CN111873417A - 一种利用热胀冷缩自动脱模的3d打印装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用热胀冷缩自动脱模的3D打印装置，涉及3D打印技术领域，针对现有技术不方便脱模且无法连续打印的问题，将打印平台设置成可旋转的结构，在打印平台的两个面上分别设置一块中空导热的热床，在打印平台的端部设置有储液箱，两个中空结构的热床均与储液箱通过管道、电磁阀以及泵连通，三者内部灌注满导热液体。工作时，只对位于上面的热床内的液体进行加热，储液箱则始终进行制冷。脱模时，转动打印平台180度模型朝下，将有模型的热床中的液体送到没有模型的热床中，同时将储液箱内冷的液体送入有模型的热床中，由于热胀冷缩，模型很容易就脱落，而翻转上去的另一个热床仍然可以继续打印。这样就很轻松、方便地解决了现有技术问题。

Description

一种利用热胀冷缩自动脱模的3D打印装置

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，特别涉及一种利用热胀冷缩自动脱模的3D打印装置。

背景技术

3D打印技术集机械、电子、计算机、数控、化学、材料、物理等学科于一身，广泛应用于航空航天、汽车制造、生物医疗、科研教育、建筑、工艺设计等领域，也被称为第三次工业革命最具标志性的技术。它具有较高的自动化程度、低成本、环境污染小、非接触成型、成型效率高、成型精度高、原材料污染少等优点。因此，我国绝大多数的大专院校都开设了3D打印的相关课程，也引进了很多用于教学、实训的3D打印设备。现有的3D打印设备，都不具备连续打印的功能，打完一个模具或者零件，需要人工从打印平台上取下并清理好平台才能再次打印。此外，常用的脱模方法（将零件从打印平台上取下）是使用铲子之类的工具靠蛮力将产品与打印平台分离，这样容易造成人员受伤，而且长期对打印装置进行压迫、震动、冲击，也影响其精度和使用寿命。

现有技术中，如申请号CN202010168603.8公开的一种全自动3D打印脱模系统，包括主体机架、储料装置、搬运装置、清胶装置和脱模拆解装置；储料装置设置于所述主体机架右侧；搬运装置设置于所述主体机架上；清胶装置设置于所述搬运装置右侧；脱模拆解装置设置于所述搬运装置前方，其中：所述搬运装置将所述储料装置上的打印模具搬运至所述清胶装置进行清胶处理，处理后的打印模具在通过所述搬运装置将其搬运至脱模拆解装置中进行脱模处理，并将料件输出。这样的结构虽然能够实现自动脱模而且连续打印，但是所采用的搬运装置以及其他辅助装置成本很高，单就其实施例中所用的6轴手臂的成本几乎就与打印机价格相当。这也是该方案无法在社会上普及的原因之一。

发明内容

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案实现：

一种利用热胀冷缩自动脱模的3D打印装置，包括打印机架、打印平台以及Z轴运动机构，所述Z轴运动机构包括Z轴导轨、Z轴丝杆以及Z轴电机，所述打印平台可滑动设置在所述Z轴运动机构上；

所述打印平台包括滑动主架，所述滑动主架可滑动穿设在所述Z轴导轨、Z轴丝杆上；所述滑动主架上固定设置有旋转电机；

所述平台底座包括储液箱、平台底板；所述储液箱呈长方体中空结构，其内罐注有导热液体；所述平台底板为板状结构，该平台底板的一侧与所述储液箱固定连接；所述储液箱的一侧与所述旋转电机的输出转轴固定连接；旋转电机可以带动平台底座360度旋转，从而可以选择不同的打印面，为脱模提供便利。储液箱与平台底板设置成一体结构，可以节省不必要的管路连接，降低成本。

所述平台底板的上面固定设置有第一调平底板；所述平台底板的下面固定设置有第二调平底板；所述第一调平底板上面固定设置有第一热床；所述第二调平底板下面固定设置有第二热床；所述第一热床和第二热床的结构、大小均相同，二者均呈板状中空结构，其内设置有电加热元件，并灌注有导热液体。

所述平台底板的另一侧固定设置有电磁阀，电磁阀的两个出入口分别通过管道与所述第一热床、第二热床连接；

所述第一热床的另一侧通过管道与第一泵连接，第一泵的另一出口通过管道与所述储液箱连接；

所述第二热床的另一侧通过管道与第二泵连接，第二泵的另一出口通过管道与所述储液箱连接；

所述储液箱的上、下两个面分别固定设置有制冷装置。

由于本发明采用的是两面都能进行打印的结构，其调平装置就无法与现有的调平装置类似，只能分别设置有一特制的调平底板进行调平操作，每一个热床都对应一个调平底板，互不影响。利用注入导热油、水等导热液体进行热能的传导，方便控制，而且可以减少热损耗。

优选地，所述滑动主架呈目字形块状结构，其包括主架本体，主架本体上开设有一个旋转电机槽以及两个电磁铁槽；

所述电磁铁槽对称设置在所述旋转电机槽的两侧；这样可以很方便地实现锁定，防止在打印过程中平台底座转动影响打印效果。

主架本体还开设有导轨孔以及丝杆螺纹孔，分别与所述Z轴导轨、Z轴丝杆相互对应；

所述旋转电机槽内固定设置有所述旋转电机，该旋转电机的转轴伸出所述主架本体的一侧，并与连接法兰固定连接；

所述旋转电机的转轴上面还套设有集电环，集电环用于为打印平台上的电元件提供电能；

所述电磁铁槽内固定设置有电磁铁，所述电磁铁的活动部伸出于所述主架本体的一侧，且与所述旋转电机的转轴相互平行；

所述主架本体的一侧还固定设置有位置检测传感器，用于检测平台底座的转动位置；

所述储液箱的一侧分别开设有法兰固定孔、电磁铁固定孔，所述法兰固定孔用于通过螺丝钉与所述连接法兰固定连接；所述电磁铁固定孔的孔径大于所述电磁铁的活动部，该电磁铁的活动部能够自由伸缩于所述电磁铁固定孔内。

优选地，所述储液箱内设置有加强肋板，该加强肋板将储液箱的前后两块内侧壁相互固定连接，以增强其机械强度；所述加强肋板的高度小于所述储液箱的内部空腔高度，以便于导热液体能够自由流动；

所述储液箱的顶面和底面均开设有流通孔，该流通孔内设有管道，管道分别与所述第一泵、第二泵连接。

优选地，所述第一调平底板和所述第二调平底板的结构、大小均相同；

所述第一调平底板包括调平底板本体，所述调平底板本体呈方形板状结构，其上开设有至少三个台阶孔，每一个台阶孔为中间大两端小的通孔结构，所述台阶孔内可转动设置有调节齿轮；

所述调节齿轮为外周设有直齿，内孔设置有螺纹的结构；调节齿轮的外径介于台阶孔的大端直接与小端直径之间；

所述调平底板本体的侧面开设有调节转轴孔，该调节转轴孔与所述台阶孔相互连通；

所述调节转轴孔内可转动设置有调节转轴，调节转轴上设置有螺纹部，该螺纹部与所述调节齿轮相互啮合；

所述调节齿轮内设置有升降螺钉，该升降螺钉与所述调节齿轮内孔的螺纹相互配合；

所述升降螺钉为T形结构，其上穿设有弹簧；

所述升降螺钉与所述第一热床可上下滑动连接。

优选地，所述调节转轴还包括卡紧防脱部以及受力转动部，所述受力转动部呈圆柱体结构，其一端开始有六角形槽；

所述受力转动部的另一端固定设置有所述螺纹部，该螺纹为沿着圆柱体表面绕设的螺旋状螺纹；

所述螺纹部的另一端固定设置有卡紧防脱部，该卡紧防脱部为以圆柱体结构，其余所述螺纹部的端部构成以蘑菇头状结构，一头大一头小；

所述调平底板本体上还开设有锁紧销轴孔，该锁紧销轴孔与所述调节转轴孔的端部连通，当所述调节转轴插入调节转轴孔时，调节转轴上的卡紧防脱部正好位于锁紧销轴孔的前端；

所述锁紧销轴孔内穿设固定有锁紧固定销轴，该锁紧固定销轴穿过所述卡紧防脱部的底部，能够阻挡卡紧防脱部向外移动。

优选地，所述第一热床包括热床底槽、电加热膜、隔板以及热床顶板；

所述热床底槽为能够容纳液体的槽状结构，其底部固定设置有多块隔板，所述隔板相互交错设置，与热床底槽的两个内侧壁分别构成己字形通道；

所述热床底槽的内侧底面还固定设置有电加热膜；

所述热床底槽顶面密封设置有所述热床顶板。

优选地，所述热床底槽采用隔热材料制成，所述热床顶板采用导热材料制成；

所述电加热膜为炭纤维加热膜或石墨烯加热膜；

所述热床底槽内还设置有温度传感器。

优选地，所述制冷装置为半导体制冷片，该半导体制冷片上面设置有散热片；

所述滑动主架上还固定设置有模型检测传感器，该模型检测传感器用于检测所述打印平台上是否有模型或者零件。

优选地，所述打印机架的下侧边框上固定设置有推模机构，该推模机构以直线运动机构，用于将模型或者零件从打印平台推掉。

优选地，所述打印机架为底部镂空结构，打印机架固定设置在以打印支撑架体上，该打印支撑架体内斜设有弹性缓冲垫，所述打印支撑架体的一侧设置有模型收纳盒，从弹性缓冲垫掉落的模型能够顺着弹性缓冲垫落入模型收纳盒中。

本发明采用旋转式打印平台可以实现双面打印，而且在打印完成后脱模的过程中仍然可以继续打印，不会影响脱模，比传统的打印完成、停机冷却、脱模、预热、打印这样的步骤节省了很多时间，由于导热液体是循环使用，不会造成能源浪费，另外，由于停机时间短，热床及打印喷头的冷却时间短，能耗损失也小。

特制的调平底板，在需要进行微调平时，利用六角扳手插入受力转动部六角形槽中并转动，受力转动部带动螺纹部、卡紧防脱部转动，螺纹部带动调节齿轮转动，因为调节齿轮内设有螺纹，并与升降螺钉的螺钉螺纹部啮合，因此整根升降螺钉就可以实现升降调节。由于升降螺钉具有弹性上下滑动的功能，就可以对热床起到缓冲作用对打印喷头起到保护作用，防止喷头与热床硬碰撞。由于采用蜗轮蜗杆方式调节，可以达到很高的精度。

附图说明

图1是本发明提供的实施例立体示意图；

图2是本发明提供的实施例中打印平台及Z轴运动机构的位置关系示意图；

图3是本发明提供的实施例中打印平台及Z轴运动机构的位置关系主视图；

图4是图3的左视图；

图5是图3的俯视图；

图6是打印平台的爆炸图；

图7是另一个视角的打印平台的爆炸图；

图8是打印平台中平台底座的局部剖视图；

图9是打印平台中滑动主架的结构示意图；

图10是转配好的滑动主架的结构示意图；

图11是第一调平底板的局部剖视图；

图12是第一调平底板的局部爆炸图；

图13是第一调平底板的局部放大及剖视图；

图14是另一个视角的第一调平底板的局部剖视图；

图15是升降螺钉总体结构示意图；

图16是升降螺钉的爆炸示意图；

图17是第一热床的局部剖视图；

图18是图17的主视图；

图19是打印机安装到打印支撑架体上的示意图；

图20是在滑动主架上安装模型检测传感器后的示意图；

图21是在滑动主架上安装模型检测传感器后的另一个视角的示意图；

图22是在打印机架（1）下侧边框上固定推模机构后的示意图。

具体实施方式

为使本申请实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的图1~22，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施方式。

如图1所示，一种利用热胀冷缩自动脱模的3D打印装置，与现有打印机类似，应包括打印机架1、打印平台2以及Z轴运动机构3。如图2~5所示，Z轴运动机构3包括Z轴导轨30、Z轴丝杆31以及Z轴电机32，也是常见的直线运动机构。打印平台2可滑动设置在Z轴运动机构3上。整个装置可以单独设计制成，也可以在现有成品打印机上进行改造。如果选用成品打印机改造，则应当选用预留有二次开发接口的打印机，以利于电气连接以及程序控制。现以国内某品牌的成品打印机为基础，对其改造进行详细说明，具体如下：

如图2~7所示，打印平台2包括滑动主架20，滑动主架20可滑动穿设在Z轴导轨30、Z轴丝杆31上。滑动主架20上固定设置有旋转电机205。

具体地，如图9和图10所示，滑动主架20呈目字形块状结构，其包括铝合金材料制成的主架本体200，主架本体200上开设有一个方形的旋转电机槽203以及两个电磁铁槽204。电磁铁槽204对称设置在旋转电机槽203的两侧。主架本体200上还开设有导轨孔201以及丝杆螺纹孔202，分别与Z轴导轨30、Z轴丝杆31相互对应，即Z轴导轨30能够穿入导轨孔201内，Z轴丝杆31能够穿入丝杆螺纹孔202，通过Z轴电机32的正反转，可以带动滑动主架20上下滑动。

如图10所示，旋转电机槽203内固定设置有旋转电机205，旋转电机205选用直流减速电机，这样的电机容易控制，结构简单，扭矩大，成本低。该旋转电机205的转轴伸出主架本体200的一侧，并与连接法兰2050固定连接。旋转电机205的转轴上面还套设有集电环208，集电环208用于为打印平台上的电元件提供电能以及控制通路，由于打印平台上使用的电元件较多，控制信号采用总线传输方式，比如常用的485总线等均可。电磁铁槽204内固定设置有电磁铁206，电磁铁206可以选购市面上现有的直线运动式电磁铁，其衔铁为圆柱杆状，杆的端部设有倒角。电磁铁206的活动部伸出于主架本体200的一侧，且与旋转电机205的转轴相互平行。此外，主架本体200的一侧还固定设置有位置检测传感器207，用于检测平台底座21的转动位置。位置检测传感器207可以用光电式传感器，也可以采用霍尔、电容等传感器，总之能够检测到平台底座21的位置信号均可。其连接电路也都是常规的电路，没有特别改进。

如图8所示，平台底座21包括储液箱210、平台底板211。储液箱210采用铝合金或者铜材料制成，其呈长方体中空结构，其内罐注有导热液体。导热液体可以是导热油或者是水等容易流动的液体。平台底板211为板状结构，该平台底板211的一侧与储液箱210固定连接。储液箱210的一侧分别开设有法兰固定孔2102、电磁铁固定孔2103。法兰固定孔2102用于通过螺丝钉与连接法兰2050固定连接，电磁铁固定孔2103的孔径大于电磁铁206的活动部，该电磁铁206的活动部能够自由伸缩于电磁铁固定孔2103内。

如图6和图7所示，平台底板211的上面固定设置有第一调平底板22，平台底板211的下面固定设置有第二调平底板24。第一调平底板22上面固定设置有第一热床23；第二调平底板24下面固定设置有第二热床25；第一热床23和第二热床25的结构、大小均相同，二者均呈板状中空结构，其内设置有电加热元件以及温度传感器，并灌注有导热液体。

平台底板211的另一侧固定设置有电磁阀26，电磁阀26的两个出入口分别通过管道与第一热床23、第二热床25连接。第一热床23的另一侧通过管道与第一泵28连接，第一泵28的另一出口通过管道与储液箱210连接。第二热床25的另一侧通过管道与第二泵29连接，第二泵29的另一出口通过管道与储液箱210连接。第一泵28、第二泵29采用离心泵，可以液体的逆向流动，这样就可以复用管路，节省管道，由于采用离心泵，为了防止正常工作时冷、热液体互串，可以在每一个泵上串联一个电磁阀以杜绝这样的问题。当然，如果使用其他不能逆向流动的泵就不会存在这样的问题，也就不需要电磁阀了。

储液箱210的上、下两个面分别固定设置有制冷装置27。

如图19所示，打印机架1为底部镂空结构，打印机架1固定设置在以打印支撑架体4上，该打印支撑架体4内斜设有弹性布料制成的弹性缓冲垫40，打印支撑架体4的一侧设置有模型收纳盒5，从弹性缓冲垫40掉落的模型能够顺着弹性缓冲垫40落入模型收纳盒5中。

工作的时候，按如下步骤进行：

1、打印机总控制器首先控制电磁阀26断电，关闭第一热床23和第二热床25之间的连通管路，并控制第一泵28、第二泵29断电，防止液体流动。接着，对打印机喷头以及第一热床23内的电加热元件进行加热，同时控制储液箱210上的制冷装置27对储液箱210内的液体进行制冷。

2、打印机总控制器对打印机喷头以及第一热床23进行温度采集，当温度达到预设值后保持当前温度值并开始进行打印。打印过程与现有打印机相同，没有进行改进。

3、打印完成后，打印机总控制器控制Z轴电机32反转，使得整个打印平台2移动到最底部，然后控制旋转电机205旋转180度，接着控制第一热床23内的电加热元件停止加热，并控制电磁阀26得电，接通第一热床23和第二热床25之间的连通管路。然后控制第一泵28得电工作，第二泵29断电不工作。这时候储液箱210内的冷液体经过第一泵28抽取送入到第一热床23内，第一热床23内的热液体通过电磁阀26及其两端管路被压入第二热床25中，第二热床25中的常温液体被压入到储液箱210内。由于第一热床23原来是热的，突然之间充入冷的液体，形成热胀冷缩，粘贴在其表面的打印好的零件或者模型自动就会脱落，掉落到打印支撑架体4内的弹性缓冲垫40上，最后落入模型收纳盒5中。

5、接着在第二热床25上打印，其操作步骤与上述在第一热床23上打印的步骤类似。由于第一热床23中的加热液体送入到第二热床25中，而现在第二热床25中又处于上面，经过少量的加热就可以达到预设值的温度，这样就节省了许多不必要的能量损耗。整个过程，热的液体始终只在两个热床之间流动，可以减少热损耗。

采用这种旋转式打印平台2可以实现双面打印，而且在打印完成后脱模的过程中仍然可以继续打印，不会影响脱模，比传统的打印完成、停机冷却、脱模、预热、打印这样的步骤节省了很多时间，由于导热液体是循环使用，不会造成能源浪费，另外，由于停机时间短，热床及打印喷头的冷却时间短，能耗损失也小。

在长期使用过程中发现，如果储液箱210为纯空腔结构，其长期受到喷头、模型的压力容易变形，因此，在一实施例中，为了加强其机械强度，如图8所示，储液箱210内设置有加强肋板2100，该加强肋板2100将储液箱210的前后两块内侧壁相互固定连接，以增强其机械强度.加强肋板2100的高度小于储液箱210的内部空腔高度，以便于导热液体能够自由流动。另外，为了便于更换，储液箱210的顶面和底面均开设有流通孔2101，该流通孔2101内设有管道，管道分别与第一泵28、第二泵29连接。

为了可以实现微调平，本发明的一个实施例对调平底板进行了改进。第一调平底板22和第二调平底板24的结构、大小均相同。如图11~14所示，第一调平底板22包括调平底板本体220，调平底板本体220呈方形板状结构，其上开设有三个台阶孔221，三个台阶孔221以该板为中心分别间隔120度分布。每一个台阶孔221为中间大两端小的通孔结构，台阶孔221内可转动设置有调节齿轮223。

如图12所示，调节齿轮223为外周设有直齿，内孔设置有螺纹的结构，调节齿轮223的外径介于台阶孔221的大端直接与小端直径之间，也就是该齿轮放入台阶孔内可以转动但是无法掉出。调平底板本体220的侧面开设有调节转轴孔222，该调节转轴孔222与台阶孔221相互连通。调节转轴孔222内可转动设置有调节转轴224，调节转轴224上设置有螺纹部2240，该螺纹部2240与调节齿轮223相互啮合。调节齿轮223内设置有升降螺钉225，该升降螺钉225与调节齿轮223内孔的螺纹相互配合。升降螺钉225为T形结构，其上穿设有弹簧226。升降螺钉225与第一热床23固定连接。

升降螺钉225的结构如图15和16所示，其包括螺钉螺纹部2250，螺钉螺纹部2250上面一体制成一个圆柱体的螺钉连接部2251，螺钉连接部2251中心设有压簧孔2252，螺钉连接部2251径向开设有滑槽2253。压簧孔2252内设置有压簧2255，T形顶块2256插入压簧孔2252中并压缩压簧2255，顶块2256的底部开设有销孔2257，销孔2257及滑槽2253内穿设有固定销2254。在不授外力作用时，压簧2255顶住顶块2256的底部，使其向上顶，直到固定销2254与滑槽2253顶部相抵阻碍其继续向上移动。热床的底面与顶块2256的顶部固定连接，可以是粘贴也可以是焊接或者卡扣连接。

为了便于调节以及锁紧，如图12和13所示，调节转轴224还包括卡紧防脱部2241以及受力转动部2242，受力转动部2242呈圆柱体结构，其一端开始有六角形槽。受力转动部2242的另一端固定设置有螺纹部2240，该螺纹为沿着圆柱体表面绕设的螺旋状螺纹。螺纹部2240的另一端固定设置有卡紧防脱部2241，该卡紧防脱部2241为以圆柱体结构，其余螺纹部2240的端部构成以蘑菇头状结构，一头大一头小。调平底板本体220上还开设有锁紧销轴孔227，该锁紧销轴孔227与调节转轴孔222的端部连通，当调节转轴224插入调节转轴孔222时，调节转轴224上的卡紧防脱部2241正好位于锁紧销轴孔227的前端。锁紧销轴孔227内穿设固定有锁紧固定销轴，该锁紧固定销轴穿过卡紧防脱部2241的底部，能够阻挡卡紧防脱部2241向外移动。

需要进行微调平时，利用六角扳手插入受力转动部2242六角形槽中并转动，受力转动部2242带动螺纹部2240、卡紧防脱部2241转动，螺纹部2240带动调节齿轮223转动，因为调节齿轮223内设有螺纹，并与升降螺钉225的螺钉螺纹部2250啮合，因此整根升降螺钉225就可以实现升降调节。由于升降螺钉225具有弹性上下滑动的功能，就可以对热床起到缓冲作用对打印喷头起到保护作用，防止喷头与热床硬碰撞。由于采用蜗轮蜗杆方式调节，可以达到很高的精度。

此外，在长期的实践中发现，由于热床为中空结构，当冷的液体进入热的热床中时，容易发生中和，使得整个液体的温度被降低，这样导致能耗较大，而且由于中和过程比较缓慢，导致热床的热胀冷缩现象不明显，为了解决这个问题，在一实施例中，对热床进行了进一步的优化。如图17和图18所示，第一热床23包括热床底槽230、电加热膜231、隔板232以及热床顶板233。热床底槽230为能够容纳液体的槽状结构，其底部固定设置有多块隔板232，隔板232相互交错设置，与热床底槽230的两个内侧壁分别构成“己”字形通道。这样的结构可以实现通道内的液体依次从一端到另一端完全排出，减少了冷、热液体的大面积接触造成总体的液体温度降低问题。另外，采用这种方式后，发现热胀冷缩比较明显，打印的模型或者零件非常容易脱落，按目前的统计，脱落率可以达到90%以上。

另外，为了减少液体的阻碍，热床底槽230的内侧底面还固定设置有电加热膜231。热床底槽230顶面密封设置有热床顶板233。热床底槽230采用隔热材料制成，这样可以减少能耗。热床顶板233采用导热材料制成，比如铝合金板，或者炭纤维板以及常用的打印机热床专用玻璃板等。电加热膜231为炭纤维加热膜或石墨烯加热膜，这样的材料比较稳定，而且方便控制。热床底槽230内还设置有热电阻或者热电偶形式的温度传感器。

为了降低成本，制冷装置27选用常见的半导体制冷片，该半导体制冷片上面设置有散热片。

考虑到有可能存在模型无法完全脱落的可能，如图20、21、22所示，在滑动主架20上还设置有模型检测传感器209，该模型检测传感器209用于检测打印平台2上是否有模型或者零件。模型检测传感器209可以采用红外线或者激光、超声波等非接触式传感器。传感器的信号直接送给打印机的总控制器。

此外，为了达到准确脱模，还在打印机架1的下侧边框上固定设置有推模机构10，该推模机构10以直线运动机构，比如气缸或者直线电机等，用于将模型或者零件从打印平台2推掉。

下面详细介绍增加了模型检测传感器209以及推模机构10之后的装置的工作原理及步骤：

假设初始状态是第一热床23位于上面。

第1步，检测位于上面的热床是否有物品：通过模型检测传感器209获取信号，以判断位于上面的热床上是否有模型或者零件。如果检测有物品，则不执行任何操作并发出报警，报警可以是蜂鸣器发出声音或者报警灯报警灯形式。如果检测没有模型或者零件，则执行第2步操作。

第2步，预热：控制器对位于上面的热床、打印机喷头进行升温预热。由于初始状态是第一热床23位于上面，因此，控制器控制第一热床23中的电加热膜231对热床内的液体进行加热，同时也通过温度传感器对其进行检测。当然，在此之前应当将热床上所有与外部连通的管路进行切断，即电磁阀26以及与两个泵相串联的电磁阀均关断，防止冷热液体混合。当热床温度达到预设值时，进行第3步操作。

第3步，打印。当热床温度以及喷头温度均达到预定温度值后，进行打印操作，这个操作与现有的打印机步骤和方法一样，不需要进行改变，可以直接使用原有工艺流程或者程序。

第4步，准备脱模。完成模型打印后，控制器控制所有加热元件停止加热，并控制Z轴运动机构3将打印平台2移动到最底部。

第5步，脱模，控制器控制旋转电机205旋转180度，控制电磁阀26得电，接通第一热床23和第二热床25之间的连通管路。接着控制第一泵28得电工作，第二泵29断电不工作。这时候储液箱210内的冷液体经过第一泵28抽取送入到第一热床23内，第一热床23内的热液体通过电磁阀26及其两端管路被压入第二热床25中，第二热床25中的常温液体被压入到储液箱210内。由于第一热床23原来是热的，突然之间充入冷的液体，形成热胀冷缩，粘贴在其表面的打印好的零件或者模型自动就会脱落。有时候模型可能无法脱落，这时候再控制推模机构10推出，推模机构10为气缸的话，就是气缸的活塞杆顶住模型，给模型一个侧向的力，这时候模型就非常可靠地掉落到打印支撑架体4内的弹性缓冲垫40上，最后落入模型收纳盒5中。

第6步，检测位于上面的热床是否有物品：通过模型检测传感器209获取信号，以判断位于上面的热床上是否有模型或者零件。如果检测有物品，则不执行任何操作并发出报警，报警可以是蜂鸣器发出声音或者报警灯报警灯形式。如果检测没有模型或者零件，则执行第7步操作。

第7步，继续另一面的打印。这一步可以与第5步同时进行，也可以分步依次进行。控制器对位于上面的热床、打印机喷头进行升温预热。现在第二热床25位于上面，因此，控制器控制第二热床25中的电加热膜对热床内的液体进行加热，由于刚才第一热床中的热液体现在转移到了第二热床中，其自身温度还是很高的，因此只需要少量的加热就可以达到预设温度，另外由于打印喷头的停电时间不长，其上还有很高的余温，因此加热也很快。当热床温度达到预设值时，进行第8步操作。

第8步，打印。当热床温度以及喷头温度均达到预定温度值后，进行打印操作，这个操作与现有的打印机步骤和方法一样，不需要进行改变，可以直接使用原有工艺流程或者程序。

第9步，准备脱模。完成模型打印后，控制器控制所有加热元件停止加热，并控制Z轴运动机构3将打印平台2移动到最底部。

第10步，脱模，控制器控制旋转电机205旋转180度，控制电磁阀26得电，接通第一热床23和第二热床25之间的连通管路。接着控制第二泵29得电工作，第一泵28断电不工作。这时候储液箱210内的冷液体经过第二泵29抽取送入到第二热床25内，第二热床25内的热液体通过电磁阀26及其两端管路被压入第一热床23中，第一热床23中的常温液体被压入到储液箱210内。由于第二热床25原来是热的，突然之间充入冷的液体，形成热胀冷缩，粘贴在其表面的打印好的零件或者模型自动就会脱落。有时候模型可能无法脱落，这时候再控制推模机构10推出，推模机构10为气缸的话，就是气缸的活塞杆顶住模型，给模型一个侧向的力，这时候模型就非常可靠地掉落到打印支撑架体4内的弹性缓冲垫40上，最后落入模型收纳盒5中。到处完成一个完整的打印周期，如果还需要继续打印，可以再从第1步开始，如此反复循环。

本发明采用旋转式打印平台2可以实现双面打印，而且在打印完成后脱模的过程中仍然可以继续打印，不会影响脱模，比传统的打印完成、停机冷却、脱模、预热、打印这样的步骤节省了很多时间，由于导热液体是循环使用，不会造成能源浪费，另外，由于停机时间短，热床及打印喷头的冷却时间短，能耗损失也小。

特制的调平底板，在需要进行微调平时，利用六角扳手插入受力转动部2242六角形槽中并转动，受力转动部2242带动螺纹部2240、卡紧防脱部2241转动，螺纹部2240带动调节齿轮223转动，因为调节齿轮223内设有螺纹，并与升降螺钉225的螺钉螺纹部2250啮合，因此整根升降螺钉225就可以实现升降调节。由于升降螺钉225具有弹性上下滑动的功能，就可以对热床起到缓冲作用对打印喷头起到保护作用，防止喷头与热床硬碰撞。由于采用蜗轮蜗杆方式调节，可以达到很高的精度。

Claims (10)

1.一种利用热胀冷缩自动脱模的3D打印装置，包括打印机架（1）、打印平台（2）以及Z轴运动机构（3），所述Z轴运动机构（3）包括Z轴导轨（30）、Z轴丝杆（31）以及Z轴电机（32），所述打印平台（2）可滑动设置在所述Z轴运动机构（3）上，其特征在于：

所述打印平台（2）包括滑动主架（20），所述滑动主架（20）可滑动穿设在所述Z轴导轨（30）、Z轴丝杆（31）上；

所述滑动主架（20）上固定设置有旋转电机（205）；

所述平台底座（21）包括储液箱（210）、平台底板（211）；所述储液箱（210）呈长方体中空结构，其内罐注有导热液体；

所述平台底板（211）为板状结构，该平台底板（211）的一侧与所述储液箱（210）固定连接；所述储液箱（210）的一侧与所述旋转电机（205）的输出转轴固定连接；

所述平台底板（211）的上面固定设置有第一调平底板（22）；所述平台底板（211）的下面固定设置有第二调平底板（24）；

所述第一调平底板（22）上面固定设置有第一热床（23）；所述第二调平底板（24）下面固定设置有第二热床（25）；

所述第一热床（23）和第二热床（25）的结构、大小均相同，二者均呈板状中空结构，其内设置有电加热元件，并灌注有导热液体；

所述平台底板（211）的另一侧固定设置有电磁阀（26），电磁阀（26）的两个出入口分别通过管道与所述第一热床（23）、第二热床（25）连接；

所述第一热床（23）的另一侧通过管道与第一泵（28）连接，第一泵（28）的另一出口通过管道与所述储液箱（210）连接；

所述第二热床（25）的另一侧通过管道与第二泵（29）连接，第二泵（29）的另一出口通过管道与所述储液箱（210）连接；

所述储液箱（210）的上、下两个面分别固定设置有制冷装置（27）。

2.根据权利要求1所述的利用热胀冷缩自动脱模的3D打印装置，其特征在于：

所述滑动主架（20）呈目字形块状结构，其包括主架本体（200），主架本体（200）上开设有一个旋转电机槽（203）以及两个电磁铁槽（204）；

所述电磁铁槽（204）对称设置在所述旋转电机槽（203）的两侧；

主架本体（200）还开设有导轨孔（201）以及丝杆螺纹孔（202），分别与所述Z轴导轨（30）、Z轴丝杆（31）相互对应；

所述旋转电机槽（203）内固定设置有所述旋转电机（205），该旋转电机（205）的转轴伸出所述主架本体（200）的一侧，并与连接法兰（2050）固定连接；

所述旋转电机（205）的转轴上面还套设有集电环（208），集电环（208）用于为打印平台上的电元件提供电能；

所述电磁铁槽（204）内固定设置有电磁铁（206），所述电磁铁（206）的活动部伸出于所述主架本体（200）的一侧，且与所述旋转电机（205）的转轴相互平行；

所述主架本体（200）的一侧还固定设置有位置检测传感器（207），用于检测平台底座（21）的转动位置；

所述储液箱（210）的一侧分别开设有法兰固定孔（2102）、电磁铁固定孔（2103），所述法兰固定孔（2102）用于通过螺丝钉与所述连接法兰（2050）固定连接；所述电磁铁固定孔（2103）的孔径大于所述电磁铁（206）的活动部，该电磁铁（206）的活动部能够自由伸缩于所述电磁铁固定孔（2103）内。

3.根据权利要求2所述的利用热胀冷缩自动脱模的3D打印装置，其特征在于：

所述储液箱（210）内设置有加强肋板（2100），该加强肋板（2100）将储液箱（210）的前后两块内侧壁相互固定连接，以增强其机械强度；所述加强肋板（2100）的高度小于所述储液箱（210）的内部空腔高度，以便于导热液体能够自由流动；

所述储液箱（210）的顶面和底面均开设有流通孔（2101），该流通孔（2101）内设有管道，管道分别与所述第一泵（28）、第二泵（29）连接。

4.根据权利要求1所述的利用热胀冷缩自动脱模的3D打印装置，其特征在于：

所述第一调平底板（22）和所述第二调平底板（24）的结构、大小均相同；

所述第一调平底板（22）包括调平底板本体（220），所述调平底板本体（220）呈方形板状结构，其上开设有至少三个台阶孔（221），每一个台阶孔（221）为中间大两端小的通孔结构，所述台阶孔（221）内可转动设置有调节齿轮（223）；

所述调节齿轮（223）为外周设有直齿，内孔设置有螺纹的结构；调节齿轮（223）的外径介于台阶孔（221）的大端直接与小端直径之间；

所述调平底板本体（220）的侧面开设有调节转轴孔（222），该调节转轴孔（222）与所述台阶孔（221）相互连通；

所述调节转轴孔（222）内可转动设置有调节转轴（224），调节转轴（224）上设置有螺纹部（2240），该螺纹部（2240）与所述调节齿轮（223）相互啮合；

所述调节齿轮（223）内设置有升降螺钉（225），该升降螺钉（225）与所述调节齿轮（223）内孔的螺纹相互配合；

所述升降螺钉（225）为T形结构，其上穿设有弹簧（226）；

所述升降螺钉（225）与所述第一热床（23）可上下滑动连接。

5.根据权利要求4所述的利用热胀冷缩自动脱模的3D打印装置，其特征在于：

所述调节转轴（224）还包括卡紧防脱部（2241）以及受力转动部（2242），所述受力转动部（2242）呈圆柱体结构，其一端开始有六角形槽；

所述受力转动部（2242）的另一端固定设置有所述螺纹部（2240），该螺纹为沿着圆柱体表面绕设的螺旋状螺纹；

所述螺纹部（2240）的另一端固定设置有卡紧防脱部（2241），该卡紧防脱部（2241）为以圆柱体结构，其余所述螺纹部（2240）的端部构成以蘑菇头状结构，一头大一头小；

所述调平底板本体（220）上还开设有锁紧销轴孔（227），该锁紧销轴孔（227）与所述调节转轴孔（222）的端部连通，当所述调节转轴（224）插入调节转轴孔（222）时，调节转轴（224）上的卡紧防脱部（2241）正好位于锁紧销轴孔（227）的前端；

所述锁紧销轴孔（227）内穿设固定有锁紧固定销轴，该锁紧固定销轴穿过所述卡紧防脱部（2241）的底部，能够阻挡卡紧防脱部（2241）向外移动。

6.根据权利要求1所述的利用热胀冷缩自动脱模的3D打印装置，其特征在于：

所述第一热床（23）包括热床底槽（230）、电加热膜（231）、隔板（232）以及热床顶板（233）；

所述热床底槽（230）为能够容纳液体的槽状结构，其底部固定设置有多块隔板（232），所述隔板（232）相互交错设置，与热床底槽（230）的两个内侧壁分别构成己字形通道；

所述热床底槽（230）的内侧底面还固定设置有电加热膜（231）；

所述热床底槽（230）顶面密封设置有所述热床顶板（233）。

7.根据权利要求6所述的利用热胀冷缩自动脱模的3D打印装置，其特征在于：

所述热床底槽（230）采用隔热材料制成，所述热床顶板（233）采用导热材料制成；

所述电加热膜（231）为炭纤维加热膜或石墨烯加热膜；

所述热床底槽（230）内还设置有温度传感器。

8.根据权利要求1所述的利用热胀冷缩自动脱模的3D打印装置，其特征在于：

所述制冷装置（27）为半导体制冷片，该半导体制冷片上面设置有散热片；

所述滑动主架（20）上还固定设置有模型检测传感器（209），该模型检测传感器（209）用于检测所述打印平台（2）上是否有模型或者零件。

9.根据权利要求1所述的利用热胀冷缩自动脱模的3D打印装置，其特征在于：

所述打印机架（1）的下侧边框上固定设置有推模机构（10），该推模机构（10）以直线运动机构，用于将模型或者零件从打印平台（2）推掉。

10.根据权利要求1所述的利用热胀冷缩自动脱模的3D打印装置，其特征在于：

所述打印机架（1）为底部镂空结构，打印机架（1）固定设置在以打印支撑架体（4）上，该打印支撑架体（4）内斜设有弹性缓冲垫（40），所述打印支撑架体（4）的一侧设置有模型收纳盒（5），从弹性缓冲垫（40）掉落的模型能够顺着弹性缓冲垫（40）落入模型收纳盒（5）中。

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