CN112757631A - 一种3d打印机的自动调平装置及3d打印机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种3D打印机的自动调平装置及3D打印机，该自动调平装置包括光电开关、电磁组件和探针组件，光电开关具有感光槽，电磁组件设在壳体内，电磁组件具有滑孔，探针组件可滑动地配合在滑孔内，且探针组件的一端配合在感光槽内，电磁组件能够驱动探针组件运动，以使探针组件配合在感光槽内的一端脱离感光槽。该自动调平装置的结构简单，制造难度较低，生产成本低，且调平方式简单稳定，检测重复精度高，不需要复杂的电路、软件配合。

Description

一种3D打印机的自动调平装置及3D打印机
技术领域
本发明涉及3D打印设备技术领域，尤其涉及一种3D打印机的自动调平装置及3D打印机。
背景技术
3D打印技术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，通过打印一层层的材料来制造三维实物的快速成型技术。熔融沉积快速成型技术是主要的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，最终生成实物。对于以层层累积为特征的熔融沉积快速成型技术的3D打印工艺来讲，打印平台相对打印喷头的水平度，直接决定了模型第一层在打印平台沉积成型的成败，从而决定了整个模型打印的成败与精度。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平台调平，这种方式操作步骤繁琐且调平精度不够准确。
目前主流的调平方式主要有探针式调平、舵机调平及电感感应器调平等。其中，探针式调平以电磁线圈、柱塞、感测器为主要构成，通过探针伸出和缩回实现检测，但该装置对组装、生产、制造要求较高，且存在抗干扰能力不佳、成本较高等问题；舵机调平方法主要是将微动开关装在舵机上，调平前将微动开关放下，调平结束后将其收起，但需要在打印机喷头出多增加一个舵机，使打印机喷头组件变得复杂，而且调平前、后都需要通过舵机来放下与收起微动开关，操作方法比较繁琐；电感调平方法是利用电感接近开关的方式进行调平，但其装置体积较大，占用打印机喷头安装空间，而且只能对金属平台打印起作用，适用性较低。
发明内容
本发明的第一目的在于提出一种3D打印机的自动调平装置，该自动调平装置的体积较小，安装方便，使用方法简单，且制造成本较低。
本发明的第二目的在于提出一种3D打印机，该3D打印机能够实现快速且精准调平，从而确保3D打印机的打印精度。
为实现上述技术效果，本发明的技术方案如下：
本发明公开了一种3D打印机的自动调平装置，包括：光电开关，具有感光槽；电磁组件，具有滑孔；探针组件，可滑动地配合在所述滑孔内，且所述探针组件的一端配合在所述感光槽内；其中，所述电磁组件能够驱动所述探针组件运动，以使所述探针组件配合在所述感光槽内的一端脱离所述感光槽。在实际调平过程中采用电磁组件驱动探针组件上下运动，并且用探针组件的上端插入或者脱离感光槽来控制光电开关的光电信号的通断，从而获得探针组件接触平台的信号，这种调平方式简单稳定，检测重复精度高，不需要复杂的电路、软件配合，且整个自动调平装置的结构简单，制造难度较低，生产成本低。
在一些实施例中，所述探针组件包括：连接柱，一端配合在所述感光槽内，另一端配合在所述滑孔内；探针头，一端与所述连接柱相连，另一端伸出所述滑孔；弹性件，套设在所述探针头上，所述弹性件的一端止抵在所述连接柱上，另一端止抵在所述滑孔的内端面上。探针组件拆分为连接柱和探针头，在安装过程中非常方便，能够提升自动调平装置的组装效率，增设的弹性件能够实现调平结束后连接柱自动弹回的功能，简化了自动调平组件的控制逻辑。
在一些具体的实施例中，所述探针头包括：探头部，具有沿其周向方向延伸的凸起，所述凸起的直径大于所述滑孔的直径；连接部，一端与所述探头部相连，另一端与所述连接柱相连，所述弹性件套设在所述连接部上。避免探头部在回缩过程中发生全部缩入滑孔内的现象，从而保证了探针头的工作可靠性
在一些实施例中，所述探针组件包括永磁探针，所述永磁探针可滑动地设在所述滑孔内，所述电磁组件正向通电时，所述永磁探针朝向远离所述光电开关的方向滑动，所述电磁组件反向通电时，所述永磁探针朝向靠近所述光电开关的方向滑动。这种永磁探针的结构较为简单，使得整个自动调平装置的结构也更为简单，进一步降低了自动调平装置的制造难度和组装难度，降低了自动调平装置的生产成本。
在一些实施例中，所述电磁组件包括：安装件，具有沿其周向方向延伸设置的安装槽；线圈，配合安装在所述安装槽内；电磁外壳，套设在所述安装件上以封闭所述安装槽。电磁组件形成为柱形电磁铁结构，一方面能够简化了电磁组件的结构，缩小电磁组件的体积，另一方面能够提升电磁组件通电时的磁场强度，从而确保电磁组件能够稳定地驱动探针组件运动
在一些具体的实施例中，所述电磁外壳的一端设有环形凸板，所述环形凸板与所述电磁外壳的内周壁间隔设置以限定出定位槽，所述安装件的一端插入所述定位槽内。保证了安装件和电磁外壳的连接稳定性和连接密封性，较好地保证线圈处于一个相对密封的空间，避免了外部污物对线圈的污染，确保了线圈能够稳定且可靠的工作。
在一些实施例中，所述的3D打印机的自动调平装置还包括壳体，连接在3D打印机的喷头组件上，所述光电开关和所述电磁组件均设有所述壳体内，所述壳体包括前壳和后壳，所述前壳和所述后壳中的一个上设有卡凸，另一个上设有与所述卡凸配合的卡孔。简化了前壳和后壳的结构，方便了前壳和后壳的生产制造以及前壳和后壳的安装及拆卸，从而方便了整个自动调平装置的组装以及维护。
在一些实施例中，所述3D打印机的自动调平装置还包括电路板，所述光电开关连接在所述电路板上，所述电路板上设有接线插口，所述壳体上设有与所述接线插口对应设置的出线孔。该自动调平装置内部设置一个单独的电路板，方便了光感开关的控制以及电磁组件的控制，简化了3D打印机的布线，提升了自动调平装置的工作可靠性。
在一些具体的实施例中，所述壳体的内侧壁上设有定位柱，所述电路板上设有与所述定位柱配合的定位孔。确保了电路板的安装稳定性，提升了光电开关的稳定性，从而确保了自动调平装置的工作可靠性。
本发明还公开了一种3D打印机，包括：喷头组件；前文所述的3D打印机的自动调平装置，所述3D打印机的自动调平装置安装在所述喷头组件上。该3D打印机过使用前文所述自动调平装置对打印平台不同位置的点位进行检测，得到打印平台上多点的高度数据，即可运用软件计算出由这些点位组成的平面(即打印平台平面)相对喷头的倾斜角度数据，从软件上对这个倾斜角度进行补偿，实现喷头相对打印平台处于平行状态，实现打印平台调平的目的，从而确保3D打印机的打印精度。
本发明的3D打印机的自动调平装置及3D打印机的有益效果为：在实际调平过程中采用电磁组件驱动探针组件上下运动，并且用探针组件的上端插入或者脱离感光槽来控制光电开关的光电信号的通断，从获得探针组件接触平台的信号，在多次调平操作后，能够得到打印平台上多点的高度数据，即可运用软件计算出由这些点位组成的平面(即打印平台平面)相对喷头的倾斜角度数据，从软件上对这个倾斜角度进行补偿，实现喷头相对打印平台处于平行状态，实现打印平台调平的目的，这种调平方式简单稳定，检测重复精度高，不需要复杂的电路、软件配合，且整个自动调平装置的结构简单，制造难度较低，生产成本较低。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1是本发明实施例一的3D打印机的自动调平装置的结构示意图。
图2是本发明实施例一的3D打印机的自动调平装置的分解结构示意图。
图3是本发明实施例一的3D打印机的自动调平装置的探针组件缩回的结构示意图。
图4是本发明实施例一的3D打印机的自动调平装置的探针组件伸出的结构示意图。
附图标记：
1、壳体；11、前壳；111、卡孔；112、出线孔；12、后壳；121、卡凸；
2、光电开关；21、感光槽；
3、电磁组件；31、安装件；311、安装槽；32、线圈；33、电磁外壳；331、环形凸板；332、定位槽；
4、探针组件；41、连接柱；42、探针头；421、探头部；4211、凸起；422、连接部；43、弹性件；
5、电路板；51、定位孔；52、接线插口。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一：
下面参考图1-图4描述本发明实施例的一种3D打印机的自动调平装置。
如图1-图4所示，本发明的3D打印机的自动调平装置包括壳体1、光电开关2、电磁组件3和探针组件4。壳体1连接在3D打印机的喷头组件上，光电开关2设在壳体1内，光电开关2具有感光槽21，电磁组件3设在壳体1内，电磁组件3具有滑孔，探针组件4可滑动地配合在滑孔内，且探针组件4的一端配合在感光槽21内，电磁组件3能够驱动探针组件4运动，以使探针组件4配合在感光槽21内的一端脱离感光槽21。在调平过程中，朝向电磁组件3通入电流后，探针组件4在磁力的吸引下向下运动。在下移过程中，探针组件4的上端从光电开关2的感光槽21内脱出，光电开关2信号导通，控制整个3D打印机的喷头组件向下运动，喷头组件带动整个自动调平装置下移，使探针组件4的下端接触到打印平台时，探针组件4的下端受到向上的推力，向上浮动一定距离，从而使得探针组件4的上端进入光电开关2并的感光槽21内且遮挡光信号，此时电路板5读取到光电开关2断开信号，喷头组件停止向下移动，并把当前的喷头组件的高度数据传送给3D打印机的控制主板，从而完成一个点位的调平操作。该自动调平装置，采用电磁组件3驱动探针组件4上下运动，并且用探针组件4的上端插入或者脱离感光槽21来控制光电开关2的光电信号的通断，从而获得探针组件4接触平台的信号，这种调平方式简单稳定，检测重复精度高，不需要复杂的电路、软件配合，且整个自动调平装置的结构简单，制造难度较低，生产成本低，
具体来说，壳体1包括前壳11和后壳12，前壳11的前侧壁上设有四个卡孔111，顶壁上设有出线孔112，前壳11的内侧上设有四个间隔分布的定位柱，四个卡孔111分为两组，每组的两个卡孔111沿上下方向间隔分布，两组卡孔111分别位于前壳11的前侧壁的左侧和右侧。后壳12上设有四个卡凸121，每个卡凸121均可以配合在一个卡孔111内。这种采用卡孔111与卡凸121配合的可拆卸结构，一方面结构简单，方便前壳11和后壳12的生产制造，另一方面方便了前壳11和后壳12的安装及拆卸，从而方便了整个自动调平装置的组装以及维护。电路板5上设有四个定位孔51和接线插口52，每个定位孔51分别与一个定位柱相连，接线插口52与出线孔112对应设置。
如果本实施例的自动调平装置中不设置电路板5，光电开关2和电磁组件3均通过导线连接在整个3D打印机的控制主板上，这样不仅会造成整个3D打印机接线较为复杂，还会降低自动调平装置的工作可靠性。而本实施例的自动调平装置内单独设置一个电路板5，方便了光感开关的控制以及电磁组件3的控制，在安装过程中，只需要一根数据线将电路板5与3D打印机的控制主板相连即可，这样既能简化了3D打印机的布线，又能提升自动调平装置的工作可靠性。
具体来说，电磁组件3包括安装件31、线圈32和电磁外壳33，安装件31上具有沿其周向方向延伸设置的安装槽311，线圈32配合在安装槽311内，电磁外壳33套设在安装件31以封闭安装槽311，且电磁外壳33的一端设有环形凸板331，环形凸板331与电磁外壳33的内周壁间隔设置以限定出定位槽332，安装件31的一端插入定位槽332内。电磁组件3形成为柱形电磁铁结构，一方面简化了电磁组件3的结构，缩小电磁组件3的体积，另一方面提升了电磁组件3通电时的磁场强度，从而确保电磁组件3能够稳定地驱动探针组件4运动。而安装件31插入电磁外壳33上的定位槽332能够保证安装件31和电磁外壳33的连接稳定性和连接密封性，从而较好地保证线圈32处于一个相对密封的空间，避免了外部污物对线圈32的污染，确保了线圈32能够稳定且可靠的工作。
优选的，电磁外壳33为金属外壳，金属外壳可以形成电磁屏蔽层，避免外界电磁信号对线圈32造成干扰。
具体来说，探针组件4包括连接柱41、探针头42和弹性件43，连接柱41的一端配合在感光槽21内，另一端配合在滑孔内，探针头42的一端与连接柱41通过螺纹相连，另一端伸出滑孔，弹性件43套设在探针头42上，弹性件43的一端止抵在连接柱41上，另一端止抵在滑孔的内端面上。在实际工作过程中，壳体1安装到3D打印机的喷头组件上后，开始调平时，朝向线圈32通入较大的电流，由于电流的磁效应会产生磁场，连接柱41在磁力的吸引下克服弹性件43的推力会向下运动，使得探针头42伸出，探针头42完全伸出后，将线圈32的通电电压和电流减小。由于线圈32的通电电压和电流的相对较小，产生的磁场也相对较弱，对探针头42的作用力也相对较小，此时较小的压力就可以使探针头42感应到打印平台，这样就能够提升自动调平装置的调平精度。在连接柱41下移的过程中，连接柱41的另一端从光电开关2的感光槽21内脱出，光电开关2信号导通，控制整个3D打印机的喷头组件向下运动，喷头组件带动整个自动调平装置下移，使探针头42接触到打印平台时，探针头42受到向上的推力，向上浮动一定距离，此时连接柱41也一起上移，进入光电开关2并的感光槽21内且遮挡光信号，此时电路板5读取到光电开关2断开信号，喷头组件停止向下移动，并把当前的喷头组件的高度数据传送给3D打印机的控制主板，然后线圈32断电，探针头42在弹性件43的推力作用下收回并恢复到原始状态，一个点位的调平工作结束，然后进行下一个点位的调平工作。在实际调平过程中，需要进行至少三个点位的调平操作。
进一步地，探针头42包括探头部421和连接部422，探头部421具有沿其周向方向延伸的凸起4211，凸起4211的直径大于滑孔的直径，连接部422的一端与探头部421相连，另一端与连接柱41相连，弹性件43套设在连接部422上。凸起4211的直径大于滑孔的直径，这样能够避免探头部421全部缩入滑孔内的现象发生，从而保证了探针头42的工作可靠性。可选的，探针头42为软磁性金属件，这样能够确保线圈32通电时能够稳定地驱动探针头42运动，从而确保探针头42能够稳定地与打印平台接触以实现调平。
本实施例的探针组件4还可以包括永磁探针，永磁探针可滑动地设在滑孔内，电磁组件3正向通电时，永磁探针朝向远离光电开关2的方向滑动，电磁组件3反向通电时，永磁探针朝向靠近光电开关2的方向滑动。相比与前文所述的连接柱41、探针头42和弹性件43的组合式探针组件4，探针组件4仅仅包括永磁探针，这种结构更加简单，从而使得整个自动调平装置的结构也更加简单，进一步降低了自动调平装置的制造难度和组装难度，降低了自动调平装置的生产成本。
实施例二：
本发明还公开了一种3D打印机，该3D打印机包括喷头组件和前文的3D打印机的自动调平装置，3D打印机的自动调平装置安装在喷头组件上。该3D打印机，通过使用自动调平装置对打印平台不同位置的点位进行检测，得到多点的Z轴高度数据，即可运用软件计算出由这些点位组成的平面(即打印平台平面)相对喷头的倾斜角度数据，从软件上对这个倾斜角度进行补偿，实现喷头相对打印平台处于平行状态，实现打印平台调平的目的，从而确保3D打印机的打印精度。
在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种3D打印机的自动调平装置，其特征在于，包括：
光电开关(2)，具有感光槽(21)；
电磁组件(3)，具有滑孔；
探针组件(4)，可滑动地配合在所述滑孔内，且所述探针组件(4)的一端配合在所述感光槽(21)内；
其中，所述电磁组件(3)能够驱动所述探针组件(4)运动，以使所述探针组件(4)配合在所述感光槽(21)内的一端脱离所述感光槽(21)。
2.根据权利要求1所述的3D打印机的自动调平装置，其特征在于，所述探针组件(4)包括：
连接柱(41)，一端配合在所述感光槽(21)内，另一端配合在所述滑孔内；
探针头(42)，一端与所述连接柱(41)相连，另一端伸出所述滑孔；
弹性件(43)，套设在所述探针头(42)上，所述弹性件(43)的一端止抵在所述连接柱(41)上，另一端止抵在所述滑孔的内端面上。
3.根据权利要求2所述的3D打印机的自动调平装置，其特征在于，所述探针头(42)包括：
探头部(421)，具有沿其周向方向延伸的凸起(4211)，所述凸起(4211)的直径大于所述滑孔的直径；
连接部(422)，一端与所述探头部(421)相连，另一端与所述连接柱(41)相连，所述弹性件(43)套设在所述连接部(422)上。
4.根据权利要求1所述的3D打印机的自动调平装置，其特征在于，所述探针组件(4)包括永磁探针，所述永磁探针可滑动地设在所述滑孔内，所述电磁组件(3)正向通电时，所述永磁探针朝向远离所述光电开关(2)的方向滑动，所述电磁组件(3)反向通电时，所述永磁探针朝向靠近所述光电开关(2)的方向滑动。
5.根据权利要求1所述的3D打印机的自动调平装置，其特征在于，所述电磁组件(3)包括：
安装件(31)，具有沿其周向方向延伸设置的安装槽(311)；
线圈(32)，配合安装在所述安装槽(311)内；
电磁外壳(33)，套设在所述安装件(31)上以封闭所述安装槽(311)。
6.根据权利要求5所述的3D打印机的自动调平装置，所述电磁外壳(33)的一端设有环形凸板(331)，所述环形凸板(331)与所述电磁外壳(33)的内周壁间隔设置以限定出定位槽(332)，所述安装件(31)的一端插入所述定位槽(332)内。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的3D打印机的自动调平装置，其特征在于，还包括壳体(1)，连接在3D打印机的喷头组件上，所述光电开关(2)和所述电磁组件(3)均设有所述壳体内，所述壳体(1)包括前壳(11)和后壳(12)，所述前壳(11)和所述后壳(12)中的一个上设有卡凸(121)，另一个上设有与所述卡凸(121)配合的卡孔(111)。
8.根据权利要求7所述的3D打印机的自动调平装置，其特征在于，所述3D打印机的自动调平装置还包括电路板(5)，所述光电开关(2)连接在所述电路板(5)上，所述电路板(5)上设有接线插口(52)，所述壳体(1)上设有与所述接线插口(52)对应设置的出线孔(112)。
9.根据权利要求8所述的3D打印机的自动调平装置，其特征在于，所述壳体(1)的内侧壁上设有定位柱，所述电路板(5)上设有与所述定位柱配合的定位孔(51)。
10.一种3D打印机，其特征在于，包括：
喷头组件；
如权利要求1-9中任一项所述的3D打印机的自动调平装置，所述3D打印机的自动调平装置安装在所述喷头组件上。
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