CN116330650B - 一种自动调平增材制造设备及调平方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动调平增材制造设备及调平方法，增材制造设备包括在XY平面内移动的打印头、设在打印头下方的打印平台、通过弹性件支撑在打印平台下方的支撑平台和自动调平机构，自动调平机构包括设在打印头上的传感器、调节杆，调节杆的一端部设在打印平台上，调节杆沿Z轴方向滑动设在支撑平台上，自动调平机构还包括使调节杆自动沿Z轴方向滑动的驱动组件，驱动组件包括固定座、沿Z轴方向滑动设在固定座上的限位板和使限位板滑动的第一驱动件，第一驱动件滑动设在固定座上，第一驱动件分别与固定座和限位板配合，调节杆的另一端部设在限位板上。该增材制造设备调可实时自动调整打印平台的平整情况，响应快，调平精度高。

Description

一种自动调平增材制造设备及调平方法

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，具体涉及一种自动调平增材制造设备及调平方法。

背景技术

增材制造或称3D打印是将材料（包括液体、粉材、线材或块材等）自动化地累加起来成为实体结构的制造方法。在增材制造的过程中，打印平台是否水平与增材制造的效果与质量密切相关，打印平台的不完全水平是造成打印件产生几何形状误差的主要原因之一。其原因在于当打印平台不完全水平时，会导致打印头在打印过程中与打印平台在Z轴方向的距离不断变化，这会产生模型固定不可靠的问题，甚至导致打印头和打印平台表面损伤等严重后果。如果Z轴方向的距离相差过大，甚至有可能发生打印头运动干涉现象。

因此，在打印过程中需要调整打印平台水平。现有技术中的增材制造设备都是通过手动旋转打印平台的调节按钮来调整打印平台的倾斜度。这种调平方式受调平人员经验、状态等因素影响，调平精度较低，且速度较慢。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中的问题，提供一种在打印过程中能够自动调平的增材制造设备。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种自动调平增材制造设备，包括能够在XY平面内移动的打印头和设置在所述打印头下方的打印平台，还包括通过弹性件支撑在所述打印平台下方的支撑平台和驱使所述打印平台沿Z轴方向运动以调整所述打印平台水平的自动调平机构，所述自动调平机构至少设置有三组，且至少三组所述自动调平机构的连线形成三角形结构，所述自动调平机构包括调节杆和设置在所述打印头上用于检测所述打印头在Z轴方向距所述打印平台的距离的传感器，所述调节杆的一端部固定设置在所述打印平台上，所述调节杆能够沿Z轴方向滑动地设置在所述支撑平台上，所述自动调平机构还包括用于驱使所述调节杆自动沿Z轴方向滑动的驱动组件，所述增材制造设备还包括控制器，所述控制器分别与所述传感器和所述驱动组件电性连接，以通过所述传感器检测的距离值通过所述控制器控制所述驱动组件动作；

所述驱动组件包括固定设置在所述支撑平台下方的固定座和用于驱使所述调节杆沿Z轴方向相对所述支撑平台滑动的限位板，所述限位板能够沿Z轴方向滑动地设置在所述固定座上，所述驱动组件还包括用于驱使所述限位板相对所述固定座沿Z轴方向滑动的第一驱动件，所述第一驱动件能够滑动地设置在所述固定座上，所述第一驱动件分别与所述固定座和所述限位板相配合，所述调节杆的另一端部设置在所述限位板上。

优选地，所述固定座上设置有第一斜面，所述第一驱动件上设置有与所述第一斜面相匹配的第二斜面，所述第一斜面和所述第二斜面均从上向下倾斜延伸，所述第一斜面与所述第二斜面相抵设配合。

优选地，所述第一驱动件的下端面水平设置，所述限位板与所述第一驱动件的下端面相抵设配合。

优选地，所述驱动组件还包括用于驱使所述第一驱动件相对所述固定座滑动的第二驱动件，所述第二驱动件能够转动地设置，所述第二驱动件与所述第一驱动件相配合。

进一步地，所述驱动组件还包括用于驱使所述第二驱动件转动的电机，所述电机与所述控制器电性连接，所述第二驱动件的一端部固定设置在所述电机的电机轴上。

进一步地，所述第一驱动件和所述第二驱动件的另一端部二者中的一者上设置有滑槽，另一者上设置有与所述滑槽相配合的导向柱，所述导向柱位于所述滑槽中并能够沿所述滑槽的长度延伸方向滑动。

优选地，所述固定座上设置有限位槽，所述限位板能够沿Z轴方向滑动地设置在所述限位槽中。

优选地，所述调节杆的另一端部固定设置有挡件，所述调节杆的另一端部穿过所述限位板，所述挡件与所述限位板相抵设配合。

优选地，所述弹性件采用弹簧，所述弹簧套设在所述调节杆的外部。

本发明还提供一种自动调平增材制造设备的调平方法，采用如上述任一项所述的自动调平增材制造设备，调平方法包括如下步骤：

（1）通过所述传感器获取所述打印头在Z轴方向距所述打印平台的参考距离值H0；

（2）驱使所述打印头带动所述传感器在XY平面内移动到所述自动调平机构的正上方，通过所述传感器获取所述打印头在Z轴方向距所述打印平台的实际距离值H；

（3）计算实际距离与参考距离之间的差值H’=H0-H；

（4）通过所述驱动组件驱使所述调节杆沿Z轴方向滑动距离H’，驱使所述打印平台对应位置沿同一方向移动同一距离。

优选地，驱使所述打印头带动所述传感器移动到所述打印平台的中心点，所述参考距离为通过所述传感器获取的所述打印头在Z轴方向距所述打印平台的中心点的距离。

优选地，驱使所述打印头带动所述传感器移动到所述打印平台上的多个离散点处，并通过所述传感器获取所述打印头在Z轴方向距各所述打印平台的离散点的距离，所述参考距离为所述打印头在Z轴方向距各所述打印平台的离散点的距离的平均值。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的自动调平增材制造设备在打印过程中，可通过传感器实时检测打印头在Z轴方向距打印平台的距离，以实时获取打印平台平面的平整情况；在需要补偿时，可通过驱动组件驱使调节杆沿Z轴方向滑动，从而驱动打印平台对应位置沿同一方向移动，从而实现打印平台的自动调平。该增材制造设备调可实时自动调整打印平台的平整情况，响应快，调平精度高，从而可提高增材制造的最终效果。

附图说明

附图1为本实施例的自动调平增材制造设备的立体示意图；

附图2为本实施例的自动调平增材制造设备的正视示意图；

附图3为本实施例的自动调平增材制造设备去掉部分结构后的正视示意图；

附图4为附图3中沿A-A线的剖视示意图；

附图5为附图4中A处局部放大示意图；

附图6为本实施例的自动调平增材制造设备的驱动组件的立体示意图；

附图7为本实施例的自动调平增材制造设备的固定座的立体示意图；

附图8为本实施例的自动调平增材制造设备的第一驱动件的立体示意图；

附图9为本实施例的自动调平增材制造设备的第二驱动件的立体示意图。

其中：1、支架；11、X轴移动机构；12、Y轴移动机构；13、Z轴移动机构；2、打印头；21、喷嘴；3、打印平台；4、支撑平台；5、弹性件；6、传感器；7、调节杆；71、挡件；81、固定座；811、楔形槽；811a、第一斜面；812、限位槽；82、限位板；83、第一驱动件；831、楔形块；831a、第二斜面；832、滑槽；84、第二驱动件；841、导向柱；85、电机；86、固定板。

实施方式

下面结合附图来对本发明的技术方案作进一步的阐述。

如图1和图2所示，本发明的自动调平增材制造设备包括支架1、打印头2、打印平台3、支撑平台4和自动调平机构。

打印头2能够在XY平面内移动，增材制造设备还包括X轴移动机构11和Y轴移动机构12。通过X轴移动机构11驱使打印头2相对支架1沿X轴方向移动，通过Y轴移动机构12驱使打印头2相对支架1沿Y轴方向移动。X轴移动机构11和Y轴移动机构12二者中的一者设置在支架1上，另一者设置在前一者上，打印头2设置在另一者上。

打印平台3位于打印头2的下方，支撑平台4通过弹性件5支撑在打印平台3的下方。支撑平台4能够沿Z轴方向移动，增材制造设备还包括用于驱使支撑平台4沿Z轴方向移动的Z轴移动机构13，Z轴移动机构13设置在支架1上，支撑平台4设置在Z轴移动机构13上。

上述的X轴方向、Y轴方向及Z轴方向分别为打印空间三维坐标系的三个方向，Z轴方向沿竖直方向，X轴方向和Y轴方向分别为沿水平面的两个相垂直的方向。

弹性件5设置在打印平台3和支撑平台4之间。本实施例中，弹性件5采用弹簧，其上端部设置在打印平台3的下端面上，下端部设置在支撑平台4的上端面上。

自动调平机构用于驱使打印平台3自动沿Z轴方向运动，以调整打印平台3水平。

自动调平机构包括传感器6、调节杆7和驱动组件。

如图2所示，传感器6与打印头2固定连接，随打印头2在XY平面内移动。打印头2的下端设置有喷嘴21，传感器6位于喷嘴21的上方。传感器6用于检测打印头2距打印平台3的Z轴方向的距离。

如图4和图5所示，调节杆7的一端部固定设置在打印平台3上，调节杆7能够沿Z轴方向滑动地设置在支撑平台4上，调节杆7相对支撑平台4沿Z轴方向滑动时，驱使打印平台3对应位置沿同一方向同步运动。

驱动组件用于驱使调节杆7自动沿Z轴方向滑动。该增材制造设备还包括控制器，传感器6和驱动组件分别与控制器电性连接，传感器6发送检测数据到控制器中，控制器对检测数据进行分析计算后，控制驱动组件动作，通过驱动组件驱使调节杆7自动沿Z轴方向滑动，从而驱动打印平台3对应位置移动调整水平。

该实施例中，如图4~图6所示，驱动组件包括固定座81、限位板82、第一驱动件83、第二驱动件84和电机85。

固定座81固定设置在支撑平台4的底部。

限位板82能够沿Z轴方向滑动地设置在固定座81上，调节杆7的另一端部设置在限位板82上，从而在限位板82沿Z轴方向向下滑动时，驱动调节杆7同步向下滑动。

具体的，调节杆7的另一端部固定设置有挡件71，调节杆7的另一端部穿过限位板82，挡件71抵设在限位板82的下端面上。本实施例中，调节杆7采用螺纹杆，挡件71为通过螺纹连接在调节杆7的另一端部的螺母。

第一驱动件83能够滑动地设置在固定座81上，第一驱动件83分别与固定座81和限位板82相配合，在第一驱动件83相对固定座81滑动时，可驱使限位板82相对固定座81向下滑动。

具体的，如图4、图5、图7和图8所示，固定座81上设置有第一斜面811a，第一驱动件83具有与第一斜面811a相匹配的第二斜面831a，第一斜面811a和第二斜面831a均从上向下倾斜延伸，第一斜面811a与第二斜面831a相抵设配合。

如图4、图5和图8所示，第一驱动件83的下端面水平设置，限位板82与第一驱动件83的下端面相抵设配合。

这样，当第一驱动件83相对固定座81滑动时，由于第一斜面811a和第二斜面831a的相互作用，可使第一驱动件83的下端面同时沿水平方向和沿Z轴方向向下运动，从而可使限位板82向下滑动。

本实施例中，如图7所示，固定座81上设置有楔形槽811，第一斜面811a为楔形槽811的槽底。如图8所示，第一驱动件83具有与楔形槽811相匹配的楔形块831，第二斜面831a为楔形块831的上端面。限位板82与楔形块831的下端面相抵设配合。

如图7所示，固定座81上还设置有限位槽812，限位板82能够沿Z轴方向滑动地设置在限位槽812中。

第二驱动件84能够转动地设置在支撑平台4的下部，第二驱动件84与第一驱动件83相配合，在第二驱动件84相对支撑平台4转动时，驱使第一驱动件83相对固定座81滑动。

电机85与控制器电性连接，通过控制器控制电机85的启停，电机85用于驱动第二驱动件84转动。如图6所示，驱动组件还包括固定板86，固定板86固定连接在支撑平台4的下方，电机85设置在固定板86上。

第二驱动件84的一端部固定设置在电机85的电机轴上。如图8和图9所示，第一驱动件83和第二驱动件84的另一端部二者中的一者上设置有滑槽832，另一者上设置有与滑槽832相配合的导向柱841，导向柱841位于滑槽832中，并能够沿滑槽832的长度延伸方向运动。

在电机85启动时，电机轴转动，带动第二驱动件84绕电机轴转动，导向柱841在滑槽832中滑动的同时并驱使第一驱动件83相对固定座81滑动。

自动调平机构至少设置有三组，且至少三组自动调平机构的连线形成三角形结构。通过至少三组自动调平机构对打印平台3上的对应位置处Z轴方向的坐标进行调整，可使整个打印平台3处于水平状态。

通过该自动调平机构进行调平的方法如下：

（1）通过传感器6获取打印头2在Z轴方向距打印平台的参考距离值H0。参考距离值H0的获取方法有如下两种方式：

方式一：确定打印平台3的中心点位置，驱使打印头2带动传感器6移动到与打印平台3的中心点相对应的位置处，通过传感器6获取此时打印头2在Z轴方向距打印平台3的中心点的距离，该距离即为参考距离。这种获取参考距离的方式简单，易于操作。

方式二：在打印平台3上确定多个离散点，各离散点尽量分散。驱使打印头2带动传感器6移动到与打印平台3上的多个离散点相对应的位置处，通过传感器6获取打印头2在Z轴方向距各打印平台3的离散点的距离，计算打印头2在Z轴方向距各打印平台3的离散点的距离的平均值，该平均值即为参考距离。这种获取参考距离的方式可提高调平精度。

（2）驱使打印头2带动传感器6在XY平面内移动，并移动到一组自动调平机构的正上方，通过传感器6获取打印头2在Z轴方向距打印平台3的实际距离值H，并发送到控制器中。

（3）控制器接收传感器6发送的数据，并计算实际距离与参考距离之间的差值H’=H0-H。

（4）根据差值H’，控制器控制驱动组件动作，驱使调节杆7沿Z轴方向滑动距离H’，驱使打印平台3对应位置沿同一方向移动同一距离，以进行补偿。具体过程如下：

控制器控制电机85启动，电机轴转动，带动第二驱动件84绕电机轴转动，使第二驱动件84的导向柱841在第一驱动件83的滑槽832内运动，并推动第一驱动件83的楔形块831在固定座81的楔形槽811内滑动。楔形块831向滑入楔形槽811的方向滑动时，楔形块831的下端面带动限位板82沿Z轴方向向下滑动，驱使调节杆7同步向下滑动，从而带动打印平台3对应位置沿Z轴方向向下滑动，使弹性件5被压缩。楔形块831向滑出楔形槽811的方向滑动时，楔形块831的下端面与限位板82之间产生间隙，弹性件5恢复弹性变形所产生的弹性力驱使打印平台3对应位置沿Z轴方向向上移动，带动调节杆7同步向上移动，调节杆7向上移动时带动限位板82相对固定座81向上滑动，使限位板82抵设楔形块831的下端面。直至打印头2距打印平台3该位置的Z轴距离与参考距离相同时停止补偿。

（5）重复步骤（2）~（4），依次通过其余各组自动调平机构改变打印平台3上对应位置处的Z轴坐标，以实现自动调平补偿。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种自动调平增材制造设备，包括能够在XY平面内移动的打印头和设置在所述打印头下方的打印平台，其特征在于：还包括通过弹性件支撑在所述打印平台下方的支撑平台和驱使所述打印平台沿Z轴方向运动以调整所述打印平台水平的自动调平机构，所述自动调平机构至少设置有三组，且至少三组所述自动调平机构的连线形成三角形结构，所述自动调平机构包括调节杆和设置在所述打印头上用于检测所述打印头在Z轴方向距所述打印平台的距离的传感器，所述调节杆的一端部固定设置在所述打印平台上，所述调节杆能够沿Z轴方向滑动地设置在所述支撑平台上，所述自动调平机构还包括用于驱使所述调节杆自动沿Z轴方向滑动的驱动组件，所述增材制造设备还包括控制器，所述控制器分别与所述传感器和所述驱动组件电性连接，以通过所述传感器检测的距离值通过所述控制器控制所述驱动组件动作；

所述驱动组件包括固定设置在所述支撑平台下方的固定座和用于驱使所述调节杆沿Z轴方向相对所述支撑平台滑动的限位板，所述限位板能够沿Z轴方向滑动地设置在所述固定座上，所述驱动组件还包括用于驱使所述限位板相对所述固定座沿Z轴方向滑动的第一驱动件，所述第一驱动件能够滑动地设置在所述固定座上，所述第一驱动件分别与所述固定座和所述限位板相配合，所述调节杆的另一端部设置在所述限位板上；

所述固定座上设置有第一斜面，所述第一驱动件上设置有与所述第一斜面相匹配的第二斜面，所述第一斜面和所述第二斜面均从上向下倾斜延伸，所述第一斜面与所述第二斜面相抵设配合；

所述第一驱动件的下端面水平设置，所述限位板与所述第一驱动件的下端面相抵设配合；

所述驱动组件还包括用于驱使所述第一驱动件相对所述固定座滑动的第二驱动件和用于驱使所述第二驱动件转动的电机，所述电机与所述控制器电性连接，所述第二驱动件能够转动地设置，所述第二驱动件的一端部固定设置在所述电机的电机轴上，所述第一驱动件和所述第二驱动件的另一端部二者中的一者上设置有滑槽，另一者上设置有与所述滑槽相配合的导向柱，所述导向柱位于所述滑槽中并能够沿所述滑槽的长度延伸方向滑动；

所述固定座上设置有限位槽，所述限位板能够沿Z轴方向滑动地设置在所述限位槽中。

2.根据权利要求1所述的自动调平增材制造设备，其特征在于：所述调节杆的另一端部固定设置有挡件，所述调节杆的另一端部穿过所述限位板，所述挡件与所述限位板相抵设配合。

3.根据权利要求1所述的自动调平增材制造设备，其特征在于：所述弹性件采用弹簧，所述弹簧套设在所述调节杆的外部。

4.一种自动调平增材制造设备的调平方法，其特征在于：采用如权利要求1~3中任一项所述的自动调平增材制造设备，调平方法包括如下步骤：

（1）通过所述传感器获取所述打印头在Z轴方向距所述打印平台的参考距离值H0；

（2）驱使所述打印头带动所述传感器在XY平面内移动到所述自动调平机构的正上方，通过所述传感器获取所述打印头在Z轴方向距所述打印平台的实际距离值H；

（3）计算实际距离与参考距离之间的差值H’=H0-H；

（4）通过所述驱动组件驱使所述调节杆沿Z轴方向滑动距离H’，驱使所述打印平台对应位置沿同一方向移动同一距离。

5.根据权利要求4所述的自动调平增材制造设备的调平方法，其特征在于：驱使所述打印头带动所述传感器移动到所述打印平台的中心点，所述参考距离为通过所述传感器获取的所述打印头在Z轴方向距所述打印平台的中心点的距离。

6.根据权利要求4所述的自动调平增材制造设备的调平方法，其特征在于：驱使所述打印头带动所述传感器移动到所述打印平台上的多个离散点处，并通过所述传感器获取所述打印头在Z轴方向距各所述打印平台的离散点的距离，所述参考距离为所述打印头在Z轴方向距各所述打印平台的离散点的距离的平均值。