CN110153424A - 一种3d打印设备用自动更换刀具装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种3D打印设备用自动更换刀具装置，包括夹持装置，夹持装置包括夹持框架，夹持框架的上部固定连接有刀盒，夹持框架内设有滑动导向装置，滑动导向装置包括框架本体，框架本体与夹持框架滑动连接，框架本体上下端面均设置有刀具通孔，框架本体内设置有调节推动杆，刀盒内的刀具通过刀具通孔进入框架本体内，并在调节推动杆的推动下，刀具被推动至刀具通孔处，刀具夹板分别固定在夹持框架和框架本体的底部，当夹持框架和框架本体发生相对位移时，刀具夹板实现松开或夹紧，刀具直接下落至刀具夹板处并被夹紧。本发明的自动更换刀具装置实现了刀具更换和安装的自动化操作，解决了人工更换刀具所存在的效率低、操作麻烦的问题。

Description

一种3D打印设备用自动更换刀具装置

技术领域

本发明涉及3D打印设备领域，特别涉及一种3D打印设备用自动更换刀具装置。

背景技术

3D打印技术自20世纪90年代诞生至今，随着打印介质的改变丰富、机械结构的多样性组合已使得这种以层叠打印为基础原理的增材制造技术不断应用在军事领域、医学领域、汽车领域等诸多方面，并且不断走进和改善人们的生活，而金属3D打印作为3D打印技术里的一大分支，其潜在技术应用将来也是3D打印产业一大支柱，其中以选择性激光烧结技术(Selective Laser Sintering,SLM)为代表的金属3D打印技术在成型件致密度、力学性能、加工材料类型多样化等方面上有着明显优点，它的原理是利用金属粉末在激光束的热作用下完全熔化并通过冷却固化最终实现材料的层层累加，影响其最终成品打印精度的因素有很多，例如激光功率、扫描路径、金属粉末质量等等，而每一层粉末平铺质量也是影响打印精度的要素之一，现阶段市面上通过改变刮刀材质、刮刀接触粉末面的外形、刮刀安装方式等手段已经使得铺粉质量大大提高，但是刮刀的磨损始终是打印过程中无法避免的一个问题，特别是当该问题导致在打印过程中需要更换刮刀时，会明显影响打印效率、加大时间成本。

中国实用新型专利(申请号为201820050828.1)提到了一种金属3D打印机舱内刮刀安装结构，通过设置特定的刮刀更换通道，可以在不改变舱内气氛系统的前提下实现手工更换刮刀的操作，但考虑到刮刀在工作过程中到达影响粉末表面层质量时临界磨损状态的不确定性，这就要求在发现粉层表面质量下降时3D打印机能迅速做出更换刮刀的操作，显然，人工操作是无法完成。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种3D打印设备用自动更换刀具装置，以实现在不改变打印室内气氛环境的前提下由机器自动完成已磨损刀具的快速更换，提高打印过程的自动化，克服人工更换所存在的不足。

本发明采用的技术方案如下：一种3D打印设备用自动更换刀具装置，包括夹持装置和刀具夹板，其特征在于，所述夹持装置设置在打印舱室内，通过驱动装置提供移动动力，所述夹持装置包括具有框架结构的夹持框架，所述夹持框架的上部固定连接有用于提供刀具的刀盒，夹持框架内设有滑动导向装置，所述滑动导向装置包括具有中空结构的框架本体，所述框架本体的外侧边与夹持框架的内侧边滑动连接，所述框架本体的上下端面均设置有与中空结构接通的刀具通孔，所述刀具通孔不位于框架本体端面的中部且相互错开设置，框架本体的中空结构内设置有调节推动杆，所述调节推动杆与夹持框架固定连接，刀盒内的刀具通过框架本体上端面的刀具通孔进入框架本体的中空结构内，并在调节推动杆的推动下，框架本体中空结构内的刀具被推动至框架本体下端面的刀具通孔处然后离开框架本体，刀具夹板分别固定在夹持框架和框架本体的底部，当夹持框架和框架本体发生相对位移时，刀具夹板实现松开或夹紧，从框架本体出来的刀具直接下落至刀具夹板处并被夹紧。

进一步，为了使刀具能够顺利通过刀具通孔，所述框架本体具有刀具通孔的端面上设置有滑动导向结构，刀具通过滑动导向结构滑动至刀具通孔处直至通过刀具通孔。通过滑动导向结构的导向作用，能够使刀具顺利通过刀具通孔。

进一步，框架本体的侧面敞口形成侧面通孔，所述侧面通孔处固定连接有横向滑块，所述横向滑块突出于框架本体外，框架本体通过横向滑块与夹持框架的侧边滑动配合，横向滑块与所述侧面通孔的顶部之间留有间距形成侧面通道，所述调节推动杆穿过侧向通道并且能够沿侧面通道的走向自由滑动。

进一步，为了更好地实现夹持框架和框架本体之间存在相对位移，打印舱室的内壁设置有推杆，所述推杆的一端与打印舱室固定连接，其另一端可以穿过夹持框架并与横向滑块配合，所述推杆的长度方向与夹持框架的移动方向平行，当夹持框架带动框架本体一同朝推杆移动时，推杆穿过夹持框架与框架本体上的横向滑块接触配合，当夹持框架继续朝推杆移动时，框架本体受到推杆的限位作用不再移动，进而使夹持框架与框架本体之间产生相对位移。

进一步，为了使本发明框架本体和夹持框架之间能够更好地发生相对位移，夹持框架与框架本体滑动连接的侧边为滑动边，所述滑动边远离推杆的一端滑动连接有调节座，所述调节座与横向滑块相对，调节座与横向滑块之间设置有压簧，压簧的两端分别嵌入调节座和横向滑块内，所述压簧具有初始压缩量，以使横向滑块与调节座之间存在推力，当推杆与横向滑块接触配合并且夹持框架继续朝推杆移动时，所述压簧被压缩。

为了进一步使刀具顺利通过刀具通孔，所述框架本体下端面的滑动导向结构位于框架本体内，并且位于框架本体上端面刀具通孔的正下方，所述滑动导向结构包括若干个滑动导向块，若干个滑动导向块共同组成滑动导向结构，所述滑动导向块与框架本体固定连接，滑动导向块与刀具底部的滑槽相配合，以使刀具能够沿滑动导向块向刀具通孔处滑动。

为了保证刀具能在一瞬间通过刀具通孔，以防止刀具在刀具通孔处发生偏转和卡孔问题，所述滑动导向块的一端延伸至刀具通孔的上方，以使滑动导向块的一端悬于刀具通孔处形成末端导向部，刀具沿滑动导向块滑动至末端导向部时，在离开末端导向部的瞬间，刀具能够在不发生偏转的情况下通过刀具通孔。

进一步，所述打印舱室内设置有导轨，夹持装置通过连接结构与驱动装置传动连接，驱动装置驱动夹持装置沿打印舱室内的导轨移动。

为了更好地驱动本发明的自动更换刀具装置，所述驱动装置包括伺服电机，伺服电机通过轴联器与丝杠传动连接，所述导轨设置在丝杠的两侧并与丝杠平行，所述丝杠通过轴承支座固定在打印舱室的一侧，丝杠上套设有丝杠螺母，丝杠螺母与螺母座固定连接，螺母座的一侧固定连接有轴滑板，所述轴滑板横跨在导轨之间并通过导轨滑块与导轨滑动连接，轴滑板远离导轨的一侧通过夹持装置连接板与夹持装置的侧边固定连接，所述伺服电机通过丝杠带动轴滑板沿导轨滑动，进而带动夹持装置移动。

进一步，为了实现自动控制移动，所述调节座与框架本体相对的一面设置有直柄限位开关，所述直柄限位开关通过信号产生器和信号传输线与外部控制系统连接并实现信号传输，当框架本体与直柄限位开关接触时，直柄限位开关通过信号产生器将信号传输给外部控制系统。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明在不改变打印舱室内气氛环境的前提下可实现更换刀具的操作，大大提高了生产效率，也由于无需打开舱门更换刀具并重新营造气氛环境，使得生产成本得以降低；

2、在不增加额外动力源前提下，通过压簧储能释能过程可实现旧刀具释放、新刀具夹紧等一系列自动换刀动作，本发明的自动更换刀具装置主体结构简单有效，换刀过程高效快捷；

3、通过刀盒实现新刀具的存储放置，整体更换，本发明中刀具采用单排叠加方式放置于刀盒内腔，其存储量可根据舱室大小适当调整；

4、本发明实现了单个刀具更换和安装的自动化操作，解决了人工更换刀具所存在的效率低、速度慢、操作麻烦的问题。

附图说明

图1是本发明的一种3D打印设备用自动更换刀具装置三维结构示意图；

图2是本发明的自动更换刀具装置的驱动装置结构示意图；

图3是本发明的轴滑板与夹持装置连接的结构示意图；

图4是本发明夹持装置连接与夹持装置连接的结构示意图；

图5是本发明自动更换刀具装置剖视结构示意图；

图6是本发明夹持装置与滑动导向装置配合安装结构示意图；

图7是本发明夹持装置三维结构示意图；

图8是本发明滑动导向装置三维结构示意图；

图9是本发明夹持装置与滑动导向装置配合后剖视结构示意图；

图10是本发明所涉及的刀具(刮刀)三维结构示意图；

图11是本发明的刀盒三维结构示意图；

图12是本发明夹持装置横截面剖面结构示意图；

图13是本发明自动更换刀具装置退刀时的状态示意图；

图14是本发明自动更换刀具装置更换新刀后的状态示意图。

图中标记：1为夹持装置，101为夹持框架，102为滑动边，103为滑动导向装置滑槽，104为刀盒滑槽，105为调节推动杆，106为连接边，107为调节座，108为方槽，109、213为压簧沉孔，110为直柄限位开关，111为燕尾型限位块，2为滑动导向装置，201为框架本体，202为上端面，203为下端面，204为第一刀具通孔，205为第二刀具通孔，206为滑动导向结构，207为滑动导向块，208为末端导向部，209为侧面通孔，210为横向滑块，211为侧面通道，212为推杆沉孔，3为压簧，4为驱动装置，401为伺服电机，402为丝杠，403为丝杠螺母，404为螺母座，405为轴承支座，406为联轴器，5为刀具，501为滑槽部分，6为打印舱室，7为推杆，8为导轨，801为轴滑板，802为导轨滑块，803为刀具转接板，804为夹持装置连接板，9为第一刀具夹板，10为第二刀具夹板，11为刀盒，1101为刀盒主体，1102为把手，1103为短十字手柄，1104为观察孔，1105为燕尾型导轨。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1和图2所示，一种3D打印设备用自动更换刀具装置，包括夹持装置1、滑动导向装置2、刀盒11和驱动装置4，所述驱动装置4通过导轨8滑动连接在打印舱室6上，以图1和图2为例，驱动装置4包括伺服电机401，伺服电机401固定设置在打印舱室6的右侧外壁上，伺服电机401的电机轴通过联轴器406将动力传递给丝杠402，丝杠402穿过丝杠螺母403，丝杠螺母403上固定有螺母座404，丝杠402通过轴承支座405固定在打印舱室6一侧的内壁上，丝杠的上下侧分别平行设置有导轨8，导轨8位于轴承支座405的外侧，并固定于打印舱室6的内壁上，导轨8之间设置有轴滑板801，轴滑板801横跨在导轨8之间，轴滑板801通过导轨滑块802与导轨8滑动连接，导轨滑块802套设在导轨8上，螺母座404的一侧与轴滑板801固定连接，轴滑板801可在导轨8上自由滑动。伺服电机401通过丝杠402将旋转运动转换为线性运动，在丝杠402的运动作用下，由于丝杠402的螺母座404与轴滑板801固定连接，丝杠402带动轴滑板801沿着导轨8做线性运动，由此实现对轴滑板801的驱动。当然，上述只是具体介绍了一种驱动装置的结构，作为可替换的技术手段，上述的驱动装置也可以通过其他驱动结构来替换，例如，可以由传统液压驱动或气压驱动，只要能够实现轴滑板801在导轨8上来回滑动即可。

进一步地，所述轴滑板801的另一侧(即远离导轨8的一侧)固定连接有刀具转接板803，刀具转接板803的一侧与轴滑板801贴合固定，其另一侧固定连接有夹持装置连接板804，夹持装置1通过夹持装置连接板804与刀具转接板803固定连接，所述夹持装置连接板804具有类三角形框架结构，如图3-5所示，夹持装置连接板804的一侧边与刀具转接板803贴合固定，夹持装置连接板804上远离该侧边的尖角部分通过连接板(图中未标出)与夹持装置1固定连接，由此在夹持装置连接板804内形成具有一定空间的类三角形空腔，这样的设置不仅能够保证夹持装置连接板804的结构稳定性(夹持装置连接板804在为夹持装置1提供支撑时，其斜边和横向边不易弯曲变形)，还能有助于安装和调节工具伸入夹持装置连接板804内进行操作。

进一步地，所述夹持装置1包括具有框架结构的夹持框架101，如图6和图7所示，夹持框架101用于夹持滑动导向装置2，所述夹持框架101内至少一个内侧面上设置有滑槽或滑块，所述内侧面带有滑槽或滑块的侧边为滑动边102，滑动导向装置2至少一个侧面与所述滑动边102的滑槽或滑块滑动配合并实现夹持，滑动导向装置2能够沿所述滑动边102的长度方向自由滑动，所述夹持框架101通过夹持装置连接板804与驱动装置4固定连接，驱动装置4带动轴滑板801移动，进而带动夹持框架101沿所述滑动边102的长度方向移动。在图7的实施例中，夹持框架101为具有“C”形的框架结构，其呈对称的两个侧边内侧(即夹持框架101的左右两个侧边)均设置有滑动导向装置滑槽103(当然也可设置滑块)，而该侧边则成为滑动边102，其另一边则为连接边106，夹持框架101通过该滑动边102与滑动导向装置2滑动连接，夹持装置连接板804的尖角部分与一个滑动边102的外侧固定连接(即与夹持框架101右侧的滑动边102固定连接)。进一步，至少一个滑动边102的上端面上设置有滑槽或滑块，刀盒11通过的该滑动边102上端面的滑槽或滑块与夹持框架101滑动连接，刀盒11能够沿该滑动边102的长度方向滑动，如在图11中，滑动边102的上端面上均设置有刀盒滑槽104(当然也可设置滑块)，刀盒11通过刀盒滑槽104与夹持框架101滑动连接。

进一步地，如图8和图9所示，所述滑动导向装置2包括具有中空结构的框架本体201，框架本体201的端面上开孔形成用于刀具5通过的刀具通孔，所述刀具通孔分别设置在对称的端面上，且刀具通孔不位于端面的中部，对称端面上的刀具通孔错开设置，以使刀具通孔不相互正对，刀具通孔接通框架本体201的中空腔，在图8的实施例中，框架本体201的上端面202和下端面203上分别设置有第一刀具通孔204和第二刀具通孔205，第一刀具通孔204设置在上端面202的左侧(以面对图8的视角来判断)，第二刀具通孔205设置在下端面203的右侧，第一刀具通孔204和第二刀具通孔205错开设置，其宽度和长度均与刀具5的宽度和长度相匹配，框架本体201的中空腔的高度与刀具5的高度相匹配，即高度相同。框架本体201的上端面202和下端面203上都设置有滑动导向结构206，刀具5(即刮刀)通过滑动导向结构206滑动至刀具通孔处直至通过刀具通孔。

进一步地，滑动导向结构206与刀具的底部相配合滑动，滑动导向结构206可以由若干个滑动导向块207组成，当然，滑动导向结构206还可以由其他结构组成，例如可以由滑槽、滑轨等结构组成，当滑动导向结构206由若干个滑动导向块207组成时，例如在图8的实施例中，其可以由一对滑动导向块207组成，滑动导向块207可以为长条矩形结构或者其他凸形结构，滑动导向块207固定设置在框架本体201上且与刀具通孔垂直设置，框架本体201的下端面203的滑动导向块207位于框架本体201内，为了便于更好地固定住刀具5，滑动导向块207位于刀具通孔的短边端处，当刀具5的底部与滑动导向块207配合时，刀具5的长边方向被滑动导向块207限制住，进而使刀具5只能沿滑动导向块207的长边方向滑动，进而使其不易发生偏转。

为了便于刀具5落在下端面203上的滑动导向块207时，能够与其恰好卡合并滑动配合，第二刀具通孔205旁边的滑动导向块207位于第一刀具通孔204的正下方，当刀具5通过第一刀具通孔204时，其恰好落在滑动导向块207上，然后在驱动作用下，刀具5通过该滑动导向块207滑动至第二刀具通孔205处，进而顺利通过第二刀具通孔205。

为了保证刀具5能在一瞬间通过刀具通孔，以防止刀具5在刀具通孔处发生偏转和卡孔问题，滑动导向块207的一端延伸至刀具通孔的上方，以使滑动导向块207的一端悬于刀具通孔处形成末端导向部208，如图8和图9所示，刀具5沿滑动导向块207滑动至末端导向部208时，在离开末端导向部208的瞬间，刀具5能够在不发生偏转的情况下通过刀具通孔，进而避免了出现偏转和卡孔的问题。进一步地，本发明所指的刀具5,其具体可以为3D打印设备用的刮刀，如图10所示，图10示出了一种常用的刮刀结构，当然刮刀还可以具有其他结构类型，其对本发明的实施并无实质影响，对于图10中的刮刀结构，其截面为“T”型与“v”组合而成，下部分“v”型外侧为弧状，便于旧刮刀释放，“v”型两端与所述第一刀具夹板9和第二刀具夹板10内侧相契合，如图9所示，保证刮刀(即刀具5)工作时不发生偏移，所述刀具5端面的两侧设置有滑槽部分501，其用于与滑动导向块207配合，以便于刮刀实现相对横向平移，刀具5的滑槽部分501设置在刀具5端面的中间位置，并且突出于刀具5的两端，由于刀具通孔的形状和尺寸与刀具5相匹配，因此，末端导向部208悬于刀具通孔处的长度为刀具5宽度尺寸的一半，当刀具5沿滑动导向块207滑动至刀具通孔处时，由于末端导向部208的存在，刀具5并不会马上掉落，其而是继续沿末端导向部208的长度继续滑行，直至刀具5的滑槽部分501与末端导向部208脱离，此时，刀具5正好位于刀具通孔的正上方，并与其一一对齐，刀具5直接垂直落下而不会发生偏转和卡孔问题，进而确保刀具5能够与下一个滑动导向结构恰好卡合并滑动配合。

进一步地，框架本体201的侧面敞口形成侧面通孔209，如图9所示，所述侧面通孔209处固定连接有横向滑块210，所述横向滑块210突出于框架本体201外，横向滑块210的外侧面为燕尾凸缘结构，所述滑动导向装置滑槽103为燕尾槽结构，横向滑块210通过其外侧的燕尾凸缘结构与滑动导向装置滑槽103实现滑动配合，进而使滑动导向装置2被夹持在夹持装置1的内部，即夹持装置1的夹持框架101包裹并夹持住滑动导向装置2的框架本体201。

在本发明的一个实施例中，为了便于驱动机构进入框架本体201内驱动刀具5移动，所述横向滑块210与所述侧面通孔209的顶部之间留有间距形成侧面通道211，如图5、图7和图9所示，所述侧向通道211用于容纳调节推动杆105，所述调节推动杆105设置在滑动边102的内侧，如图7所示，调节推动杆105设置在滑动导向装置滑槽103的上方，调节推动杆105的一端贯穿滑动边102并露出滑动边102外侧外形成推动杆调节部(即十字手柄)，调节推动杆105的另一端伸入滑动导向装置2的中空腔内，即伸入框架本体201的中空腔内，所述调节推动杆105能够沿侧面通道211的走向自由滑动，调节推动杆105用于推动框架本体201内的刀具5沿滑动导向块207向刀具通孔处滑动。也即是说，当框架本体201与夹持框架101之间发生相对位移时，调节推动杆105就能沿侧面通道211运动，当刀具5位于调节推动杆105的右侧时，则调节推动杆105在向右移动时，就能推动刀具5向右移动，进而使刀具5向第二刀具通孔205靠拢，直至落入第二刀具通孔205内。

在本发明的一个实施例中，所述夹持框架101的下方固定连接有第一刀具夹板9，所述框架本体201的底部固定连接有第二刀具夹板10，所述第一刀具夹板9与第二刀具夹板10组合形成刀具夹板，如图9所示，所述刀具夹板用于夹持刀具5，进一步，第一刀具夹板9设置在夹持框架101的连接边106的下方，第二刀具夹板10位于第二刀具通孔205的下方。

进一步地，如图11所示，所述刀盒11包括具有中空形状的刀盒主体1101，刀盒主体1101内采用单排叠加方式存放有刀具5，所述刀盒主体1101外形可以为长方体型，当然其还可以为其他形状，例如矩形、半弧形等，刀盒主体1101的内腔中带有滑槽口(图中未标出)，起导向及刀具姿态限制的作用，所述刀盒11的一个侧面带有一把手1102，以便于更换刀盒11时实现推拉动作，该侧面还带有一对短十字手柄1103，当刀盒11安装到位后将所述短十字手柄1103旋出，刀盒11底部畅通，新刀具落下，新刀具底部将与框架本体201的上端面202右侧相接触，通过刀盒11外侧观察孔1104可观察刀盒11最下层刀具状态，所述刀盒11下端分布有一对导轨或滑槽，在图11的示例中，刀盒11下端为一对燕尾型导轨1105，则夹持框架101的滑动边102上端面则为燕尾型刀盒滑槽104，如图7所示，燕尾型导轨1105与刀盒滑槽104滑动配合，在刀盒滑槽104内还设置有燕尾型限位块111，当刀盒11通过燕尾型导轨1105与刀盒滑槽104滑动配合后，通过燕尾型限位块111将刀盒11位置固定，以限制其滑动。

在上述中，刀盒11与夹持装置1的上部固定连接，滑动导向装置2滑动连接在夹持装置1内，夹持装置1通过夹持装置连接板804与刀具转接板803固定连接，当驱动装置驱动轴滑板沿导轨8移动时，夹持装置1带动刀盒11和滑动导向装置2同步移动，为了使夹持装置1与滑动导向装置2之间产生相对位移，以便于刀盒内的刀具能够进入刀具夹板之间，以更换旧刀具，在本发明的一个实施例中，打印舱室6的内壁上固定设置有推杆7，所述推杆7的一端与打印舱室6的内壁固定连接(即与打印舱室6左侧的内壁固定连接)，其另一端可以穿过夹持框架101的连接边106，如图12所示，连接边106上设置有用于推杆7通过的通孔(图中未标出)，滑动导向装置2的横向滑块210朝向推杆7的一面设置有推杆沉孔212，推杆沉孔212用于容纳推杆7伸入连接边106的端部，即是说，当夹持装置1向推杆7方向移动时(即向左移动)，刀盒11和滑动导向装置2也向推杆7方向同步移动，当越来越靠近推杆7时，推杆7穿过夹持框架101的连接边106，并通过推杆沉孔212插入横向滑块210内，此时，滑动导向装置2由于受到推杆7的阻挡作用而无法继续向推杆7方向移动，夹持装置1由于未受到推杆7的阻挡作用，其继续向靠近推杆7的方向移动，并同时带动刀盒11同步移动，进而使夹持装置1、刀盒11与滑动导向装置2之间产生相对位移：

对于刀盒11来说，在存在相对位移情况下，刀盒11下部的刀具5沿框架本体201上端面的滑动导向块207向左滑动至第一刀具通孔处，直至刀具5下落并与下端面203上的滑动导向块207滑动配合为止；

对于夹持框架101来说，由于夹持框架101与框架本体201滑动连接，夹持框架101的滑动边102内侧的调节推动杆105沿侧面通道211向左移动，直至刀具5下落至下端面203上的滑动导向块207为止，此时调节推动杆105位于刀具5的左侧；

对于刀具夹板来说，与夹持框架101固定连接的第一刀具夹板9向左继续移动，直至夹持框架101停止移动为止，与框架本体201固定连接的第二刀具夹板10来说，其由于框架本体201被限制移动而保持不动，进而使第一刀具夹板9与第二刀具夹板10之间的间距被拉大，故使原本夹持在第一刀具夹板9与第二刀具夹板10之间的旧刀具脱离束缚而落下，由此完成刀具夹板的退刀操作。

进一步，再通过反转伺服电机401，使驱动装置4驱动轴滑板801向远离推板7的方向移动(即朝右移动)，此时，为了继续保持滑动导向装置2相对不动，横向滑块210远离推杆7的一面设置有压簧沉孔213，压簧沉孔213与推杆沉孔212相互之间不连通，并且优选两者之间同轴设置，以保证横向滑块210在滑动过程中的稳定性，夹持框架101的滑动边102的悬臂端处设置有调节座107，如图7所示，调节座107与滑动边102悬臂端的内侧面滑动连接，具体地说，调节座107可以为长方体结构，调节座107与滑动边102悬臂端的内侧面贴合的面上设置有滑块，其对立面上设置有螺钉(图中未标出)，螺钉贯穿调节座107，滑动边102悬臂端的内侧面设置有用于滑块滑动的方槽108，调节座107通过滑块与方槽滑动配合实现与滑动边102滑动连接，方槽108可以设置为一条，也可以设置多条，如图7中，滑动边102内的滑动导向装置滑槽103的上下方均设置有方槽108，方槽108内设置有方型限位块(图中未标出)，方型限位块通过与调节座107上的螺钉的配合作用来限制调节座107在方槽上的位置和滑动。进一步，调节座107与横向滑块201相对的一面也设置有压簧沉孔109，并且压簧沉孔109与压簧沉孔213同轴设置，压簧3的两端分别伸入压簧沉孔109和压簧沉孔213内，通过控制调节座107与横向滑块210之间的距离来调节压簧3的初始压缩量，使滑动导向装置2初始状态下就具有向夹持框架101的连接边106滑动的趋势，进而给分别位于夹持框架101和框架本体201的下部的第一刀具夹板9和第二刀具夹板10赋予初始预紧力，保证刀具夹板能够紧紧夹住刀具5，由此保证刀具5在正常工作时不发生偏移和松动，确保刀具5工作的稳定性。进一步，由于存在压簧3，之前刀盒11和夹持装置1向左移动而滑动导向装置2受到推杆12的限位作用而相对不动时，压簧3受到压缩而储存弹性能量，而当刀盒11和夹持装置1向右移动时，压簧3释放弹性势能而使滑动导向装置2受到向左的弹力，进而使滑动导向装置2不能同时跟刀盒11和夹持装置1一同向右移动而保持其位置相对不动，此时：

对于刀盒11来说，刀盒11下部的刀具5沿框架本体201上端面的滑动导向块207向右滑动并远离第一刀具通孔204，由此完成新刀具5的供给；

对于夹持框架101来说，夹持框架101的滑动边102内侧的调节推动杆105沿侧面通道211向右移动，新刀具5由于与下端面203上的滑动导向块207滑动配合，在调节推动杆105的推动下，新刀具5沿下端面203上的滑动导向块207向右滑动，直至新刀具5滑动至第二刀具通孔205处下落为止；

对于刀具夹板来说，与夹持框架101固定连接的第一刀具夹板9向右移动，由于框架本体201继续被限制移动而保持不动，进而使第一刀具夹板9与第二刀具夹板10之间的间距又被逐渐缩小，通过第二刀具通孔205下落的新刀具5下落至第一刀具夹板9与第二刀具夹板10之间并被束缚住，随着第一刀具夹板9的继续移动而使新刀具5被刀具夹板紧紧夹住，由此完成刀具夹板安装新刀具的操作。

进一步地，当滑动导向装置2与刀盒11和夹持装置1之间发生相对位移时，为了便于控制彼此之间的相对位移，以便于外部控制装置自动控制刀盒11、夹持装置1和滑动导向装置2的移动，调节座107的压簧沉孔109的上方设置有直柄限位开关110，如图7所示，当夹持装置1相对于滑动导向装置2向左移动时，调节座107与滑动导向装置2的框架本体201之间的间距不断缩小，直至产生接触而触发设置在调节座107上的直柄限位开关110，直柄限位开关110被触发后，通过信号产生器产生信号并由信号传输线路传递给外部控制系统(即采用传统的触点控制系统)，外部控制系统接收信号后作出反馈信号，使刀盒11和夹持装置1停止向左移动，同时传输信号给伺服电机401，使伺服电机401反转，刀盒11和夹持装置1反向并向右移动，当然，对于如何控制彼此之间的相对位移的问题，可不采用上述传统的触点控制系统，其也可以通过传统红外线控制系统来解决，只要能解决该问题即可。

本发明的3D打印设备用自动更换刀具装置，其工作原理过程大致为：3D打印机运行开始前，将刀具5依次装入刀盒11内，通过刀盒11上的把手1102使刀盒11下燕尾型导轨1105与夹持装置1滑动边102上端面的刀盒滑槽104配合，并推至设定位置，通过燕尾型限位块111将刀盒11位置固定，随后将短十字手柄1103旋出，刀盒11底部畅通，新刀具5底部与夹持装置1上端面202的滑动导向块207相接触，完成舱内气氛环境营造后，进行正常打印过程，这时横向行程范围在供粉口、成型口、粉末收集口之间，当机器判断需要更换旧刀具时，在完成向左铺粉并在横向运动模组作用下向右回程时，依次经过成型口、供粉口和旧刮刀收集口，到达设定位后，推杆7通过夹持装置的夹持框架101连接边106的圆孔作用于横向滑块210左侧推杆沉孔212，夹持装置1和刀盒11继续左移，处于初始压缩状态的压簧3被进一步压缩，其中初始压缩状态可通过调节座107调节，该压缩状态须保证刮刀在正常工作时不发生偏移，这时第一刀具夹板9和第二刀具夹板10逐渐分开，旧刮刀由于特殊的截面设计会轻易落入刮刀收集口中，如图13所示，夹持装置1和刀盒11继续左移，直到直柄限位开关110被触发时停止运动，此时滑动导向装置2的第一刀具通孔204与刀盒11连通，新刀具5落入框架本体201的中空腔内，且新刀具5的滑槽部分501恰好与下端面203上的一对滑动导向块207相配合，触发直柄限位开关110后，信号被返回给伺服电机401的控制端，伺服电机401反转，通过驱动装置驱动使得夹持装置1和刀盒11一同右移，此时压簧3开始逐渐释放形变能，推动滑动导向装置2相对左移，但由于调节推动杆105的限制作用，落入框架本体201中空腔内的新刀具5无法一同左移，在调节推动杆105的推动下，新刀具5落入第一刀具夹板9和第二刀具夹板10之间，如图14所示，此时推杆7还未完全退出，当夹持装置1和刀盒11继续右移时，最终第一刀具夹板9和第二刀具夹板10将新刀具5完全夹紧，压簧3回到初始压缩状态，主体装置继续右移，依次经过供粉口、成型口，开始更换完新刀具5后的第一次打印。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种3D打印设备用自动更换刀具装置，包括夹持装置和刀具夹板，其特征在于，所述夹持装置设置在打印舱室内，通过驱动装置提供移动动力，所述夹持装置包括具有框架结构的夹持框架，所述夹持框架的上部固定连接有用于提供刀具的刀盒，夹持框架内设有滑动导向装置，所述滑动导向装置包括具有中空结构的框架本体，所述框架本体的外侧边与夹持框架的内侧边滑动连接，所述框架本体的上下端面均设置有与中空结构接通的刀具通孔，所述刀具通孔不位于框架本体端面的中部且相互错开设置，框架本体的中空结构内设置有调节推动杆，所述调节推动杆与夹持框架固定连接，刀盒内的刀具通过框架本体上端面的刀具通孔进入框架本体的中空结构内，并在调节推动杆的推动下，框架本体中空结构内的刀具被推动至框架本体下端面的刀具通孔处然后离开框架本体，刀具夹板分别固定在夹持框架和框架本体的底部，当夹持框架和框架本体发生相对位移时，刀具夹板实现松开或夹紧，从框架本体出来的刀具直接下落至刀具夹板处并被夹紧。

2.如权利要求1所述的3D打印设备用自动更换刀具装置，其特征在于，所述框架本体具有刀具通孔的端面上设置有滑动导向结构，刀具通过滑动导向结构滑动至刀具通孔处直至通过刀具通孔。

3.如权利要求2所述的3D打印设备用自动更换刀具装置，其特征在于，框架本体的侧面敞口形成侧面通孔，所述侧面通孔处固定连接有横向滑块，所述横向滑块突出于框架本体外，框架本体通过横向滑块与夹持框架的侧边滑动配合，横向滑块与所述侧面通孔的顶部之间留有间距形成侧面通道，所述调节推动杆穿过侧向通道并且能够沿侧面通道的走向自由滑动。

4.如权利要求3所述的3D打印设备用自动更换刀具装置，其特征在于，打印舱室的内壁设置有推杆，所述推杆的一端与打印舱室固定连接，其另一端可以穿过夹持框架并与横向滑块配合，所述推杆的长度方向与夹持框架的移动方向平行，当夹持框架带动框架本体一同朝推杆移动时，推杆穿过夹持框架与框架本体上的横向滑块接触配合，当夹持框架继续朝推杆移动时，框架本体受到推杆的限位作用不再移动，进而使夹持框架与框架本体之间产生相对位移。

5.如权利要求4所述的3D打印设备用自动更换刀具装置，其特征在于，夹持框架与框架本体滑动连接的侧边为滑动边，所述滑动边远离推杆的一端滑动连接有调节座，所述调节座与横向滑块相对，调节座与横向滑块之间设置有压簧，压簧的两端分别嵌入调节座和横向滑块内，所述压簧具有初始压缩量，以使横向滑块与调节座之间存在推力，当推杆与横向滑块接触配合并且夹持框架继续朝推杆移动时，所述压簧被压缩。

6.如权利要求2-5之一所述的3D打印设备用自动更换刀具装置，其特征在于，所述框架本体下端面的滑动导向结构位于框架本体内，并且位于框架本体上端面刀具通孔的正下方，所述滑动导向结构包括若干个滑动导向块，若干个滑动导向块共同组成滑动导向结构，所述滑动导向块与框架本体固定连接，滑动导向块与刀具底部的滑槽相配合，以使刀具能够沿滑动导向块向刀具通孔处滑动。

7.如权利要求6所述的3D打印设备用自动更换刀具装置，其特征在于，所述滑动导向块的一端延伸至刀具通孔的上方，以使滑动导向块的一端悬于刀具通孔处形成末端导向部，刀具沿滑动导向块滑动至末端导向部时，在离开末端导向部的瞬间，刀具能够在不发生偏转的情况下通过刀具通孔。

8.如权利要求6所述的3D打印设备用自动更换刀具装置，其特征在于，所述打印舱室内设置有导轨，夹持装置通过连接结构与驱动装置传动连接，驱动装置驱动夹持装置沿打印舱室内的导轨移动。

9.如权利要求8所述的3D打印设备用自动更换刀具装置，其特征在于，所述驱动装置包括伺服电机，伺服电机通过轴联器与丝杠传动连接，所述导轨设置在丝杠的两侧并与丝杠平行，所述丝杠通过轴承支座固定在打印舱室的一侧，丝杠上套设有丝杠螺母，丝杠螺母与螺母座固定连接，螺母座的一侧固定连接有轴滑板，所述轴滑板横跨在导轨之间并通过导轨滑块与导轨滑动连接，轴滑板远离导轨的一侧通过夹持装置连接板与夹持装置的侧边固定连接，所述伺服电机通过丝杠带动轴滑板沿导轨滑动，进而带动夹持装置移动。

10.如权利要求9所述的3D打印设备用自动更换刀具装置，其特征在于，所述调节座与框架本体相对的一面设置有直柄限位开关，所述直柄限位开关通过信号产生器和信号传输线与外部控制系统连接并实现信号传输，当框架本体与直柄限位开关接触时，直柄限位开关通过信号产生器将信号传输给外部控制系统。