CN108638496A - 一种基于物联网的防凹陷和翘边的智能型3d打印机 - Google Patents

一种基于物联网的防凹陷和翘边的智能型3d打印机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于物联网的防凹陷和翘边的智能型3D打印机，包括打印台、升降台、打印机构、顶板、材料盘、送丝管和两个升降机构，打印机构包括平移板、打印头、预热机构和支撑机构，支撑机构包括圆环、伸缩组件、平移组件、托板和若干驱动组件，驱动组件包括第一电机和齿轮，预热机构包括预热管、进气管、出气罩、导气室和若干吸热块，导气室内设有导气组件和电热丝，该基于物联网的防凹陷和翘边的智能型3D打印机通过预热机构使出气罩对打印头的下方喷出热空气，从而减小打印头的内外温差，防止打印出现翘边现象，不仅如此，通过支撑机构将托板移动至打印头的下方，便于悬空打印，防止凹陷，从而提高了样品的打印精度和设备的实用性。

Description

一种基于物联网的防凹陷和翘边的智能型3D打印机
技术领域
本发明涉及3D打印设备领域，特别涉及一种基于物联网的防凹陷和翘边的智能型3D打印机。
背景技术
3D打印机又称三维打印机，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。现阶段三维打印机被用来制造产品，通过逐层打印的方式来构造物体，将数据和原料放进3D打印机中，机器会按照程序，把产品一层层制造出来。
由于3D打印机采用的是逐层累积制造技术，因此，在打印一些悬空结构比较多或者有特殊形状的悬空结构时，常常会遇到悬空的部分不能完美打印的情况，这些悬空部分由于原先熔化的材料受冷凝固后，容易出现下垂的现象，导致打印模型失败，不仅如此，现有的3D打印机在工作时，大都采用加热材料丝上的材料使材料熔化后，从喷头喷出进行凝固，从而完成成型，但是由于喷头外部的温度小于喷头内部的温度，从而导致材料遇冷收缩，经常发生翘边的问题，降低了打印样品的质量，使得打印样品粗糙，从而降低了现有的3D打印机的实用性。
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，提供一种基于物联网的防凹陷和翘边的智能型3D打印机。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于物联网的防凹陷和翘边的智能型3D打印机，包括控制器、打印台、升降台、打印机构、顶板、材料盘、送丝管和两个升降机构，所述打印台固定在控制器的上方，两个升降机构分别位于打印台的两侧，所述升降台位于打印台的上方，所述打印机构位于升降台和打印台之间，所述顶板架设在两个升降机构上，所述材料盘位于顶板的上方，所述材料盘通过送丝管与打印机构连接，所述控制器内设有PLC和天线，所述天线与PLC电连接；
所述打印机构包括平移板、打印头、预热机构和支撑机构，所述平移板固定在升降台的下方，所述打印头固定在平移板的下方，所述打印头与送丝管连接；
所述支撑机构包括圆环、伸缩组件、平移组件、托板和若干驱动组件，所述驱动组件周向均匀分布在圆环的内侧，所述驱动组件包括第一电机和齿轮，所述第一电机固定在平移板的下方，所述第一电机与PLC电连接，所述第一电机与齿轮传动连接，所述圆环的内侧设有若干从动齿，所述从动齿周向均匀分布在圆环的内侧，所述从动齿与齿轮啮合，所述平移组件位于伸缩组件的下方，所述托板位于平移组件的靠近打印头的一侧；
所述预热机构包括预热管、进气管、出气罩、导气室和若干吸热块，所述预热管缠绕在打印头上，所述预热管沿着打印头的轴线螺旋向上，所述吸热块均匀分布在打印头上，所述吸热块套设在预热管上，所述进气管的一端与导气室连通，所述进气管的另一端与导气室的上方连通，所述出气罩与导气室的下方连通；
所述导气室内设有导气组件和电热丝，所述电热丝的两端分别固定在导气室的两侧的内壁上，所述电热丝与PLC电连接。
作为优选，为了带动升降台进行升降，所述升降机构包括第二电机、第一连杆、第二连杆、滑杆和滑环，所述第二电机固定在处理器的上方，所述第二电机与PLC电连接，所述滑杆的底端和顶端分别与第二电机和顶板固定连接，所述滑环套设在滑杆上，所述滑环与升降台固定连接，所述第二电机与第一连杆传动连接，所述第一连杆通过第二连杆与滑环铰接。
作为优选，为了控制平移组件向下移动，所述伸缩组件包括第三电机、第三驱动轴和套管，所述第三电机固定在圆环的下方，所述第三电机与PLC电连接，所述第三电机与第三驱动轴的顶端传动连接，所述套管套设在第三驱动轴的底端，所述套管与平移组件连接，所述套管的与第三驱动轴的连接处设有与第三驱动轴匹配的螺纹。
作为优选，为了保证套管的平稳移动，所述套管的两侧均设有固定环和固定杆，所述固定杆固定在圆环的下方，所述固定环固定在套管上，所述固定环套设在固定杆上。
作为优选，为了便于将托板移动至打印头的下方，所述平移组件包括气缸、气泵、活塞和吊杆，所述气缸固定在套管的底端，所述气泵固定在气缸上，所述气泵与气缸连通，所述气泵与PLC电连接，所述活塞的一端设置在气缸内，所述活塞的另一端通过吊杆与托板固定连接。
作为优选，为了实现导气功能，所述导气组件包括第四电机、第四驱动轴和两个导气单元，所述第四电机固定在导气室的内壁上，所述第四电机与PLC电连接，所述第四电机与第四驱动轴的顶端传动连接，两个导气单元分别位于第四驱动轴的两侧，所述导气单元包括若干扇叶，所述扇叶从上而下均匀分布在第四驱动轴上。
作为优选，为了实现第四驱动轴的平稳旋转，所述导气组件还包括固定管，所述固定管固定在导气室的内壁上，所述固定管套设在第四驱动轴的底端。
作为优选，为了便于检测进入导气室内的空气温度，所述导气室内设有温度传感器，所述温度传感器与PLC电连接。
作为优选，为了进一步加固打印头与导气室之间的连接，所述导气室和打印头之间设有加固杆，所述加固杆的两端分别与导气室和打印头固定连接。
作为优选，为了便于检测打印头是否进行悬空打印，所述加固杆的下方设有距离传感器，所述距离传感器与PLC电连接。
本发明的有益效果是，该基于物联网的防凹陷和翘边的智能型3D打印机通过预热机构使出气罩对打印头的下方喷出热空气，从而减小打印头的内外温差，防止打印出现翘边现象，与现有的预热机构相比，该预热机构利用喷头的热量进行加热，使加热的功耗缩小，不仅如此，通过支撑机构将托板移动至打印头的下方，便于悬空打印，防止凹陷，从而提高了样品的打印精度和设备的实用性。与现有的支撑机构相比，该支撑机构结构灵活，可通过驱动组件带动圆环转动，使托板以合适的角度伸入打印头的下方，便于设备悬空打印。
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是本发明的基于物联网的防凹陷和翘边的智能型3D打印机的结构示意图；
图2是本发明的基于物联网的防凹陷和翘边的智能型3D打印机的打印机构的结构示意图；
图3是本发明的基于物联网的防凹陷和翘边的智能型3D打印机的圆环的俯视图；
图4是本发明的基于物联网的防凹陷和翘边的智能型3D打印机的支撑机构的结构示意图；
图5是本发明的基于物联网的防凹陷和翘边的智能型3D打印机的导气室的结构示意图；
图中：1.控制器，2.打印台，3.升降台，4.顶板，5.材料盘，6.送丝管，7.平移板，8.打印头，9.圆环，10.托板，11.第一电机，12.齿轮，13.预热管，14.进气管，15.出气罩，16.导气室，17.吸热块，18.电热丝，19.第二电机，20.第一连杆，21.第二连杆，22.滑杆，23.滑环，24.第三电机，25.第三驱动轴，26.套管，27.固定环，28.固定杆，29.气缸，30.气泵，31.活塞，32.吊杆，33.第四电机，34.第四驱动轴，35.扇叶，36.固定管，37.温度传感器，38.加固杆，39.距离传感器。
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所示，一种基于物联网的防凹陷和翘边的智能型3D打印机，包括控制器1、打印台2、升降台3、打印机构、顶板4、材料盘5、送丝管6和两个升降机构，所述打印台2固定在控制器1的上方，两个升降机构分别位于打印台2的两侧，所述升降台3位于打印台2的上方，所述打印机构位于升降台3和打印台2之间，所述顶板4架设在两个升降机构上，所述材料盘5位于顶板4的上方，所述材料盘5通过送丝管6与打印机构连接，所述控制器1内设有PLC和天线，所述天线与PLC电连接；
该3D打印机中，通过控制器1可连接外部电脑，便于设置打印程序，同时控制器1内的天线可用于收发无线信号，便于用户与设备连接，方便用户及时了解打印状况。该3D打印机运行时，由顶板4上方的材料盘5通过送丝管6向打印机构输送打印材料，利用打印机构进行打印，升降机构可带动升降板进行升降，从而控制打印头8升降，便于实现逐层打印，从而完成3D打印工作。
如图2-3所示，所述打印机构包括平移板7、打印头8、预热机构和支撑机构，所述平移板7固定在升降台3的下方，所述打印头8固定在平移板7的下方，所述打印头8与送丝管6连接；
所述支撑机构包括圆环9、伸缩组件、平移组件、托板10和若干驱动组件，所述驱动组件周向均匀分布在圆环9的内侧，所述驱动组件包括第一电机11和齿轮12，所述第一电机11固定在平移板7的下方，所述第一电机11与PLC电连接，所述第一电机11与齿轮12传动连接，所述圆环9的内侧设有若干从动齿，所述从动齿周向均匀分布在圆环9的内侧，所述从动齿与齿轮12啮合，所述平移组件位于伸缩组件的下方，所述托板10位于平移组件的靠近打印头8的一侧；
打印机构内，通过平移板7与升降板固定连接，在升降板内设有平面移动的装置，可打动平移板7进行平面移动，进而带动打印头8进行平面移动，从而实现打印头8的单层打印功能。在打印头8的一侧，通过预热机构对打印头8的下方进行遇热，从而减小打印头8内部与外部的温差，防止翘边的现象，同时当打印头8进行悬空打印时，利用支撑机构中驱动组件内的第一电机11启动，带动齿轮12旋转，使齿轮12通过从动齿作用在圆环9上，使下方的伸缩组件的位置改变，而后伸缩组件带动平移组件向下移动，利用平移组件将托板10移动至打印头8的下方，便于打印的材料在托板10的上方凝固与其他成型的材料固定连接，防止悬空下垂，即凹陷。
如图2和图5所示，所述预热机构包括预热管13、进气管14、出气罩15、导气室16和若干吸热块17，所述预热管13缠绕在打印头8上，所述预热管13沿着打印头8的轴线螺旋向上，所述吸热块17均匀分布在打印头8上，所述吸热块17套设在预热管13上，所述进气管14的一端与导气室16连通，所述进气管14的另一端与导气室16的上方连通，所述出气罩15与导气室16的下方连通；
所述导气室16内设有导气组件和电热丝18，所述电热丝18的两端分别固定在导气室16的两侧的内壁上，所述电热丝18与PLC电连接。
预热机构内，吸热块17固定在打印头8上，吸收打印头8外部的热量，同时用以固定预热管13的位置，当导气室16内的导气组件运行时，导气组件将外部的气流通过预热管13和进气管14进入导气室16内，空气通过预热管13时，由于吸热块17的温度高度预热管13，使吸热块17对预热管13内的空气进行预热，而后在导气室16内，PLC控制给电热丝18通电，使电热丝18产生热量，对空气进行二次加热后，加热后的空气通过出气罩15排出，从而减小了打印头8外部与打印头8内部的温差，减小了翘边现象的发生。
如图1所示，所述升降机构包括第二电机19、第一连杆20、第二连杆21、滑杆22和滑环23，所述第二电机19固定在处理器的上方，所述第二电机19与PLC电连接，所述滑杆22的底端和顶端分别与第二电机19和顶板4固定连接，所述滑环23套设在滑杆22上，所述滑环23与升降台3固定连接，所述第二电机19与第一连杆20传动连接，所述第一连杆20通过第二连杆21与滑环23铰接。
PLC控制第二电机19启动，带动第一连杆20转动，使第二连杆21带动滑环23在位置固定的滑杆22上滑动，进而实现了升降台3的升降。
如图4所示，所述伸缩组件包括第三电机24、第三驱动轴25和套管26，所述第三电机24固定在圆环9的下方，所述第三电机24与PLC电连接，所述第三电机24与第三驱动轴25的顶端传动连接，所述套管26套设在第三驱动轴25的底端，所述套管26与平移组件连接，所述套管26的与第三驱动轴25的连接处设有与第三驱动轴25匹配的螺纹。
PLC控制第三电机24启动，带动第三驱动轴25旋转，使第三驱动轴25通过螺纹作用在套管26上，使套管26沿着第三驱动轴25的轴线进行升降，进而带动平移组件升降。
作为优选，为了保证套管26的平稳移动，所述套管26的两侧均设有固定环27和固定杆28，所述固定杆28固定在圆环9的下方，所述固定环27固定在套管26上，所述固定环27套设在固定杆28上。固定杆28的位置相对于圆环9固定，使得固定环27沿着固定杆28的轴线进行移动，防止第三驱动轴25旋转时，带动套管26旋转，进而保证了套管26的平稳移动。
如图4所示，所述平移组件包括气缸29、气泵30、活塞31和吊杆32，所述气缸29固定在套管26的底端，所述气泵30固定在气缸29上，所述气泵30与气缸29连通，所述气泵30与PLC电连接，所述活塞31的一端设置在气缸29内，所述活塞31的另一端通过吊杆32与托板10固定连接。
PLC控制气泵30启动，改变气缸29中的气压，从而使活塞31发生相应的移动，当套管26向下移动后，活塞31通过吊杆32带动托板10移动，使托板10移动至打印头8的下方，防止悬空打印时发生凹陷的现象。
如图5所示，所述导气组件包括第四电机33、第四驱动轴34和两个导气单元，所述第四电机33固定在导气室16的内壁上，所述第四电机33与PLC电连接，所述第四电机33与第四驱动轴34的顶端传动连接，两个导气单元分别位于第四驱动轴34的两侧，所述导气单元包括若干扇叶35，所述扇叶35从上而下均匀分布在第四驱动轴34上。
PLC控制第四电机33启动，带动第四驱动轴34转动，使扇叶35保持旋转的状态，产生气流，气流将外部的空气依次通过预热管13和进气管14进入导气室16内，再将空气从出气罩15排出。
作为优选，为了实现第四驱动轴34的平稳旋转，所述导气组件还包括固定管36，所述固定管36固定在导气室16的内壁上，所述固定管36套设在第四驱动轴34的底端。固定管36的位置固定，使得第四驱动轴34以固定的轴线进行旋转，从而保证了第四驱动轴34的平稳旋转。
作为优选，为了便于检测进入导气室16内的空气温度，所述导气室16内设有温度传感器37，所述温度传感器37与PLC电连接。利用温度传感器37检测通入导气室16内的空气温度，并将温度数据反馈给PLC，使PLC根据空气的温度调节电热丝18的温度，进而改变电热丝18的加热能力。
作为优选，为了进一步加固打印头8与导气室16之间的连接，所述导气室16和打印头8之间设有加固杆38，所述加固杆38的两端分别与导气室16和打印头8固定连接。
作为优选，为了便于检测打印头8是否进行悬空打印，所述加固杆38的下方设有距离传感器39，所述距离传感器39与PLC电连接。利用距离传感器39检测打印头8与下方的障碍物距离，并将距离数据反馈给PLC，使PLC根据距离数据确定打印头8是否进行悬空打印操作。当距离过大时，表示此时打印头8的下方无支撑，PLC控制支撑机构运行对悬空部位进行支撑，防止打印的产品产生凹陷。
该3D打印机在打印时，通过导气室16内的导气组件将外部的空气从预热管13和进气管14抽入导气室16内，利用吸热块17吸收打印头8的热量后，对预热管13中的空气进行加热，再由电热丝18进行二次加热，使出气罩15喷出热空气，减小打印头8的内部和外部的温度之差，防止翘边，不仅如此，在进行悬空打印时，通过驱动组件带动圆环9转动，调节支撑方向，并通过伸缩组件带动平移组件向下移动，由平移组件带动托板10移动至打印头8的下方，对打印头8的打印材料进行辅助支撑，防止发生凹陷现象，从而提供了样品的打印精度。
与现有技术相比，该基于物联网的防凹陷和翘边的智能型3D打印机通过预热机构使出气罩15对打印头8的下方喷出热空气，从而减小打印头8的内外温差，防止打印出现翘边现象，与现有的预热机构相比，该预热机构利用喷头的热量进行加热，使加热的功耗缩小，不仅如此，通过支撑机构将托板10移动至打印头8的下方，便于悬空打印，防止凹陷，从而提高了样品的打印精度和设备的实用性。与现有的支撑机构相比，该支撑机构结构灵活，可通过驱动组件带动圆环9转动，使托板10以合适的角度伸入打印头8的下方，便于设备悬空打印。
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)

1.一种基于物联网的防凹陷和翘边的智能型3D打印机，其特征在于，包括控制器(1)、打印台(2)、升降台(3)、打印机构、顶板(4)、材料盘(5)、送丝管(6)和两个升降机构，所述打印台(2)固定在控制器(1)的上方，两个升降机构分别位于打印台(2)的两侧，所述升降台(3)位于打印台(2)的上方，所述打印机构位于升降台(3)和打印台(2)之间，所述顶板(4)架设在两个升降机构上，所述材料盘(5)位于顶板(4)的上方，所述材料盘(5)通过送丝管(6)与打印机构连接，所述控制器(1)内设有PLC和天线，所述天线与PLC电连接；
所述打印机构包括平移板(7)、打印头(8)、预热机构和支撑机构，所述平移板(7)固定在升降台(3)的下方，所述打印头(8)固定在平移板(7)的下方，所述打印头(8)与送丝管(6)连接；
所述支撑机构包括圆环(9)、伸缩组件、平移组件、托板(10)和若干驱动组件，所述驱动组件周向均匀分布在圆环(9)的内侧，所述驱动组件包括第一电机(11)和齿轮(12)，所述第一电机(11)固定在平移板(7)的下方，所述第一电机(11)与PLC电连接，所述第一电机(11)与齿轮(12)传动连接，所述圆环(9)的内侧设有若干从动齿，所述从动齿周向均匀分布在圆环(9)的内侧，所述从动齿与齿轮(12)啮合，所述平移组件位于伸缩组件的下方，所述托板(10)位于平移组件的靠近打印头(8)的一侧；
所述预热机构包括预热管(13)、进气管(14)、出气罩(15)、导气室(16)和若干吸热块(17)，所述预热管(13)缠绕在打印头(8)上，所述预热管(13)沿着打印头(8)的轴线螺旋向上，所述吸热块(17)均匀分布在打印头(8)上，所述吸热块(17)套设在预热管(13)上，所述进气管(14)的一端与导气室(16)连通，所述进气管(14)的另一端与导气室(16)的上方连通，所述出气罩(15)与导气室(16)的下方连通；
所述导气室(16)内设有导气组件和电热丝(18)，所述电热丝(18)的两端分别固定在导气室(16)的两侧的内壁上，所述电热丝(18)与PLC电连接。
2.如权利要求1所述的基于物联网的防凹陷和翘边的智能型3D打印机，其特征在于，所述升降机构包括第二电机(19)、第一连杆(20)、第二连杆(21)、滑杆(22)和滑环(23)，所述第二电机(19)固定在处理器的上方，所述第二电机(19)与PLC电连接，所述滑杆(22)的底端和顶端分别与第二电机(19)和顶板(4)固定连接，所述滑环(23)套设在滑杆(22)上，所述滑环(23)与升降台(3)固定连接，所述第二电机(19)与第一连杆(20)传动连接，所述第一连杆(20)通过第二连杆(21)与滑环(23)铰接。
3.如权利要求1所述的基于物联网的防凹陷和翘边的智能型3D打印机，其特征在于，所述伸缩组件包括第三电机(24)、第三驱动轴(25)和套管(26)，所述第三电机(24)固定在圆环(9)的下方，所述第三电机(24)与PLC电连接，所述第三电机(24)与第三驱动轴(25)的顶端传动连接，所述套管(26)套设在第三驱动轴(25)的底端，所述套管(26)与平移组件连接，所述套管(26)的与第三驱动轴(25)的连接处设有与第三驱动轴(25)匹配的螺纹。
4.如权利要求3所述的基于物联网的防凹陷和翘边的智能型3D打印机，其特征在于，所述套管(26)的两侧均设有固定环(27)和固定杆(28)，所述固定杆(28)固定在圆环(9)的下方，所述固定环(27)固定在套管(26)上，所述固定环(27)套设在固定杆(28)上。
5.如权利要求3所述的基于物联网的防凹陷和翘边的智能型3D打印机，其特征在于，所述平移组件包括气缸(29)、气泵(30)、活塞(31)和吊杆(32)，所述气缸(29)固定在套管(26)的底端，所述气泵(30)固定在气缸(29)上，所述气泵(30)与气缸(29)连通，所述气泵(30)与PLC电连接，所述活塞(31)的一端设置在气缸(29)内，所述活塞(31)的另一端通过吊杆(32)与托板(10)固定连接。
6.如权利要求1所述的基于物联网的防凹陷和翘边的智能型3D打印机，其特征在于，所述导气组件包括第四电机(33)、第四驱动轴(34)和两个导气单元，所述第四电机(33)固定在导气室(16)的内壁上，所述第四电机(33)与PLC电连接，所述第四电机(33)与第四驱动轴(34)的顶端传动连接，两个导气单元分别位于第四驱动轴(34)的两侧，所述导气单元包括若干扇叶(35)，所述扇叶(35)从上而下均匀分布在第四驱动轴(34)上。
7.如权利要求6所述的基于物联网的防凹陷和翘边的智能型3D打印机，其特征在于，所述导气组件还包括固定管(36)，所述固定管(36)固定在导气室(16)的内壁上，所述固定管(36)套设在第四驱动轴(34)的底端。
8.如权利要求1所述的基于物联网的防凹陷和翘边的智能型3D打印机，其特征在于，所述导气室(16)内设有温度传感器(37)，所述温度传感器(37)与PLC电连接。
9.如权利要求1所述的基于物联网的防凹陷和翘边的智能型3D打印机，其特征在于，所述导气室(16)和打印头(8)之间设有加固杆(38)，所述加固杆(38)的两端分别与导气室(16)和打印头(8)固定连接。
10.如权利要求9所述的基于物联网的防凹陷和翘边的智能型3D打印机，其特征在于，所述加固杆(38)的下方设有距离传感器(39)，所述距离传感器(39)与PLC电连接。
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