CN112248433B - 一种自动调平装置、3d打印机及调平方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种自动调平装置、3D打印机及调平方法，所述自动调平装置包括一弹性导电片和与所述弹性导电片弹性接触并产生电性导通的接触导电片，所述弹性导电片上连接有一喷头组件，当所述喷头组件进行触压动作时，使所述弹性导电片产生位移并与所述接触导电片相互脱离。本发明通过根据所述弹性导电片和接触导电片的接触与分离，确定与所述弹性导电片连接的喷头组件的高度位置数据，并根据所述喷头组件的高度位置数据进行自动调平，从而提高3D打印机的自动调平精度。

Description

一种自动调平装置、3D打印机及调平方法

技术领域

本发明涉及3D打印机技术领域，具体涉及一种自动调平装置、3D打印机及调平方法。

背景技术

3D打印即快速成型技术，是一种累积制造技术，又称增材制造，它是一种以数字模型文件为基础，运用特殊蜡材、粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过打印一层层的粘合材料来制造三维实体的技术。熔融沉积快速成型技术(FDM)，又称热熔堆积技术，是主要的3D打印技术之一。该技术是将热熔型料丝加热融化后从喷头挤出，沉积在打印工作平台或前一层已固化的材料上，当温度低于料丝固化温度后开始固化成型，最终打印成实体。

对于以层层累积为特征的熔融沉积快速成型技术(FDM)的3D打印工艺来说，打印平台的水平度直接决定了模型第一层的成败，从而决定了模型打印的失败与精确度。传统3D打印机的调平技术主要通过手动调节打印平台下的螺丝来实现调整打印平台的水平度，这种方式不易操作且精度不足。目前市场上的自动调平装置主要为电磁式调平装置，其具有一定的缺点，例如抗干扰能力不佳、生产制造成本高、组装或者维护难度较大等。

发明内容

本发明实施例提供了一种自动调平装置、3D打印机及调平方法，旨在提高3D打印机自动调平的精度。

本发明实施例提供了一种自动调平装置，包括一弹性导电片和与所述弹性导电片弹性接触并产生电性导通的接触导电片，所述弹性导电片上连接有一喷头组件，当所述喷头组件进行触压动作时，使所述弹性导电片产生位移并与所述接触导电片相互脱离。

进一步的，所述自动调平装置包括一喷头安装板，所述弹性导电片设置于所述喷头安装板上，所述喷头安装板安装有一驱动机构和直线导轨组件，所述驱动机构通过一活动件驱动所述直线导轨组件，所述接触导电片设置于所述直线导轨组件上且向所述弹性导电片底部延伸。

进一步的，所述驱动机构为一包含丝杆的步进电机，所述直线导轨组件包括一水平安装在所述喷头安装板后端的直线导轨和可在所述直线导轨上滑动的滑动件，所述接触导电片设置于所述滑动件上。

进一步的，所述活动件装配于所述丝杆上，所述丝杆可带动所述活动件沿所述直线导轨方向运动，所述活动件与所述滑动件连接。

进一步的，所述活动件包括固定安装于所述丝杆上的丝杆连接片和固定安装于所述滑动件上的滑动件连接片，所述丝杆连接片和滑动件连接片一体折弯设置。

进一步的，所述接触导电片包括竖直导电片和与所述竖直导电片连接的水平导电片，所述竖直导电片固定安装于所述滑动件上，所述水平导电片置于所述弹性导电片下方。

进一步的，所述喷头安装板包括一竖直设置的竖直安装板，所述弹性导电片水平设置于所述竖直安装板底部，所述竖直安装板的下端设置有一置于所述弹性导电片下方的限位件。

进一步的，所述竖直安装板的上端向前设置有一水平延伸部，所述水平延伸部上设置有一调节件，所述调节件包括一穿过所述水平延伸部的调节螺栓和弹簧，所述调节螺栓的头部设置有一台阶部，所述弹簧的一端抵持于所述台阶部上，另一端抵持于所述弹性导电片的上表面。

本发明实施例还提供一种3D打印机，包括如上任一项所述的自动调平装置；及

打印机基座、打印平台、步进电机系统和喷头组件导向机构；

所述打印机基座包括水平设置的底座板和与所述底座板连接的竖直设置的支撑板，所述打印平台设置于所述底座板上，所述步进电机系统设置于所述底座板和支撑板的交接处且与所述喷头组件导向机构连接，所述喷头组件导向机构设置于所述支撑板上，所述喷头安装板固定设置于所述喷头组件导向机构上，所述喷头组件导向机构通过所述喷头安装板带动所述喷头组件上下移动。

本发明实施例还提供了一种如上任一项所述的3D打印机的调平方法，包括：

当所述喷头组件进行触压动作时，所述弹性导电片产生位移并与所述接触导电片脱离，产生开关信号；

记录每次产生所述开关信号时所述喷头组件的高度位置数据；

根据不同点位的高度位置数据，对所述喷头组件的高度位置数据进行补偿，实现平台自动调平的目的。

本发明实施例提供了一种自动调平装置、3D打印机及调平方法，所述自动调平装置包括一弹性导电片和与所述弹性导电片弹性接触并产生电性导通的接触导电片，所述弹性导电片上连接有一喷头组件，当所述喷头组件进行触压动作时，使所述弹性导电片产生位移并与所述接触导电片相互脱离。本发明实施例通过根据所述弹性导电片和接触导电片的接触与分离，确定与所述弹性导电片连接的喷头组件的高度位置数据，并根据所述喷头组件的高度位置数据进行自动调平，从而提高3D打印机的自动调平精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种自动调平装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种自动调平装置的爆炸示意图；

图3为本发明实施例提供的一种自动调平装置的一状态示意图；

图4为本发明实施例提供的一种自动调平装置的另一状态示意图；

图5为本发明实施例提供的一种3D打印机整体结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

下面请参见图1和图2，本发明实施例提供的一种自动调平装置，包括一弹性导电片111和与所述弹性导电片111弹性接触并产生电性导通的接触导电片12，所述弹性导电片111上连接有一喷头组件1，当所述喷头组件1进行触压动作时，使所述弹性导电片111产生位移并与所述接触导电片12相互脱离。

本实施例中，当所述自动调平装置处于初始状态时(即未开始进行调平工作)，使所述弹性导电片111和接触导电片12发生弹性接触，从而形成闭合电路，产生电性导通。当所述自动调平装置开始进行调平工作时，连接于所述弹性导电片111上的喷头组件1会进行触压动作，在触压动作过程中，所述喷头组件1会受力反弹，从而带动所述弹性导电片111产生位移，与所述接触导电片12脱离，即所述弹性导电片111和接触导电片12之间形成的闭合电路断路，进而产生一个开关信号，根据该开关信号即可确定所述喷头组件1当前的高度位置数据。进一步的，使所述喷头组件1在不同位置进行触压操作，可以获得不同位置的高度位置数据，通过对获得的高度位置数据进行比对补偿即可达到自动调平的效果。

本实施例不需要使用压力传感器或位移传感器，仅依靠所述弹性导电片111受力形变产生位移量，使初始电路(即所述弹性导电片111和接触导电片12之间形成的闭合电路)产生开关信号，然后利用该开关信号获取所述喷头组件1在不同点位的高度位置数据，进而实现数据计算和补偿、自动调平的功能，从而使最终调平依据更加准确可靠，提高调平精度。进一步的，为了提高弹性导电片111和接触导电片12接触后的感应灵敏度，将所述喷头组件1在所述弹性导电片111上的位置和所述接触导电片12的位置按一定的比例关系进行安装，使所述弹性导电片111产生微小的位移即可产生开关信号，提高产生的开关信号的灵敏度提高。在一具体实施例中，当所述喷头组件1受力反弹0.1mm时，所述弹性导电片111产生的位移量为0.2mm。在一具体应用场景中，所述弹性导电片111为弹性钣金片。

在一实施例中，所述自动调平装置还包括一喷头安装板11，所述弹性导电片111设置于所述喷头安装板11上，所述喷头安装板11的安装有一驱动机构13和直线导轨组件14，所述驱动机构13通过一活动件15驱动所述直线导轨组件14，所述接触导电片12设置于所述直线导轨组件14上且向所述弹性导电片111底部延伸。

本实施例中，由于所述弹性导电片111使用较长时间后，可能会出现弹性疲劳或弹性系数变化的状况，换句话说，所述弹性导电片111和接触导电片12在长时间工作使用后，二者接触后的感应灵敏度可能会下降，从而导致产生的开关信号的灵敏度降低。此时，便可以通过所述驱动机构13驱动所述微型直线导轨组件14上的接触导电片12改变位置，即改变所述接触导电片12和所述弹性导电片111的接触位置，从而达到调整产生开关信号的灵敏度的效果，使产生开关信号的灵敏度在较长时间内均可以保证处于一个较高的水平，进而提高3D打印机的自动调平精度。

在一实施例中，所述驱动机构13为一包含丝杆131的步进电机，所述直线导轨组件14包括一水平安装在所述喷头安装板11后端的直线导轨141和可在所述直线导轨141上滑动的滑动件142，所述接触导电片12设置于所述滑动件142上。

本实施例中，采用所述步进电机作为所述驱动机构13，并使所述直线导轨141和滑动件142构成所述直线导轨组件14，当所述步进电机13(为方便阅读，这里将步进电机同样标注为13)驱动所述活动件15移动时，所述活动件15带动所述滑动件142在所述直线导轨141上滑动，从而实现移动所述接触导电片的效果。

在一实施例中，所述活动件15装配于所述丝杆131上，所述丝杆131可带动所述活动件15沿所述直线导轨141方向运动，所述活动件15与所述滑动件142连接。

本实施例中，将所述活动件15设置于所述丝杆131上且于所述滑动件142相连接，那么当所述丝杆131带动所述活动件15沿所述直线导轨141方向运动时，即可同时带动所述滑动件142沿所述直线导轨运动141。

在一实施例中，所述活动件15包括固定安装于所述丝杆131上的丝杆连接片151和固定安装于所述滑动件142上的滑动件连接片152，所述丝杆连接片151和滑动件连接片152一体折弯设置。

本实施例中，将所述线轨连接片15的丝杆连接片151与所述步进电机13的丝杆131固定连接，将所述线轨连接片15的滑动件连接片152与所述滑动件142固定连接。当所述步进电机13工作时，所述步进电机13的丝杆131伸出或者缩回均可以通过所述线轨连接片15带动所述滑动件142沿所述微型直线导轨141来回滑动，从而达到改变所述接触导电片12与所述弹性导电片111的接触位置的效果。

在一实施例中，所述接触导电片12包括竖直导电片121和与所述竖直导电片121连接的水平导电片122，所述竖直导电片121固定安装于所述滑动件142上，所述水平导电片122置于所述弹性导电片111的下方。

本实施例中，所述接触导电片12通过所述竖直导电片121安装于所述滑动件142，所述竖直导电片121的下端和所述水平导电片122的一端固定连接，所述水平导电片122的另一端朝向所述弹性导电片111。在一具体应用场景中，所述竖直导电片121和所述水平导电片122一体设置。

结合图3和图4，在一具体实施例中，所述水平导电片122的上表面设置有一导电片触点1221，所述导电片触点1221与所述弹性导电片111接触。

本实施例中，所述接触导电片12通过所述水平导电片122上设置的所述导电片触点12221与所述弹性导电片111相互接触，构成闭合电路。当所述接触导电片12在所述滑动件142的带动下沿所述微型直线导轨141的方向来回滑动时，所述导电片触点1221在所述弹性导电片111的下方来回滑动，并始终与所述弹性导电片111的下表面接触形成闭合电路。

在一实施例中，所述喷头安装板11包括一竖直设置的竖直安装板112，所述弹性导电片111水平设置于所述竖直安装板112底部，所述竖直安装板112的下端设置有一置于所述弹性导电片111下方的限位件16。

本实施例中，在所述竖直安装板112的下端设置所述限位件16，并使所述限位件16位于所述弹性导电片111的下方。同时，将所述限位件16的高度设置为与所述接触导电片12的高度一致，即所述限位件16与所述弹性导电片111之间的距离等于所述接触导电片12和所述弹性导电片12之间的距离，这样的好处是：在使所述弹性导电片111和接触导电片12发生接触的过程中，当所述弹性导电片111与所述限位件16发生接触时即可确定所述弹性导电片111已经与所述接触导电片12接触。进一步的，将所述限位件16的高度设置为略低于所述接触导电片12的高度，例如低于所述接触导电片120.2mm等，如此可确保所述弹性导电片111与所述接触导电片12之间不会发生接触不良的情况。在一具体应用场景中，所述限位件16为限位螺栓，同时，所述限位螺栓从所述竖直安装板112的后端穿过并位于所述弹性导电片111的下方。

需要注意的是，所述限位件16的高度略低于所述接触导电片12的高度是指所述弹性导电片111与所述接触导电片12之间的接触处于有效范围内，也就是说，如果限位件16的高度过低，那么在所述弹性导电片111和所述限位件16接触时，所述弹性导电片111与所述接触导电片12之间已经严密接触，从而对后续弹性导电片111与所述接触导电片12分离的操作产生影响。

在一实施例中，所述竖直安装板112的上端向前设置有一水平延伸部1121，所述水平延伸部1121上设置有一调节件17，所述调节件17包括一穿过所述水平延伸部1121的调节螺栓171和弹簧172，所述调节螺栓171的头部设置有一台阶部，所述弹簧172的一端抵持于所述台阶部上，另一端抵持于所述弹性导电片111的上表面。

本实施例中，利用所述调节件17向下压紧所述弹性导电片111使所述弹性导电片和所述接触导电片12发生接触。所述调节件17包括调节螺栓171和弹簧172，所述调节螺栓171穿过所述竖直安装板112上端设置的水平延伸部1121，并通过调节螺栓头部设置的弹簧172压缩所述弹性导电片111。具体的，所述调节螺栓171头部设置有一类似于台阶状的部分(即所述台阶部)，将弹簧172的一端抵持在所述台阶部，将弹簧172的另一端抵持在所述弹性导电片111上，控制所述调节螺栓171朝向所述弹性导电片111旋动，所述调节螺栓171旋动的同时压缩所述弹簧172，从而达到向下压动所述弹性导电片111的效果。

如图5所示，本发明实施例还提供一种3D打印机，包括如上所述的自动调平装置；及

打印机基座2、打印平台3、步进电机系统4和喷头组件导向机构5；

所述打印机基座2包括水平设置的底座板21和与所述底座板21连接的竖直设置的支撑板22，所述打印平台3设置于所述底座板21上，所述步进电机系统4设置于所述底座板21和支撑板22的交接处且与所述喷头组件导向机构5连接，所述喷头组件导向机构5设置于所述支撑板22上，所述喷头安装板11固定设置于所述喷头组件导向机构5上，所述喷头组件导向机构5通过所述喷头安装板11带动所述喷头组件1上下移动。

本实施例中，在所述3D打印机及自动调平装置开始工作(即开始进行调平操作)时，所述步进电机系统4驱动与之连接的喷头组件导向机构5，从而驱动所述喷头组件1向所述打印平台3运动，当所述喷头组件1下端的喷头19触压在所述打印平台3上时，所述喷头组件1受到反向的推力，即竖直向上的推力，所述喷头组件1在该推力的作用推动所述弹性导电片111向上产生一定的位移量，此位移量能够使所述弹性导电片111和接触导电片12分离，不再接触，进而使所述弹性导电片111和接触导电片12之间的电路开路(即断路)，并产生一个开关信号，然后所述步进电机系统4根据所述开关信号记录所述喷头组件1当前的高度数据。同理，利用步进电机系统4驱动所述喷头组件1在所述打印平台3的不同位置进行触压动作，从而根据每一次的触压产生的开关信号记录各个触压点位的高度数据。最后，通过不同点位的高度数据比对，所述步进电机系统4自动对所述喷头组件1在所述打印平台3不同位置的高度数据进行补偿，使得所述喷头组件1相对于所述打印平台3整个平面的高度相等。

在一实施例中，所述喷头组件导向机构5包括4个安装位51，所述4个安装位51两两安装于所述支撑板22的四角，构成竖直方向的两组安装位，所述两组安装位之间分别安装有导向柱52，两根所述导向柱52上套设有一可在两根所述导向柱52上下移动的导向板53。

本实施例中，通过所述4个安装位51将两根导向柱52安装在所述支撑板22上，并在所述两根导向柱52之间水平设置一可在两根导向柱52上下移动的导向板53，即所述导向板53一端套设在一根导向柱52上，所述导向板53的另一端套设在另一根导向柱52上，从而构成所述喷头组件导向机构5。

在一具体应用场景中，所述安装位51包括安装块和将所述安装块固定于所述支撑板22上的螺钉，所述安装块上设有用于所述导向柱穿过的安装孔。

在一具体实施例中，所述导向板53中间设置有一延伸板531，所述喷头安装板11固定安装于所述延伸板53上。在另一具体实施例中，所述喷头安装板11通过一固定板18固定安装于所述导向板53上。进一步的，在所述竖直安装板112的底部设置第一绝缘片181，以及在所述竖直安装板112和固定板18之间设置第二绝缘片182，从而确保所述弹片111和所述接触导电片12之间形成的闭合电路产生的电场不会对调平过程造成影响。

本实施例中，在所述导向板上朝外设置所述延伸板，便于安装所述喷头安装板11，以及为所述喷头安装板11上的部件(例如弹性导电片111等)留有足够的空间，避免所述喷头安装板11上安装的部件对所述喷头组件1的移动产生影响。

在一实施例中，所述步进电机系统4通过一连接柱41与所述导向板53连接，并通过所述连接柱驱动所述导向板53上下移动。

本实施例中，利用所述连接柱41将所述步进电机系统4与所述喷头组件导向机构5连接在一起，使所述步进电机系统4可以驱动所述喷头组件导向机构5上的导向板53上下移动，从而实现所述步进电机系统4驱动所述喷头组件1上下移动的效果。

本发明实施例还提供了一种3D打印机的调平方法，采用如上所述的自动调平装置，包括：

当所述喷头组件1进行触压动作时，所述弹性导电片111产生位移并与所述接触导电片12脱离，产生开关信号；

记录每次产生所述开关信号时所述喷头组件1的高度位置数据；

根据不同点位的高度位置数据，对所述喷头组件1的高度位置数据进行补偿，实现平台自动调平的目的。

由于方法部分的实施例与装置部分的实施例相互对应，因此方法部分的实施例请参见装置部分的实施例的描述，这里暂不赘述。

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的状况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (9)

1.一种自动调平装置，其特征在于，包括一弹性导电片和与所述弹性导电片弹性接触并产生电性导通的接触导电片，所述弹性导电片上连接有一喷头组件，当所述喷头组件进行触压动作时，使所述弹性导电片产生位移并与所述接触导电片相互脱离；

还包括一喷头安装板，所述弹性导电片设置于所述喷头安装板上，所述喷头安装板安装有一驱动机构和直线导轨组件，所述驱动机构通过一活动件驱动所述直线导轨组件，所述接触导电片设置于所述直线导轨组件上且向所述弹性导电片底部延伸。

2.根据权利要求1所述的自动调平装置，其特征在于，所述驱动机构为一包含丝杆的步进电机，所述直线导轨组件包括一水平安装在所述喷头安装板后端的直线导轨和可在所述直线导轨上滑动的滑动件，所述接触导电片设置于所述滑动件上。

3.根据权利要求2所述的自动调平装置，其特征在于，所述活动件装配于所述丝杆上，所述丝杆可带动所述活动件沿所述直线导轨方向运动，所述活动件与所述滑动件连接。

4.根据权利要求3所述的自动调平装置，其特征在于，所述活动件包括固定安装于所述丝杆上的丝杆连接片和固定安装于所述滑动件上的滑动件连接片，所述丝杆连接片和滑动件连接片一体折弯设置。

5.根据权利要求2所述的自动调平装置，其特征在于，所述接触导电片包括竖直导电片和与所述竖直导电片连接的水平导电片，所述竖直导电片固定安装于所述滑动件上，所述水平导电片置于所述弹性导电片下方。

6.根据权利要求1所述的自动调平装置，其特征在于，所述喷头安装板包括一竖直设置的竖直安装板，所述弹性导电片水平设置于所述竖直安装板底部，所述竖直安装板的下端设置有一置于所述弹性导电片下方的限位件。

7.根据权利要求6所述的自动调平装置，其特征在于，所述竖直安装板的上端向前设置有一水平延伸部，所述水平延伸部上设置有一调节件，所述调节件包括一穿过所述水平延伸部的调节螺栓和弹簧，所述调节螺栓的头部设置有一台阶部，所述弹簧的一端抵持于所述台阶部上，另一端抵持于所述弹性导电片的上表面。

8.一种3D打印机，其特征在于，包括：

如权利要求1-7任一项所述的自动调平装置；及

打印机基座、打印平台、步进电机系统和喷头组件导向机构；

所述打印机基座包括水平设置的底座板和与所述底座板连接的竖直设置的支撑板，所述打印平台设置于所述底座板上，所述步进电机系统设置于所述底座板和支撑板的交接处且与所述喷头组件导向机构连接，所述喷头组件导向机构设置于所述支撑板上，所述喷头安装板固定设置于所述喷头组件导向机构上，所述喷头组件导向机构通过所述喷头安装板带动所述喷头组件上下移动。

9.一种3D打印机的调平方法，其特征在于，采用权利要求1-7任一项所述的自动调平装置，包括：

当所述喷头组件进行触压动作时，所述弹性导电片产生位移并与所述接触导电片脱离，产生开关信号；

通过驱动机构驱动微型直线导轨组件上的接触导电片改变位置，以改变所述接触导电片和弹性导电片的接触位置；

记录每次产生所述开关信号时所述喷头组件的高度位置数据；

根据不同点位的高度位置数据，对所述喷头组件的高度位置数据进行补偿，实现平台自动调平的目的。

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