CN113665121A - 一种儿童3d打印机的出料机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种儿童3D打印机的出料机构，所述3D打印机用于打印固态模型，所述出料机构包括用于承载所述模型的承载板，所述承载板中部设有圆形的剥离区，所述剥离区内设有若干通孔；所述承载板下方设有剥离机构，所述剥离机构包括若干剥离柱，所述剥离柱的数量、位置、形状、尺寸与所述通孔对应；所述剥离机构具有模塑工位和剥离工位；模塑工位时，若干所述剥离柱分别插入对应的通孔内，且与所述承载板共同形成平坦的表面；剥离工位时，若干所述剥离柱分别从对应的通孔中抽出，且位于所述承载板的下方。本发明通过分三个阶段依次剥离模型，可以使得模型的剥离过程更加柔和，不易损坏模型。

Description

一种儿童3D打印机的出料机构

技术领域

本发明属于3D打印设备技术领域，具体涉及一种儿童3D打印机的出料机构。

背景技术

3D打印是一种快速成型技术，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。熔融堆积(FDM)技术是目前应用最广泛的一种3D打印技术。其基本原理是，将塑料原料(通常是塑料丝)通过送丝装置送入打印头，打印头的主要部分是一种加热挤出装置，由喉管、加热块、喷头组成，塑料丝通过喉管后，进入加热块，并在其中熔融至液态，经喷嘴挤出，堆积在打印平台上，快速冷却成型。因为挤出装置和打印平台可以在水平(X、Y)和竖直方向(Z)上做相对运动，由此可以保证塑料可以挤出到打印平台上的任意位置。

随着人们生活水平的提高，3D打印机在儿童教育领域的应用得到了发展，现有的儿童3D打印机还存在两个比较严重的问题：其一，模型打印完成后，需要儿童将手伸入打印机内部取出模型产品，由于刚完成打印，打印机内部温度较高，容易造成烫伤，危险系数较大；其二，由于模型是通过高温熔融堆叠在承载板上的，很难将模型从载板上完整的取下；现有的模型剥离方法为：通过铲子将打印模型从打印平台上分离下来，这种分离方法不仅极易损坏模型的完整性，而且费时费力，工作效率极低。

公开号为CN104608387B的中国专利公开了一种用于3D打印机的模型分离装置，所述3D打印机能够打印固态模型，包括：用于承载所述模型的固定的承载板，所述承载板具有多个通孔；相对于所述承载板平行设置的活动的挤压板，所述挤压板的板体与承载板之间具有多个挤出元件，所述挤压板和所述挤出元件配置成：使得随着挤压板的板体向接近承载板方向的运动，所述挤出元件能够逐渐从所述通孔伸出。本申请供的用于3D打印机的模型分离装置，通过合理设计各个部件之间的结构，利用螺纹旋转产生轴向力的原理，以达到快速、安全、准确的分离打印模型的目的。同时提高了工作效率，保证了打印模型的完整、美观。

上述专利虽然可以通过滑动推板与长条凸起、托盘下板的条形通孔配合，将模型从托盘下板的底面顶出，实现模型与托盘下板的分离；然而，这种通过顶出来分离模型与托盘下板的方式容易损坏模型，同时模型被顶出后可能会摔坏。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种儿童3D打印机的出料机构。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种儿童3D打印机的出料机构，所述3D打印机用于打印固态模型，所述出料机构包括用于承载所述模型的承载板，所述承载板中部设有圆形的剥离区，所述剥离区内设有若干通孔；所述承载板下方设有剥离机构，所述剥离机构包括若干剥离柱，所述剥离柱的数量、位置、形状、尺寸与所述通孔对应；所述剥离机构具有模塑工位和剥离工位；

模塑工位时，若干所述剥离柱分别插入对应的通孔内，且与所述承载板共同形成平坦的表面；

剥离工位时，若干所述剥离柱分别从对应的通孔中抽出，且位于所述承载板的下方。

优选地，所述通孔包括第一通孔、若干第二通孔和若干第三通孔，所述第一通孔位于剥离区的正中心，若干所述第二通孔、第三通孔均沿所述第一通孔的周向均匀布置，且所述第三通孔到第一通孔的距离大于第二通孔到第一通孔的距离。

优选地，所述剥离机构包括驱动组件、主轴、安装在所述主轴上的第一剥离组件、第二剥离组件和第三剥离组件，所述第一剥离组件、第二剥离组件、第三剥离组件分别与第一通孔、第二通孔、第三通孔对应，且所述第一剥离组件位于第二剥离组件上方，所述第二剥离组件位于第三剥离组件上方；所述驱动组件用于驱动主轴沿轴向运动。

优选地，所述第一剥离组件包括第一剥离柱和第一限位环，所述第一剥离柱安装在主轴的顶端，且第一剥离柱的位置、形状、尺寸与所述第一通孔对应；所述第一限位环固定套设在所述主轴外部，且位于所述第一剥离柱下方；

所述第二剥离组件包括第一安装环、第一套筒、第二限位环和若干第二剥离柱；所述第一套筒活动套设在主轴外部，且位于第一限位环下方；所述第一安装环安装在第一套筒外部，所述第一安装环的内壁与第一套筒的外壁通过第一连接杆连接；若干所述第二剥离柱沿主轴周向均匀安装在第一安装环顶面，且第二剥离柱的数量、位置、形状、尺寸与第二通孔对应；所述第二限位环固定套设在所述第一套筒下方；

所述第三剥离组件包括第二安装环、第二套筒、第三限位环和若干第三剥离柱；所述第二套筒活动套设在主轴外部，且位于第二限位环下方；所述第二安装环安装在第二套筒外部，所述第二安装环的内壁与第二套筒的外壁通过第二连接杆连接；若干所述第三剥离柱沿主轴周向均匀安装在第二安装环顶面，且第三剥离柱的数量、位置、形状、尺寸与第三通孔对应；所述第三限位环固定套设在所述第二套筒下方。

所述第一限位环用于主轴向下运动时带动第一套筒向下运动；

所述第二限位环用于主轴向下运动时，带动第二套筒向下运动，还用于主轴向上运动时带动第一套筒向上运动；

所述第三限位环用于主轴向上运动时，带动第二套筒向上运动。

具体地，所述第二剥离柱的长度大于第一剥离柱的长度，小于第三剥离柱的长度；

所述第三限位环顶面到第一剥离柱顶面的距离等于第二套筒的厚度与第三剥离柱的长度之和；

所述第二限位环顶面到第一剥离柱顶面的距离等于第一套筒的厚度与第二剥离柱的长度之和。

通过对所述第一剥离柱、第二剥离柱、第三剥离柱的长度以及第一限位环、第二限位环、第三限位环的位置做出上述限定，可以使得驱动组件驱动主轴向上运动直到第一剥离柱插入第一通孔，且第一剥离柱的顶面与承载板的顶面平齐时，第二剥离柱、第三剥离柱也分别插入第二通孔、第三通孔，且其顶面也与承载板的顶面平齐，从而完成第一剥离机构、第二剥离机构、第三剥离机构的复位操作。

所述主轴向上运动的过程中，所述第三限位环的顶面会抵住第二套筒的底面并带动第二套筒向上运动，从而带动第三剥离柱向上运动；所述第二限位环的顶面会抵住第一套筒的底面并带动第一套筒向上运动，从而带动第二剥离柱向上运动；

另外，所述驱动组件在驱动主轴向下运动的过程中，所述第一剥离柱首先从承载板的第一通孔中抽出，完成第一阶段的剥离；随后，第一限位环的底面抵住第一套筒的顶面并带动第一套筒向下运动，从而带动第二剥离柱向下运动抽出承载板的第二通孔，完成第二阶段的剥离；随着主轴继续向下运动，第二限位环的底面抵住第二套筒的顶面并带动第二套筒向下运动，从而带动第三剥离柱向下运动抽出承载板的第三通孔，完成第三阶段的剥离；通过分三个阶段依次剥离模型，可以使得模型的剥离过程更加柔和，不易损坏模型；同时本发明通过一个驱动组件配合一个主轴即可驱动三级剥离组件分阶段剥离，简化了装置结构，降低了设备复杂度和成本。

优选地，所述承载板安装在水平的滑轨上，所述承载板一侧设有驱动电机，所述驱动电机与承载板通过伸缩杆连接，用于驱动所述承载板在滑轨上滑移，以将模型送出3D打印机。通过设置滑轨和驱动电机，可以在完成模型的打印后，通过驱动电机驱动伸缩杆伸长，从而推动承载板在滑轨上滑移，将模型送出3D打印机，便于用户取下模型，提升了操作的便利性与安全性。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)本发明通过在承载板的中部设置第一通孔、若干第二通孔和若干第三通孔，并在承载板下方设置第一剥离组件、第二剥离组件和第三剥离组件，通过分三个阶段依次剥离模型，可以使得模型的剥离过程更加柔和，不易损坏模型；同时本发明通过一个驱动组件配合一个主轴即可驱动三级剥离组件分阶段剥离，简化了装置结构，降低了设备复杂度和成本；(2)本发明通过设置滑轨和驱动电机，可以在完成模型的打印后，通过驱动电机驱动伸缩杆伸长，从而推动承载板在滑轨上滑移，将模型送出3D打印机，便于用户取下模型，提升了操作的便利性与安全性。

附图说明

图1为本发明实施例一种儿童3D打印机的出料机构的俯视图；

图2为本发明实施例中剥离机构的结构示意图；

图3为本发明实施例中剥离机构复位后的初始状态示意图；

图4为本发明实施例中剥离工序第一阶段结束后剥离机构的状态示意图；

图5为本发明实施例中剥离工序第二阶段结束后剥离机构的状态示意图；

图6为本发明实施例中剥离工序第三阶段结束后剥离机构的状态示意图；

图7为本发明实施例中复位工序第一阶段结束后剥离机构的状态示意图；

图8为本发明实施例中复位工序第二阶段结束后剥离机构的状态示意图；

图中：1、承载板；2、剥离区；3、第一通孔；4、第二通孔；5、第三通孔；6、驱动组件；7、主轴；8、第一剥离柱；9、第一限位环；10、第一安装环；11、第一套筒；12、第二限位环；13、第二剥离柱；14、第一连接杆；15、第二安装环；16、第二套筒；17、第三限位环；18、第三剥离柱；19、第二连接杆；20、滑轨；21、驱动电机；22、伸缩杆。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1、2所示，本实施例提供了一种儿童3D打印机的出料机构，所述3D打印机用于打印固态模型，所述出料机构包括用于承载所述模型的承载板1，所述承载板1中部设有圆形的剥离区2，所述剥离区2内设有若干通孔；所述承载板1下方设有剥离机构，所述剥离机构包括若干剥离柱，所述剥离柱的数量、位置、形状、尺寸与所述通孔对应；所述剥离机构具有模塑工位和剥离工位；

模塑工位时，若干所述剥离柱分别插入对应的通孔内，且与所述承载板1共同形成平坦的表面；

剥离工位时，若干所述剥离柱分别从对应的通孔中抽出，且位于所述承载板1的下方。

优选地，所述通孔包括第一通孔3、若干第二通孔4和若干第三通孔5，所述第一通孔3位于剥离区2的正中心，若干所述第二通孔4、第三通孔5均沿所述第一通孔3的周向均匀布置，且所述第三通孔5到第一通孔3的距离大于第二通孔4到第一通孔3的距离。

优选地，所述剥离机构包括驱动组件6、主轴7、安装在所述主轴7上的第一剥离组件、第二剥离组件和第三剥离组件，所述第一剥离组件、第二剥离组件、第三剥离组件分别与第一通孔3、第二通孔4、第三通孔5对应，且所述第一剥离组件位于第二剥离组件上方，所述第二剥离组件位于第三剥离组件上方；所述驱动组件6用于驱动主轴7沿轴向运动。

优选地，所述第一剥离组件包括第一剥离柱8和第一限位环9，所述第一剥离柱8安装在主轴7的顶端，且第一剥离柱8的位置、形状、尺寸与所述第一通孔3对应；所述第一限位环9固定套设在所述主轴7外部，且位于所述第一剥离柱8下方；

所述第二剥离组件包括第一安装环10、第一套筒11、第二限位环12和若干第二剥离柱13；所述第一套筒11活动套设在主轴7外部，且位于第一限位环9下方；所述第一安装环10安装在第一套筒11外部，所述第一安装环10的内壁与第一套筒11的外壁通过第一连接杆14连接；若干所述第二剥离柱13沿主轴7周向均匀安装在第一安装环10顶面，且第二剥离柱13的数量、位置、形状、尺寸与第二通孔4对应；所述第二限位环12固定套设在所述第一套筒11下方；

所述第三剥离组件包括第二安装环15、第二套筒16、第三限位环17和若干第三剥离柱18；所述第二套筒16活动套设在主轴7外部，且位于第二限位环12下方；所述第二安装环15安装在第二套筒16外部，所述第二安装环15的内壁与第二套筒16的外壁通过第二连接杆19连接；若干所述第三剥离柱18沿主轴7周向均匀安装在第二安装环15顶面，且第三剥离柱18的数量、位置、形状、尺寸与第三通孔5对应；所述第三限位环17固定套设在所述第二套筒16下方。

所述第一限位环9用于主轴7向下运动时带动第一套筒11向下运动；

所述第二限位环12用于主轴7向下运动时，带动第二套筒16向下运动，还用于主轴7向上运动时带动第一套筒11向上运动；

所述第三限位环17用于主轴7向上运动时，带动第二套筒16向上运动。

所述第一套筒11、第二套筒16均可沿主轴7上下滑移。

具体地，所述第二剥离柱13的长度大于第一剥离柱8的长度，小于第三剥离柱18的长度；

所述第三限位环17顶面到第一剥离柱8顶面的距离等于第二套筒16的厚度与第三剥离柱18的长度之和；

所述第二限位环12顶面到第一剥离柱8顶面的距离等于第一套筒11的厚度与第二剥离柱13的长度之和。

通过对所述第一剥离柱8、第二剥离柱13、第三剥离柱18的长度以及第一限位环9、第二限位环12、第三限位环17的位置做出上述限定，可以使得驱动组件6驱动主轴7向上运动直到第一剥离柱8插入第一通孔3，且第一剥离柱8的顶面与承载板1的顶面平齐时，第二剥离柱13、第三剥离柱18也分别插入第二通孔4、第三通孔5，且其顶面也与承载板1的顶面平齐，从而完成第一剥离机构、第二剥离机构、第三剥离机构的复位操作。

所述主轴7向上运动的过程中，所述第三限位环17的顶面会抵住第二套筒16的底面并带动第二套筒16向上运动，从而带动第三剥离柱18向上运动；所述第二限位环12的顶面会抵住第一套筒11的底面并带动第一套筒11向上运动，从而带动第二剥离柱13向上运动；

另外，所述驱动组件6在驱动主轴7向下运动的过程中，所述第一剥离柱8首先从承载板1的第一通孔3中抽出，完成第一阶段的剥离；随后，第一限位环9的底面抵住第一套筒11的顶面并带动第一套筒11向下运动，从而带动第二剥离柱13向下运动抽出承载板1的第二通孔4，完成第二阶段的剥离；随着主轴7继续向下运动，第二限位环12的底面抵住第二套筒16的顶面并带动第二套筒16向下运动，从而带动第三剥离柱18向下运动抽出承载板1的第三通孔5，完成第三阶段的剥离；通过分三个阶段依次剥离模型，可以使得模型的剥离过程更加柔和，不易损坏模型；同时本发明通过一个驱动组件6配合一个主轴7即可驱动三级剥离组件分阶段剥离，简化了装置结构，降低了设备复杂度和成本。

本实施例中，所述驱动组件6采用伸缩气缸、伸缩油缸或伸缩电机。

优选地，如图1所示，所述承载板1安装在水平的滑轨20上，所述承载板1一侧设有驱动电机21，所述驱动电机21与承载板1通过伸缩杆22连接，用于驱动所述承载板1在滑轨20上滑移，以将模型送出3D打印机。通过设置滑轨20和驱动电机21，可以在完成模型的打印后，通过驱动电机21驱动伸缩杆22伸长，从而推动承载板1在滑轨20上滑移，将模型送出3D打印机，便于用户取下模型，提升了操作的便利性与安全性。

本实施例的出料机构工作过程如下：

3D打印机在承载板1的顶面完成模型的打印工作后，首先进行模型与承载板1的剥离工序，再进行模型的出料工序，最后执行剥离机构的复位工序：

剥离工序：

第一阶段，驱动组件6驱动主轴7向下运动，主轴7带动第一剥离柱8抽出承载板1的第一通孔3，直到第一限位环9的底面抵接第一套筒11的顶面；如图3至图4的过程，图4为第一阶段结束后剥离机构的状态示意图；

在第一阶段的过程中，第二剥离柱13、第三剥离柱18的顶面仍与模型底面粘接，因此，第一套筒11与第二套筒16的位置不变，主轴7在向下运动的过程中，主轴7与第一套筒11、第二套筒16之间有相对滑移运动；

第二阶段，驱动组件6继续驱动主轴7向下运动，第一限位环9带动第一套筒11向下运动，从而带动第二剥离柱13抽出承载板1的第二通孔4，直到第二限位环12的底面抵接第二套筒16的顶面；如图4至图5的过程，图5为第二阶段结束后剥离机构的状态示意图；

在第二阶段的过程中，第三剥离柱18的顶面仍与模型底面粘接，因此，第二套筒16的位置不变，主轴7在向下运动的过程中，主轴7与第二套筒16之间有相对滑移运动；

第三阶段，驱动组件6继续驱动主轴7向下运动，第二限位环12带动第二套筒16向下运动，从而带动第三剥离柱18抽出承载板1的第三通孔5；如图5至图6的过程，图6为第三阶段结束后剥离机构的状态示意图；

在第三阶段的过程中，第一剥离柱8、第二剥离柱13、第三剥离柱18均与模型底面分离，即完成剥离机构的剥离工序。

出料工序：通过驱动电机21驱动伸缩杆22伸长，从而推动承载板1在滑轨20上滑移，将模型送出3D打印机；用户再直接从承载板1上取下模型即可；由于模型底面大部分面积已经完成剥离，此时取下模型相对比较轻松。

复位工序：

首先，通过驱动电机21驱动伸缩杆22收缩，从而拉动承载板1在滑轨20上滑移，将承载板1移回3D打印机内部初始位置；

第一阶段，驱动组件6驱动主轴7向上运动，主轴7带动第一剥离柱8向上运动，直到第二限位环12的顶面抵接第一套筒11的底面；此时，第一剥离柱8与第二剥离柱13的顶面平齐；如图6至图7的过程，图7为第一阶段结束后剥离机构的状态示意图；

第二阶段，驱动组件6继续驱动主轴7向上运动，第二限位环12带动第一套筒11向上运动，从而带动第二剥离柱13与第一剥离柱8一起向上运动，直到第三限位环17的顶面抵接第二套筒16的底面；此时，第一剥离柱8、第二剥离柱13、第三剥离柱18的顶面平齐；如图7至图8的过程，图8为第二阶段结束后剥离机构的状态示意图；

第三阶段，驱动组件6继续驱动主轴7向上运动，第三限位环17带动第二套筒16向上运动，第二限位环12带动第一套筒11向上运动，从而带动第三剥离柱18与第二剥离柱13、第一剥离柱8一起上下运动，直到第一剥离柱8、第二剥离柱13、第三剥离柱18的顶面与承载板1的顶面平齐，如图3所示。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种儿童3D打印机的出料机构，所述3D打印机用于打印固态模型，其特征在于，所述出料机构包括用于承载所述模型的承载板，所述承载板中部设有圆形的剥离区，所述剥离区内设有若干通孔；所述承载板下方设有剥离机构，所述剥离机构包括若干剥离柱，所述剥离柱的数量、位置、形状、尺寸与所述通孔对应；所述剥离机构具有模塑工位和剥离工位；

模塑工位时，若干所述剥离柱分别插入对应的通孔内，且与所述承载板共同形成平坦的表面；

剥离工位时，若干所述剥离柱分别从对应的通孔中抽出，且位于所述承载板的下方。

2.根据权利要求1所述的一种儿童3D打印机的出料机构，其特征在于，所述通孔包括第一通孔、若干第二通孔和若干第三通孔，所述第一通孔位于剥离区的正中心，若干所述第二通孔、第三通孔均沿所述第一通孔的周向均匀布置，且所述第三通孔到第一通孔的距离大于第二通孔到第一通孔的距离。

3.根据权利要求2所述的一种儿童3D打印机的出料机构，其特征在于，所述剥离机构包括驱动组件、主轴、安装在所述主轴上的第一剥离组件、第二剥离组件和第三剥离组件，所述第一剥离组件、第二剥离组件、第三剥离组件分别与第一通孔、第二通孔、第三通孔对应，且所述第一剥离组件位于第二剥离组件上方，所述第二剥离组件位于第三剥离组件上方；所述驱动组件用于驱动主轴沿轴向运动。

4.根据权利要求3所述的一种儿童3D打印机的出料机构，其特征在于，所述第一剥离组件包括第一剥离柱和第一限位环，所述第一剥离柱安装在主轴的顶端，且第一剥离柱的位置、形状、尺寸与所述第一通孔对应；所述第一限位环固定套设在所述主轴外部，且位于所述第一剥离柱下方；

所述第二剥离组件包括第一安装环、第一套筒、第二限位环和若干第二剥离柱；所述第一套筒活动套设在主轴外部，且位于第一限位环下方；所述第一安装环安装在第一套筒外部，所述第一安装环的内壁与第一套筒的外壁通过第一连接杆连接；若干所述第二剥离柱沿主轴周向均匀安装在第一安装环顶面，且第二剥离柱的数量、位置、形状、尺寸与第二通孔对应；所述第二限位环固定套设在所述第一套筒下方；

所述第三剥离组件包括第二安装环、第二套筒、第三限位环和若干第三剥离柱；所述第二套筒活动套设在主轴外部，且位于第二限位环下方；所述第二安装环安装在第二套筒外部，所述第二安装环的内壁与第二套筒的外壁通过第二连接杆连接；若干所述第三剥离柱沿主轴周向均匀安装在第二安装环顶面，且第三剥离柱的数量、位置、形状、尺寸与第三通孔对应；所述第三限位环固定套设在所述第二套筒下方。

5.根据权利要求4所述的一种儿童3D打印机的出料机构，其特征在于，所述第二剥离柱的长度大于第一剥离柱的长度，小于第三剥离柱的长度；

所述第三限位环顶面到第一剥离柱顶面的距离等于第二套筒的厚度与第三剥离柱的长度之和；

所述第二限位环顶面到第一剥离柱顶面的距离等于第一套筒的厚度与第二剥离柱的长度之和。

6.根据权利要求1所述的一种儿童3D打印机的出料机构，其特征在于，所述承载板安装在水平的滑轨上，所述承载板一侧设有驱动电机，所述驱动电机与承载板通过伸缩杆连接，用于驱动所述承载板在滑轨上滑移，以将模型送出3D打印机。

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