CN113147036B - 一种具有双组刮刀的3d打印机 - Google Patents

Abstract

一种具有双组刮刀的3D打印机，包括，设置于打印机台上的皮带轮机构以及导向装置，活动设置于导向装置上并通过皮带轮机构带动平移的翻转机构，设置于翻转机构上且可随翻转机构翻转的双组刮刀机构，用于定位保证翻转后刮刀吸附面水平的定位机构；翻转机构包括，翻转电机，一对对称设置于打印机台两侧的三行星轮装置，三行星轮装置的太阳轮为主动轮；双组刮刀机构包括，一对对称设置于三行星轮装置之间的刮刀支架，一对分别设置于刮刀支架上的真空吸附刮刀；定位机构包括，设置于刮刀支架靠近三行星轮装置一侧的感应金属片以及塑料调零指针，设置于打印机台上表面的金属感应接近开关，一对设置于三行星轮装置的环齿轮靠近刮刀支架一侧的塑料对齐指针。

Description

一种具有双组刮刀的3D打印机

技术领域

本发明涉及3D打印机领域，尤其涉及一种具有双组刮刀的3D打印机。

背景技术

3D打印机是快速成型的一种工艺，采用层层堆积的方式分层制作出三维模型。在3D打印过程中，需要逐层涂布光敏树脂或光敏陶瓷浆料等料液，而当料液的粘稠度较高时，容易出现断层、涂布不完整或厚度不均匀等缺陷。为了避免上述缺陷，通常利用刮刀机构对各层进行涂布，以保证涂层的连续性、完整性和厚度均匀性。

而市面上采用真空吸附刮刀的工业级SLA3D打印机在长时间打印后均会存在刮刀吸附面有残留固化树脂，若不及时清理，会在打印涂抹过程中影响到打印的精度，甚至产生塌锅的现象。

现有的清洗刮刀表面的方式有两种，第一种是将手伸入树脂中，用小铲刀刮除刮刀表面残留树脂，这会使得工作人员手部沾满树脂难以清理，同时易被刮刀割伤，既不安全，同时也十分麻烦。第二种则是将刮刀拆卸下来进行清洗，虽然这种方法可以有效的清洁刮刀表面，但是重新装配刮刀需要重新校正，安装麻烦且工作量大。

因此，可通过选择设置可翻转的刮刀组，使待清理的刮刀露出方便工作人员清理。但该方案较为简单，因为设置了可翻转的机构，将会导致翻转后需要重新对齐调平，增加了不少的工作量。因此，急需一种可实现翻转、易自动调平对齐、翻转精度高以及翻转位置精确的装置。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种具有双组刮刀的3D打印机，本发明是这样实现的：

一种具有双组刮刀的3D打印机，包括，打印机台，设置于所述打印机台上的皮带轮机构以及导向装置，活动设置于所述导向装置上并通过皮带轮机构带动平移的翻转机构，设置于所述翻转机构上且可随所述翻转机构翻转的的双组刮刀机构，用于定位保证翻转后刮刀吸附面水平的定位机构；所述翻转机构包括，翻转电机，一对对称设置于所述打印机台两侧的三行星轮装置，所述三行星轮装置的太阳轮为主动轮；所述双组刮刀机构包括，一对对称设置于所述三行星轮装置之间的刮刀支架，一对分别设置于所述刮刀支架上的真空吸附刮刀；所述定位机构包括，设置于所述刮刀支架靠近所述三行星轮装置一侧的感应金属片以及塑料调零指针，设置于所述打印机台上表面的金属感应接近开关，一对设置于所述三行星轮装置的环齿轮靠近所述刮刀支架一侧的塑料对齐指针，所述塑料调零指针与所述塑料对齐指针完全对齐时，所述真空吸附刮刀的工作平面水平。

作为进一步改进的，所述打印机台包括，一面开口的长方体状的载料箱壳体，沿所述载料箱壳体的开口处边缘设置的“口”字型的面板框体；所述皮带轮机构包括，设置于所述面板框体上一边的一级皮带轮组，一对对称设置于所述面板框体上与所述一级皮带轮组所在边相邻两边的二级皮带轮组，所述一级皮带轮组的从动轮与所述二级皮带轮组的主动轮通过一转动轴传动连接；所述翻转机构固接于所述二级皮带轮组的皮带上；所述面板框体在所述二级皮带轮组的皮带下方设置台阶部，所述二级皮带轮组的从动轮设置于所述台阶部下方，所述二级皮带轮组的主动轮设置于所述台阶部上方，所述二级皮带轮组的皮带与水平面间呈10～30°夹角，所述金属感应接近开关设置于所述台阶部上方。

作为进一步改进的，所述导向装置包括，一对平行且沿从所述二级皮带轮组的从动轮指向所述二级皮带轮组的主动轮方向设置于所述台阶部上方的导轨，滑动设置于所述导轨上的滑块；所述翻转机构具体包括，一对固接于所述滑块以及所述二级皮带轮组的皮带轮上的翻转支架，一对设置于所述翻转支架上的三行星轮装置，一个设置于任一所述翻转支架43上的翻转电机；所述刮刀支架两端分别固接于两个所述三行星轮装置的小行星轮上。

作为进一步改进的，所述翻转机构还包括，设置于所述翻转支架远离所述双组刮刀机构一侧的皮带固定件，所述皮带固定件低于所述翻转电机，所述皮带固定件固接于所述二级皮带轮组的皮带上。

作为进一步改进的，所述双组刮刀机构还包括，若干设置于一对所述刮刀之间的固定块。

优选的，所述翻转电机为带刹车的伺服电机。

作为进一步改进的，所述刮刀支架包括，横杆部，设置于所述横杆部两端朝远离另一所述刮刀支架方向凸起的凸台，设置于所述横杆部两端的插接柱；所述感应金属片以及所述塑料调零指针设置于所述凸台上，所述插接柱插接于所述三行星轮装置的小行星轮上。

优选的，所述滑块为塑料材质。

优选的，所述三行星轮装置的太阳轮与小行星轮的减速比为1：10。

本发明的有益效果在于：

1.通过设置翻转机构，以及设置于翻转机构上可随翻转机构翻转的双组刮刀机构实现了当其中一个刮刀上固化残留树脂过多时，进行翻转将干净的刮刀翻转至工位进行工作，减少因清理刮刀而延误的工作时间；同时，待清洗的刮刀被翻转朝上时，工作人员不需将手伸入树脂中即可对其完成清理，清洗工作所需的工时和工力也大大减少。

2.通过设置定位装置实现了翻转之后刮刀吸附面水平，保证加工质量。

3.通过设置金属感应接近开关与感应金属片实现了确定翻转机构在到达指定位置时才开始翻转，避免刮刀与机盖发生碰撞，同时也使得双组刮刀机构的刮刀在翻转后待清理的刮刀朝上露出，便于工作人员清理；除此之外，保证了翻转之后的对齐，实现了对电机的控制。

4.通过设置对应的塑料调零指针以及塑料对齐指针，实现了翻转时电机停止转动后，可以从塑料调零指针与塑料对齐指针是否对齐判断刮刀的吸附面是否处于水平状态；同时，塑料材质也避免了金属感应接近开关的误触。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图。

图2为本发明俯视视角结构示意图。

图3为图2中A区域局部放大示意图。

图4为本发明整体另一个视角方向整体结构示意图。

图5为图4中B区域局部放大图。

图6为本发明侧视视角结构示意图。

图7为本发明打印机台结构示意图。

图8为本发明刮刀支架结构示意图。

图9为本发明导向装置与翻转支架连接时的示意图。

图10为图9中C区域局部放大图。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明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发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

实施例一、

一种具有双组刮刀的3D打印机，包括，打印机台1，设置于所述打印机台1上的皮带轮机构2以及导向装置3，活动设置于所述导向装置3上并通过皮带轮机构2带动平移的翻转机构4，设置于所述翻转机构4上且可随所述翻转机构4翻转的的双组刮刀机构5。通过设置翻转机构4，以及设置于翻转机构4上可随翻转机构4翻转的双组刮刀机构5实现了当其中一个刮刀上固化残留树脂过多时，进行翻转将干净的刮刀翻转至工位进行工作，减少因清理刮刀而延误的工作时间；同时，待清洗的刮刀被翻转朝上时，工作人员不需将手伸入树脂中即可对其完成清理，清洗工作所需的工时和工力也大大减少。

本实施例中，双组刮刀机构5为一对对称设置于翻转机构4之间的刮刀装置，若只是简单的通过电机来进行翻转，由于刮刀的质量较重、体积较大，所需的电机功率相应的也较大，有诸多不便。因此，作为进一步改进的，所述翻转机构4选用行星轮装置。

若所述行星轮机构为四行星轮机构，若装配于两相邻的小行星轮上，则会导致整体重心偏移过多，且打印机整机的长度需延长，若装配在对角的两个小行星轮上，则与双行星轮效果相同。若设置双行星轮机构，电机需转动180°才可完成翻转，电机的旋转存在一定的偏差，行程越大，偏差越大。若设置为小行星轮数量大于四个的行星轮机构，整体结构占用空间过大，无用部分增加。因此，作为优选的，所述翻转机构4包括，翻转电机41，一对对称设置于所述打印机台1两侧的三行星轮装置42，所述三行星轮装置42的太阳轮为主动轮。

所述双组刮刀机构5包括，一对对称设置于所述三行星轮装置42之间的刮刀支架51，一对分别设置于所述刮刀支架51上的真空吸附刮刀52；

相比于传统单组固定刮刀的3D打印机，本实施例所提供的3D打印机具有双组刮刀机构5，并通过翻转来实现两组刮刀的工作-非工作状态的切换，因此，在翻转后可能会出现工作状态的所述真空吸附刮刀52的吸附面并不水平，进而导致加工出的产品质量降低，甚至损坏刮刀。因此，作为进一步改进的，本实施例还包括用于定位保证翻转后刮刀吸附面水平的定位机构，所述定位机构包括，设置于所述刮刀支架51靠近所述三行星轮装置42一侧的感应金属片62以及塑料调零指针61，设置于所述打印机台1上表面的金属感应接近开关63，一对设置于所述三行星轮装置42的环齿轮靠近所述刮刀支架51一侧的塑料对齐指针64，所述塑料调零指针61与所述塑料对齐指针64完全对齐时，所述真空吸附刮刀52的工作平面水平。

通过设置金属感应接近开关63与感应金属片62实现了确定翻转机构4在到达指定位置时才开始翻转，避免刮刀与机盖发生碰撞，同时也使得双组刮刀机构5的刮刀在翻转后待清理的刮刀朝上露出，便于工作人员清理；除此之外，保证了翻转之后的对齐，实现了对电机的控制。同时，通过设置对应的塑料调零指针61以及塑料对齐指针64，实现了翻转时电机停止转动后，可以从塑料调零指针61与塑料对齐指针64是否对齐判断刮刀的吸附面是否处于水平状态；进一步的，塑料材质也避免了金属感应接近开关63的误触。

实施例二、

传统的3D打印机的皮带轮机构2由于不需要给额外设计的电机进行让位，因此均设置于同一个平面上，带动刮刀行走的皮带轮也为水平状态。然而，在本实施例中，由于新增了可翻转的双组刮刀机构5，为实现翻转需增设翻转电机41，若皮带轮机构2依旧设置于同一平面上，则会与翻转电机41产生干涉导致刮刀行走过程受到影响。若是增高电机安装位置，则所述双组刮刀机构5的两个刮刀之间的间距也需增大才可保证翻转后刮刀位于正确的加工位置，但实际的3D打印机中缺少足够的空间继续增大两个刮刀之间的间距。

为解决上述问题，在实施例一的基础上，本实施例做出进一步的改进：

所述打印机台1包括，一面开口的长方体状的载料箱壳体11，沿所述载料箱壳体11的开口处边缘设置的“口”字型的面板框体12；

与传统的3D打印机的传动机构类似，所述皮带轮机构2包括，设置于所述面板框体12上一边的一级皮带轮组21，一对对称设置于所述面板框体12上与所述一级皮带轮组21所在边相邻两边的二级皮带轮组23，所述一级皮带轮组21的从动轮与所述二级皮带轮组23的主动轮通过一转动轴22传动连接；所述翻转机构4固接于所述二级皮带轮组23的皮带上。

然而传统的3D打印机的皮带轮机构2由于不需要给额外设计的电机进行让位，因此均设置于同一个平面上，带动刮刀行走的皮带轮也为水平状态。然而，在本实施例中，由于新增了可翻转的双组刮刀机构5，为实现翻转需增设翻转电机41，若皮带轮机构2依旧设置于同一平面上，则会与翻转电机41产生干涉导致刮刀行走过程受到影响。若是增高电机安装位置，则所述双组刮刀机构5的两个刮刀之间的间距也需增大才可保证翻转后刮刀位于正确的加工位置，但实际的3D打印机中缺少足够的空间继续增大两个刮刀之间的间距。因此，作为进一步改进的，所述面板框体12在所述二级皮带轮组23的皮带下方设置台阶部121，所述二级皮带轮组23的从动轮设置于所述台阶部121下方，所述二级皮带轮组23的主动轮设置于所述台阶部121上方，所述二级皮带轮组23的皮带与水平面间呈一定夹角，所述导向装置3包括，一对平行且沿从所述二级皮带轮组23的从动轮指向所述二级皮带轮组23的主动轮方向设置于所述台阶部121上方的导轨31，滑动设置于所述导轨31上的滑块32；所述翻转机构4具体包括，一对固接于所述滑块32上的翻转支架43，一个设置于任一所述翻转支架43上的翻转电机41，一对设置于所述翻转支架43上的三行星轮装置42，一对设置于所述翻转支架43上的皮带固定件44，所述皮带固定件44与所述二级皮带轮组23的皮带固接，且所述皮带固定件44位置低于所述翻转电机41。

若所述二级皮带轮组23的皮带与水平面间夹角过小，则所述二级皮带轮组23的皮带与所述翻转电机41依旧发生干涉，进而影响走刀过程；若所述二级皮带轮组23的皮带与水平面间夹角过大，则在走刀过程后半段时，所述二级皮带轮组23的皮带上所受竖直方向分力增大，易出现所述滑块32受力脱离出所述导轨31的情况。因此，优选的，所述二级皮带轮组23的皮带与水平面间呈10～30°夹角。优选的，所述二级皮带轮组23的皮带与水平面间呈15°夹角。

当所述真空吸附刮刀52走刀过程中，所述二级皮带轮组23的皮带常处于拉伸状态，为避免所述二级皮带轮组23的皮带崩坏，或所述二级皮带轮组23的皮带对所述翻转支架43、二级皮带轮组23产生过大的力导致损坏或定位偏移。作为进一步改进的，所述二级皮带轮组23的皮带为弹性皮带。

由于所述感应金属片62设置于所述刮刀支架51上，若所述金属感应接近开关63设置于所述台阶部121下方，则无法完成感应过程。因此，作为进一步改进的，所述金属感应接近开关63设置于所述台阶部121上方。

实施例三、

在实施例一及实施例二的基础上，本实施例进一步的改进：

为避免两个刮刀之间单独发生转动导致无法进行翻转后的定位，作为进一步改进的，所述双组刮刀机构5还包括，若干设置于一对所述刮刀之间的固定块。

增设了翻转电机41以及另一组刮刀后，整体结构的质量增大，惯性也随之增大，为避免走刀时由于惯性导致刮刀与载料箱壳体11发生碰撞导致损坏，需要设置具有减速作用的电机。作为进一步改进的，所述翻转电机41为带刹车的伺服电机。除此之外，带刹车的伺服电机还可保证无论是通电还是断电情况下，电机均处于锁紧状态。

为保证所述感应金属片62、金属感应接近开关63、塑料调零指针61以及塑料对齐指针64之间能对齐，作为进一步改进的，所述刮刀支架51包括，横杆部511，设置于所述横杆部511两端朝远离另一所述刮刀支架51方向凸起的凸台512，设置于所述横杆部511两端的插接柱513；所述感应金属片62以及所述塑料调零指针61设置于所述凸台512上，所述插接柱513插接于所述三行星轮装置42的小行星轮上。

由于在走刀或翻转过程中，所述金属感应接近开关63正对所述滑块32，若所述滑块32为金属材质，则会导致传感器误触，进而影响定位。因此，作为进一步改进的，所述滑块32为塑料材质。

翻转电机41的原有翻转精度约为±1°，将减速比提高到1：2后，翻转精度可达到±0.5°。但过高的减速比会导致翻转行程延长，翻转时间延长，但精度的提升率降低，反而不利于工作。因此，作为进一步改进的，所述三行星轮装置42的太阳轮与小行星轮的减速比为1：10。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种具有双组刮刀的3D打印机，其特征在于，包括，打印机台，设置于所述打印机台上的皮带轮机构以及导向装置，活动设置于所述导向装置上并通过皮带轮机构带动平移的翻转机构，设置于所述翻转机构上且可随所述翻转机构翻转的双组刮刀机构，用于定位保证翻转后刮刀吸附面水平的定位机构；

所述打印机台包括，一面开口的长方体状的载料箱壳体，沿所述载料箱壳体的开口处边缘设置的“口”字型的面板框体；

所述皮带轮机构包括，设置于所述面板框体上一边的一级皮带轮组，一对对称设置于所述面板框体上与所述一级皮带轮组所在边相邻两边的二级皮带轮组，所述一级皮带轮组的从动轮与所述二级皮带轮组的主动轮通过一转动轴传动连接；

所述面板框体在所述二级皮带轮组的皮带下方设置台阶部，所述导向装置包括，一对平行且沿从所述二级皮带轮组的从动轮指向所述二级皮带轮组的主动轮方向设置于所述台阶部上方的导轨，所述导轨上滑动设置有滑块；

所述翻转机构包括，一对固接于所述滑块以及所述二级皮带轮组的皮带轮上的翻转支架，一对设置于所述翻转支架上的三行星轮装置，一个设置于任一所述翻转支架上的翻转电机，所述三行星轮装置对称设置于所述打印机台的两侧，所述三行星轮装置的太阳轮为主动轮；

所述双组刮刀机构包括，一对对称设置于所述三行星轮装置之间的刮刀支架，一对分别设置于所述刮刀支架上的真空吸附刮刀，所述刮刀支架的两端分别固接于两个所述三行星轮装置的小行星轮上；

所述定位机构包括，设置于所述刮刀支架靠近所述三行星轮装置一侧的感应金属片以及塑料调零指针，设置于所述打印机台上表面的金属感应接近开关，一对设置于所述三行星轮装置的环齿轮靠近所述刮刀支架一侧的塑料对齐指针；

当所述双组刮刀机构走刀至所述金属感应开关可以感应到所述感应金属片的位置时才可进行翻转动作，所述翻转电机控制所述三行星轮装置翻转至所述金属感应开关再次感应到所述感应金属片时完成粗调翻转，将所述塑料调零指针与所述塑料对齐指针完全对齐，所述真空吸附刮刀的工作平面水平。

2.如权利要求1所述一种具有双组刮刀的3D打印机，其特征在于，所述二级皮带轮组的从动轮设置于所述台阶部下方，所述二级皮带轮组的主动轮设置于所述台阶部上方，所述二级皮带轮组的皮带与水平面间呈10～30°夹角，所述金属感应接近开关设置于所述台阶部上方。

3.如权利要求2所述一种具有双组刮刀的3D打印机，所述翻转机构还包括，设置于所述翻转支架远离所述双组刮刀机构一侧的皮带固定件，所述皮带固定件低于所述翻转电机，所述皮带固定件固接于所述二级皮带轮组的皮带上。

4.如权利要求2所述一种具有双组刮刀的3D打印机，其特征在于，所述双组刮刀机构还包括，若干设置于一对所述刮刀之间的固定块。

5.如权利要求2所述一种具有双组刮刀的3D打印机，其特征在于，所述翻转电机为带刹车的伺服电机。

6.如权利要求2所述一种具有双组刮刀的3D打印机，其特征在于，所述刮刀支架包括，横杆部，设置于所述横杆部两端朝远离另一所述刮刀支架方向凸起的凸台，设置于所述横杆部两端的插接柱；

所述感应金属片以及所述塑料调零指针设置于所述凸台上，所述插接柱插接于所述三行星轮装置的小行星轮上。

7.如权利要求2所述一种具有双组刮刀的3D打印机，其特征在于，所述滑块为塑料材质。

8.如权利要求1所述一种具有双组刮刀的3D打印机，其特征在于，所述三行星轮装置的太阳轮与小行星轮的减速比为1：10。

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