CN108044931A - 并联臂结构3d打印机机械辅助调平结构及调平方法 - Google Patents

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    • Y02P10/25—Process efficiency

Abstract

本发明涉及一种并联臂结构3D打印机机械辅助调平结构及调平方法，是在自动调平不够精确的情况下进行辅助调平，通过调整螺钉调整螺母，弹簧和支架等结构件以及专用的角件的配合，微调并联臂结构3D打印机三轴的起点位置使其与打印面平行，从而提高并联臂结构3D打印机调平精度，并能够有效避免微小形变引起的打印底面不平问题。

Description

并联臂结构3D打印机机械辅助调平结构及调平方法
技术领域
本发明属于并联臂结构3D打印机机领域，涉及一种并联臂结构3D打印机机械辅助调平结构及调平方法，尤其是在自动调平不够精确以及调平状态发生微小形变的情况下进行辅助精确调平，解决在并联臂结构3D打印机精确调平问题。
背景技术
目前，业内普遍认为并联臂结构的3D打印机调平困难，精度较低，主要矛盾在打印水平面与X，Y，Z三立柱的三个起点面难较好的平行，现在比较有代表性的解决方案有两种：
1、使用自动调平程序，利用相关算法对底面和三个起点面做平行度分析，根据分析结果对相关的起点做适量的回退以保证两面的平行度。
2、打印时使用raft结构，在初始几层铺上筏体结构，利用材料使打印面和起点面水平。
在上述两个方案中，方案一无法做到精确调平定位，圆形平台上只有中心占总面积三分之一的地方可视为平整，平台区域的边缘处不能完美控制平台与喷嘴的距离。方案二则十分耗费材料，且成型的模型底面毛躁且难以清理，使打印件整体外形光洁度和美观度降低。
另外，并联臂3D打印机的调平状态极易改变。在运输移动过程中、清理热头或者取下模型的过程中极易因为微小变形而造成之前花费数小时调试好的调平方案不再可用，需要重新调平。而这种情况只是由于机架的微小形变引起的，只需微调即可。但自动调平程序由于精度限制，难以自动的对该情况进行微调。对于该问题，一些3D打印机需要计算机辅助才能完成调平，在计算机不可使用或者不在身边，会出现无法调平的问题。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种并联臂结构3D打印机机械辅助调平结构及调平方法，通过单独精确控制X，Y，Z三立柱起点位置从而实现精确调平。
技术方案
一种并联臂结构3D打印机机械辅助调平结构，其特征在于包括调整螺钉1、调整螺母2、支架3、弹簧4、固定角件5、框架型材6、限位开关固定块7和限位开关8；固定角件5为60度的三角形结构，两个边框连接框架型材6，支架3贯穿框架型材6的顶一端，调整螺钉1调整螺母2和支架3上端的通孔，以及弹簧4压紧于框架型材6上，支架3的下端为限位开关固定块7，限位开关固定块7上设有限位开关8。
一种利用所述并联臂结构3D打印机机械辅助调平结构进行3D打印机调平的方法，其特征在
于步骤如下：
步骤1：在并联臂结构3D打印机的X、Y、Z三立柱上安装并联臂结构3D打印机机械辅助调平结构，用框架型材连接三个并联臂结构3D打印机机械辅助调平结构的固定角件5三角形结构的两个边框，构成与X、Y、Z三立柱垂直的三角形平面结构；
步骤2：对并联臂式3D打印机进行第一步粗调；
步骤3：通过三维建模软件建立圆柱体模型，圆柱半径为打印空间底面半径的80％，高度为H mm；以STL格式输出建好的圆柱模型文件，并使用切片软件对输出的圆柱模型文件进行切片处理；切片参数为：层厚0.2mm，线宽为打印头口径，温度190～210℃，速度50mm/s，无raft结构，无brim结构，底层高度h mm，启用热床，热床温度为70℃，首层不启用风扇；
步骤4：载入打印耗材，导入步骤3中完成的切片文件进行打印；
步骤5：打印完成后，记录圆柱底面距X，Y，Z三立柱最近的点，并在圆柱底面上标注；取下模型后测量标注的三个点处的圆柱高度，记为hx，hy，hz；
步骤6：计算三个点处高度的偏离值：Δi＝H-hi
其中i＝x,y,z，单位mm；
步骤7：计算X，Y，Z三立柱起点位置的调整量：若调整螺钉1的导程为S，则X，Y，Z三立柱起点位置的调整量εi，单位为rad：
步骤8：根据X，Y，Z三立柱对应的调整量εi，分别旋转X，Y，Z三立柱的调整螺母2的旋转角度，若调整量εi为正值，则旋转螺母的方向应使螺母上升，限位开关上升；若调整量εi为负值，则旋转螺母的方向应使螺母下降，限位开关下降；
若调整量εi为2πrad，则调整螺母2的旋转角度为360°；
若X，Y，Z三根立柱距离最近的点处的偏离值Δi均小于0.05mm，完成调平，否则重复步骤4～步骤8。
所述步骤2：当并联臂式3D打印机有自动调平功能时，采用运行并联臂式3D打印机原有的自动调平程序进行第一步粗调。
所述步骤2的粗调：按照各厂家的说明书，调节打印空间坐标原点的实际高度位置，使得打印头喷嘴位于打印空间坐标原点(0,0,0)处，喷嘴距打印机底部托板的距离为0.2mm。
所述高度H为1mm。
所述高度h为0.2mm。
有益效果
本发明提出的一种并联臂结构3D打印机机械辅助调平结构及调平方法，是在自动调平不够精确的情况下进行辅助调平，通过调整螺钉调整螺母，弹簧和支架等结构件以及专用的角件的配合，微调并联臂结构3D打印机三轴的起点位置使其与打印面平行，从而提高并联臂结构3D打印机调平精度，并能够有效避免微小形变引起的打印底面不平问题。
相比现有技术的优越性在于：
1、较大程度提高并联臂3D打印机的调平精度。通过使用螺母螺杆配合微调，可达到0.01mm的微调精度。
2、调平方便。结构设计中使用弹簧等部件，在微调时自动回退，方便精确。
3、调平稳定，可保证较长使用时间。该结构不会因碰撞限位开关而造成意外位移导致定位不精确。再者，该调平结构固定于机器上端，调试方便，不易因取模型而触碰。一次调试，能够长久保持。
附图说明
图1：本发明结构原理图
图2：组成结构装配三维示意图
图中：调整螺钉1、调整螺母2、支架3、弹簧4、固定角件5、框架型材6、限位开关固定块7、限位开关8。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
实施例包括调整螺钉1、调整螺母2、支架3、弹簧4、固定角件5、框架型材6、限位开关固定块7和限位开关8；固定角件5为60度的三角形结构，两个边框连接框架型材6，支架3贯穿框架型材6的顶一端，调整螺钉1调整螺母2和支架3上端的通孔，以及弹簧4压紧于框架型材6上，支架3的下端为限位开关固定块7，限位开关固定块7上设有限位开关8。
调平过程：
1、按照图2所示结构，在X、Y、Z三立柱均安装本调平结构：在并联臂结构3D打印机的X、Y、Z三立柱上安装并联臂结构3D打印机机械辅助调平结构，用框架型材连接三个并联臂结构3D打印机机械辅助调平结构的固定角件5三角形结构的两个边框，构成与X、Y、Z三立柱垂直的三角形平面结构；
2、有自动调平的并联臂式3D打印机，运行自动调平程序进行第一步粗调。若无自动调平程序，按照各厂家的说明书，调节打印空间坐标原点的实际高度位置，使得在控制打印头喷嘴到打印空间坐标原点(0,0,0)处时，喷嘴距打印机底部托板有一较近的(如0.2mm或两张标准A4打印纸叠放的厚度)距离。
3、通过三维建模软件建立圆柱体模型，圆柱半径为打印空间底面半径的80％，高度为H mm，实施例选择设为1。以STL格式输出建好的圆柱模型文件，并使用切片软件对输出的圆柱模型文件进行切片处理，切片参数为：层厚0.2mm，线宽为打印头口径，温度190～210℃，速度50mm/s，无raft结构，无brim结构，底层高度h mm。实施例选择为0.2mm，启用热床，热床温度为70℃，首层不启用风扇。
4、载入打印耗材，导入步骤③中完成的切片文件，开始打印。
5、打印完成后，待冷却至室温，记录圆柱底面距X，Y，Z三立柱最近的点，并在圆柱底面上标注。取下模型，使用千分尺测量标注的三个点处的圆柱高度，记为hx，hy，hz。
6、计算三个点处高度的偏离值，公式如下：
Δi＝H-hi
其中i＝x,y,z。单位mm。
7、计算X，Y，Z三立柱起点位置的调整量：若调整螺钉1的导程为S，则X，Y，Z三立柱起点位置的调整量εi
εi单位为rad。
8、根据计算所得X，Y，Z三立柱对应的调整量εi，旋转X，Y，Z三立柱对应的调整螺母2，使螺母上升的运动记为正，若调整量εi为正值，则旋转螺母的方向应使螺母上升，限位开关上升。调整螺母2的旋转角度为调整量εi，若调整量εi为2πrad，则调整螺母2的旋转角度为360°。
重复上述步骤4～8，直至测量得离X，Y，Z三根立柱距离最近的点处的偏离值Δi均小于0.05mm，完成调平。

Claims (6)

1.一种并联臂结构3D打印机机械辅助调平结构，其特征在于包括调整螺钉(1)、调整螺母(2)、支架(3)、弹簧(4)、固定角件(5)、框架型材(6)、限位开关固定块(7)和限位开关(8)；固定角件(5)为60度的三角形结构，两个边框连接框架型材(6)，支架(3)贯穿框架型材(6)的顶一端，调整螺钉(1)调整螺母(2)和支架(3)上端的通孔，以及弹簧(4)压紧于框架型材(6)上，支架(3)的下端为限位开关固定块(7)，限位开关固定块(7)上设有限位开关(8)。
2.一种利用权利要求1所述并联臂结构3D打印机机械辅助调平结构进行3D打印机调平的方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：在并联臂结构3D打印机的X、Y、Z三立柱上安装并联臂结构3D打印机机械辅助调平结构，用框架型材连接三个并联臂结构3D打印机机械辅助调平结构的固定角件(5)三角形结构的两个边框，构成与X、Y、Z三立柱垂直的三角形平面结构；
步骤2：对并联臂式3D打印机进行第一步粗调；
步骤3：通过三维建模软件建立圆柱体模型，圆柱半径为打印空间底面半径的80％，高度为H mm；以STL格式输出建好的圆柱模型文件，并使用切片软件对输出的圆柱模型文件进行切片处理；切片参数为：层厚0.2mm，线宽为打印头口径，温度190～210℃，速度50mm/s，无raft结构，无brim结构，底层高度h mm，启用热床，热床温度为70℃，首层不启用风扇；
步骤4：载入打印耗材，导入步骤3中完成的切片文件进行打印；
步骤5：打印完成后，记录圆柱底面距X，Y，Z三立柱最近的点，并在圆柱底面上标注；取下模型后测量标注的三个点处的圆柱高度，记为hx，hy，hz；
步骤6：计算三个点处高度的偏离值：Δi＝H-hi
其中i＝x,y,z，单位mm；
步骤7：计算X，Y，Z三立柱起点位置的调整量：若调整螺钉1的导程为S，则X，Y，Z三立柱起点位置的调整量εi，单位为rad：
<mrow> <msub> <mi>&amp;epsiv;</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>=</mo> <mn>0.8</mn> <mo>&amp;times;</mo> <msub> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>&amp;times;</mo> <mfrac> <mrow> <mn>2</mn> <mi>&amp;pi;</mi> </mrow> <mi>S</mi> </mfrac> </mrow>
步骤8：根据X，Y，Z三立柱对应的调整量εi，分别旋转X，Y，Z三立柱的调整螺母2的旋转角度，若调整量εi为正值，则旋转螺母的方向应使螺母上升，限位开关上升；若调整量εi为负值，则旋转螺母的方向应使螺母下降，限位开关下降；
若调整量εi为2πrad，则调整螺母2的旋转角度为360°；
若X，Y，Z三根立柱距离最近的点处的偏离值Δi均小于0.05mm，完成调平，否则重复步骤4～步骤8。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤2：当并联臂式3D打印机有自动调平功能时，采用运行并联臂式3D打印机原有的自动调平程序进行第一步粗调。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤2的粗调：按照各厂家的说明书，调节打印空间坐标原点的实际高度位置，使得打印头喷嘴位于打印空间坐标原点(0,0,0)处，喷嘴距打印机底部托板的距离为0.2mm。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述高度H为1mm。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述高度h为0.2mm。
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