CN111438943A - 手动、自动模式的模式切换组件及3d打印机调平装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于3D打印领域，公开了一种手动、自动模式的模式切换组件及3D打印机调平装置。该模式切换组件通过S型滑动沟槽、竖直槽、V型斜凹槽和调平换挡轴对调平滑动底座的限制及导引，能够轻松实现在手动档位和自动档位之间的切换。该3D打印机调平装置包括自动输入组件，手动输入组件、输出组件和前述模式切换组件，自动输入组件与手动输入组件均安装在调平滑动底座上，当移动调平滑动底座在手动档位和自动档位间切换时，手动输入组件、自动输入组件分别与输出组件对接。本发明调平模式可切换、稳定性高，兼顾效率与精准，无需姿态传感器反馈也能达到同等水平度的调节。

Description

手动、自动模式的模式切换组件及3D打印机调平装置

技术领域

本发明属于3D打印领域，涉及一种手动、自动模式的模式切换组件及3D打印机调平装置，更具体地，涉及一种可在手动自动两档间切换的3D打印机分立式打印底板调平支脚。

背景技术

随着3D打印技术日趋成熟，相关机械装置也需要不断更迭。在打印过程中，确保打印底板的水平是实现高质量打印的重要前提。传统的固定式打印底板调平装置大多通过分布于打印底板四角的手动调平螺母进行调整，通过抽纸法测试调平效果，这样做虽可以实现较好效果，但也具有打印底板移动范围相对固定，调平精度较低等缺点。

当3D打印的材料是诸如硅胶等软材料时，由于未完全固化软材料粘度较大的特性，导致打印底板清洗起来较为复杂，此时传统移动范围相对固定的打印底板会增加清洗的复杂度，故将打印底板设计为与3D打印机主体分离的分立式，可在一定程度上方便打印底板的清洗工作，但这也给底板的调平带来了新的问题。诸如如何实现打印底板的自动调平，以及当打印底板移动至离电源较远位置时，如何方便的切换至手动调平模式。

为了解决自动调平、提升调平精度等问题，现有技术中已存在多种不同的自动调平方案，其中大量研究集中在软件算法、控制电路、传感器等等的实现上。另一方面，也有相当一部分研究提出机械结构反馈调平或是更精准的目视调平，后者主要集中在如何量化调节高度上。

相比之下，纯手动、纯机械的调平装置往往具有结构简单，体积小的优点，但是缺陷在于输入纯靠手动，对于调整幅度较大的应用场合手动效率过低且费力，对于调整幅度小的应用场合手动却又不能保证精度。另一方面，完全通过电机传动进行的调平装置，其输出平稳可控性好但是存在风险，一旦电机故障则整个底板被锁死不能调整，进而影响整个打印机的运转。

因此，亟需一种能够在具有良好调平精度的同时，实现手动、自动切换的调平装置。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种手动、自动模式的模式切换组件及3D打印机调平装置，其目的在于，通过机械结构的改进，实现调平滑动底座在自动档位和手动档位间的移动，并通过在3D打印机调平装置中使用该模式切换组件进行手动输入组件、自动输入组件与输出组件之间的匹配关系，从而在具有良好调平精度的同时，实现手动调平、自动调平的自由切换及组合。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种可切换手动、自动模式的模式切换组件，用于在手动档位和自动档位之间进行切换，包括：调平底座、调平滑动底座以及调平换档轴；

其中，调平底座位于最下端，底部用于接触支撑面，上表面竖立有带S型滑动沟槽的左耳板和右耳板，且在上表面位于左耳板和右耳板之间开设有V型斜凹槽；

调平滑动底座设于左耳板和右耳板之间，且底面与V型斜凹槽形状匹配；调平滑动底座设有左右贯通的竖直槽，调平换档轴的中部穿过竖直槽，两端分别穿过左耳板和右耳板的S型滑动沟槽，从而使得当调平换挡轴沿着左耳板和右耳板的S型滑动沟槽移动时，带着调平滑动底座一同左右滑移，调平滑动底座又在V型斜凹槽的约束下在左右滑移的同时上下升降，从而到达上下两个档位的预定位置，在手动档位和自动档位之间进行切换。

进一步地，在调平换挡轴露出左耳板和右耳板外部的末端中的至少一个末端装有调平换挡钮，用以方便手持移动调平换挡轴，且当换档完成后通过旋紧调平换挡钮将移动调平换挡轴固定，需要换挡时旋松调平换挡钮。

进一步地，调平底座的底部表面为向下凸起的弧面。

进一步地，S型滑动沟槽的两端直径小于剩余部分的直径，用以在调平换挡轴移动至两端指定位置时卡住调平换挡轴。

按照本发明的另一方面，提供了一种D打印机调平装置，包括自动输入组件、手动输入组件、输出组件，以及如前任一项所述的模式切换组件；

自动输入组件与手动输入组件均安装在调平滑动底座上，当移动调平滑动底座在手动档位和自动档位间切换时，手动输入组件、自动输入组件分别与输出组件对接。

进一步地，输出组件的输入端设有输出圆锥齿轮，自动输入组件的输出端设有自动圆锥齿轮，手动输入组件的输出端设有手动圆锥齿轮；当移动调平滑动底座在手动档位和自动档位间切换时，手动圆锥齿轮、自动圆锥齿轮分别与输出圆锥齿轮啮合。

进一步地，所述手动输入组件包括调平手动支座、手动调平轴、调平手动旋桨和手动圆锥齿轮；

其中，调平手动支座固定在调平滑动底座的手动输入组件安装端；手动调平轴一端穿过调平手动支座后与调平手动旋桨连接，另一端与手动圆锥齿轮固连；手动调平轴在调平手动支座上做单自由度旋转；

当模式切换组件切换到手动档位时，手动圆锥齿轮与输出圆锥齿轮啮合，旋转调平手动旋桨从而通过手动调平轴带动手动圆锥齿轮旋转，进而带动输出圆锥齿轮旋转进行手动输入及输出。

进一步地，所述自动输入组件包括，调平电机座、步进电机和自动圆锥齿轮；

调平电机座固定在调平滑动底座的自动输入组件安装端，步进电机固定在调平电机座上，自动圆锥齿轮固定在步进电机的输出轴上；

当模式切换组件切换到自动档位时，自动圆锥齿轮与输出圆锥齿轮啮合，启动步进电机带动自动圆锥齿轮旋转，进而带动输出圆锥齿轮旋转进行自动输入及输出。

进一步地，输出组件包括调平中板、输出圆锥齿轮、调平丝杠、调平丝杠座和调平顶板；

调平丝杠上端通过轴承安装于调平顶板上，下部通过轴承安装于调平中板上，下部末端固连圆锥齿轮；

调平底座、调平中板和调平顶板从下至上连接固定；

调平丝杠的动子用于通过调平丝杠座(15)与调平对象连接；

当自动圆锥齿轮或手动圆锥齿轮与输出圆锥齿轮啮合传动时，带动调平丝杠转动，由于调平丝杠的动子被调平对象限制自由度，只能沿调平丝杠上下移动，从而达到升降调平对象进行调平的目的。

总体而言，本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1、本发明的模式切换组件通过S型滑动沟槽、竖直槽、V型斜凹槽和调平换挡轴对调平滑动底座的限制及导引，能够轻松实现在手动档位和自动档位之间的切换。

2、通过调平换挡钮可以轻松实现档位的切换和锁定，操作便捷。

3、调平底座的底部表面为向下凸起的弧面，在3D打印机发生倾斜时以及进行调平过程中具有良好的过渡性能。

4、通过S型滑动沟槽直径的变化设计，提升切换档位后工作状态下的稳定性。

5、本发明的3D打印机调平装置兼具手动调平装置与自动调平装置两者的优点，有手动调平装置的简洁性特点，传动部分的结构简单而耐用。零件数量少，便于维修更换。而在精度要求上既具有自动调平装置的稳定、可控、省力的特点，同时，当电机故障时可以切换至手动输入模式，避免了特殊状况下底板受电机影响锁死后不得不更换整机的问题。

6、不仅如此，本发明通过手动、自动档位切换的方式，在使用时调平操作方法更为灵活。例如当倾斜明显时可以先使用自动输入调平来节省时间，后切换至手动进行微调。或者先通过手动进行粗调，再使用电机进行低速平稳输入来进行微调，从而保证精度。本发明的结构能够支持多种输入调平方式的组合搭配，使得本发明应用范围、应用方法都极为广泛。

7、本发明的调平模式可切换、稳定性高，兼顾效率与精准，无需姿态传感器反馈也能达到同等水平度的调节。

附图说明

图1是本发明的立体示意简图；

图2是模式切换组件的示意简图；

图3是手动输入组件的示意简图；

图4是自动输入组件的示意简图；

图5是输出组件的示意简图；

图6是输出组件的拆分示意简图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-调平底座，2-调平滑动底座，3-第一六角头螺栓，4-第一六角螺母，5-调平电机座，6-步进电机，7-自动圆锥齿轮，8-紧定螺钉，9-第二六角头螺栓，10-调平中板，11-薄壁轴承，12-输出圆锥齿轮，13-光轴，14-调平丝杠，15-调平丝杠座，16-角接触球轴承，17-调平顶板，18-手动圆锥齿轮，19-紧定螺钉，20-第三六角头螺栓，21-第二六角螺母，22-深沟球轴承，23-调平手动旋桨，24-第三六角螺母，25-手动调平轴，26-调平手动轴承座，27-调平手动支座，28-调平换挡轴，29-深沟球轴承，30-调平换挡钮，31-S型滑动沟槽，32-左耳板，33-右耳板，34-V型斜凹槽，35-竖直槽。

具体实施方式

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。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1～6所示，本发明优选的一种3D打印机调平装置，包括自动输入组件、手动输入组件、输出组件以及模式切换组件。

该模式切换组件用于在手动档位和自动档位之间进行切换，包括：调平底座1、调平滑动底座2以及调平换档轴28。自动输入组件与手动输入组件均安装在调平滑动底座2上，当移动调平滑动底座2在手动档位和自动档位间切换时，手动输入组件、自动输入组件分别与输出组件对接。

其中，调平底座1位于最下端，底部用于接触支撑面，上表面竖立有带S型滑动沟槽31的左耳板32和右耳板33，且在上表面位于左耳板32和右耳板33之间开设有V型斜凹槽34。调平滑动底座2设于左耳板32和右耳板33之间，且底面与V型斜凹槽34形状匹配；调平滑动底座2设有左右贯通的竖直槽35，调平换档轴28的中部穿过竖直槽35，两端分别穿过左耳板32和右耳板33的S型滑动沟槽31，从而使得当调平换挡轴28沿着左耳板32和右耳板33的S型滑动沟槽31移动时，带着调平滑动底座2一同左右滑移，调平滑动底座2又在V型斜凹槽34的约束下在左右滑移的同时上下升降，从而到达上下两个档位的预定位置，在手动档位和自动档位之间进行切换。

优选地，在调平换挡轴28露出左耳板32和右耳板33外部的末端中的至少一个末端装有调平换挡钮30，用以方便手持移动调平换挡轴28，且当换档完成后通过旋紧调平换挡钮30将移动调平换挡轴28固定，需要换挡时旋松调平换挡钮30。

优选地，调平底座1的底部表面为向下凸起的弧面。

优选地，S型滑动沟槽31的两端直径小于剩余部分的直径，用以在调平换挡轴28移动至两端指定位置时卡住调平换挡轴28。

优选地，输出组件的输入端设有输出圆锥齿轮12，自动输入组件的输出端设有自动圆锥齿轮7，手动输入组件的输出端设有手动圆锥齿轮18；当移动调平滑动底座2在手动档位和自动档位间切换时，手动圆锥齿轮18、自动圆锥齿轮7分别与输出圆锥齿轮12啮合。

优选地，所述手动输入组件包括调平手动支座27、手动调平轴25、调平手动旋桨23和手动圆锥齿轮18。其中，调平手动支座27固定在调平滑动底座2的手动输入组件安装端；手动调平轴25一端穿过调平手动支座27后与调平手动旋桨23连接，另一端与手动圆锥齿轮18固连；手动调平轴25在调平手动支座27上做单自由度旋转。

当模式切换组件切换到手动档位时，手动圆锥齿轮18与输出圆锥齿轮12啮合，旋转调平手动旋桨23从而通过手动调平轴25带动手动圆锥齿轮18旋转，进而带动输出圆锥齿轮12旋转进行手动输入及输出。

优选地，所述自动输入组件包括，调平电机座5、步进电机6和自动圆锥齿轮7。调平电机座5固定在调平滑动底座2的自动输入组件安装端，步进电机6固定在调平电机座5上，自动圆锥齿轮7固定在步进电机6的输出轴上。

当模式切换组件切换到自动档位时，自动圆锥齿轮7与输出圆锥齿轮12啮合，启动步进电机6带动自动圆锥齿轮7旋转，进而带动输出圆锥齿轮12旋转进行自动输入及输出。

优选地，输出组件包括调平中板10、输出圆锥齿轮12、调平丝杠14、调平丝杠座15和调平顶板17。调平丝杠14上端通过轴承安装于调平顶板17上，下部通过轴承安装于调平中板10上，下部末端固连圆锥齿轮12。调平底座1、调平中板10和调平顶板17从下至上连接固定，调平丝杠14的动子用于通过调平丝杠座15与调平对象连接。

当自动圆锥齿轮7或手动圆锥齿轮18与输出圆锥齿轮12啮合传动时，带动调平丝杠14转动，由于调平丝杠14的动子被调平对象限制自由度，只能沿调平丝杠14上下移动，从而达到升降调平对象进行调平的目的。

实际上，本发明的模式切换组件以及基于该模式切换组件的3D打印机调平装置，对自动输入组件、手动输入组件、输出组件的具体结构形式没有特殊要求。其核心构思在于通过模式切换组件中调平滑动底座2位置的切换，实现自动手动档位的切换，只要将自动输入组件、手动输入组件安装在调平滑动底座2上，能够在各自对应的档位与输出组件对接即可，因此适用范围极其广泛。

为了便于进一步理解，下面结合图2～6，通过优选的模式切换组件、自动输入组件、手动输入组件、输出组件的具体结构，对本发明的实际应用及操作原理进行更为详细的介绍。

在图2所示的模式切换组件中，调平底座1位于最下端，上表面竖立有带滑动沟槽的双耳板以约束换档轴移动，耳板之间的v型十字斜凹槽可供滑动底座下底面沿斜方向上下滑动。调平换档轴28两侧末端有调平换挡钮30，当移动到目标位置后可旋紧固定。

在图3所示的手动输入组件中，调平手动旋桨23与手动圆锥齿轮18通过手动调平轴25相连接，借由深沟球轴承轴承22水平固定在调平手动支座27上(调平手动旋桨23在外侧)。整个结构借由调平手动支座27通过六角头螺栓3，六角螺母4固定在下端的调平滑动底座2的一侧。

在图4所示的自动输入组件中，步进电机6固定在调平电机座5上，电机轴轴向水平并与手动调平轴25共线相向，轴上固定有自动圆锥齿轮7。整个结构借由调平电机座5通过六角头螺栓3，六角螺母4固定在下端的调平滑动底座2的另一侧。

在图5、图6所示的输出组件中，调平丝杠座15旋在调平丝杠14的中间位置并固定，与整个打印机的底板(即调平对象，未图示)相固连。输出圆锥齿轮12则固定在调平丝杠14下端末位，从而在换档后可以与左/右侧手动/自动输出的圆锥齿轮相啮合达到传递输出的目的。调平丝杠14借由薄壁轴承11，角接触球轴承16以及调平中板10，调平顶板17竖直固定在整个调平装置的中心。

初始状态下，调平滑动底座2的底面与调平底座1的顶面完全配合。调平换档轴28位于耳板的s型沟槽正中央。输出圆锥齿轮12与左右两侧齿轮皆不接触。

调整至手动模式时，将调平换档钮30拧松，使得调平换档轴28可以在s型沟槽与调平滑动底座2的竖槽中自由移动。接着将调平换档轴28位置推至s型沟槽顶端。斜面的角度以及s型沟槽的上下两顶点位置经过计算，使得当调平换档轴28移动至顶端的过程中，整个手动输入组件包括手动圆锥齿轮18在内，进行向内向上移动，与此同时自动输入端的自动圆锥齿轮7远离输出圆锥齿轮12，最后达到手动圆锥齿轮18与输出圆锥齿轮12完全啮合。待调平换档轴28移动至齿轮啮合位置，旋紧调平换档钮30，固定住整个输入端位置。接着旋转调平手动旋桨23，手动输入齿轮7与输出齿轮12啮合传动，带动上方调平丝杠14转动。调平丝杠座15通过螺纹旋合在调平丝杠14上，且由于其与底板固连不能绕整个调平装置的主轴作任何转动，因此达到升降底板的目的。

调整至自动模式时，将调平换档钮30拧松，使得调平换档轴28可以在s型沟槽与调平滑动底座2的竖槽中自由移动。接着将调平换档轴28位置推至s型沟槽底端。自动输入部分包括自动圆锥齿轮7，向内向上移动，与此同时手动输入端的手动圆锥齿轮7远离输出圆锥齿轮12，最后达到自动输入齿轮7与输出圆锥齿轮12完全啮合。待调平换档轴28移动至齿轮啮合位置，旋紧调平换档钮30，固定住整个输入端位置。接着28步进电机6通电，自动圆锥齿轮7与输出圆锥齿轮12啮合传动，带动上方调平丝杠14转动。其后效果与手动相同。

本领域的技术人员容易理解，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 (9)

1.一种可切换手动、自动模式的模式切换组件，用于在手动档位和自动档位之间进行切换，其特征在于，包括：调平底座(1)、调平滑动底座(2)以及调平换档轴(28)；

其中，调平底座(1)位于最下端，底部用于接触支撑面，上表面竖立有带S型滑动沟槽(31)的左耳板(32)和右耳板(33)，且在上表面位于左耳板(32)和右耳板(33)之间开设有V型斜凹槽(34)；

调平滑动底座(2)设于左耳板(32)和右耳板(33)之间，且底面与V型斜凹槽(34)形状匹配；调平滑动底座2设有左右贯通的竖直槽(35)，调平换档轴28的中部穿过竖直槽(35)，两端分别穿过左耳板(32)和右耳板(33)的S型滑动沟槽(31)，从而使得当调平换挡轴28沿着左耳板(32)和右耳板(33)的S型滑动沟槽(31)移动时，带着调平滑动底座(2)一同左右滑移，调平滑动底座(2)又在V型斜凹槽(34)的约束下在左右滑移的同时上下升降，从而到达上下两个档位的预定位置，在手动档位和自动档位之间进行切换。

2.如权利要求1所述的一种可切换手动、自动模式的模式切换组件，其特征在于，在调平换挡轴(28)露出左耳板(32)和右耳板(33)外部的末端中的至少一个末端装有调平换挡钮(30)，用以方便手持移动调平换挡轴(28)，且当换档完成后通过旋紧调平换挡钮(30)将移动调平换挡轴(28)固定，需要换挡时旋松调平换挡钮(30)。

3.如权利要求1所述的一种可切换手动、自动模式的模式切换组件，其特征在于，调平底座(1)的底部表面为向下凸起的弧面。

4.如权利要求1～3任一项所述的一种可切换手动、自动模式的模式切换组件，其特征在于，S型滑动沟槽(31)的两端直径小于剩余部分的直径，用以在调平换挡轴(28)移动至两端指定位置时卡住调平换挡轴(28)。

5.一种3D打印机调平装置，其特征在于，包括自动输入组件、手动输入组件、输出组件，以及权利要求1～4任一项所述的模式切换组件；

自动输入组件与手动输入组件均安装在调平滑动底座(2)上，当移动调平滑动底座(2)在手动档位和自动档位间切换时，手动输入组件、自动输入组件分别与输出组件对接。

6.如权利要求5所述的一种3D打印机调平装置，其特征在于，输出组件的输入端设有输出圆锥齿轮(12)，自动输入组件的输出端设有自动圆锥齿轮(7)，手动输入组件的输出端设有手动圆锥齿轮(18)；当移动调平滑动底座(2)在手动档位和自动档位间切换时，手动圆锥齿轮(18)、自动圆锥齿轮(7)分别与输出圆锥齿轮(12)啮合。

7.如权利要求6所述的一种3D打印机调平装置，其特征在于，所述手动输入组件包括调平手动支座(27)、手动调平轴(25)、调平手动旋桨(23)和手动圆锥齿轮(18)；

其中，调平手动支座(27)固定在调平滑动底座(2)的手动输入组件安装端；手动调平轴(25)一端穿过调平手动支座(27)后与调平手动旋桨(23)连接，另一端与手动圆锥齿轮(18)固连；手动调平轴(25)在调平手动支座(27)上做单自由度旋转；

当模式切换组件切换到手动档位时，手动圆锥齿轮(18)与输出圆锥齿轮(12)啮合，旋转调平手动旋桨(23)从而通过手动调平轴(25)带动手动圆锥齿轮(18)旋转，进而带动输出圆锥齿轮(12)旋转进行手动输入及输出。

8.如权利要求6所述的一种3D打印机调平装置，其特征在于，所述自动输入组件包括，调平电机座(5)、步进电机(6)和自动圆锥齿轮(7)；

调平电机座(5)固定在调平滑动底座2的自动输入组件安装端，步进电机(6)固定在调平电机座(5)上，自动圆锥齿轮(7)固定在步进电机(6)的输出轴上；

当模式切换组件切换到自动档位时，自动圆锥齿轮(7)与输出圆锥齿轮(12)啮合，启动步进电机(6)带动自动圆锥齿轮(7)旋转，进而带动输出圆锥齿轮(12)旋转进行自动输入及输出。

9.如权利要求5～8任意一项所述的一种3D打印机调平装置，其特征在于，输出组件包括调平中板(10)、输出圆锥齿轮(12)、调平丝杠(14)、调平丝杠座(15)和调平顶板(17)；

调平丝杠(14)上端通过轴承安装于调平顶板(17)上，下部通过轴承安装于调平中板(10)上，下部末端固连圆锥齿轮(12)；

调平底座(1)、调平中板(10)和调平顶板(17)从下至上连接固定；

调平丝杠(14)的动子用于通过调平丝杠座(15)与调平对象连接；

当自动圆锥齿轮(7)或手动圆锥齿轮(18)与输出圆锥齿轮(12)啮合传动时，带动调平丝杠(14)转动，由于调平丝杠(14)的动子被调平对象限制自由度，只能沿调平丝杠(14)上下移动，从而达到升降调平对象进行调平的目的。

Images