CN108515699A - 一种3d打印机的喷头定位装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种3D打印机的喷头定位装置，包括喷头输送装置和喷头校准装置，所述喷头输送装置包括水平设置的喷头移动轨道，所述喷头移动轨道上设置有喷头移动滑座，所述喷头移动滑座与喷头移动轨道之间设置有水平驱动装置，所述水平驱动装置连接有喷头升降装置，所述喷头升降装置包括升降固定板，所述升降固定板连接有竖直的升降驱动滑槽，所述升降驱动滑槽内上下滑动设置有升降滑座，所述升降滑座与升降驱动滑槽之间设置有升降驱动装置，本发明可以实现喷头的精准定位并且可在喷头出现偏移时对其进行微调，使得喷头始终位于标准位置，避免加工精度受影响，保证模型的成型质量。

Description

一种3D打印机的喷头定位装置
技术领域
本发明涉及3D打印设备技术领域，具体为一种3D打印机的喷头定位装置。
背景技术
3D打印(3DP)即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工(AEC)、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。
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三维形体。现有家庭使用的龙门式3D打印机，喷头结构都采用悬臂梁的方式，这种结构对于FDM打印方式精度尚可，但当打印塑性材料，需要在喷头处存储大量的打印材料时，悬臂梁会产生一定的变形，使得喷头产生倾斜，影响最终模型的成型质量。
发明内容
为了克服现有技术方案的不足,本发明提供一种可以实现喷头的精准定位并且可在喷头出现偏移时对其进行微调，保证模型成型质量的3D打印机的喷头定位装置，能有效的解决背景技术提出的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种3D打印机的喷头定位装置，包括喷头输送装置和喷头校准装置，所述喷头输送装置包括水平设置的喷头移动轨道，所述喷头移动轨道上设置有喷头移动滑座，所述喷头移动滑座与喷头移动轨道之间设置有水平驱动装置；
所述水平驱动装置连接有喷头升降装置，所述喷头升降装置包括升降固定板，所述升降固定板连接有竖直的升降驱动滑槽，所述升降驱动滑槽内上下滑动设置有升降滑座，所述升降滑座与升降驱动滑槽之间设置有升降驱动装置。
进一步地，所述水平驱动装置包括驱动安装槽和驱动安装架，所述驱动安装槽设置在喷头移动轨道的上端中心处，所述驱动安装架设置在喷头移动滑座的下端中心处，所述驱动安装槽内设置有驱动齿条，所述驱动安装架上设置有与驱动齿条啮合的驱动齿轮，所述驱动齿轮连接有水平驱动电机。
进一步地，所述升降驱动装置为设置在升降固定板下端的液压缸，所述液压缸的输出端竖直向上且伸入升降驱动滑槽内，同时该液压缸的输出端与升降滑座固定连接。
进一步地，所述喷头校准装置包括校准滑槽，所述校准滑槽竖直设置在升降滑座的侧面，所述校准滑槽内上下滑动设置有校准座，所述校准滑槽的上下两端设置有固定板，所述固定板延伸出校准滑槽，且延伸出校准滑槽的固定板之间穿设有校准丝杠，所述校准丝杠上设置有丝杠螺母座，所述丝杠螺母座与校准座固定连接，所述校准丝杠的上端延伸出固定板且连接有校准驱动电机。
进一步地，所述喷头校准装置还包括与丝杠螺母座相连的T型安装杆以及与喷头移动轨道平行的两条定位杆，两条所述的定位杆分别设置在校准滑座的侧上方的侧下方，所述定位杆上设置有光电传感器发射端，所述T型安装杆的上下两端设置有光电传感器接收端，所述光电传感器接收端连接有控制芯片，所述控制芯片连接有电机控制器，所述电机控制器与校准驱动电机相连，同时所述控制芯片还与电磁控制阀门相连。
进一步地，位于上方的固定板上设置有物料储集斗，所述物料储集斗的下端设置有物料出口，所述升降滑座通过支架连接有喷头，所述喷头与物料出口之间通过进料管道相连，所述进料管道内部设置有电磁控制阀门，所述电磁控制阀门与控制芯片相连。
进一步地，两块所述的固定板之间连接有两根导动杆，两根所述的导动杆分别穿过校准座和丝杠螺母座。
进一步地，两个所述的导动杆上均设置有防磨滑套，两个所述的防磨滑套分别位于导动杆与校准座之间以及导动杆与丝杠螺母座之间。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明的通过设置喷头输送装置，可以将喷头输送至其工作区域内的任意位置，实现了喷头的精准定位；
(2)本发明的通过设置喷头校准装置，可以在喷头出现上下偏移时对其进行微调，使得喷头始终位于标准位置，解决了悬臂梁变形，加工精度受影响严重的问题，保证模型的成型质量。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明喷头升降装置的结构示意图；
图3为本发明水平驱动装置的结构示意图；
图4为本发明喷头校准装置结构示意图；
图5为本发明喷头的安装结构示意图；
图6为本发明控制芯片的连接关系示意图。
图中标号：
1-喷头输送装置；2-喷头升降装置；3-水平驱动装置；4-喷头校准装置；
101-喷头移动轨道；102-喷头移动滑座；
201-升降固定板；202-升降驱动滑槽；203-升降滑座；204-升降驱动装置；
301-驱动安装槽；302-驱动安装架；303-驱动齿条；304-驱动齿轮；305-水平驱动电机；
401-校准滑槽；402-校准座；403-固定板；404-校准丝杠；405-丝杠螺母座；406-校准驱动电机；407-T型安装杆；408-定位杆；409-光电传感器发射端；410-光电传感器接收端；411-控制芯片；412-电机控制器；413-物料储集斗；414-物料出口；415-支架；416-喷头；417-进料管道；418-电磁控制阀门；419-导动杆；420-防磨滑套。
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，所描述的实施例仅仅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。
如图1至图6所示，本发明提供了一种3D打印机的喷头定位装置，包括喷头输送装置1和喷头校准装置4，所述喷头输送装置1包括水平设置的喷头移动轨道101，所述喷头移动轨道101上设置有喷头移动滑座102，所述喷头移动滑座102与喷头移动轨道101之间设置有水平驱动装置3；所述水平驱动装置3包括驱动安装槽301和驱动安装架302，所述驱动安装槽301设置在喷头移动轨道101的上端中心处，所述驱动安装架302设置在喷头移动滑座102的下端中心处，所述驱动安装槽301内设置有驱动齿条303，所述驱动安装架302上设置有与驱动齿条303啮合的驱动齿轮304，所述驱动齿轮304连接有水平驱动电机305。
在本发明中，水平驱动电机305工作时，会带动与之相连的驱动齿轮304转动，由于驱动齿轮304与驱动齿条303啮合，且驱动齿条303固定在喷头移动轨道101上，当驱动齿轮304转动时，喷头移动滑座102会在喷头移动轨道101上移动。
如图1、图2和图3所示，在本发明中，所述水平驱动装置3连接有喷头升降装置2，所述喷头升降装置2包括升降固定板201，升降固定板201安装在喷头移动滑座102上，所述升降固定板201连接有竖直的升降驱动滑槽202，所述升降驱动滑槽202内上下滑动设置有升降滑座203，所述升降滑座203与升降驱动滑槽202之间设置有升降驱动装置204，所述升降驱动装置204为设置在升降固定板201下端的液压缸，所述液压缸的输出端竖直向上且伸入升降驱动滑槽202内，同时该液压缸的输出端与升降滑座203固定连接。在本发明中，升降驱动装置204采用了液压缸，液压缸的输出端设于升降驱动滑槽202内与升降滑座203相连，这样当液压缸的输出端伸缩时可以控制升降滑座203在升降驱动滑槽202内上下移动。
如图4和图6所示，在本发明中，所述喷头校准装置4包括校准滑槽401，所述校准滑槽401竖直设置在升降滑座203的侧面，所述校准滑槽401内上下滑动设置有校准座402，所述校准滑槽401的上下两端设置有固定板403，所述固定板403延伸出校准滑槽401，且延伸出校准滑槽401的固定板403之间穿设有校准丝杠404，所述校准丝杠404上设置有丝杠螺母座405，所述丝杠螺母座405与校准座402固定连接，所述校准丝杠404的上端延伸出固定板403且连接有校准驱动电机406。同时，位于上方的固定板403上设置有物料储集斗413，所述物料储集斗413的下端设置有物料出口414，所述校准座402通过支架415连接有喷头416，所述喷头416与物料出口414之间通过进料管道417相连，所述进料管道417内部设置有电磁控制阀门418。
值得说明的是，由于本发明中喷头416与校准座402之间通过支架415保持位置固定，于是喷头416随着校准座402在校准滑槽401内移动而上下移动，同时由于喷头升降装置2固定在喷头移动滑座102，随着喷头移动滑座102在喷头移动轨道101，喷头416也会在水平方向上移动；综合上述的喷头输送装置1和喷头升降装置2和工作过程，当两者工作时会带动喷头416水平移动或上下移动，从而实现对喷头416的定位。
在现有的龙门式3D打印机中，喷头结构都采用悬臂梁的方式，这种结构对于FDM打印方式精度尚可，但当打印塑性材料，需要在喷头处存储大量的打印材料时，悬臂梁会产生一定的变形，使得喷头在竖直方向上出现偏移，影响最终模型的成型质量。为了对上述问题作出改进，本发明设置了喷头校准装置2，其可以在竖直方向上对喷头进行校准，使之回复至标准位置，从而保证模型的成型质量。
在上述的喷头校准装置2中，校准驱动电机406与校准丝杠404相连，当校准驱动电机406工作时，其会带动校准丝杠404转动，校准丝杠404为常见的滚珠丝杠，滚珠丝杠是将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运动的理想的产品。滚珠丝杠由螺杆、螺母、钢球、预压片、反向器、防尘器组成。它的功能是将旋转运动转化成直线运动，这是艾克姆螺杆的进一步延伸和发展，这项发展的重要意义就是将轴承从滑动动作变成滚动动作。在本发明中，校准丝杠404的作用是将校准驱动电机406所提供的转动力转化为丝杠螺母座405在校准丝杠404上作直线运动的动力，当丝杠螺母座405移动时，会带动与之固定连接的校准座402移动，使得校准座402在校准滑槽401内上下移动，从而实现在竖直方向对喷头上进行校准。
如图4、图5和图6所示，在本发明中，所述喷头校准装置4还包括与丝杠螺母座406相连的T型安装杆407以及与喷头移动轨道101平行的两条定位杆408，其中，定位杆408的两端与用于支撑喷头移动轨道101的支撑柱固定连接，两条所述的定位杆408分别设置在校准滑座203的侧上方的侧下方，所述定位杆408上设置有光电传感器发射端409，所述T型安装杆407的上下两端设置有光电传感器接收端410，所述光电传感器接收端410连接有控制芯片411，所述控制芯片411连接有电机控制器412，所述电机控制器412与校准驱动电机406相连，同时所述控制芯片411还与电磁控制阀门210相连。
在上述说明中，定位杆408与喷头移动轨道101之间无直接连接关系，当喷头移动轨道101出现形变时，定位杆408任然保持水平状态，同时设置在上方的光电传感器发射端409正对着设置在上方光电传感器接收端410的下端边界，而设置在下方的光电传感器发射端409正对着设置在下方光电传感器接收端410的上端边界这样，当喷头416下移时，上方的光电传感器接收端410可以接受到信号而下方的光电传感器接收端410则无法接收到信号，当喷头416上移时，下方的光电传感器接收端410可以接受到信号而上方的光电传感器接收端410则无法接收到信号，通过两块光电传感器接收端410由于接受到信号即可判断喷头406上移或下移，而当两个光电传感器接收端410都可已接收到信号时，说明喷头416的位置未出现偏移或喷头416位置已经校准完成。
同时在上述说明中，光电传感器接收端410与控制芯片411相连，并且光电传感器接收端410在接受到信号时会将该信息传递给控制芯片411，控制芯片411综合两个光电传感器接收端410所给的信息对喷头416的偏移情况做出判断，若喷头416下移，控制芯片411通过电机控制器412驱使校准驱动电机406运作，使得丝杠螺母座405上移，也即是使校准座402上移；若喷头416上移，控制芯片411通过电机控制器412驱使校准驱动电机406反向运作，使得丝杠螺母座405下移，也即是使校准座402下移，从而实现在竖直方向对喷头上进行校准。
如图4所示，在本发明中，两块所述的固定板403之间连接有两根导动杆419，两根所述的导动杆419分别穿过校准座402和丝杠螺母座405，两个所述的导动杆419上均设置有防磨滑套420，两个所述的防磨滑套420分别位于导动杆419与校准座402之间以及导动杆419与丝杠螺母座405之间。在本发明中，通过设置导动杆419，可以为丝杠螺母座405及校准座402的移动提动导动作用，使得移动放下该保持准确，防止出现偏移，进而避免由于偏移出现的磨损，从而保护丝杠螺母座405及校准座402，延长喷头校准装置2的使用寿命。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (8)

1.一种3D打印机的喷头定位装置，其特征在于：包括喷头输送装置(1)和喷头校准装置(4)，所述喷头输送装置(1)包括水平设置的喷头移动轨道(101)，所述喷头移动轨道(101)上设置有喷头移动滑座(102)，所述喷头移动滑座(102)与喷头移动轨道(101)之间设置有水平驱动装置(3)；
所述水平驱动装置(3)连接有喷头升降装置(2)，所述喷头升降装置(2)包括升降固定板(201)，所述升降固定板(201)连接有竖直的升降驱动滑槽(202)，所述升降驱动滑槽(202)内上下滑动设置有升降滑座(203)，所述升降滑座(203)与升降驱动滑槽(202)之间设置有升降驱动装置(204)。
2.根据权利要求1所述的一种3D打印机的喷头定位装置，其特征在于：所述水平驱动装置(3)包括驱动安装槽(301)和驱动安装架(302)，所述驱动安装槽(301)设置在喷头移动轨道(101)的上端中心处，所述驱动安装架(302)设置在喷头移动滑座(102)的下端中心处，所述驱动安装槽(301)内设置有驱动齿条(303)，所述驱动安装架(302)上设置有与驱动齿条(303)啮合的驱动齿轮(304)，所述驱动齿轮(304)连接有水平驱动电机(305)。
3.根据权利要求1所述的一种3D打印机的喷头定位装置，其特征在于：所述升降驱动装置(204)为设置在升降固定板(201)下端的液压缸，所述液压缸的输出端竖直向上且伸入升降驱动滑槽(202)内，同时该液压缸的输出端与升降滑座(203)固定连接。
4.根据权利要求1所述的一种3D打印机的喷头定位装置，其特征在于：所述喷头校准装置(4)包括校准滑槽(401)，所述校准滑槽(401)竖直设置在升降滑座(203)的侧面，所述校准滑槽(401)内上下滑动设置有校准座(402)，所述校准滑槽(401)的上下两端设置有固定板(403)，所述固定板(403)延伸出校准滑槽(401)，且延伸出校准滑槽(401)的固定板(403)之间穿设有校准丝杠(404)，所述校准丝杠(404)上设置有丝杠螺母座(405)，所述丝杠螺母座(405)与校准座(402)固定连接，所述校准丝杠(404)的上端延伸出固定板(403)且连接有校准驱动电机(406)。
5.根据权利要求1所述的一种3D打印机的喷头定位装置，其特征在于：所述喷头校准装置(4)还包括与丝杠螺母座(406)相连的T型安装杆(407)以及与喷头移动轨道(101)平行的两条定位杆(408)，两条所述的定位杆(408)分别设置在校准滑座(203)的侧上方的侧下方，所述定位杆(408)上设置有光电传感器发射端(409)，所述T型安装杆(407)的上下两端设置有光电传感器接收端(410)，所述光电传感器接收端(410)连接有控制芯片(411)，所述控制芯片(411)连接有电机控制器(412)，所述电机控制器(412)与校准驱动电机(406)相连，同时所述控制芯片(410)还与电磁控制阀门(210)相连。
6.根据权利要求4所述的一种3D打印机的喷头定位装置，其特征在于：位于上方的所述固定板(403)上设置有物料储集斗(413)，所述物料储集斗(413)的下端设置有物料出口(414)，所述校准座(402)通过支架(415)连接有喷头(416)，所述喷头(416)与物料出口(414)之间通过进料管道(417)相连，所述进料管道(417)内部设置有电磁控制阀门(418)，所述电磁控制阀门(418)与控制芯片(411)相连。
7.根据权利要求4所述的一种3D打印机的喷头定位装置，其特征在于：两块所述的固定板(403)之间连接有两根导动杆(419)，两根所述的导动杆(419)分别穿过校准座(402)和丝杠螺母座(405)。
8.根据权利要求7所述的一种3D打印机的喷头定位装置，其特征在于：两个所述的导动杆(419)上均设置有防磨滑套(420)，两个所述的防磨滑套(420)分别位于导动杆(419)与校准座(402)之间以及导动杆(419)与丝杠螺母座(405)之间。
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