CN114425854A - 一种喷墨3d打印喷头和刮板运动装置及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种喷墨3D打印喷头与刮板运动装置及控制方法，装置包括：第一X轴、第二X轴、第一Z轴、第二Z轴Y轴、喷头和刮板，第一Z轴竖直固定在Y轴滑块上，第二Z轴竖直固定在Y轴尾端固定块上，喷头固定在第一X轴滑块上，刮板安装在第二Z轴丝杆螺母上，打印过程中控制器控制第一Z轴和第二Z轴带动喷头与刮板在Z轴方向进行上升下降运动，每行打印结束后第二X轴带动刮板进行左右刮粉运动，相较于传统喷墨打印机，能够固定喷墨打印工作台和供粉装置不动，解决了成型件重量过大时，工作台上升下降对工作台造成损坏的问题。

Description

一种喷墨3D打印喷头和刮板运动装置及控制方法
技术领域
本发明涉及喷墨3D打印技术领域，尤其涉及一种喷墨3D打印喷头和刮板运动装置及控制方法。
背景技术
3D打印技术是使用计算机控制逐层叠加材料，最终将电脑上三维图像转变为实体的技术，喷墨3D打印技术是3D打印技术之一，通过喷射粘结剂逐层粘结粉末而成形。
目前市场上常规的喷墨3D打印运动方式，主要是通过打印头在X、Y平面运动进行一层打印，打印工作台下降一个距离，然后进行下一层的打印运动，刮粉装置在一个水平面进行刮粉运动，随着打印件的体积和重量的加大，工作台承受的压力随之加大，工作台的上升与下降会使工作台不够稳定甚至损坏，使得每一层打印件无法精确的连接从而影响打印成型件精度。
发明内容
鉴于此，本发明提出了一种喷墨3D打印喷头和刮板运动装置及控制方法，能够固定喷墨打印工作台，解决工作台上升下降压力过大对工作台造成损坏，从而影响打印精度的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下方案：本发明提供了一种喷墨3D打印喷头与刮板运动装置，包括X轴运动模块、Y轴运动模块、Z轴运动模块、喷头、刮板，所述Y轴运动模块尾端Y轴固定块上安装有第二X轴运动组和第二Z轴运动组，用于控制刮板进行X轴和Z轴往返运动，刮板固定在第二X轴丝杆螺母上，喷头固定在第一X轴滑块上。
所述的Y轴运动模块包括Y轴导轨、Y轴步进电机、Y轴联轴器、Y轴限位传感器、Y轴传动轴、Y轴滑块，Y轴步进电机在Y轴固定块之前通过轴联轴器与Y轴导轨相连，Y轴联轴器和Y轴传动轴的转动从而带动Y轴滑块移动，Y轴限位传感器安装在Y轴导轨头部和Y轴固定块之前。
所述的X轴运动模块包括第一X轴运动组和第二X轴运动组，所述第一X轴运动组包括第一X轴导轨、第一X轴滑块、第一X轴步进电机、第一X轴增量式编码器，第一X轴导轨安装在第一Z轴滑块之上，第一X轴增量式编码器固定在第一X轴滑轨尾部侧面；第二X轴运动组包括第二X轴丝杆架、第二X轴丝杆、第二X轴丝杆螺母、第二X轴联轴器、第二X轴步进电机、第二X轴限位传感器、第二X轴丝杆螺母、刮板，第二X轴丝杆架安装在第二Z轴滑块之上，第二X轴步进电机通过第二X轴联轴器安装第二X轴丝杆架尾部，刮板固定在第二X轴丝杆螺母上。
所述的Z轴运动模块包括第一Z轴运动组和第二Z轴运动组，所述第一Z轴运动组包括第一Z轴丝杆架、第一Z轴丝杆、第一Z轴滑块、第一Z轴步进电机、第一Z轴限位传感器、第一Z轴传动轴、第一Z轴联轴器，所述第一Z轴步进电机安装在第一Z轴丝杆架尾部侧面，通过第一Z轴联轴器与第一Z轴丝杆传动相连转动，第一Z轴通过第一Z轴联轴器和第一Z轴传动轴的转动从而带动第一Z轴滑块的移动；所述第二Z轴运动组包括第二Z轴丝杆架、第二Z轴丝杆、第二Z轴联轴器、第二Z轴步进电机、第二Z轴限位传感器、第二Z轴传动轴，第二Z轴固定在Y轴固定块之上，第二Z轴步进电机与第二Z轴联轴器相连，第二Z轴通过第二Z轴联轴器和第二Z轴传动轴带动第二Z轴滑块的移动。
本发明还提供一种喷墨3D打印喷头和刮板运动控制方式，包括如下步骤：
步骤一：将各轴移动至零点，将零点作为各轴起始点，将远离各轴起点且靠近各轴限位传感器的一端作为终点；
开始一层打印，第一X轴运动模块控制第一X轴电机转动从而滑块带动喷头向X轴终点位置运动，直至一行打印完成，第一x轴回零；
步骤三：主控制器接收到第一X轴增量式编码器发送的一行打印完成脉冲信号，Y轴运动模块控制Y轴电机转动，Y轴滑块带动第一X轴和第一Z轴向Y轴终点方向移动一段距离；
步骤四：重复步骤二、步骤三直至一层打印完成；
步骤五：一层打印完成后，第一Z轴运动组控制第一Z轴电机转动，滑块带动第一X轴向Z轴正向终点方向移动一段距离，第二Z轴运动组控制第二Z轴电机转动，滑块带动第二X轴向Z轴终点方向移动一段距离；
步骤六：第二X轴运动组判断丝杆螺母所在位置，若第二X轴丝杆螺母在零点位置，则控制第二X轴电机正向转动，第二X轴丝杆螺母带动刮板进行X轴正向运动至触碰到第二X轴限位传感器停止；若第二X轴丝杆螺母在第二X轴限位传感器位置，则控制第二X轴电机反向转动，第二X轴丝杆螺母带动刮板进行X轴反向运动至零点停止；
步骤七：进行下一层打印，循环重复步骤二～步骤六，直至所有层打印完成。
进一步的，步骤三中，Y轴运动模块滑块向Y轴终点方向每一次移动的距离为喷头的宽度范围为10mm～50mm，步骤五中，第一Z轴和第二Z轴运动组向终点每一次移动的距离为切片层高距离范围为1mm～20mm。
进一步的，运动过程中，刮板顶部和喷头底部始终始终保持一定距离的范围为10mm～20mm。
进一步的，Y轴运动模块、X轴运动模块的运动方向为水平方向，Z轴运动模块的运动方向为垂直方向。
本发明的一种喷墨3D打印喷头和刮板运动装置及控制方法，相对于现有技术具有以下优点：(1)本发明的喷墨3D打印喷头和刮板运动装置，在Y轴运动轴尾部增加了一个刮板运动装置，从而在喷头Z轴上升下降运动的同时进行刮板的上升下降运动，这样避免了打印工作台上升下降对工作台损坏，从而减缓了对成型件精度的影响；(2)本发明的喷墨3D打印喷头和刮板运动装置，可以实现双向刮粉，相比于传统单向刮粉提高了刮粉速率；(3)本发明还提供了一种喷墨3D打印喷头和刮板运动控制方法，Y轴移动距离固定为喷头宽度，喷头和刮板向上移动距离始终为层高距离，这样能保证打印件每层连接准确。
附图说明
图1为本发明喷墨3D打印喷头和刮板运动装置结构图
图2为本发明喷墨3D打印喷头和刮板运动控制流程图
图中：1-第一X轴导轨、11-第一X轴步进电机、12-第一X轴滑块、13-第一X轴增量式编码器、2-第二X轴丝杆架、21-第二X轴丝杆螺母、22-第二X轴步进电机、23-第二X轴丝杆、24-第二X轴限位传感器、3-Y轴导轨、31-Y轴限位传感器、32-Y轴步进电机、33-Y轴传动轴、34-Y轴联轴器、35-Y轴固定块、36-Y轴滑块、4-第一Z轴丝杆架、41-第一Z轴滑块、42-第一Z轴丝杆、43-第一Z轴限位传感器、44-第一Z轴联轴器、45-第一Z轴传动轴、46-第一Z轴步进电机、5-第二Z轴丝杆架、51-第二Z轴步进电机、52-第二Z轴传动轴、53-第二Z轴限位传感器、54-第二Z轴联轴器、55-第二Z轴滑块、56-第二Z轴丝杆、6-喷头、7-刮板
具体实施方式
下面将结合本附图对本发明的实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，以下所描述的实施方式仅是本发明中的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。
如图1所示，本发明的喷墨3D打印喷头与刮板运动装置，包括X轴运动模块、Y轴运动模块、Z轴运动模块、喷头6、刮板7，所述Y轴运动模块尾端Y轴固定块35上安装有第二X轴运动组和第二Z轴运动组，用于控制刮板7进行X轴和Z轴往返运动，刮板7固定在第二X轴丝杆螺母21上，喷头6固定在第一X轴滑块12上。
Y轴运动模块包括Y轴导轨3、Y轴步进电机32、Y轴联轴器34、Y轴限位传感器31、Y轴传动轴33、Y轴滑块36，Y轴步进电机32在Y轴固定块35之前通过Y轴联轴器34与Y轴导轨3相连，Y轴联轴器34和Y轴传动轴33的转动从而带动Y轴滑块36移动，Y轴限位传感器31安装在Y轴导轨3头部和Y轴固定块35之前。
X轴运动模块包括第一X轴运动组和第二X轴运动组，所述第一X轴运动组包括第一X轴导轨1、第一X轴滑块12、第一X轴步进电机11、第一X轴增量式编码器13，第一X轴导轨1安装在第一Z轴滑块41之上，第一X轴增量式编码器13固定在第一X轴滑轨尾部侧面；第二X轴运动组包括第二X轴丝杆架2、第二X轴丝杆23、第二X轴联轴器、第二X轴步进电机22、第二X轴限位传感器24、第二X轴丝杆螺母21、刮板7，第二X轴丝杆架2安装在第二Z轴滑块55之上，第二X轴步进电机22通过第二X轴联轴器安装第二X轴丝杆架2尾部，刮板7固定在第二X轴丝杆螺母21上。
Z轴运动模块包括第一Z轴运动组和第二运动组，所述第一运动组包括第一Z轴丝杆架4、第一Z轴丝杆42、第一Z轴滑块41、第一Z轴步进电机46、第一Z轴限位传感器43、第一Z轴传动轴45、第一Z轴联轴器44，所述第一Z轴步进电机46安装在第一Z轴丝杆架4尾部侧面，通过第一Z轴联轴器44与第一Z轴丝杆42传动相连转动，第一Z轴通过第一Z轴联轴器44和第一Z轴传动轴45的转动从而带动第一Z轴滑块41的移动；所述第二运动组包括第二Z轴丝杆架5、第二Z轴丝杆56、第二Z轴联轴器54、第二Z轴步进电机、第二Z轴限位传感器53、第二Z轴传动轴52，第二Z轴固定在Y轴固定块35之上，第二Z轴步进电机51与第二Z轴联轴器54相连，第二Z轴通过第二Z轴联轴器54和第二Z轴传动轴52带动从第二Z轴滑块55的移动。
如图2所示，本发明的喷墨3D打印喷头与刮板运动控制流程如下：
步骤一：在打印之前，先将各运动轴移动至零点，此时刮板7顶部与喷头6底部距离为20mm，设定层高为5mm，喷头6宽度为20mm；
步骤二：开始一层打印，第一X轴运动模块控制第一X轴步进电机11转动从而第一X轴滑块12带动喷头6向X轴终点位置运动，直至一行打印完成，第一X轴滑块12回到零点位置；
步骤三：主控制器接收到第一X轴增量式编码器13发送的一行打印完成脉冲信号，Y轴运动模块控制Y轴步进电机32转动，Y轴滑块36带动第一X轴和第一Z轴向Y轴终点方向移动20mm的距离；
步骤四：重复步骤二、步骤三直至一层打印完成；
步骤五：一层打印完成后，第一Z轴运动组控制第一Z轴步进电机46转动，第一Z轴滑块41带动第一X轴向Z轴正向终点方向移动5mm的距离5mm，第二Z轴运动组控制第二Z轴步进电机51转动，第二Z轴滑块55带动第二X轴向Z轴终点方向移动5mm的距离，运动过程中刮板7顶部与喷头6底部竖直始终相距20mm，Y轴步进电机32反向转动，带动Y轴滑块36反向移动至零点位置；
步骤六：第二X轴运动组判断第二X轴丝杆螺母21所在位置，若第二X轴丝杆螺母21在零点位置，则控制第二X轴步进电机22正向转动，第二X轴丝杆螺母21带动刮板7进行X轴正向运动至第二X轴限位传感器位置；若第二X轴丝杆螺母21在第二X轴限位传感器位置，则控制第二X轴步进电机22反向转动，第二X轴丝杆螺母21带动刮板7进行X轴反向运动至零点停止；
步骤七：进行下一层打印，循环重复步骤二～步骤六，直至所有层打印完成。

Claims (5)

1.一种喷墨3D打印喷头与刮板运动装置，特征在于：包括X轴运动模块、Y轴运动模块、Z轴运动模块、喷头、刮板，所述Y轴运动模块尾端Y轴固定块上安装有第二X轴运动组和第二Z轴运动组，用于控制刮板进行X轴和Z轴往返运动，刮板固定在第二X轴丝杆螺母上，喷头固定在第一X轴滑块上；
所述的Y轴运动模块包括Y轴导轨、Y轴步进电机、Y轴联轴器、Y轴限位传感器、Y轴传动轴、Y轴滑块，Y轴步进电机在Y轴固定块之前通过轴联轴器与Y轴导轨相连，Y轴联轴器和Y轴传动轴的转动从而带动Y轴滑块移动，Y轴限位传感器安装在Y轴导轨头部和Y轴固定块之前；
所述的X轴运动模块包括第一X轴运动组和第二X轴运动组，所述第一X轴运动组包括第一X轴导轨、第一X轴滑块、第一X轴步进电机、第一X轴增量式编码器，第一X轴导轨安装在第一Z轴滑块之上，第一X轴增量式编码器固定在第一X轴滑轨尾部侧面；第二X轴运动组包括第二X轴丝杆架、第二X轴丝杆、第二X轴丝杆螺母、第二X轴联轴器、第二X轴步进电机、第二X轴限位传感器、第二X轴丝杆螺母、刮板，第二X轴丝杆架安装在第二Z轴滑块之上，第二X轴步进电机通过第二X轴联轴器安装第二X轴丝杆架尾部，刮板固定在第二X轴丝杆螺母上；
所述的Z轴运动模块包括第一Z轴运动组和第二Z轴运动组，所述第一Z轴运动组包括第一Z轴丝杆架、第一Z轴丝杆、第一Z轴滑块、第一Z轴步进电机、第一Z轴限位传感器、第一Z轴传动轴、第一Z轴联轴器，所述第一Z轴步进电机安装在第一Z轴丝杆架尾部侧面，通过第一Z轴联轴器与第一Z轴丝杆传动相连转动，第一Z轴通过第一Z轴联轴器和第一Z轴传动轴的转动从而带动第一Z轴滑块的移动；所述第二Z轴运动组包括第二Z轴丝杆架、第二Z轴丝杆、第二Z轴联轴器、第二Z轴步进电机、第二Z轴限位传感器、第二Z轴传动轴，第二Z轴固定在Y轴固定块之上，第二Z轴步进电机与第二Z轴联轴器相连，第二Z轴通过第二Z轴联轴器和第二Z轴传动轴带动第二Z轴滑块的移动。
2.一种喷墨3D打印喷头和刮板运动控制方式，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：将各轴移动至零点，将零点作为各轴起始点，将远离各轴起点且靠近各轴限位传感器的一端作为终点；
步骤二：开始一层打印，第一X轴运动模块控制第一X轴电机转动从而滑块带动喷头向X轴终点位置运动，直至一行打印完成，第一x轴回零；
步骤三：主控制器接收到第一X轴增量式编码器发送的一行打印完成脉冲信号，Y轴运动模块控制Y轴电机转动，Y轴滑块带动第一X轴和第一Z轴向Y轴终点方向移动一段距离；
步骤四：重复步骤二、步骤三直至一层打印完成；
步骤五：一层打印完成后，第一Z轴运动组控制第一Z轴电机转动，滑块带动第一X轴向Z轴正向终点方向移动一段距离，第二Z轴运动组控制第二Z轴电机转动，滑块带动第二X轴向Z轴终点方向移动一段距离；
步骤六：第二X轴运动组判断丝杆螺母所在位置，若第二X轴丝杆螺母在零点位置，则控制第二X轴电机正向转动，第二X轴丝杆螺母带动刮板进行X轴正向运动至触碰到第二X轴限位传感器停止；若第二X轴丝杆螺母在第二X轴限位传感器位置，则控制第二X轴电机反向转动，第二X轴丝杆螺母带动刮板进行X轴反向运动至零点停止；
步骤七：进行下一层打印，循环重复步骤二～步骤六，直至所有层打印完成。
3.根据权利要求2所述的一种喷墨3D打印运动控制方式，其特征在于：步骤三中，Y轴运动模块滑块向Y轴终点方向每一次移动的距离为喷头的宽度范围为10mm～50mm，步骤五中，第一Z轴和第二Z轴运动组向终点每一次移动的距离为切片层高距离范围为1mm～20mm。
4.根据权利要求2所述的一种喷墨3D打印运动控制方式，其特征在于：运动过程中，刮板顶部和喷头底部始终始终保持一定距离的范围为10mm～20mm。
5.根据权利要求2所述的一种喷墨3D打印运动控制方式，其特征在于：Y轴运动模块、X轴运动模块的运动方向为水平方向，Z轴运动模块的运动方向为垂直方向。
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