CN108215153A - 一种测定3d打印设备多打印头间偏移值的系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种用于测定3D打印设备的不同打印头之间偏移值的系统，该系统包括定位机构和偏移值测量机构。其中定位机构包括：安装于打印平台上的基座，其中间部分形成有凸台，凸台中央处形成有中心孔，该中心孔具有中心孔上部和中心孔下部；布置于中心孔上部中与其以过盈方式配合的套筒；布置于中心孔下部中的弹簧；布置于套筒内的套筒内杆，其下端与弹簧的上端抵接；可拆卸地设置于套筒内杆上端的定位环，该定位环在其外周壁上沿具有引导部，而在其内周壁上沿具有内限定部，该内限定部轮廓与待测定打印头的外廓至少部分匹配。所述偏移值测量机构包括与驱动3D打印设备的打印平台与打印头相对运动的步进电机连接的旋转编码器和显示器。

Description

一种测定3D打印设备多打印头间偏移值的系统

技术领域

本申请涉及3D打印设备领域，更具体地，涉及一种用于测定多打印头的3D打印设备的不同打印头之间偏移值的测定系统。

背景技术

3D打印是以数字模型为基础的快速成型技术，利用金属或塑料等可粘合材料通过逐层打印的方式来制造产品。随着相关技术的迅速发展，3D打印被广泛应用于工程、汽车、航空航天和医疗产业中。目前市面上常用的3D打印设备主要采用单打印头的构造，但在如3D药品打印领域等对产品有特殊要求的技术领域，通常需要同时采用多个打印头来完成具体产品的打印过程。

当使用多个打印头来进行3D打印时，为满足最终产品的结构精度要求，需要精确地确定不同打印头之间的相对位置或偏移值。如果单纯依赖于机械加工时所确定的各不同打印头之间的相对位置数值，很难满足3D打印的最终产品所需精度。目前常用的对两个打印头之间的偏移值的确定方法是首先对两个打印头进行粗略定位，随后使用两个打印头分别打印出线条来计算偏差值，再逐步地调整两个打印头之间的打印数值，直到最终确认二者的偏移值。这种方法不仅耗时耗力，而且整个偏移值的测定过程对于用户提出了很高的操作要求，因此设计出一套相对简便的打印头之间偏移值的快速测定系统迫在眉睫。

发明内容

本申请的一个目的在于提供一种多打印头的3D打印设备的打印头之间偏移值的测定系统，用于快速简便地测定不同打印头之间的偏移值，从而最终提高多个打印头所打印出产品的结构精度。

根据本申请的一个方面，提供了一种偏移值测定系统，用于测定具有多个打印头的3D打印设备的不同打印头之间的偏移值。所述偏移值测定系统包括定位机构和偏移值测量结构。其中所述定位机构包括:基座，所述基座能够可拆卸地安装于所述3D打印设备的打印平台上，其中所述基座的中间部分向上凸起形成凸台，所述凸台的中央处形成有从所述凸台的上表面向下延伸的中心孔，所述中心孔具有沿竖直方向的中心孔上部和中心孔下部，其中所述中心孔上部的孔径大于所述中心孔下部的孔径；套筒，所述套筒被布置于所述中心孔上部中，并且所述套筒与所述中心孔上部通过过盈配合方式相连接，所述套筒的内径与所述中心孔下部的孔径相同；弹簧，所述弹簧被布置于所述中心孔下部中，并且所述弹簧的外径小于或等于所述中心孔下部的孔径，所述弹簧具有固定于所述中心孔下部中的下端以及与所述下端相对的上端，当所述定位机构处于未被压缩状态时，所述弹簧的上端延伸入所述套筒；套筒内杆，所述套筒内杆的外径与所述套筒的内径相同，并且被布置于所述套筒内部，所述套筒内杆的下端与所述弹簧的上端抵接，当所述定位机构处于未被压缩状态时，所述套筒内杆的上端向上延伸超出所述套筒的上沿；定位环，所述定位环可拆卸地设置于所述套筒内杆的上端，其中所述定位环的外周壁的上沿具有呈现部分圆锥面的引导部，从而使得待测定的打印头能够沿着所述引导部被引入所述定位环的中心位置，所述定位环内周壁的上沿进一步设置为具有内限定部，所述内限定部的轮廓与所述待测定的打印头的外廓至少部分匹配，从而当所述待测定打印头的外廓与所述内限定部的轮廓相匹配时，所述待测定打印头与所述定位环同心。所述偏移值测量机构包括旋转编码器和显示器，所述旋转编码器与驱动所述3D打印设备的打印平台与所述打印头之间水平相对运动的步进电机相连接，以记录所述步进电机的转动角度值，所述显示器与所述旋转编码器通信连接，用于显示所述旋转编码器所记录的转动角度值。

在本申请的某些实施方式中，所述定位机构进一步包括压力传感器，所述压力传感器布置于所述套筒内杆的上端，并被设置为当所述待测定的打印头的外廓与所述内限定部的轮廓相匹配时，所述压力传感器可与所述待测定的打印头接触，并且所述压力传感器检测到的压力值等于或大于压力限值。

在本申请的某些实施方式中，所述定位机构还进一步包括与所述压力传感器通信连接的提示器，当所述压力传感器所检测到的压力值等于或大于压力限值时，所述提示器可产生声音指示、灯光指示或二者结合的指示。

在本申请的某些实施方式中，所述基座的两侧设置有螺纹孔，所述基座通过螺丝固定于所述3D打印设备的打印平台上。

在本申请的某些实施方式中，所述基座两侧设置有强磁铁，所述基座通过所述强磁铁吸附于所述3D打印设备的打印平台上。

在本申请的某些实施方式中，所述基座的两侧设置有伸缩杆部，用于调节所述基座的整体高度。

在本申请的某些实施方式中，所述定位环的内壁与所述套筒内杆的上端的外壁设置有螺纹，所述定位环通过螺纹连接固定于所述套筒内杆的上端。

在本申请的某些实施方式中，所述旋转编码器为单圈4000脉冲差分式旋转编码器。

在本申请的某些实施方式中，所述显示器包括信号转换器，用于将旋转编码器测定的旋转角度数值转换为位移进行显示。

在本申请的某些实施方式中，所述显示器设置有清零按键，用于将测定的第一打印头位置设置为零位。

以上为本申请的概述，可能有简化、概括和省略细节的情况，因此本领域的技术人员应该认识到，该部分仅是示例说明性的，而非旨在以任何方式限定本申请范围。本概述部分既非旨在确定所要求保护主题的关键特征或必要特征，也非旨在用作为确定所要求保护主题的范围的辅助手段。

附图说明

通过下面说明书和所附的权利要求书并与附图结合，将会更加充分地清楚理解本申请内容的上述和其他特征。可以理解，这些附图仅描绘了本申请内容的若干实施方式，因此不应认为是对本申请内容范围的限定。通过采用附图，本申请内容将会得到更加明确和详细地说明。

图1A示出了根据本申请一个实施例的多打印头3D打印设备和用于测定该3D打印设备的不同打印头之间的偏移值的测定系统的透视图；

图1B示出了图1A所示的多打印头3D打印设备和用于测定该3D打印设备的不同打印头之间的偏移值的测定系统的正视图；

图2示出了根据本申请一个实施例的偏移值测定系统的定位机构的透视图；

图3A示出了图2所示的定位机构的主视图；

图3B示出了图3A所示的定位机构沿着A-A方向的剖视图；

图4示出了图2所示的定位机构的俯视图；

图5示出了根据本申请另一个实施例的定位机构和待测定打印头的纵向剖视图；

图6示出了根据本申请的一个实施例的偏移值测量机构的旋转编码器与推动所述3D打印设备的打印平台的步进电机连接的示意图。

具体实施方式

在下面的详细描述中，参考了构成其一部分的附图。在附图中，类似的符号通常表示类似的组成部分，除非上下文另有说明。详细描述、附图和权利要求书中描述的说明性实施方式并非旨在限定。在不偏离本申请的主题的精神或范围的情况下，可以采用其他实施方式，并且可以做出其他变化。可以理解，可以对本申请中一般性描述的、在附图中图解说明的本申请内容的各个方面进行多种不同构成的配置、替换、组合，设计，而所有这些都明确地构成本申请内容的一部分。

图1A示出了根据本申请一个实施例的多打印头的3D打印设备和用于测定该3D打印设备的不同打印头之间的偏移值的测定系统的透视图，图1B示出了图1A所示的多打印头的3D打印设备和用于测定该3D打印设备的不同打印头之间的偏移值的测定系统的正视图。

如图1A和1B所示，该多打印头的3D打印设备200包括支架204，以及设置于支架204上的多个打印装置202和打印平台203。图中所示为平行布置为两排的共六个打印装置202，每个打印装置下端均设置有打印头201。通过打印装置202将粉状或丝状的物料熔融后，从打印头201喷出，最终在打印平台203上沉积，形成不同形状和构造的打印产品。如图所示，打印装置202与多个步进电机205连接，从而可以使得打印头201沿竖直方向上下运动。打印平台203也与多个步进电机(图中未示出)连接，从而使得该打印平台203可以水平运动。当然，图中所示的步进电机设置可以是其他任何形式，只要使得打印头201能够相对于打印平台203高精度三维运动。例如，在一些实施例中，打印平台203可以在步进电机的驱动下仅沿竖直方向上下运动，而打印头201可以在步进电机的驱动下在水平运动。

需要指出的是，虽然如图所示的打印装置202与打印头201为一一对应的关系，但在一些实施例中，所述多个打印头201可以共同连接于同一打印装置202。并且在一些实施例中，所述多个打印头201可以直接与多个步进电机205连接，从而在这些步进电机205的驱动下实现相对于打印平台203的相对运动。此外，打印头201的数量也可以是其他任意数目，并且也可以根据实际需求被排布成其他任何形式，如呈圆形、椭圆形或三角形排布等。

继续参照图1A和1B，用于测定多个打印头201之间的偏移值的测定系统包括定位机构100和偏移值测量机构300(图中未示出)，其中定位机构100固定布置于打印平台203之上。从而可以伴随打印平台203与多个打印头201之间相互运动，最终完成对多个打印头201之间的偏移值的测定。

图2示出了根据本申请一个实施例的偏移值测定系统的定位机构的透视图，图3A示出了图2所示的定位机构的主视图，图3B示出了图3A所示的定位机构沿着A-A方向的剖视图，图4示出了图2所示的定位机构的俯视图。

如图2至4所示，定位机构100具有基座101，所述基座101能够可拆卸地安装于所述3D打印设备的打印平台203上。在一些实施例中，基座101可以在两侧设置有螺纹孔，从而使其可以通过螺钉固定设置于打印平台203。在一些实施例中，基座101的底部或两侧可以设置有强磁铁，从而可以方便地吸附于打印平台203上。

如图2和图3B所示，基座101的中间部分可以向上凸起形成凸台111，凸台111的中央处形成有从凸台111的上表面向下延伸的中心孔112，所述中心孔112具有沿竖直方向的中心孔上部113和中心孔下部114，中心孔上部113的孔径大于中心孔下部114。在一些实施例中，基座101可以是高锰钢、高锰合金或聚合陶瓷复合材料等金属或非金属的高硬度耐磨材料构造成，从而在长期使用中保证其中心孔尺寸的精度。虽然如图所示的凸台111为立方体状，但在其他实施例中，该凸台111也可以是其他任意的规则或非规则的形状。

虽然图中未示出，基座101也可以具有高度调节装置，例如设置于其两侧的伸缩杆部，从而调节基座101的整体高度。基座101可以被固定设置于打印平台203上的任意位置，在一些实施例中，打印平台203上还可以设置于有专门位置用于固定基座101。

继续参照图3A和3B，定位机构100还包括套筒102，套筒102的外径略大于中心孔上部113的孔径，从而使得该套筒102可以以过盈配合的方式被布置于中心孔上部113中。而套筒102的内孔的孔径与中心孔下部114的孔径相同，当套筒102被布置于中心孔上部113中时，套筒102的内孔与中心孔下部114形成大致连贯的等径孔洞。在一些实施例中，套筒102的外部还可以设置有外螺纹，而中心孔上部113的内部则设置有与之相匹配的内螺纹，套筒102可以通过螺纹连接固定于中心孔113内。

如图3B所示，定位机构100还包括弹簧103，该弹簧103的外径小于或等于中心孔下部114的孔径。弹簧103被布置于中心孔下部114中，并且可以沿着中心孔下部114伸缩运动。弹簧103具有固定于中心孔下部114中的下端以及与该下端相对的上端。当定位机构100未被外力压缩时，例如未被打印头201或操作者压缩时，弹簧103的上端可以延伸出该中心孔下部114，进入套筒102的内孔中。也就是说，在一些实施例中，弹簧103的长度被设置为在上述套筒102的内孔与中心孔下部114所形成的大致连贯的等径孔洞中伸缩。

继续参照图3B，定位机构100还包括套筒内杆104。套筒内杆104为圆柱体形，其外径与套筒102的内孔的孔径相同，从而可以与套筒102相互匹配。该套筒内杆104被布置于套筒102的内孔中，并且可以沿着套筒102的内孔相对滑动。当定位机构100处于未被外力压缩状态时，例如未被打印头201或操作者压缩时，套筒内杆104的上端向上延伸超出102套筒的上沿。在一些实施例中，套筒102与套筒内杆104可以选择高锰钢、高锰合金或聚合陶瓷复合材料等高硬度耐磨的金属或非金属材料。

参照图2和图3B，定位机构100还包括定位环105。定位环105可拆卸地设置于套筒内杆104的上端。在一些实施例中，定位环105的内部内壁设置有内螺纹，而套筒内杆104的上端的外壁设置有与之相匹配的外螺纹，从而使得定位环105可以通过螺纹连接固定于套筒内杆104的上端。当然在其他实施例中，定位环105也可以使用其他可拆卸的连接形式固定连接于套筒内杆104的上端，例如榫卯连接等。

如图3B和图5所示，定位环105的外周壁的上沿具有呈现部分圆锥面的引导部151，从而使得待测定的打印头201能够沿着该引导部151被引入定位环105的中心位置。虽然图中所示的引导部151呈现为圆锥面，但在其他实施例中，该引导部151也可以是其他便于引导打印头201的形状，如半球面等。

继续参照图5，定位环105的内周壁的上沿还进一步设置为具有内限定部152，该内限定部152的轮廓与待测定的打印头201的外廓至少部分匹配。由此，当待测定的打印头201的外廓与内限定部152的轮廓相匹配时，可以确定待测定打印头201与定位环105同心，从而确定该打印头201的中心轴线的准确位置。如图5所示，该内限定部152的轮廓为部分圆锥面，而待测定的打印头201的外廓为与其锥度相同的圆锥面，两者可以相匹配。

在另一些实施例中，该内限定部152的轮廓也可以根据待测定的打印头201的外廓的不同，而具有其他形状。例如，在一些实施例中，内限定部152的轮廓为部分碗状表面。而在另一些实施例中，内限定部152的轮廓为部分三角锥面。在使用过程中，操作者可以根据待测定的不同打印头201的具体外廓，更换具有不同轮廓的内限定部152的定位环105，从而大大提高了该偏移值测定系统的适用范围，也提高了对不同的3D打印设备的多个打印头201的偏移值进行测定时的效率，降低了偏移值测定的操作成本。

虽然图中未示出，定位机构100还可以进一步包括压力传感器，该压力传感器被布置于套筒内杆104的上端。并且该压力传感器被设置为当待测定的打印头201的外廓与内限定部152的轮廓相匹配时，该压力传感器可与待测定的打印头201相接触，并且该压力传感器所检测到的压力值等于或大于压力限值。例如，当待测定的打印头201的外廓与内限定部152的轮廓相匹配时，该压力传感器可以检测到的压力值为0.2N，大于预设设定的压力限值0.1N。

在一些实施例中，定位机构100进一步包括与压力传感器通信连接的提示器，当该压力传感器检测到的压力值等于或大于压力限值时，该提示器可对操作者产生提示，该提示可以是任何提示方式，如声音指示、灯光指示或二者结合的指示等。

偏移值测量机构300包括旋转编码器301和显示器302。如图6所示，旋转编码器301与驱动3D打印设备的打印平台与所述打印头之间水平相对运动的步进电机相连接，以记录一个或多个步进电机的转动角度值。对于如图1A和1B所示的3D打印设备，旋转编码器301与驱动该3D打印设备的打印平台203水平运动的多个步进电机相连接，以记录该多个步进电机的转动角度值。该旋转编码器可以是能够记录步进电机角度值的任意类型的旋转编码器，优选为单圈4000脉冲差分式旋转编码器。通过旋转编码器，操作者可以获取打印平台203相对于打印头201的精确平面运动位移。此外，由于所使用旋转编码器结构相对简单，并且可以相对方便地与步进电机相连接，从而极大的拓展了本申请所涉及的偏移值测定系统的适用范围，降低了偏移值测定的成本。

旋转编码器301和显示器302通信连接，显示器302可以是任意形式的显示器，如简易数字显示屏，用于显示旋转编码器301所连接的步进电机的转动角度值。在一些实施例中，显示器302还可以进一步包括信号转换器，用于将旋转编码器301所测定的旋转角度数值转换为位移进行直接显示。在一些实施例中，显示器302还可以设置有清零按键，用于将测定的第一打印头位置设置为零位。

现在以对如图1A和1B所示的3D打印设备的多个打印头201之间的偏移值进行测定为例对本申请进行说明。首先，操作者可以通过螺丝或其他连接件，将定位机构100固定于打印平台203之上，并将至少两个旋转编码器301与驱动打印平台203在水平面内沿X轴和Y轴方向运动的至少两个步进电机相连接，以计算上述步进电机的转动角度值。随后，如图1B所示，操作者通过操纵与打印装置202连接的步进电机，使得打印平台203与待测定的打印头201最底端之间的垂直距离被调整为小于定位机构100的最顶端与打印平台203的垂直距离。此后，驱动打印平台203水平运动，从而带动打印平台203上的定位机构100相对于打印头201水平运动，使得其中一个待测的打印头201与定位机构100的定位环105相接触，并且通过定位环105的引导部151被引入定位环105的中心位置，最终使得定位环105的内限定部152的轮廓与该打印头201的外廓完全匹配，此时设置于套筒内杆104上端的压力传感器与打印头201的最底端抵触，并且检测压力值。当所检测到的压力值达到或超过压力限值时，比如压力传感器检测到压力为0.2N，大于预设的压力限值0.1N，此时与该压力传感器通信连接的提示器发出警报声或闪烁灯光，通知操作者此时定位机构100的中心孔的轴线与所测定的打印头201的中心轴线对准。此时，操作者可以选择对显示器302上的数值进行清零，并将此时定位机构100所在位置，即所测定打印头201的中心轴线对准的位置设置为零位。

在完成上述步骤之后，操作者继续水平移动打印平台203，重复上述过程，使得定位机构100的内限定部152的轮廓与另一待测的打印头的外廓完全匹配，并且使得提示器同样发出警报声或闪烁灯光。此时旋转编码器131记录下了驱动打印平台203的水平运动的步进电机的转动角度值，并通过显示器302显示，操作者由此可以精确确认当前所测打印头与先前所测的打印头(或称为零位)之间的偏移值。

虽然在如上所述的实施例中，旋转编码器301与驱动打印平台203水平移动的步进电机相连接。但在另一些实施例中，打印平台203可能在步进电机的驱动下仅能沿竖直方向上下运动，而打印头201在步进电机的驱动下沿水平方向运动，此时旋转编码器301与驱动打印头201的步进电机连接，已记录打印头201相对于打印平台203水平运动时驱动其运动的步进电机的转动角度值。

那些本技术领域的一般技术人员可以通过研究说明书、公开的内容及附图和所附的权利要求书，理解和实施对披露的实施方式的其他改变。在权利要求中，措词“包括”不排除其他的元素和步骤，并且措辞“一”、“一个”不排除复数。在本申请的实际应用中，一个零件可能执行权利要求中所引用的多个技术特征的功能。权利要求中的任何附图标记不应理解为对范围的限制。

以上结合附图示例性地说明了本申请的各实施方式。本领域技术人员根据本说明书公开的内容可以很容易地想到，可以根据实际需要对各实施方式公开的偏移值测定系统的各个组成部分进行适当调整和重新组合，而不会脱离本申请的精神。本申请的保护范围以本申请的权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种偏移值测定系统，用于测定具有多个打印头的3D打印设备的不同打印头之间的偏移值，所述偏移值测定系统包括：

定位机构，所述定位机构包括：

基座，所述基座能够可拆卸地安装于所述3D打印设备的打印平台上，其中所述基座的中间部分向上凸起形成凸台，所述凸台的中央处形成有从所述凸台的上表面向下延伸的中心孔，所述中心孔具有沿竖直方向的中心孔上部和中心孔下部，其中所述中心孔上部的孔径大于所述中心孔下部的孔径，

套筒，所述套筒被布置于所述中心孔上部中，并且所述套筒与所述中心孔上部通过过盈配合方式相连接，所述套筒的内径与所述中心孔下部的孔径相同，

弹簧，所述弹簧被布置于所述中心孔下部中，并且所述弹簧的外径小于或等于所述中心孔下部的孔径，所述弹簧具有固定于所述中心孔下部中的下端以及与所述下端相对的上端，当所述定位机构处于未被压缩状态时，所述弹簧的上端延伸入所述套筒，

套筒内杆，所述套筒内杆的外径与所述套筒的内径相同，并且被布置于所述套筒内部，所述套筒内杆的下端与所述弹簧的上端抵接，当所述定位机构处于未被压缩状态时，所述套筒内杆的上端向上延伸超出所述套筒的上沿，

定位环，所述定位环可拆卸地设置于所述套筒内杆的上端，其中所述定位环的外周壁的上沿具有呈现部分圆锥面的引导部，从而使得待测定的打印头能够沿着所述引导部被引入所述定位环的中心位置，所述定位环内周壁的上沿进一步设置为具有内限定部，所述内限定部的轮廓与所述待测定的打印头的外廓至少部分匹配，从而当所述待测定打印头的外廓与所述内限定部的轮廓相匹配时，所述待测定打印头与所述定位环同心；

偏移值测量机构，所述偏移值测量机构包括旋转编码器和显示器，所述旋转编码器与驱动所述3D打印设备的打印平台与所述打印头之间水平相对运动的步进电机相连接，以记录所述步进电机的转动角度值，所述显示器与所述旋转编码器通信连接，用于显示所述旋转编码器所记录的转动角度值。

2.根据权利要求1所述的偏移值测定系统，其特征在于，所述定位机构进一步包括压力传感器，所述压力传感器布置于所述套筒内杆的上端，并被设置为当所述待测定的打印头的外廓与所述内限定部的轮廓相匹配时，所述压力传感器可与所述待测定的打印头接触，并且所述压力传感器所检测到的压力值等于或大于压力限值。

3.根据权利要求2所述的偏移值测定系统，其特征在于，所述定位机构还进一步包括与所述压力传感器通信连接的提示器，当所述压力传感器检测到的压力值等于或大于压力限值时，所述提示器可产生声音指示、灯光指示或二者结合的指示。

4.根据权利要求1所述的偏移值测定系统，其特征在于，所述基座的两侧设置有螺纹孔，所述基座通过螺丝固定于所述3D打印设备的打印平台上。

5.根据权利要求1所述的偏移值测定系统，其特征在于，所述基座两侧设置有强磁铁，所述基座通过所述强磁铁吸附于所述3D打印设备的打印平台上。

6.根据权利要求1所述的偏移值测定系统，其特征在于，所述基座的两侧设置有伸缩杆部，用于调节所述基座的整体高度。

7.根据权利要求1所述的偏移值测定系统，其特征在于，所述定位环的内壁和所述套筒内杆的上端的外壁设置有螺纹，所述定位环通过螺纹连接固定于所述套筒内杆的上端。

8.根据权利要求1所述的偏移值测定系统，其特征在于，所述旋转编码器为单圈4000脉冲差分式旋转编码器。

9.根据权利要求1所述的偏移值测定系统，其特征在于，所述显示器包括信号转换器，用于将旋转编码器测定的旋转角度数值转换为位移进行显示。

10.根据权利要求1所述的偏移值测定系统，其特征在于，所述显示器设置有清零按键，用于将测定的第一打印头位置设置为零位。