CN112060565A - 一种多功能工业级3d打印机及3d模型打印方法 - Google Patents

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杨锦锋
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Abstract

本发明揭示了一种多功能工业级3D打印机，包括内机架组件和设置在内机架组件外的外壳，外壳上设置有料箱组件，其特征在于：内机架组件包括上机架组件和下机架组件；上机架组件上设置有控制器、X轴组件、Y轴组件和喷头组件；喷头组件活动设置在X轴组件上，X轴组件活动设置在Y轴组件上；下机架组件上设置有Z轴组件和电源；下机架组件内设置有平台组件，最大成型尺寸为1000立方毫米。本发明采用了模块化设计，整体结构化零为整，结构稳定，打印精度高，并且便于维修和保养，同时大尺寸设计使得本发明能够满足超大尺寸的模型的打印，适用范围更广，适合应用于工业模具、汽车、电子产品、影视道具、建筑设计、医疗等广泛领域。

Description

一种多功能工业级3D打印机及3D模型打印方法
技术领域
本发明涉及到3D打印技术领域，特别是涉及到一种多功能工业级3D打印机及3D模型打印方法。
背景技术
3D打印(3DP)即快速成型技术的一种，又称增材制造，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工(AEC)、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。
利用熔融堆积技术的3D打印机普遍存在的问题，一是打印精度不够高，打印出来的产品外观质量差，二是打印尺寸小，三是非模块化的结构还使得打印机维修和保养工作不方便进行。
发明内容
本发明的主要目的为提供一种打印尺寸大、功能多的多功能工业级3D打印机。
本发明提出一种多功能工业级3D打印机，包括内机架组件和设置在所述内机架组件外的外壳，所述外壳上设置有料箱组件，所述内机架组件包括上机架组件和下机架组件；
所述上机架组件上设置有控制器、X轴组件、Y轴组件和喷头组件；所述喷头组件活动设置在所述X轴组件上，所述X轴组件活动设置在所述Y轴组件上；
所述下机架组件上设置有Z轴组件和电源；
所述下机架组件内设置有平台组件，所述平台组件依靠所述Z轴组件在所述下机架组件中升降；
所述电源电连接所述控制板，所述控制板电连接所述X轴组件、Y轴组件、喷头组件、Z轴组件、平台组件以及料箱组件。
更进一步地，所述喷头组件为两进一出喷头，可以同时打印两种不同色彩的耗材，所述喷头组件包括喷头安装板、第一送料机构、第二送料机构、冷却风扇和喷嘴；
所述喷头安装板设置在所述X轴组件上，且能够在所述X轴组件上活动；所述第一送料机构与所述第二送料机构设置在所述喷头安装板上；所述喷嘴固定在所述喷头安装板上，且所述喷嘴设置在所述第一送料机构和所述第二送料机构的下方，所述第一送料机构和所述第二送料机构将耗材推入所述喷嘴中；所述喷头安装板上还设置有冷却风扇，所述冷却风扇的出风口正对所述喷嘴。
更进一步地，所述第一送料机构包括第一送料电机和第一送料夹，所述第二送料机构包括第二送料电机和第二送料夹，所述第一送料电机和所述第二送料电机结构相同、所述第一送料夹与所述第二送料夹的结构相同；所述第一送料电机的输出轴上设置有齿轮，第一送料夹将耗材压紧在齿轮上，所述第一送料电机运作时，齿轮转动，利用第一送料夹提供的压力，推送耗材；所述第二送料机构与所述第一送料机构的结构相同。
更进一步地，所述喷头安装板上最下方位置处设置有距离传感器，所述距离传感器的感应头与所述喷嘴的水平高度齐平，所述距离传感器用于检测喷嘴与所述平台组件之间的距离。
更进一步地，所述Y轴组件包括两根导轨和一个驱动电机，所述X轴组件呈长条形，所述X轴组件长度方向的两端分别架设在所述Y轴组件的两根导轨上，所述X轴组件受Y轴组件的驱动电机驱动，在所述Y轴组件上滑动。
更进一步地，所述Z轴组件包括四组丝杆和四组导杆，均通过轴承座竖直固定在所述下机架组架上，一根所述丝杆和一根导杆为一组，两组为一个单位，分别设置在所述下机架组件的两个相对侧面上，所述导杆通过滑块与所述平台组件固定，所述丝杆上设置有螺母，所述螺母上设置有平台固定块，所述平台固定块与所述平台组件固定，所述丝杆在丝杆驱动电机的驱动力作用下旋转，所述丝杆驱动电机有四个，分别对应四个所述丝杆。
更进一步地，所述平台组件包括安装在所述平台固定块上的平台支架。所述平台支架上设置有电木板，所述电木板朝向所述平台支架的一面上设置有电热膜，另一面上固定有玻璃板。
更进一步地，所述料箱组件包括料箱外壳，所述料箱外壳内部形成一空腔，所述空腔内设置有第一料卷和第二料卷，所述空腔内还设置有加热器，所述料箱外壳的顶部设置有两个出料口，两个所述出料口分别对应所述第一料卷和所述第二料卷。
更进一步地，所述空腔内还设置有断料检测器，所述第一料卷和所述第二料卷上的耗材先经过断料检测器后再经过所述出料口伸出所述料箱组件。
本发明还提供了一种3D模型打印方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、启动设备，开始自动调平；S2、平台组件和喷头组件预热；S3、开始打印模型；S4、打印过程中不断检测打印情况；S5、若打印过程中报错，停止打印并记录当前打印坐标。
本发明的技术效果：本发明采用了模块化设计，整体结构化零为整，结构稳定，打印精度高，并且便于维修和保养，同时大尺寸设计使得本发明能够满足超大尺寸的模型的打印，适用范围更广，适合应用于工业模具、汽车、电子产品、影视道具、建筑设计、医疗等广泛领域。
附图说明
图1是本发明提供的多功能工业级3D打印机的结构示意图；
图2是本发明提供的内机架组件的结构示意图；
图3是本发明提供的平台组件的结构示意图；
图4是本发明提供的平台组件的分解示意图；
图5是本发明提供的下机架组件的结构示意图；
图6是本发明提供的上机架组件的结构示意图；
图7是本发明提供的Z轴组件的结构示意图；
图8是本发明提供的喷头组件的结构示意图；
图9是本发明提供的料箱组件的结构示意图。
附图标记：100、内机架组件；110、上机架组件；111、控制器；112；摄像头；113、X轴组件；114、Y轴组件；115、喷头组件；1151、喷头安装板；1152、第一送料电机；1153、第二送料电机；1154、第一送料夹；1155、第二送料夹；1156、冷却风扇；1157、距离传感器；1158、喷嘴；120、下机架组件；121、电源；130、Z轴组件；131、导杆；132、丝杆；133、滑块；134、轴承座；135、丝杆驱动电机；136、螺母；137平台固定块；200、平台组件；210、平台支架；220、电热膜；230、电木板；240、玻璃板；300、料箱组件；310、料箱外壳；320、第一料卷；330、第二料卷；340、断料检测器；350、加热器；360、出料口；400、外壳。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
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。
参照图1-图9所示，一种多功能工业级3D打印机，包括内机架组件100和设置在所述内机架组件100外的外壳400，所述外壳400上设置有料箱组件300，所述内机架组件100包括上机架组件110和下机架组件120；
所述上机架组件110上设置有控制器111、X轴组件113、Y轴组件114和喷头组件115；所述喷头组件115活动设置在所述X轴组件113上，所述X轴组件113活动设置在所述Y轴组件114上；
所述下机架组件120上设置有Z轴组件130和电源121；
所述下机架组件120内设置有平台组件200，所述平台组件200的尺寸为1000mm×1000mm，所述平台组件200依靠所述Z轴组件130在所述下机架组件120中升降，所述平台组件200在下机架组件120中的最大高度差为1000mm；
所述电源121电连接所述控制板111，所述控制板111电连接所述X轴组件113、Y轴组件114、喷头组件115、Z轴组件130、平台组件200以及料箱组件300。
更进一步地，所述喷头组件115为两进一出喷头，可以同时打印两种不同色彩的耗材，可以理解为有两个耗材入口，一个耗材出口，控制两种耗材送料与否，便可以实现利用一个喷嘴1158完成双色打印的工作。
所述喷头组件115包括喷头安装板1151、第一送料机构、第二送料机构、冷却风扇1156和喷嘴1158；
所述喷头安装板1151设置在所述X轴组件113上，且能够在所述X轴组件113上活动；所述第一送料机构与所述第二送料机构设置在所述喷头安装板1151上；所述喷嘴1158固定在所述喷头安装板1151上，且所述喷嘴1158设置在所述第一送料机构和所述第二送料机构的下方，所述第一送料机构和所述第二送料机构将耗材推入所述喷嘴1158中；所述喷头安装板1151上还设置有冷却风扇1156，所述冷却风扇1156的出风口正对所述喷嘴1158。
更进一步地，所述第一送料机构包括第一送料电机1152和第一送料夹1154，所述第二送料机构包括第二送料电机1153和第二送料夹1155，所述第一送料电机1152和所述第二送料电机1153结构相同、所述第一送料夹1154与所述第二送料夹1155的结构相同；所述第一送料电机1152的输出轴上设置有齿轮，第一送料夹1154将耗材压紧在齿轮上，所述第一送料电机1152运作时，齿轮转动，利用第一送料夹1154提供的压力，推送耗材；所述第二送料机构与所述第一送料机构的结构相同。
更进一步地，所述喷头安装板1151上最下方位置处设置有距离传感器1157，所述距离传感器1157的感应头与所述喷嘴1158的水平高度齐平，所述距离传感器1157用于检测喷嘴1158与所述平台组件200之间的距离。
更进一步地，所述Y轴组件114包括两根导轨和一个驱动电机，所述X轴组件113呈长条形，所述X轴组件113长度方向的两端分别架设在所述Y轴组件114的两根导轨上，所述X轴组件113受Y轴组件114的驱动电机驱动，在所述Y轴组件114上滑动。
更进一步地，所述Z轴组件130包括四组丝杆132和四组导杆131，均通过轴承座134竖直固定在所述下机架组架120上，一根所述丝杆132和一根导杆131为一组，两组为一个单位，分别设置在所述下机架组件120的两个相对侧面上，所述导杆131通过滑块133与所述平台组件200固定，所述丝杆132上设置有螺母136，所述螺母136上设置有平台固定块137，所述平台固定块137与所述平台组件200固定，所述丝杆132在丝杆驱动电机135的驱动力作用下旋转，所述丝杆驱动电机135有四个，分别对应四个所述丝杆135。
更进一步地，所述平台组件200包括安装在所述平台固定块137上的平台支架210。所述平台支架210上设置有电木板230，所述电木板230朝向所述平台支架210的一面上设置有电热膜220，另一面上固定有玻璃板240。
更进一步地，所述料箱组件300包括料箱外壳310，所述料箱外壳310内部形成一空腔，所述空腔内设置有第一料卷320和第二料卷330，所述空腔内还设置有加热器350，所述料箱外壳310的顶部设置有两个出料口360，两个所述出料口360分别对应所述第一料卷320和所述第二料卷330。
更进一步地，所述空腔内还设置有断料检测器340，所述第一料卷320和所述第二料卷330上的耗材先经过断料检测器340后再经过所述出料口360伸出所述料箱组件300。
本发明还提出了一种3D模型打印方法，包括以下步骤：
S1、启动设备，开始自动调平；
自动调平是基于独立设置的丝杆132和丝杆驱动电机135进行的，首先，通过移动喷头组件115，距离传感器1157检测平台组件200各点(一般采用平台四个角的位置)与喷嘴1158的距离，通过丝杆驱动电机135的驱动，对平台组件200进行调整，直到前述各点与喷嘴1158的距离相等，此时自动调平工作完成。
S2、平台组件和喷头组件预热；
预热是为了保证打印效果，以PLA耗材为例，平台组件200在70-100摄氏度范围内会有一个比较好的平台粘连效果，保证在打印的过程中模型不会发生位移，喷头组件115的预热部位是喷嘴1158，一般选用温度为180-220摄氏度，此时PLA耗材在喷嘴1158会有较好的流动性，喷嘴1158挤出时更顺畅，能够支撑较高的打印速度，同时也不容易发生堵料的情况。
S3、开始打印模型；
通过软件切片形成的轨迹，XYZ三轴组件共同运作，使喷头1158沿着预定轨迹行走，完成打印过程。
S4、打印过程中不断检测打印情况；
在打印过程中，会存在一些意外状况，比如断电、断料等，发生这类状况一般会导致模型报废，并且需要重新打印，造成巨大的浪费，如果没有检测这一过程，假如出现断料的问题，热备任然在进行打印工作，则会造成空打，白白浪费时间和电力资源。
S5、若打印过程中报错，停止打印并记录当前打印坐标。
在打印过程中，控制器112接收到报错信息，则停止打印并记录下当前的打印坐标，方便排出故障后进行继续打印，避免材料与时间上的浪费，以断料为例，当断料检测器340检测到耗材供应中断，反馈报错信息至控制器112，控制器112中断打印过程，人工更换料卷或排出故障后，选择继续打印，则设备会在停止处继续进行打印程序，直至模型打印完毕。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种多功能工业级3D打印机，包括内机架组件(100)和设置在所述内机架组件(100)外的外壳(400)，所述外壳(400)上设置有料箱组件(300)，其特征在于：所述内机架组件(100)包括上机架组件(110)和下机架组件(120)；
所述上机架组件(110)上设置有控制器(111)、X轴组件(113)、Y轴组件(114)和喷头组件(115)；所述喷头组件(115)活动设置在所述X轴组件(113)上，所述X轴组件(113)活动设置在所述Y轴组件(114)上；
所述下机架组件(120)上设置有Z轴组件(130)和电源(121)；
所述下机架组件(120)内设置有平台组件(200)，所述平台组件(200)依靠所述Z轴组件(130)在所述下机架组件(120)中升降，
所述电源(121)电连接所述控制板(111)，所述控制板(111)电连接所述X轴组件(113)、Y轴组件(114)、喷头组件(115)、Z轴组件(130)、平台组件(200)以及料箱组件(300)。
2.根据权利要求1所述的多功能工业级3D打印机，其特征在于：所述喷头组件(115)为两进一出喷头，可以同时打印两种不同色彩的耗材，所述喷头组件(115)包括喷头安装板(1151)、第一送料机构、第二送料机构、冷却风扇(1156)和喷嘴(1158)；
所述喷头安装板(1151)设置在所述X轴组件(113)上，且能够在所述X轴组件(113)上活动；所述第一送料机构与所述第二送料机构设置在所述喷头安装板(1151)上；所述喷嘴(1158)固定在所述喷头安装板(1151)上，且所述喷嘴(1158)设置在所述第一送料机构和所述第二送料机构的下方，所述第一送料机构和所述第二送料机构将耗材推入所述喷嘴(1158)中；所述喷头安装板(1151)上还设置有冷却风扇(1156)，所述冷却风扇(1156)的出风口正对所述喷嘴(1158)。
3.根据权利要求2所述的多功能工业级3D打印机，其特征在于：所述第一送料机构包括第一送料电机(1152)和第一送料夹(1154)，所述第二送料机构包括第二送料电机(1153)和第二送料夹(1155)，所述第一送料电机(1152)和所述第二送料电机(1153)结构相同、所述第一送料夹(1154)与所述第二送料夹(1155)的结构相同；所述第一送料电机(1152)的输出轴上设置有齿轮，第一送料夹(1154)将耗材压紧在齿轮上，所述第一送料电机(1152)运作时，齿轮转动，利用第一送料夹(1154)提供的压力，推送耗材；所述第二送料机构与所述第一送料机构的结构相同。
4.根据权利要求2所述的多功能工业级3D打印机，其特征在于：所述喷头安装板(1151)上最下方位置处设置有距离传感器(1157)，所述距离传感器(1157)的感应头与所述喷嘴(1158)的水平高度齐平，所述距离传感器(1157)用于检测喷嘴(1158)与所述平台组件(200)之间的距离。
5.根据权利要求1所述的多功能工业级3D打印机，其特征在于：所述Y轴组件(114)包括两根导轨和一个驱动电机，所述X轴组件(113)呈长条形，所述X轴组件(113)长度方向的两端分别架设在所述Y轴组件(114)的两根导轨上，所述X轴组件(113)受Y轴组件(114)的驱动电机驱动，在所述Y轴组件(114)上滑动。
6.根据权利要求1所述的多功能工业级3D打印机，其特征在于：所述Z轴组件(130)包括四组丝杆(132)和四组导杆(131)，均通过轴承座(134)竖直固定在所述下机架组架(120)上，一根所述丝杆(132)和一根导杆(131)为一组，两组为一个单位，分别设置在所述下机架组件(120)的两个相对侧面上，所述导杆(131)通过滑块(133)与所述平台组件(200)固定，所述丝杆(132)上设置有螺母(136)，所述螺母(136)上设置有平台固定块(137)，所述平台固定块(137)与所述平台组件(200)固定，所述丝杆(132)在丝杆驱动电机(135)的驱动力作用下旋转，所述丝杆驱动电机(135)有四个，分别对应四个所述丝杆(135)。
7.根据权利要求6所述的多功能工业级3D打印机，其特征在于：所述平台组件(200)包括安装在所述平台固定块(137)上的平台支架(210)。所述平台支架(210)上设置有电木板(230)，所述电木板(230)朝向所述平台支架(210)的一面上设置有电热膜(220)，另一面上固定有玻璃板(240)。
8.根据权利要求1所述的多功能工业级3D打印机，其特征在于：所述料箱组件(300)包括料箱外壳(310)，所述料箱外壳(310)内部形成一空腔，所述空腔内设置有第一料卷(320)和第二料卷(330)，所述空腔内还设置有加热器(350)，所述料箱外壳(310)的顶部设置有两个出料口(360)，两个所述出料口(360)分别对应所述第一料卷(320)和所述第二料卷(330)。
9.根据权利要求8所述的多功能工业级3D打印机，其特征在于：所述空腔内还设置有断料检测器(340)，所述第一料卷(320)和所述第二料卷(330)上的耗材先经过断料检测器(340)后再经过所述出料口(360)伸出所述料箱组件(300)。
10.一种3D模型打印方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、启动设备，开始自动调平；
S2、平台组件和喷头组件预热；
S3、开始打印模型；
S4、打印过程中不断检测打印情况；
S5、若打印过程中报错，停止打印并记录当前打印坐标。
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