CN111674041A - 一种fdm打印机平面电极式自动调平装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种FDM打印机平面电极式自动调平装置，本发明包括FDM喷头模组，打印平台模组，传动模组。FDM喷头模组包括加热管，热敏电阻温度传感器，加热块，打印喷嘴，散热块，喉管，快接头，调平电极传感器。打印平台模组包括滑车装置，压电陶瓷传感器，平台托架，调平电极传感器，打印平台，加热板，热敏电阻温度传感器。传动模组包括滑车装置，步进电机，丝杆，滑台，直线轴承，直线圆柱光轴，同步带及带轮。本发明能够实现FDM打印机自主自动调平，补偿调平误差高度，精准控制打印喷头与打印平台之间的距离，有效增加材料粘板性，提高打印成功率。

Description

一种FDM打印机平面电极式自动调平装置
技术领域
本发明属于增材制造领域，具体涉及一种FDM打印机平面电极式自动调平装置。
背景技术
熔融挤出成型(Fused deposition modeling,FDM)工艺的材料一般是热塑性材料，如PLA、ABS、PC、尼龙等，以丝状供料。材料在喷头内被加热融化。喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动，同时将融化的材料挤出，材料迅速固化，并与周围的材料粘接。每一个层片都是在上一层上堆积而成，上一层对当前层起到定位和支撑的作用。随着高度的增加，层片轮廓的面积和形状都会发生变化，当形状发生较大的变化时，上层轮廓就不能给当前层提供充分的定位和支撑作用，这就需要设计一些辅助结构“支撑”，对后续层提供定位和支撑，以保证成型过程的顺利实现。
在FDM打印机整个打印过程开始之前，需要对打印平台进行调平操作，以保证喷头喷吐出熔融材料丝均匀粘合在打印平面上。而一般的打印机调平，依靠旋转打印平台底部的调平螺母，调整打印平台与移动托盘之间弹簧的松紧度，从而控制打印机喷头与打印平面之间的距离。这样的调平过程费事费力，还无法保证调平的精准度，效率极其低下。因此，为了保证调平精度，提高效率，需要一种简单，高效，精确的解决方案。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供一种简单、成本低、易操作的一种FDM打印机平面电极式自动调平装置，可以满足大部分的FDM打印机结构。
本发明是如下这样实现的：
一种FDM打印机平面电极式自动调平装置，包括：FDM喷头模组、打印平台模组和传动模组。
所述FDM喷头模组安装于所述传动模组的X轴滑车平台处，喷头喉管外套有调平电极式传感器A，将调平电极式电极连接到喉管或加热块的金属部分，把整个打印模组前端的黄铜喷嘴尖端转换为一个导体；
所述打印平台模组，调平电极式传感器B的位置安装在打印平台的附着板边角四周，且呈均匀分布；
所述打印平台模组，调平电极式传感器结构由不锈钢金属片、信号传输线和橡胶底垫组成。不锈钢金属片平面与打印平面拼接重合。传感器金属平面与打印平面为一完整的平滑的整面，无高度落差；
调平电极式传感器B底部焊接有信号传输线，各个调平电极式传感器独立连接信号传输线；所述调平电极式传感器B与平台托架之间装有压电陶瓷传感器。所述打印平台模组，各调平电极式传感器B底部与平台托架之间装有压电陶瓷传感器。
所述FDM打印喷头模组1调平电极式传感器和所述打印平台模组的调平电极式传感器B通过信号传输线的形式与打印机控制主板进行通讯和控制；
所述打印平台调平电极式传感器，其所述金属接触面处理成磨砂或拉丝表面；
所述调平电极式传感器A的信号传输线，与所述FDM喷头模组的加热管和热敏式温度传感器的信号传输线做捆绑；
所述传动模组X、Y、Z方向为线性移动，X、Y方向驱动方式为所述步进电机旋转，驱动传动带移动；Z方向驱动方式为所述步进电机旋转，驱动丝杆旋转，使所述X轴滑车平台沿Z方向的线性移动；
上述X轴传动带与所述FDM喷头模组中的滑车装置做固定，所述FDM喷头模组做X方向线性移动；上述Y轴传动带与所述打印平台模组中的滑车装置做固定，所述打印平台模组做Y方向线性移动；
进一步的，所述步进电机型号为42-34硅钢转子步进电机
进一步的，所述丝杆和滑台分别为梯形8mm单线螺纹丝杆，T8螺母直线滑台；
本发明带来的有益效果是：本发明装置调平的步骤全程自动化，无需人工的干预，大大提高调平的效率和精度；且合理运用黄铜和不锈钢具有良好的导电性质，当喷嘴与打印平台接触的一刻，即可产生回路信号，无需整套FDM喷头模组加装复杂的机械微动装置；且为了防止喷头机构尖端有异物而导致的传感器失灵，喷头继续下降，顶坏打印板，在打印平台传感器的底部安装有压电陶瓷传感器。当喷头与打印板接触，但还在继续下降，压电陶瓷传感器受到压力，会发出报警讯号，喷头抬起。之后打印机会提示清洁喷头尖端和打印平台金属部分。
附图说明
图1是FDM喷头模组结构图。
图2是打印平台模组结构图。
图3是传动模组结构图。
图4是本发明的整体结构图。
图中，1FDM喷头模组；1.1调平电极式传感器A；1.2喉管；1.3加热块；1.4加热管；1.6黄铜喷嘴；2打印平台模组；2.1调平电极式传感器B；2.11第一调平电极式传感器B；2.12第二调平电极式传感器B；2.13第三调平电极式传感器B；2.14第四调平电极式传感器B；2.2打印平台；2.3压电陶瓷传感器；2.4平台托架；3传动模组；3.11X轴步进电机；3.12Y轴步进电机；3.13Z轴步进电机；3.3驱动丝杆；3.5控制主板；3.6X轴滑车平台。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述。以下实施例仅用于更加清楚的说明本发明的技术方案，而不能能限制本发明的保护范围。
如图1所示，一种FDM打印机平面电极式自动调平装置，包括：FDM喷头模组1、打印平台模组2、传动模组3；
上述的FDM喷头模组1如图1所示，底端的黄铜喷嘴1.6与打印平台模组2的不锈钢金属片接触时，由于FDM喷头模组1部分，喉管1.2和加热管1.4的金属处连接有调平电极式传感器A1.1，使得加热块1.3底部的黄铜喷嘴1.6带电，喷嘴1.6与打印平台2.2上的调平电极式传感器B2.1金属部分进行接触并导电，双方传感器1.1/2.1形成回路，产生讯号；
打印机的控制主板3.5识别到通电讯号，主板内存中记录当前Z轴位置并将此设置设为打印坐标Z方向起点；
实施例：调平过程如下：
1.所述传动模组3中X轴以及Y轴步进电机3.11、3.12通过传动带，驱动所述FDM喷头模组1沿X方向的负方向移动，打印平台模组2沿Y轴方向的负方向移动，直至碰触限位开关，实现X轴和Y轴打印坐标归零。打印机控制主板3.5识别限位开关信号，发出信号使步进电机停止旋转，主板内存中记录当前X轴位置和Y轴的位置，并将此设置为打印坐标X方向和Y方向的起点。
2.Z轴步进电机3.13逆向旋转，驱动丝杆3.3旋转，使所述X轴滑车平台3.6沿Z方向的负方向移动，直至FDM喷头模组1底端黄铜喷嘴1.6尖端，接触打印平台模组2的第一调平电极式传感器B2.11的金属部分，第一调平电极式传感器B2.11与调平电极式传感器A1.1之间通电,控制主板3.5识别通电讯号，Z轴步进电机3.13停转，主板内存中记录当前调平电极式传感器1.11的位置；进一步的，Z轴步进电机3.13正传，使整个X轴滑车平台3.6上升10mm，控制X轴的步进电机3.11正传，使所述FDM喷头模组1移至下一个打印平台模组2第二调平电极式传感器B2.12的正上方。
3.重复上述第2步的调平操作，所述传动模组控制FDM喷头模组1的黄铜喷嘴1.6尖端接触平台打印模组2调平电极式传感器2.12的金属部分，控制主板3.5记录位置，Z轴抬升10mm，控制Y轴的步进电机3.12正传，使所述FDM喷头模组1移至下一个打印平台模组2第三调平电极式传感器B2.13的正上方。
4.重复上述第3步的调平操作，所述传动模组控制FDM喷头模组的黄铜喷嘴1.6尖端接触平台打印模组2第三调平电极式传感器B2.13的金属部分，控制主板3.5记录位置，Z轴抬升10mm，控制X轴步进电机3.11反传，使所述FDM喷头模组1移至下一个打印平台模组2第四调平电极式传感器B2.14的正上方。
5.重复上述第4步的调平操作，所述传动模组控制FDM喷头模组1的黄铜喷嘴1.6尖端接触平台打印模组2第四调平电极式传感器B2.14的金属部分，控制主板3.5记录位置，Z轴抬升10mm。
6.所述打印平台2.2四点位置记录完成，打印机控制主板3.5依据四个位置的高度差，进行插补运算，计算平台的倾斜度，并保存至主板内存。
7.重复上述第1步的操作，FDM喷头模组1进行X轴和Y轴的坐标归零操作，Z轴位置不动作。
8.调平步骤完成，可以控制打印机进行打印工作。

Claims (8)

1.一种FDM打印机平面电极式自动调平装置，包括：FDM喷头模组(1)、打印平台模组(2)和传动模组(3)；所述FDM喷头模组安装至所述传动模组(3)，其特征在于，所述FDM喷头模组(1)中安装调平电极传感器A(1.1)，所述打印平台模组(2)的打印平台(2.2)安装调平电极传感器B(2.1)和压电陶瓷传感器(2.3)；
所述FDM喷头模组(1)与打印平台模组(2)由传动模组(3)驱动移动，传动模组(3)可驱动FDM喷头模组(1)和打印平台模组(2)做直线移动，控制三个方向的线性移动，X轴、Y轴、Z轴各拥有独立的步进电机，X轴和Y轴为传动带驱动，Z轴为驱动丝杆(3.3)旋转和滑台(3.4)移动；打印平台模组(3)至少有三个调平电极传感器，分布平台的边角互为对称位置，传动装置(3)可驱动FDM喷头模组(1)移动至各个调平电极式传感器的位置；
所述FDM喷头模组(1)安装于所述传动模组(3)的X轴滑车平台(3.6)处，喷头喉管(1.2)外套有调平电极式传感器A(1.1)，将调平电极式传感器A(1.1)电极连接到喉管(1.2)或加热块(1.3)的金属部分，把整个打印模组(3)前端的黄铜喷嘴(1.6)尖端转换为一个导体；
所述打印平台模组(3)，调平电极式传感器B(2.1)的位置安装在打印平台(2.2)的附着板边角四周，且呈均匀分布；所述调平电极式传感器B(2.1)与平台托架(2.4)之间装有压电陶瓷传感器(2.3)；
所述FDM打印喷头模组(1)调平电极式传感器和所述打印平台模组(2)的调平电极式传感器B(2.1)通过信号传输线的形式与打印机控制主板进行通讯和控制；
在所述打印平台模组(2)部分，调平电极式传感器(2.1)安装于打印平台(2.2)四周边角处，调平电极式传感器B(2.1)感测金属部分与实际打印平面(2.2)等高，为一平整的平面，调平电极式传感器B(2.1)底部焊接有信号传输线，各个调平电极式传感器独立连接信号传输线；且所述调平电极式传感器B(2.1)与平台托架(2.4)之间装有压电陶瓷传感器(2.3)。
2.如权利要求1所述的一种FDM打印机平面电极式自动调平装置，其特征在于，所述打印平台模组(2)，调平电极式传感器结构由不锈钢金属片、信号传输线和橡胶底垫组成；不锈钢金属片平面与打印平面拼接重合；传感器金属平面与打印平面为一完整的平滑的整面，无高度落差。
3.如权利要求1或2所述的一种FDM打印机平面电极式自动调平装置，其特征在于，所述调平电极式传感器(2.1)信号传输线连接至控制主板3.5，每个调平电极式传感器B(2.1)工作时，各个拥有独自的代码代号。
4.如权利要求1或2所述的一种FDM打印机平面电极式自动调平装置，其特征在于，所述的调平电极式传感器B(2.1)底部焊接有信号传输线，各个调平电极式传感器独立连接信号传输线。
5.如权利要求3所述的一种FDM打印机平面电极式自动调平装置，其特征在于，所述的调平电极式传感器B(2.1)底部焊接有信号传输线，各个调平电极式传感器独立连接信号传输线。
6.如权利要求1或2或5所述的一种FDM打印机平面电极式自动调平装置，其特征在于，所述调平电极式传感器(1.1)的信号传输线，与所述FDM喷头模组(1)的加热管(1.4)和热敏式温度传感器的信号传输线做捆绑。
7.如权利要求3所述的一种FDM打印机平面电极式自动调平装置，其特征在于，所述调平电极式传感器(1.1)的信号传输线，与所述FDM喷头模组(1)的加热管(1.4)和热敏式温度传感器的信号传输线做捆绑。
8.根据权利要求1～7所述的一种FDM打印机平面电极式自动调平装置的操作方法，其特征在于，步骤如下：
第一步：所述传动模组(3)中X轴以及Y轴步进电机(3.11)、(3.12)通过传动带，驱动所述FDM喷头模组(1)沿X方向的负方向移动，打印平台模组(2)沿Y轴方向的负方向移动，直至碰触限位开关，实现X轴和Y轴打印坐标归零；打印机控制主板识别限位开关信号，发出信号使步进电机停止旋转，主板内存中记录当前X轴位置和Y轴的位置，并将此设置为打印坐标X方向和Y方向的起点；
第二步：Z轴步进电机(3.13)逆向旋转，驱动丝杆(3.3)旋转，使所述X轴滑车平台(3.6)沿Z方向的负方向移动，直至FDM喷头模组(1)底端黄铜喷嘴(1.6)尖端，接触打印平台模组(2)的第一调平电极式传感器B(2.11)的金属部分，第一调平电极式传感器B(2.11)与调平电极式传感器A(1.1)之间通电，控制主板识别通电讯号，Z轴步进电机(3.13)停转，主板内存中记录当前调平电极式传感器A(1.1)的位置；进一步的，Z轴步进电机(3.13)正传，使整个X轴滑车平台(3.6)上升10mm，控制X轴步进电机(3.11)正传，使所述FDM喷头模组(1)移至下一个打印平台模组(2)第二调平电极式传感器B(2.12)的正上方；
第三步：重复上述第2步的调平操作，所述传动模组控制FDM喷头模组(1)的黄铜喷嘴(1.6)尖端接触打印平台模组(2)第二调平电极式传感器B(2.12)的金属部分，控制主板记录位置，Z轴抬升10mm，控制Y轴步进电机(3.12)正传，使所述FDM喷头模组(1)移至下一个打印平台模组(2)第三调平电极式传感器B(2.13)的正上方；
第四步：重复上述第3步的调平操作，所述传动模组控制FDM喷头模组的黄铜喷嘴(1.6)尖端接触打印平台模组(2)第三调平电极式传感器B(2.13)的金属部分，控制主板记录位置，Z轴抬升10mm，控制X轴步进电机(3.11)反传，使所述FDM喷头模组(1)移至下一个打印平台模组(2)第四调平电极式传感器B2.14的正上方；
第五步：重复上述第4步的调平操作，所述传动模组控制FDM喷头模组(1)的黄铜喷嘴(1.6)尖端接触打印平台模组(2)第四调平电极式传感器B(2.14)的金属部分，控制主板记录位置，Z轴抬升10mm；
第六步：所述打印平台(2.2)四点位置记录完成，打印机控制主板依据四个位置的高度差，进行插补运算，计算平台的倾斜度，并保存至主板内存；
第七步：重复上述第1步的操作，FDM喷头模组(1)进行X轴和Y轴的坐标归零操作，Z轴位置不动作；
第八步：调平步骤完成，可以控制打印机进行打印工作。
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