱动轴设置在第二驱动电机和第二缓冲块之间，所述第二驱动电机与第二驱动轴传动连接，所述横向移动单元包括第三驱动电机、第三缓冲块、第三驱动轴和移动块，所述第三驱动电机套设在其中一个第二驱动轴上，所述第三缓冲块套设在另一个第二驱动轴上，所述第二驱动轴的外周上设有第一外螺纹，所述第三驱动电机和第三缓冲块内均设有第一内螺纹，所述第三驱动电机内的内螺纹和第三缓冲块内的第一内螺纹均与第二驱动轴上的第一内螺纹均匹配，所述第三驱动轴设置在第三驱动电机和第三缓冲块之间，所述第三驱动电机与第三驱动轴传动连接，所述移动块套设在第三驱动轴上且与打印喷头固定连接，所述第三驱动轴的外周上设有第二外螺纹，所述移动块内设有第二内螺纹，所述移动块内的第二内螺纹与第三驱动轴上的第二外螺纹相匹配。
作为优选，为了减小移动块平面移动时的摩擦力，所述第二驱动轴的外周上和第三驱动轴的外周上均涂有润滑油。
作为优选，为了固定支杆的移动轨迹，所述套管内的开口处设有限位环，所述限位环套设在支杆上。
作为优选，为了固定滑杆的移动轨迹，所述滑杆上设有开口，所述开口内设有两个限位杆，所述限位杆固定在打印喷头的内壁上。
作为优选，利用钛合金坚固的特点，为了防止滑杆和限位杆变形，所述滑杆和限位杆均为钛合金杆。
作为优选，为了便于确定打印样品与打印喷头的相对位置，所述打印喷头的一侧设有摄像头。
作为优选，为了防止打印样品翘边，保证打印质量，所述打印平台上涂有胶水。
该打印装置在打印过程中，为了防止打印样品出现断层的现象，通过各个支撑单元支撑打印平台，同时在答应过程中，打印喷头一侧的摄像头对整个打印过程进行图形采集，打印时，打印喷头逐渐喷出材料至打印平台上，使各支撑单元受到的压力逐渐增大，各支撑单元中，通过套管底部的压力传感器接收压力数据，由于打印喷头逐渐喷出材料，使各处的压力数据呈连续增加的趋势，当打印样品受到外力冲击在打印平台上发生移动后，打印平台和打印样品形成的整体的重心位置突然急剧变化，从而使各压力传感器接收到的压力数据发生急剧变化，此时装置检测到这种急剧变化的趋势，分析出打印样品在打印平台上发生移动，此时打印喷头停止喷出材料，由平面移动机构驱动移动块发生平面移动，使打印喷头发生平面移动，在移动过程中，摄像头继续采集拍摄画面，直至摄像头采集到的打印样品图形与压力传感器接收到的压力数据急剧变化前的图形一致时，表示打印喷头已移动至正确的打印位置，装置继续打印工作，从而避免了出现断层的问题。该打印流畅且无断层的智能型D打印装置通过各支撑单元中的压力传感器检测打印样品是否发生移动，并通过摄像头和平面移动机构使打印喷头移动至正确位置后继续打印，从而避免了打印时出现断层的问题。
在打印时，为了防止打印喷头内部出现堵塞和无法吐丝的问题，通过打印喷头内部的加热环加热打印喷头喷嘴处通过料管送入喉管的材料，使材料发生液化，并通过喷料机构使液化的材料流出打印喷头，通过两侧的喷料单元中的第四驱动电机带动驱动轮转动，由于驱动轮上半圆周面上的主动齿与滑杆上的条形齿啮合，使得一侧的喷料单元带动滑杆上升，该侧的驱动轮转过半周后，另一侧的驱动轮带动滑杆上升，如此循环，使滑杆的底部挤压喉管内的液化材料，从而使打印喷头内喷出材料，保证了打印的流畅。该打印流畅且无断层的智能型D打印装置通过喷料机构使喉管内液化的材料从打印喷头流出，从而保证了打印的流畅，避免了喷嘴堵塞，提高了装置的实用性。
本发明的有益效果是，该打印流畅且无断层的智能型3D打印装置通过各支撑单元中的压力传感器检测打印样品是否发生移动，并通过摄像头和平面移动机构使打印喷头移动至正确位置后继续打印，从而避免了打印时出现断层的问题，不仅如此，通过喷料机构使喉管内液化的材料从打印喷头流出，从而保证了打印的流畅，避免了喷嘴堵塞，提高了装置的实用性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的打印流畅且无断层的智能型3D打印装置的结构示意图；
图2是本发明的打印流畅且无断层的智能型3D打印装置的升降单元的结构示意图；
图3是本发明的打印流畅且无断层的智能型3D打印装置的平面移动机构的结构示意图；
图4是本发明的打印流畅且无断层的智能型3D打印装置的支撑单元的结构示意图；
图5是本发明的打印流畅且无断层的智能型3D打印装置的打印喷头的结构示意图；
图6是本发明的打印流畅且无断层的智能型3D打印装置的喷料机构的结构示意图；
图中：1.底座，2.支撑单元，3.打印平台，4.升降单元，5.顶杆，6.材料盘，7.送丝管，8.平板，9.平面移动机构，10.打印喷头，11.摄像头，12.第一驱动电机，13.第一连杆，14.第二连杆，15.套环，16.支柱，17.第二驱动电机，18.第二缓冲块，19.第二驱动轴，20.第三驱动电机，21.第三缓冲块，22.第三驱动轴，23.移动块，24.套管，25.支杆，26.限位环，27.缓冲板，28.弹簧，29.压力传感器，30.喷料机构，31.料管，32.加热环，33.喉管，34.第四驱动电机，35.驱动轮，36.主动齿，37.滑杆，38.条形齿，39.开口，40.限位杆。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1-图6所示，包括底座1、顶杆5、材料盘6、送丝管7、平板8、平面移动机构9、打印喷头10、打印平台3、若干支撑单元2和两个升降单元4，两个支撑单元2分别设置在底座1的两侧且与平板8传动连接，所述顶杆5架设在两个升降单元4上，所述材料盘6设置在顶杆5上，所述平板8设置在两个升降单元4之间且位于顶杆5的下方，所述平面移动机构9设置在平板8的下方且与打印喷头10传动连接，所述材料盘6通过送丝管7与打印喷头10连接，所述打印平台3设置在打印喷头10和底座1之间，所述支撑单元2均匀分布在打印平台3和底座1之间；
所述支撑单元2包括套管24、支杆25、缓冲板27、弹簧28和压力传感器29，所述套管24的底端固定在底座1上，所述支杆25的顶端固定在打印平台3上，所述支杆25的底端设置在套管24内，所述缓冲板27、弹簧28和压力传感器29均设置在套管24内，所述压力传感器29固定在套管24内的底部，所述缓冲板27与支杆25的底端固定连接且通过弹簧28与压力传感器29连接；
所述打印喷头10内设有喷料机构30、料管31、加热环32和喉管33，所述料管31的一端与送丝管7连通，所述料管31的另一端与喉管33连通，所述喉管33位于打印喷头10的中心轴线处，所述加热环32套设在喉管33上，所述喷料机构30设置在喉管33的上方；
所述喷料料机构30包括滑杆37和设置在滑杆37两侧的喷料单元，所述滑杆37的底端设置在喉管33内，所述喷料单元包括第四驱动电机34、驱动轮35和若干主动齿36，所述第四驱动电机34与驱动轮35传动连接，所述主动齿36均匀分布在驱动轮35的半圆周面上，所述滑杆37的两侧均设有条形齿38，所述滑杆37上的条形齿与驱动轮35上的主动齿36相啮合。
作为优选，为了实现逐层打印功能，所述升降单元4包括第一驱动电机12、第一连杆13、第二连杆14、套环15和支柱16，所述第一驱动电机12固定在底座1上且与第一连杆13传动连接，所述第一连杆13通过第二连杆14与套环15铰接，所述套环15套设在支柱16上，所述支柱16的底端固定在第一驱动电机12上，所述支柱16的顶端与顶杆15固定连接。
作为优选，利用无刷直流电机驱动精度高的特点，为了保证逐层打印的精度，所述第一驱动电机12为无刷直流电机。
作为优选，为了实现打印喷头10的单层打印功能，所述平面移动机构9包括横向移动单元和设置在横向移动单元两侧的纵向移动单元，所述纵向移动单元包括第二驱动电机17、第二缓冲块18和第二驱动轴19，所述第二驱动电机17和第二缓冲块18均固定在平板8上，所述第二驱动轴19设置在第二驱动电机17和第二缓冲块18之间，所述第二驱动电机17与第二驱动轴19传动连接，所述横向移动单元包括第三驱动电机20、第三缓冲块21、第三驱动轴22和移动块23，所述第三驱动电机20套设在其中一个第二驱动轴19上，所述第三缓冲块23套设在另一个第二驱动轴19上，所述第二驱动轴19的外周上设有第一外螺纹，所述第三驱动电机20和第三缓冲块21内均设有第一内螺纹，所述第三驱动电机20内的内螺纹和第三缓冲块21内的第一内螺纹均与第二驱动轴19上的第一内螺纹均匹配，所述第三驱动轴22设置在第三驱动电机20和第三缓冲块21之间，所述第三驱动电机20与第三驱动轴22传动连接，所述移动块23套设在第三驱动轴22上且与打印喷头10固定连接，所述第三驱动轴22的外周上设有第二外螺纹，所述移动块23内设有第二内螺纹，所述移动块23内的第二内螺纹与第三驱动轴22上的第二外螺纹相匹配。
作为优选，为了减小移动块23平面移动时的摩擦力，所述第二驱动轴19的外周上和第三驱动轴22的外周上均涂有润滑油。
作为优选，为了固定支杆25的移动轨迹，所述套管24内的开口处设有限位环26，所述限位环26套设在支杆25上。
作为优选，为了固定滑杆37的移动轨迹，所述滑杆37上设有开口39，所述开口39内设有两个限位杆40，所述限位杆40固定在打印喷头10的内壁上。
作为优选，利用钛合金坚固的特点，为了防止滑杆37和限位杆40变形，所述滑杆37和限位杆40均为钛合金杆。
作为优选，为了便于确定打印样品与打印喷头10的相对位置，所述打印喷头10的一侧设有摄像头11。
作为优选，为了防止打印样品翘边，保证打印质量，所述打印平台3上涂有胶水。
该打印装置在打印过程中，为了防止打印样品出现断层的现象，通过各个支撑单元2支撑打印平台3，同时在答应过程中，打印喷头10一侧的摄像头11对整个打印过程进行图形采集，打印时，打印喷头10逐渐喷出材料至打印平台3上，使各支撑单元2受到的压力逐渐增大，各支撑单元2中，通过套管24底部的压力传感器29接收压力数据，由于打印喷头10逐渐喷出材料，使各处的压力数据呈连续增加的趋势，当打印样品受到外力冲击在打印平台3上发生移动后，打印平台3和打印样品形成的整体的重心位置突然急剧变化，从而使各压力传感器29接收到的压力数据发生急剧变化，此时装置检测到这种急剧变化的趋势，分析出打印样品在打印平台3上发生移动，此时打印喷头10停止喷出材料，由平面移动机构9驱动移动块23发生平面移动，使打印喷头10发生平面移动，在移动过程中，摄像头11继续采集拍摄画面，直至摄像头11采集到的打印样品图形与压力传感器29接收到的压力数据急剧变化前的图形一致时，表示打印喷头10已移动至正确的打印位置，装置继续打印工作，从而避免了出现断层的问题。该打印流畅且无断层的智能型3D打印装置通过各支撑单元2中的压力传感器29检测打印样品是否发生移动，并通过摄像头11和平面移动机构9使打印喷头10移动至正确位置后继续打印，从而避免了打印时出现断层的问题。
在打印时，为了防止打印喷头10内部出现堵塞和无法吐丝的问题，通过打印喷头10内部的加热环32加热打印喷头10喷嘴处通过料管31送入喉管33的材料，使材料发生液化，并通过喷料机构30使液化的材料流出打印喷头10，通过两侧的喷料单元中的第四驱动电机34带动驱动轮35转动，由于驱动轮35上半圆周面上的主动齿36与滑杆37上的条形齿38啮合，使得一侧的喷料单元带动滑杆37上升，该侧的驱动轮35转过半周后，另一侧的驱动轮35带动滑杆37上升，如此循环，使滑杆37的底部挤压喉管33内的液化材料，从而使打印喷头10内喷出材料，保证了打印的流畅。该打印流畅且无断层的智能型3D打印装置通过喷料机构30使喉管33内液化的材料从打印喷头10流出，从而保证了打印的流畅，避免了喷嘴堵塞，提高了装置的实用性。
与现有技术相比，该打印流畅且无断层的智能型3D打印装置通过各支撑单元2中的压力传感器29检测打印样品是否发生移动，并通过摄像头11和平面移动机构9使打印喷头10移动至正确位置后继续打印，从而避免了打印时出现断层的问题，不仅如此，通过喷料机构30使喉管33内液化的材料从打印喷头10流出，从而保证了打印的流畅，避免了喷嘴堵塞，提高了装置的实用性。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (10)
1.一种打印流畅且无断层的智能型3D打印装置，其特征在于，包括底座(1)、顶杆(5)、材料盘(6)、送丝管(7)、平板(8)、平面移动机构(9)、打印喷头(10)、打印平台(3)、若干支撑单元(2)和两个升降单元(4)，两个支撑单元(2)分别设置在底座(1)的两侧且与平板(8)传动连接，所述顶杆(5)架设在两个升降单元(4)上，所述材料盘(6)设置在顶杆(5)上，所述平板(8)设置在两个升降单元(4)之间且位于顶杆(5)的下方，所述平面移动机构(9)设置在平板(8)的下方且与打印喷头(10)传动连接，所述材料盘(6)通过送丝管(7)与打印喷头(10)连接，所述打印平台(3)设置在打印喷头(10)和底座(1)之间，所述支撑单元(2)均匀分布在打印平台(3)和底座(1)之间；
所述支撑单元(2)包括套管(24)、支杆(25)、缓冲板(27)、弹簧(28)和压力传感器(29)，所述套管(24)的底端固定在底座(1)上，所述支杆(25)的顶端固定在打印平台(3)上，所述支杆(25)的底端设置在套管(24)内，所述缓冲板(27)、弹簧(28)和压力传感器(29)均设置在套管(24)内，所述压力传感器(29)固定在套管(24)内的底部，所述缓冲板(27)与支杆(25)的底端固定连接且通过弹簧(28)与压力传感器(29)连接；
所述打印喷头(10)内设有喷料机构(30)、料管(31)、加热环(32)和喉管(33)，所述料管(31)的一端与送丝管(7)连通，所述料管(31)的另一端与喉管(33)连通，所述喉管(33)位于打印喷头(10)的中心轴线处，所述加热环(32)套设在喉管(33)上，所述喷料机构(30)设置在喉管(33)的上方；
所述喷料料机构(30)包括滑杆(37)和设置在滑杆(37)两侧的喷料单元，所述滑杆(37)的底端设置在喉管(33)内，所述喷料单元包括第四驱动电机(34)、驱动轮(35)和若干主动齿(36)，所述第四驱动电机(34)与驱动轮(35)传动连接，所述主动齿(36)均匀分布在驱动轮(35)的半圆周面上，所述滑杆(37)的两侧均设有条形齿(38)，所述滑杆(37)上的条形齿与驱动轮(35)上的主动齿(36)相啮合。
2.如权利要求1所述的打印流畅且无断层的智能型3D打印装置，其特征在于，所述升降单元(4)包括第一驱动电机(12)、第一连杆(13)、第二连杆(14)、套环(15)和支柱(16)，所述第一驱动电机(12)固定在底座(1)上且与第一连杆(13)传动连接，所述第一连杆(13)通过第二连杆(14)与套环(15)铰接，所述套环(15)套设在支柱(16)上，所述支柱(16)的底端固定在第一驱动电机(12)上，所述支柱(16)的顶端与顶杆(15)固定连接。
3.如权利要求2所述的打印流畅且无断层的智能型3D打印装置，其特征在于，所述第一驱动电机(12)为无刷直流电机。
4.如权利要求1所述的打印流畅且无断层的智能型3D打印装置，其特征在于，所述平面移动机构(9)包括横向移动单元和设置在横向移动单元两侧的纵向移动单元，所述纵向移动单元包括第二驱动电机(17)、第二缓冲块(18)和第二驱动轴(19)，所述第二驱动电机(17)和第二缓冲块(18)均固定在平板(8)上，所述第二驱动轴(19)设置在第二驱动电机(17)和第二缓冲块(18)之间，所述第二驱动电机(17)与第二驱动轴(19)传动连接，所述横向移动单元包括第三驱动电机(20)、第三缓冲块(21)、第三驱动轴(22)和移动块(23)，所述第三驱动电机(20)套设在其中一个第二驱动轴(19)上，所述第三缓冲块(23)套设在另一个第二驱动轴(19)上，所述第二驱动轴(19)的外周上设有第一外螺纹，所述第三驱动电机(20)和第三缓冲块(21)内均设有第一内螺纹，所述第三驱动电机(20)内的内螺纹和第三缓冲块(21)内的第一内螺纹均与第二驱动轴(19)上的第一内螺纹均匹配，所述第三驱动轴(22)设置在第三驱动电机(20)和第三缓冲块(21)之间，所述第三驱动电机(20)与第三驱动轴(22)传动连接，所述移动块(23)套设在第三驱动轴(22)上且与打印喷头(10)固定连接，所述第三驱动轴(22)的外周上设有第二外螺纹，所述移动块(23)内设有第二内螺纹，所述移动块(23)内的第二内螺纹与第三驱动轴(22)上的第二外螺纹相匹配。
5.如权利要求4所述的打印流畅且无断层的智能型3D打印装置，其特征在于，所述第二驱动轴(19)的外周上和第三驱动轴(22)的外周上均涂有润滑油。
6.如权利要求1所述的打印流畅且无断层的智能型3D打印装置，其特征在于，所述套管(24)内的开口处设有限位环(26)，所述限位环(26)套设在支杆(25)上。
7.如权利要求1所述的打印流畅且无断层的智能型3D打印装置，其特征在于，所述滑杆(37)上设有开口(39)，所述开口(39)内设有两个限位杆(40)，所述限位杆(40)固定在打印喷头(10)的内壁上。
8.如权利要求7所述的打印流畅且无断层的智能型3D打印装置，其特征在于，所述滑杆(37)和限位杆(40)均为钛合金杆。
9.如权利要求1所述的打印流畅且无断层的智能型3D打印装置，其特征在于，所述打印喷头(10)的一侧设有摄像头(11)。
10.如权利要求1所述的打印流畅且无断层的智能型3D打印装置，其特征在于，所述打印平台(3)上涂有胶水。
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