CN110341185A - 一种3d打印机自动上送粉装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于3D打印技术领域，具体涉及一种3D打印机自动上送粉装置。该自动上送粉装置包括粉箱、挡粉罩、支架、传动机构、L型板、偏心轴、密封垫、送粉机构、成型室、料位传感器和控制器。本发明通过设置偏心轴，当偏心轴作周期运动时，粉箱下侧周期性漏粉，不仅使漏粉量可控，并能简化结构；同时，通过设计料位传感器、控制器和送粉机构，能够实现送粉的自动化。

Description

一种3D打印机自动上送粉装置

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，具体涉及一种3D打印机自动上送粉装置。

背景技术

现有3D打印设备的送粉方式，多是采用活塞缸的形式予以实现的，在产品成形过程中，成形缸逐层下降，送粉缸逐层上升，直到打印工作完成。该方法的优点是结构相对简单，缺点是占用空间大，不能用于智能化生产线建设，打印过程缺粉时无法进行实时加粉，必须停机、停气来加粉，造成费时费力、浪费惰性气体，中断打印任务还有可能带来质量问题。

同时，现有的上供粉装置方案多采用粉箱内或粉箱下设置转轴的形式，通过在转轴表面加工槽，使粉料集于槽中，使转轴转动完成送粉，不仅结构复杂，还存在粉料容易从转轴外侧泄漏的问题；同时，多通过人工加粉，未实现送粉的自动化。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提出一种3D打印机自动上送粉装置，以解决如何实现送粉自动化的技术问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提出一种3D打印机自动上送粉装置，该上送粉装置包括粉箱、挡粉罩、支架、传动机构、L型板、偏心轴、密封垫、送粉机构、成型室、料位传感器和控制器；其中，

粉箱的顶部通过螺栓固连于成型室的顶板，粉箱的侧面通过支架固定于成型室的底板，粉箱的端面与L型板相连，粉箱的底部与挡粉罩相连，挡粉罩用于减少粉料由粉箱底下落时的飞扬现象；粉箱的底部设有方形孔，方形孔下表面设有圆弧槽，圆弧槽的轴线与偏心轴的中心轴的轴线重合，密封垫固定在圆弧槽底部，与圆弧槽为同一轴线；

传动机构包括电机、带轮组、转轴、轴承和挡圈；其中，电机固连于L型板上，电机的输出轴通过带轮组与转轴相连，转轴安装于轴承的内圈中，轴承安装于L型板的沉头孔中，并由挡圈进行轴向定位；偏心轴的第一端与转轴同轴线相连，偏心轴的第二端通过轴承连接于粉箱的底部焊接块中；

送粉机构包括下粉罐、送粉管、上粉罐、密封接头和负压泵；其中，上粉罐的第一端通过密封接头与成型室的顶板相连，并与粉箱保持贯通；上粉罐的第二端通过送粉管与下粉罐相连；上粉罐的第三端与负压泵相连，负压泵使下粉罐和上粉罐产生压差，使下粉罐中的粉料在大气压作用下，通过送粉管运动至上粉罐，进而进入粉箱中；

料位传感器固定于成型室的顶板上，传感器探头位于粉箱内，用于测量粉箱内粉料的高度；电机、料位传感器和负压泵均与控制器相连。

进一步地，电机的输出轴与带轮组中的第一带轮相连，第一带轮通过皮带与第二带轮相连，第二带轮固定在转轴上。

进一步地，第一带轮与第二带轮直径相等。

进一步地，偏心轴包括中心轴和薄壁管，中心轴和薄壁管的内壁相切固连；中心轴的一端为方形接头，并与转轴端面的方形槽同轴线相连，中心轴的另一端通过轴承连接于粉箱的底部，轴承通过挡圈实现轴向定位；薄壁管的轴线与中心轴的轴线平行且不重合。

进一步地，当料位传感器检测到粉箱内的粉料高度降至下极限位置时，控制器控制负压泵开启，使粉料由下粉罐经送粉管和上粉罐输送至粉箱中；当料位传感器检测到粉箱内的粉料高度升至上极限位置时，控制器控制负压泵关闭。

进一步地，支架在对称平面设有加强筋，与粉箱的连接板上设有直槽孔。

(三)有益效果

本发明提出的3D打印机自动上送粉装置，包括粉箱、挡粉罩、支架、传动机构、L型板、偏心轴、密封垫、送粉机构、成型室、料位传感器和控制器。本发明通过设置偏心轴，当偏心轴作周期运动时，粉箱下侧周期性漏粉，不仅使漏粉量可控，并能简化结构；同时，通过设计料位传感器、控制器和送粉机构，能够实现送粉的自动化。

本发明的具体有益效果为：

1、利用电机、带轮组和偏心轮作为传动机构，控制粉箱进行出粉，能避免漏粉现象，可提高送粉精度和降低维修次数；

2、利用中心轴和薄壁管组合为偏心轮，相较于实心偏心轮，更轻更节省材料，也更易于加工；

3、料位传感器设于粉箱顶板，其探头与粉料脱离接触，能提高探测精度，便于根据需求改变探测范围；

4、根据料位传感器的信号，控制器控制负压泵启动，实现自动上粉，降低人工上粉的难度。

附图说明

图1为本发明实施例3D打印机自动上送粉装置立体示意图；

图2为本发明实施例3D打印机自动上送粉装置侧视图；

图3为本发明实施例中传动机构轴侧图；

图4为本发明实施例中送粉机构轴侧图。

图中，1-粉箱；2-挡粉罩；3-支架；4-传动机构；5-L型板；6-偏心轴；7-密封垫；8-送粉机构；9-成型室；10-料位传感器；11-控制器；41-电机；42-带轮组；43-轴承；44-转轴；45-挡圈；61-中心轴；62-薄壁管；81-下粉罐；82-送粉管；83-密封接头；84-上粉罐；85-负压泵。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

本实施例提出一种3D打印机自动上送粉装置，其结构如图1和2所示。该上送粉装置包括粉箱1、挡粉罩2、支架3、传动机构4、L型板5、偏心轴6、密封垫7、送粉机构8、成型室9、料位传感器10和控制器11。其中，粉箱1为薄壁结构，顶部设有两排螺栓连接孔，并通过螺栓连接固定于成型室9的顶板上，同时，由于粉料颗粒极细，直径为0.02～0.06mm，能穿过各类空隙，在粉箱1与成型室9的顶板间设有密封垫7，以起到密封作用，避免粉料的泄露；粉箱1的后侧面为L形，角度优选为120°，通过支架3固定于成型室9的底板，能实现粉箱1的二次加固；粉箱1的端面与L型板5进行螺接；粉箱1的底部侧面与挡粉罩2进行螺栓连接，挡粉罩2为环绕粉箱1的U形板，挡粉罩2用于减少粉料由粉箱1底下落时的飞扬现象，避免粉料散落至成型室9其它精密结构中，能够改善成型室9的环境；粉箱1的底部设有方形孔，方形孔下表面设有等长的圆弧槽，圆弧槽的轴线与偏心轴6的中心轴61的轴线重合，密封垫7固定在圆弧槽底部，与圆弧槽为同一轴线。

如图3所示，传动机构4包括电机41、带轮组42、转轴44、轴承43和挡圈45，电机41垂直螺接于L型板5上，电机41的输出轴与带轮组42中的第一带轮相连，第一带轮通过皮带与第二带轮相连，第二带轮固定在转轴44上，转轴44安装于轴承43的内圈中，轴承43安装于L型板5的沉头孔中，轴承43由挡圈45进行轴向定位；转轴44的端面设有方形槽，电机41的输出轴轴线与转轴44的轴线平行，优选地，选择第一带轮与第二带轮直径相等，即传动比为1:1。

偏心轴6包括中心轴61和薄壁管62，中心轴61和薄壁管62的内壁相切固连，固连方式包括但不限于焊接，中心轴61的一端为方形接头，并与转轴44端面的方形槽同轴线相连，中心轴61的另一端通过轴承43连接于粉箱1的底部焊接块中，轴承43通过挡圈45实现轴向定位；薄壁管62的轴线与中心轴61的轴线平行且不重合。偏心轴6类似凸轮，但相较于实心凸轮，更轻更节省材料也更易于加工。

该装置的出料运动过程为：电机41通过带轮组42驱动转轴44转动，转轴44带动中心轴61转动，进而使薄壁管62转动，由于薄壁管62的轴线与中心轴61的轴线不重合，中心轴61的中心到薄壁管62的外表面各点的距离不同，当中心轴61的轴线和薄壁管62的轴线所在平面运动至竖直平面，且薄壁管62的轴线高于中心轴61的轴线时，薄壁管62与粉箱1底部的圆弧槽相切，此时，薄壁管62完全将粉箱1出料口遮挡，粉箱1内粉料无法从下漏，粉箱1的出料速度为0，如图2中放大图A所示；当中心轴61的轴线和薄壁管62的轴线所在平面运动至竖直平面，且薄壁管62的轴线低于中心轴61的轴线时，粉箱1的出料速度最快。

如图4所示，送粉机构8包括下粉罐81、送粉管82、上粉罐84、密封接头83和负压泵85，上粉罐84的第一端通过密封接头83与成型室9的顶板相连，并与粉箱1保持贯通，上粉罐84的第二端通过送粉管82与下粉罐81相连，下粉罐81放置在地面上，上粉罐84的第三端与负压泵85相连，两者中间可通过塑料管相连，负压泵85放置在设备外部机架上或地面上，负压泵85使下粉罐81和上粉罐84产生压差，使下粉罐81中的粉料在大气压作用下，通过送粉管82运动至上粉罐84，进而进入粉箱1中。

传统测量粉箱1内粉料高度的方式为：粉箱1侧面的顶部和底部各设一个电容传感器，电容传感器埋入粉料中，以检测粉料的上下极限位置，但电容传感器探头会附着残余粉料，会产生误报现象，同时，电容传感器通过螺栓连接固定在粉箱1上，螺纹孔密封性不佳，粉料易从螺纹孔泄露，本发明将料位传感器10选用超声波测距传感器，将其固定于成型室9的顶板上，探头在粉箱1内，能测量粉箱1内粉料的高度，电机41、料位传感器10和负压泵85均与控制器11相连。

自动上粉过程如下：当料位传感器10检测到粉箱1内的粉料高度降至下极限位置时，控制器11控制负压泵85开启，使粉料由下粉罐81经送粉管82和上粉罐84输送至粉箱1中，当料位传感器10检测到粉箱1内的粉料高度升至上极限位置时，控制器11控制负压泵85关闭。

在本实施例中，支架3在对称平面设有加强筋，既能增强支架3的强度，减少变形量，同时在拆装螺栓时，留有操作空间，便捷高效；当粉箱1固定在成型室9的顶板上后，粉箱1在竖直方向上位置唯一，当支架3与成型室9的底板连接后，支架3在在竖直方向上位置唯一，而支架3又要与粉箱1进行螺栓相连，考虑到加工误差和装配的便利性，将与粉箱1相连的支架3连接板上设直槽孔。

本发明的具体实施过程如下：

取料箱高度为270mm，选用具有亮灯报警的料位传感器10，设定其检测料位的高度范围为50～200mm，即当监测点的料位高度低于50mm时，粉料传感器10报警，控制器11获得报警信号后控制负压泵85开启，粉料由下粉罐81经送粉管82和上粉罐84输送至粉箱1中，当监测点的料位高度到达200mm时，粉料传感器10报警，控制器11获得报警信号后控制负压泵85关闭。

当粉箱1内料位介于50～200mm时，3D打印设备开始正常打印，打印过程是偏心轴6转动n次，粉箱1漏出单层打印所需的V升的粉料，再由专门的铺粉机构将V升的粉料平铺于成型室9底板，再进行单层打印成型。控制器11控制电机41转动，带动偏心轴6连续转动n次，停止电机41和偏心轴6运动，此时偏心轴6中的薄壁管62与密封垫7同轴线，如图2放大图A所示，偏心轴6完全堵住粉箱1的出粉口，在此状态下，完成单层打印，控制器11再次控制电机41转动，带动偏心轴6连续转动n次，再次进行单层打印，重复此过程，直至打印完成或粉料料位高度降低至50mm，再次进行自动上粉过程。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种3D打印机自动上送粉装置，其特征在于，所述上送粉装置包括粉箱、挡粉罩、支架、传动机构、L型板、偏心轴、密封垫、送粉机构、成型室、料位传感器和控制器；其中，

所述粉箱的顶部通过螺栓固连于所述成型室的顶板，所述粉箱的侧面通过所述支架固定于所述成型室的底板，所述粉箱的端面与所述L型板相连，所述粉箱的底部与所述挡粉罩相连，所述挡粉罩用于减少粉料由所述粉箱底下落时的飞扬现象；所述粉箱的底部设有方形孔，所述方形孔下表面设有圆弧槽，所述圆弧槽的轴线与所述偏心轴的中心轴的轴线重合，所述密封垫固定在所述圆弧槽底部，与所述圆弧槽为同一轴线；

所述传动机构包括电机、带轮组、转轴、轴承和挡圈；其中，所述电机固连于所述L型板上，所述电机的输出轴通过所述带轮组与所述转轴相连，所述转轴安装于所述轴承的内圈中，所述轴承安装于所述L型板的沉头孔中，并由所述挡圈进行轴向定位；所述偏心轴的第一端与所述转轴同轴线相连，所述偏心轴的第二端通过所述轴承连接于所述粉箱的底部焊接块中；

所述送粉机构包括下粉罐、送粉管、上粉罐、密封接头和负压泵；其中，所述上粉罐的第一端通过所述密封接头与所述成型室的顶板相连，并与所述粉箱保持贯通；所述上粉罐的第二端通过所述送粉管与所述下粉罐相连；所述上粉罐的第三端与所述负压泵相连，所述负压泵使所述下粉罐和上粉罐产生压差，使所述下粉罐中的粉料在大气压作用下，通过所述送粉管运动至所述上粉罐，进而进入所述粉箱中；

所述料位传感器固定于所述成型室的顶板上，传感器探头位于所述粉箱内，用于测量所述粉箱内粉料的高度；所述电机、所述料位传感器和所述负压泵均与所述控制器相连。

2.如权利要求1所述的上送粉装置，其特征在于，所述电机的输出轴与所述带轮组中的第一带轮相连，第一带轮通过皮带与第二带轮相连，第二带轮固定在所述转轴上。

3.如权利要求2所述的上送粉装置，其特征在于，所述第一带轮与第二带轮直径相等。

4.如权利要求1所述的上送粉装置，其特征在于，所述偏心轴包括中心轴和薄壁管，所述中心轴和薄壁管的内壁相切固连；所述中心轴的一端为方形接头，并与所述转轴端面的方形槽同轴线相连，所述中心轴的另一端通过所述轴承连接于所述粉箱的底部，所述轴承通过所述挡圈实现轴向定位；所述薄壁管的轴线与所述中心轴的轴线平行且不重合。

5.如权利要求1所述的上送粉装置，其特征在于，当所述料位传感器检测到所述粉箱内的粉料高度降至下极限位置时，所述控制器控制所述负压泵开启，使粉料由所述下粉罐经所述送粉管和所述上粉罐输送至所述粉箱中；当所述料位传感器检测到所述粉箱内的粉料高度升至上极限位置时，所述控制器控制所述负压泵关闭。

6.如权利要求1所述的上送粉装置，其特征在于，所述支架在对称平面设有加强筋，与所述粉箱的连接板上设有直槽孔。