CN114434799A - 一种铲刮一体的sla3d打印机 - Google Patents

Abstract

发明公开了一种铲刮一体的SLA3D打印机，包括打印平台升降单元、铲刮单元、控制单元。打印平台升降单元包括网板和带动所述网板升降的Z轴模组。铲刮单元包括旋转式铲刮刀装置和带动旋转式铲刮刀装置沿Y轴运动的Y轴模组，旋转式铲刮刀装置包括刮刀机构、铲刀机构和带动刮刀机构和铲刀机构同步旋转的旋转机构。在3D打印过程中，所述控制单元控制所述刮刀机构运动到工作位置，需要下料时，控制单元控制Z轴模组将网板上升到预设位置，铲刀机构运动到刀面与所述网板上表面贴合的位置。相比现有技术，发明操作方便，安全性高，且自动化操作可以避免人工操作的诸多弊端。

Description

一种铲刮一体的SLA3D打印机

技术领域

发明涉及SLA3D打印技术领域，尤其涉及一种铲刮一体的SLA3D打印机。

背景技术

市面上现有的SLA3D打印机打印工件时必然会存在支撑层，支撑层的作用是支撑工件和将工件与网板隔离，而下料的时候需要铲断支撑层，这样将不会影响到工件表面。所以下工件时候，就需要用铲刀把支撑层铲断，拿下工件。

然而用人工下料的方式会造成以下缺点：(1)支撑层硬度大，加大铲件难度；(2)在铲件过程中，会把支撑层碎屑飞溅到打印腔内；(3)下大工件的时候，如果支撑层是在人手难以够到的位置，会增加下料难度；(4)在铲件过程中，容易将支撑层残留在网板上面，将会影响接下来打印。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种SLA3D打印机旋转式自动下料结构。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种铲刮一体的SLA3D打印机，包括打印平台升降单元、铲刮单元、控制单元；

所述打印平台升降单元包括网板和带动所述网板升降的Z轴模组；

所述铲刮单元包括旋转式铲刮刀装置和带动所述旋转式铲刮刀装置沿Y轴运动的Y轴模组，所述旋转式铲刮刀装置包括刮刀机构、铲刀机构和带动所述刮刀机构和铲刀机构同步旋转的旋转机构；

在3D打印过程中，所述控制单元控制所述刮刀机构运动到工作位置，所述铲刀机构自动运动到不影响刮刀机构运动的位置，需要下料时，所述控制单元控制所述Z轴模组将所述网板上升到预设位置，所述铲刀机构运动到刀面与所述网板上表面贴合的位置，此时所述刮刀机构则自动运动到不影响所述铲刀机构进行铲件下料的位置。

在一些实施例中，所述旋转机构包括对应设置于所述铲刀机构和刮刀机构两侧的第一旋转装置、第二旋转装置和用于驱动所述第一旋转装置转动的驱动装置；

所述第一旋转装置和第二旋转装置具有相同的行星齿轮结构，该行星齿轮结构具有主动件和从动件，所述驱动装置驱动所述第一旋转装置的主动件转动，带动所述从动件做圆周运动；

所述铲刀机构固定于位于两侧的对应的一对第一从动件上，所述刮刀机构固定于位于两侧的对应的一对第二从动件上，因此所述第一从动件运动可相应带动所述铲刀机构翻转，所述第二从动件运动亦可相应带动所述刮刀机构翻转。

在一些实施例中，所述行星齿轮结构包括齿圈、太阳轮、若干行星轮、行星架、支撑板，所述太阳轮为主动件，所述若干行星轮为从动件，所述支撑板垂直于所述网板设置，所述齿圈固定于所述支撑板的一侧表面上，所述行星架为多边形，所述若干行星轮环绕所述太阳轮可转动设置于所述行星架的各个顶点上，且所述若干行星轮的轮齿分别与所述齿圈的内侧壁上的轮齿和所述太阳轮的轮齿啮合，所述驱动装置驱动所述太阳轮转动，从而带动所述若干行星轮自转并绕着所述太阳轮公转。

在一些实施例中，所述行星架为正三角形，三个所述行星轮分别设于正三角形的三个顶点上，所述第一从动件运动到所述齿圈的底部时，所述铲刀机构的刀面与所述网板的上表面贴合，此时所述第二从动件位于所述第一从动件的前侧，且所述刮刀机构的上表面与所述铲刀机构的刀面对齐共同形成一个倾斜平面，此时所述控制单元控制所述Y轴模组运动，带动所述铲刀机构从前往后铲下工件。

在一些实施例中，所述Z轴模组上设置有行程开关，当升降机构运动到所述行程开关所在位置时，所述网板停止上升。

在一些实施例中，所述铲刀机构包括所述刀面、竖直连接于所述刀面两侧的一对第一连接杆、分别水平连接于所述第一连接杆另一端的一对第二连接杆，所述一对第二连接杆与所述一对第一从动件固定连接。

在一些实施例中，所述刮刀机构包括刮刀、固定所述刮刀的第一固定板、垂直连接于所述第一固定板两端的一对第二固定板，所述第二固定板的外侧壁与所述一对第二从动件固定连接，所述一对第二固定板分别与所述刮刀的左右侧壁具有一定距离，以避让所述Y轴模组的滑轨。

在一些实施例中，位于所述刮刀左侧的所述第二固定板上设有感应片，当所述刮刀翻转到所述刀口朝下且与所述网板平行的位置时，位于所述感应片的外侧的接近开关发出控制信号使电机停止运行。

在一些实施例中，位于所述铲刀的刀面左侧的所述第二连接杆下方设有L形的第一指针，其短边朝向所述齿圈，所述齿圈对应于所述铲刀的刀面与所述网板上表面贴合的位置设有向右延伸的第二指针，当所述铲刀的刀面与所述网板上表面贴合时，所述第一指针的针尖对准所述第二指针的针尖。

在一些实施例中，所述铲刀的刀面的Y轴截面为直角三角形，其最短边的长度小于工件的最小支撑高度，两长边的夹角为5-15°。

本发明的有益效果：

本发明提供一种铲刮一体的SLA3D打印机，在需要下料时，转动到所述铲刀的刀面与网板上表面贴合的位置，在不需要下料时，转动到不影响刮刀机构运动的位置，操作方便，安全性高，且自动化操作可以避免人工操作的诸多弊端。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的一种铲刮一体的SLA3D打印机的整体结构示意图。

图2-3为图1的局部放大图。

图4为本发明一实施例提供的一种铲刮一体的SLA3D打印机的整体结构示意图。

图5-6为图4的局部放大图。

图7为本发明一实施例提供的一种铲刮一体的SLA3D打印机的整体结构示意图。

图8为本发明一实施例提供的一种铲刮一体的SLA3D打印机的铲刀机构的结构示意图。

图9为图8的Y轴剖面示意图。

图10为为本发明一实施例提供的一种铲刮一体的SLA3D打印机的刮刀机构的结构示意图。

具体实施方式

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

在发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”、“一面”、“另一面”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，因此不能理解为对发明的限制。此外，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。

在发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是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，可以具体情况具体理解上述术语在发明中的具体含义。

以下结合实施例详细阐述发明的内容。

请参阅图1-10，本发明提供一种铲刮一体的SLA3D打印机，包括打印平台升降单元、铲刮单元、控制单元。所述打印平台升降单元包括网板1和带动所述网板升降的Z轴模组2。所述铲刮单元包括旋转式铲刮刀装置3和带动所述旋转式铲刮刀装置沿Y轴运动的Y轴模组4。所述旋转式铲刮刀装置3包括刮刀机构31、铲刀机构32和带动所述刮刀机构31和铲刀机构32同步旋转的旋转机构33。在3D打印过程中，所述控制单元控制所述刮刀机构31运动到工作位置，所述铲刀机构32自动运动到不影响刮刀机构31运动的位置，需要下料时，所述控制单元控制所述Z轴模组2将所述网板1上升到预设位置，所述铲刀机构32运动到刀面与所述网板1上表面贴合的位置，此时所述刮刀机构31则自动运动到不影响所述铲刀机构32进行铲件下料的位置。本发明中的控制单元在图中未示出，其可以是单片机、CPU、MCU或计算机等能够实现信号收发的现有结构，在此不再详述。

在一些实施例中，所述旋转机构33包括对应设置于所述铲刀机构32和刮刀机构31两侧的第一旋转装置331、第二旋转装置332和用于驱动所述第一旋转装置331转动的驱动装置333。所述第一旋转装置331和第二旋转装置332具有相同的行星齿轮结构，该行星齿轮结构具有主动件和从动件，所述驱动装置333驱动所述第一旋转装置331的主动件转动，带动所述从动件做圆周运动。所述铲刀机构32固定于位于两侧的对应的一对第一从动件3311上，所述刮刀机构31固定于位于两侧的对应的一对第二从动件3312上，因此所述第一从动件3311运动可相应带动所述铲刀机构32翻转，所述第二从动件3312运动亦可相应带动所述刮刀机构31翻转。在包含行星齿轮的齿轮系统中，传动原理与定轴齿轮不同。由于存在行星架，因此可以有三条转动轴允许动力输入/输出，还可以用离合器或制动器之类的手段，在需要的时候限制其中一条轴的转动，只剩下两条轴进行传动。因此，互相啮合的齿轮之间的关系可以有多种组合，例如：(1)动力从太阳轮输入，从外齿圈输出，行星架通过机构锁死；(2)动力从太阳轮输入，从行星架输出，外齿圈锁死；(3)动力从行星架输入，从太阳轮输出，外齿圈锁死；(4)动力从行星架输入，从外齿圈输出，太阳轮锁死；(5)动力从外齿圈输入，从行星架输出，太阳轮锁死；(6)动力从外齿圈输入，从太阳轮输出，行星架锁死，等等。因此，本申请的主动件可以是太阳轮、行星架、外齿圈中的一个或多个，而由主动件带动的部件则为从动件。

在一些实施例中，所述行星齿轮结构包括齿圈341、太阳轮342、若干行星轮3311、3312和3313、行星架343、支撑板344，所述太阳轮341为主动件，所述若干行星轮3311和3312为从动件，所述支撑板344垂直于所述网板1设置，所述齿圈341固定于所述支撑板344的一侧表面上，所述行星架343为多边形，所述若干行星轮3311和3312环绕所述太阳轮341可转动设置于所述行星架343的各个顶点上，且所述若干行星轮3311和3312的轮齿分别与所述齿圈的内侧壁上的轮齿和所述太阳轮341的轮齿啮合，所述驱动装置333驱动所述太阳轮341转动，从而带动所述若干行星轮3311和3312自转并绕着所述太阳轮341公转。

在一些实施例中，所述行星架343为正三角形，三个所述行星轮分别设于正三角形的三个顶点上，所述第一从动件3311运动到所述齿圈341的底部时，所述铲刀机构32的刀面与所述网板1的上表面贴合，此时所述第二从动件3312位于所述第一从动件3311的前侧，且所述刮刀机构31的上表面与所述铲刀机构的刀面对齐共同形成一个倾斜平面，此时所述控制单元控制所述Y轴模组4运动，带动所述铲刀机构32从前往后铲下工件。该种方式可适用于体积较大的正片工件的下料，在铲刀机构32铲下工件的过程中，刮刀机构可对已铲部分的工件提供支撑，并且可在一定程度上防止残渣飞溅到成型缸内。

在一些实施例中，所述刮刀机构31为可拆卸安装，所述第一从动件3311运动到所述齿圈341的底部时，将所述刮刀机构31从所述第二从动件3312上拆下，安装到位于所述第一从动件3311上方的一对第三从动件3313上，并使所述刮刀机构31的刀口朝上，此时所述控制单元控制所述Y轴模组4运动，带动所述铲刀机构32从最靠后的一排工件开始，将一排一排的工件依次铲下并推到后方进行收集。具体的，假设按从前往后的方向将工件标记为1-N排，铲刀机构32首先移动到第N排工件的前侧，并逐渐先后移动将其与网板1分离，铲刀机构32移动的过程中，刮刀机构31充当挡板将工件向后推，从而实现了边铲件边推动的效果，最终将工件推落网板，收集到收集装置内。完成一排后，铲刀机构32移动到第N-1排工件的前侧，重复前述动作，以此类推，实现所有工件的下料操作。该种方式可适用于体积较小的工件，例如牙齿模型、鞋底等工件的下料操作。

在一些实施例中，所述Z轴模组2上设置有一个或多个行程开关21，当升降机构运动到所述行程开关21所在位置时，所述网板1停止上升。具体的，所述Z轴模组2包括固定背板22、活动背板23、第一导轨组件24、丝杆组件25、电机26、L形升降杆27。所述电机26设置于所述固定背板22的顶端，电机26输出轴连接所述丝杆组件25，从而带动丝杆转动。第一导轨组件24固定于所述固定背板22的两侧，活动背板23滑动连接于第一导轨组件24上并可移动连接于丝杆上。L形升降杆27固定于活动背板23的两侧，其短边固定于网板1下表面。行程开关21设置于固定背板22上端的侧壁上，行程开关21开关具有插槽211，插片212设置于活动背板23的顶端，当插片212运动到插入插槽211中时，电机26停止转动。

在一些实施例中，Y轴模组4包括电机41、第一皮带传动组件42、第二皮带传动组件43、第三皮带传动组件44、第二导轨组件45。第一皮带传动组件42包括第一皮带轮421、第二皮带轮422、传动杆423、第一皮带424。电机41一端设有编码器411，另一端连接第一皮带轮421。第二皮带轮422设置于传动杆423上于第一皮带轮421相对应的位置。第一皮带424可传动套设于第一皮带轮421和第二皮带轮422外。第二皮带传动组件43包括第三皮带轮431、第四皮带轮432、第二皮带433。第三皮带轮固定于传动杆423左端，第四皮带轮432固定于打印机前侧的机架上，第二皮带433可传动套设于第三皮带轮431和第四皮带轮432外。支撑板344外侧固定有传动块434，传动块434与第二皮带433一侧固定连接，从而带动刮铲单元运动。同理，第三皮带传动组件44与第二皮带传动组件43结构一致，设置于传动杆423右端。第二导轨组件45包括分别设于所述网板两侧的导轨451和固定于所述支撑板344上的滑块452。

在一些实施例中，所述铲刀机构32包括所述刀面321、竖直连接于所述刀面321两侧的一对第一连接杆322、分别水平连接于所述第一连接杆322另一端的一对第二连接杆323，所述一对第二连接杆323与所述一对第一从动件3311固定连接。

在一些实施例中，所述刮刀机构31包括刮刀311、固定所述刮刀311的第一固定板312、垂直连接于所述第一固定板312两端的一对第二固定板313，所述第二固定板313的外侧壁与所述一对第二从动件3312固定连接，所述一对第二固定板313分别与所述刮刀311的左右侧壁具有一定距离，以避让所述Y轴模组4的导轨451。

在一些实施例中，位于所述刮刀311左侧的所述第二固定板313上设有感应片314，当所述刮刀311翻转到刀口朝下且与所述网板1平行的位置时，位于所述感应片314的外侧的接近开关315发出控制信号使电机停止运行。

在一些实施例中，位于所述铲刀刀面321左侧的所述第二连接杆323下方设有L形的第一指针324，其短边朝向所述齿圈341，所述齿圈341对应于所述铲刀刀面321与所述网板1上表面贴合的位置设有向右延伸的第二指针325，当所述铲刀的刀面341与所述网板1上表面贴合时，所述第一指针324的针尖对准所述第二指针325的针尖。

在一些实施例中，所述铲刀的刀面341的Y轴截面为直角三角形，其最短边的长度小于工件的最小支撑高度，两长边的夹角为5-15°。优选的，两长边的夹角为10-13°。

本申请的工作原理：打印过程中，激光扫描完成一层，网板向下移动一层，刮刀运动刮平粉末，如此往复直至工件打印完成。打印结束后，需要铲除工件，网板往上移动到下料位置。行星轮机构旋转120°将铲刀旋转到与网板上表面贴合，指针是机械限位，用来检测是否出现机械松动或者是旋转位置不对的情况，如果出现这种状况两个指针将没有对接在一起。贴合后，铲刀移动将工件模型的支撑层铲断，再人工拾取工件。铲刀的Y轴截面为直角三角形，其最短边小于工件的最小支撑高度，保证不伤害到工件表面。如需清洗刮刀，当发现刮刀下表面有残余物时，亦可旋转刮刀，将刮刀刀口一面转到上面，然后用刀片轻轻挂除残余物。

发明至少具有以下优点：1.通过物理限位和机械限位可以调整和确保铲刀与网板的平行度；2.不用人工参与下料，也保证不会出现支撑层碎屑飞溅；3.因为整个铲刀是铲整个平面，不会出现铲不到的死角；4.有利于刮刀下表面清洁。

上述实施例中的实施方案可以进一步组合或者替换，且实施例仅仅是对发明的优选实施例进行描述，并非对发明的构思和范围进行限定，在不脱离发明设计思想的前提下，本领域中专业技术人员对发明的技术方案作出的各种变化和改进，均属于发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种铲刮一体的SLA3D打印机，其特征在于，包括打印平台升降单元、铲刮单元、控制单元；

所述打印平台升降单元包括网板和带动所述网板升降的Z轴模组；

所述铲刮单元包括旋转式铲刮刀装置和带动所述旋转式铲刮刀装置沿Y轴运动的Y轴模组，所述旋转式铲刮刀装置包括刮刀机构、铲刀机构和带动所述刮刀机构和铲刀机构同步旋转的旋转机构；

在3D打印过程中，所述控制单元控制所述刮刀机构运动到工作位置，所述铲刀机构自动运动到不影响刮刀机构运动的位置，需要下料时，所述控制单元控制所述Z轴模组将所述网板上升到预设位置，所述铲刀机构运动到刀面与所述网板上表面贴合的位置，此时所述刮刀机构则自动运动到不影响所述铲刀机构进行铲件下料的位置。

2.如权利要求1所述的一种铲刮一体的SLA3D打印机，其特征在于，所述旋转机构包括对应设置于所述铲刀机构和刮刀机构两侧的第一旋转装置、第二旋转装置和用于驱动所述第一旋转装置转动的驱动装置；

所述第一旋转装置和第二旋转装置具有相同的行星齿轮结构，该行星齿轮结构具有主动件和从动件，所述驱动装置驱动所述第一旋转装置的主动件转动，带动所述从动件做圆周运动；

所述铲刀机构固定于位于两侧的对应的一对第一从动件上，所述刮刀机构固定于位于两侧的对应的一对第二从动件上，因此所述第一从动件运动可相应带动所述铲刀机构翻转，所述第二从动件运动亦可相应带动所述刮刀机构翻转。

3.根据权利要求2所述的一种铲刮一体的SLA3D打印机，其特征在于，所述行星齿轮结构包括齿圈、太阳轮、若干行星轮、行星架、支撑板，所述太阳轮为主动件，所述若干行星轮为从动件，所述支撑板垂直于所述网板设置，所述齿圈固定于所述支撑板的一侧表面上，所述行星架为多边形，所述若干行星轮环绕所述太阳轮可转动设置于所述行星架的各个顶点上，且所述若干行星轮的轮齿分别与所述齿圈的内侧壁上的轮齿和所述太阳轮的轮齿啮合，所述驱动装置驱动所述太阳轮转动，从而带动所述若干行星轮自转并绕着所述太阳轮公转。

4.根据权利要求3所述的一种铲刮一体的SLA3D打印机，其特征在于，所述行星架为正三角形，三个所述行星轮分别设于正三角形的三个顶点上，所述第一从动件运动到所述齿圈的底部时，所述铲刀机构的刀面与所述网板的上表面贴合，此时所述第二从动件位于所述第一从动件的前侧，且所述刮刀机构的上表面与所述铲刀机构的刀面对齐共同形成一个倾斜平面，此时所述控制单元控制所述Y轴模组运动，带动所述铲刀机构从前往后铲下工件。

5.根据权利要求4所述的一种铲刮一体的SLA3D打印机，其特征在于，所述Z轴模组上设置有行程开关，当升降机构运动到所述行程开关所在位置时，所述网板停止上升。

6.根据权利要求1所述的一种铲刮一体的SLA3D打印机，其特征在于，所述铲刀机构包括所述刀面、竖直连接于所述刀面两侧的一对第一连接杆、分别水平连接于所述第一连接杆另一端的一对第二连接杆，所述一对第二连接杆与所述一对第一从动件固定连接。

7.根据权利要求4所述的一种铲刮一体的SLA3D打印机，其特征在于，所述刮刀机构包括刮刀、固定所述刮刀的第一固定板、垂直连接于所述第一固定板两端的一对第二固定板，所述第二固定板的外侧壁与所述一对第二从动件固定连接，所述一对第二固定板分别与所述刮刀的左右侧壁具有一定距离，以避让所述Y轴模组的滑轨。

8.根据权利要求7所述的一种铲刮一体的SLA3D打印机，其特征在于，其特征在于，位于所述刮刀左侧的所述第二固定板上设有感应片，当所述刮刀翻转到所述刀口朝下且与所述网板平行的位置时，位于所述感应片的外侧的接近开关发出控制信号使电机停止运行。

9.根据权利要求8所述的一种铲刮一体的SLA3D打印机，其特征在于，位于所述铲刀的刀面左侧的所述第二连接杆下方设有L形的第一指针，其短边朝向所述齿圈，所述齿圈对应于所述铲刀的刀面与所述网板上表面贴合的位置设有向右延伸的第二指针，当所述铲刀的刀面与所述网板上表面贴合时，所述第一指针的针尖对准所述第二指针的针尖。

10.根据权利要求6所述的一种铲刮一体的SLA3D打印机，其特征在于，所述铲刀的刀面的Y轴截面为直角三角形，其最短边的长度小于工件的最小支撑高度，两长边的夹角为5-15°。

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