CN116373293B - 一种用于fdm数控3d打印设备的送丝装置及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于FDM数控3D打印设备的送丝装置及方法，涉及3D打印技术领域，其中送丝装置包括送丝组件，送丝组件能够沿径向张合以抱紧和释放丝材；导向组件，导向组件沿轴向设置有导向通道，送丝组件活动设置于导向通道内，且送丝组件沿导向组件移动过程中，导向通道能够对送丝组件施以径向压力；推送组件，推送组件用于推送送丝组件沿导向通道移动将丝材送至送丝齿轮；送丝齿轮，送丝齿轮用于将丝材输送至打印喷嘴，送丝方法包括系统执行工件坐标系清零，送丝轴返回参考点；推送组件推动送丝组件移动、并夹紧丝材，向送丝齿轮一侧送丝。本申请解决打印设备在自动运行退丝‑进丝的过程中会产生“空转现象”，保证打印过程连续送丝。

Description

一种用于FDM数控3D打印设备的送丝装置及方法

技术领域

本申请涉及3D打印技术领域，具体涉及一种用于FDM数控3D打印设备的送丝装置及方法。

背景技术

FDM 3D打印技术，即熔融沉积成型技术，属于增材制造工艺的一种，其工作原理是将3D打印丝材通过挤出机构将丝材挤入到温度为200℃～500℃的加热块中，在高温高压的作用下将直径为1.75mm～3.0mm的丝材熔融成为0.4mm～0.8mm的打印丝，再搭配X、Y、Z各进给轴的轨迹运动，打印丝会逐层地在预定路径中选择性的沉积融化材料用以构建打印成型出物体。

现目前FDM数控 3D打印设备在自动运行退丝-进丝的过程中会产生空转现象，空转现象的发生会导致送丝出现不连续而导致打印失败。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种用于FDM数控3D打印设备的送丝装置及方法，旨在解决现有技术中FDM数控 3D打印过程中出现中“空转现象”而无法连续送丝的问题。

本申请采用的技术方案如下：

第一方面：

本申请实施例提供一种用于FDM数控3D打印设备的送丝装置，包括：

送丝组件，所述送丝组件能够沿径向张合以抱紧和释放自所述送丝组件的轴向穿过的丝材；

导向组件，所述导向组件沿轴向设置有导向通道，所述送丝组件活动设置于所述导向通道内，且所述送丝组件沿所述导向组件移动过程中，所述导向通道能够对所述送丝组件施以径向压力；

推送组件，所述推送组件用于推送所述送丝组件沿所述导向通道移动以使所述丝材送达至送丝齿轮；

送丝齿轮，所述送丝齿轮用于将所述丝材输送至打印喷嘴。

可选的，所述送丝组件包括送丝管以及一体成型于所述送丝管末端的收缩部，所述收缩部受力挤压能够抱紧从所述送丝管轴向穿过的丝材。

可选的，所述收缩部包括多片外展且能够居中收拢的分瓣片。

可选的，所述导向组件为导向筒，所述导向通道为沿所述导向筒轴向设置的适于挤压所述收缩部的V型通道。

可选的，导向筒的底部设置有底座，所述底座与所述送丝管之间设置有用于调整送丝长度的调节组件。

可选的，所述调节组件包括：

导向套，所述导向套固定于所述底座；

阻尼调节环，所述阻尼调节环活动套设于所述送丝管，且所述阻尼调节环能够锁止于所述送丝管的不同位置；

弹性抵压件，所述弹性抵压件套设于所述导向套与所述阻尼调节环之间的所述送丝管。

可选的，所述阻尼调节环与所述送丝管之间螺纹连接。

可选的，所述推送组件包括自动伸缩件以及压盖，所述压盖承接于所述自动伸缩件与所述送丝组件之间。

可选的，所述压盖设置有承接槽，所述送丝组件设置有与所述承接槽匹配的承接凸台，所述承接凸台置于所述承接槽内。

第二方面：

本申请实施例还提供了一种FDM数控3D打印设备全自动送丝方法，基于所述的用于FDM数控3D打印设备的送丝装置，包括：

系统执行工件坐标系清零，送丝轴返回参考点；

所述推送组件推动所述送丝组件移动、并夹紧丝材，向所述送丝齿轮一侧送丝。

与现有技术相比，本申请的有益效果是：

第一方面：

本申请实施例提出的一种用于FDM数控3D打印设备的送丝装置，包括送丝组件、导向组件、推送组件以及送丝齿轮，装置简单，利用推送组件将送丝组件沿着导向组件向送丝齿轮送丝，从而解决在打印设备在自动运行退丝-进丝的过程中会产生“空转现象”，保证打印过程连续送丝。

第二方面：

本申请实施例提供了一种FDM数控3D打印设备全自动送丝方法，在FDM数控3D打印设备运行程序过程中搭配特定程序代码，实现系统工件坐标系回零后，系统运行使推送组件自动推送送丝组件夹持丝材向送丝齿轮一侧主动送丝，实现送丝轴无线送丝，避免“空转现象”的发生，从而基于无线送丝的成功，实现超大尺寸航空零件打印。

附图说明

图1为现有FDM数控 3D打印设备产生“空转现象”的状态示意图；

图2为本申请实施例提供的用于FDM数控3D打印设备的送丝装置的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的用于FDM数控3D打印设备的送丝装置的爆炸示意图；

图4为本申请实施例提供的用于FDM数控3D打印设备的送丝装置的送丝前的状态示意图；

图5为本申请实施例提供的用于FDM数控3D打印设备的送丝装置完成送丝的状态示意图。

附图中标号说明：

1-送丝组件，101-送丝管，102-收缩部，103-承接凸台，2-推送组件，201-自动伸缩件，202-压盖，3-导向组件，301-导向筒，302-导向通道，303-导向套，304-底座，305-阻尼调节环，306-弹性抵压件，4-送丝齿轮，5-打印头。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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例，都属于本申请保护的范围。

需要说明，本申请实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

另外，若本申请实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。

作为理解，FDM 3D打印技术，即熔融沉积成型技术，属于增材制造工艺的一种，其工作原理是将3D打印丝材通过挤出机构将丝材挤入到温度200℃～500℃的加热块中，在高温高压的作用下直径为1.75mm～3.0mm的丝材熔融成为0.4mm～0.8mm的打印丝，再搭配X、Y、Z各进给轴的轨迹运动，打印丝会逐层地在预定路径中选择性的沉积融化材料用以构建物体。

其中X、Y、Z三轴实现三维空间内的轨迹运动，A轴为送丝轴主要作用是将3D打印丝材挤入到加热块中，根据零件大小的不同送丝长度会几米至上百米不等。

目前市面上常见的3D打印设备中，X、Y、Z三个进给轴主要为步进电机，而基于数控系统的3D打印设备的送丝轴采用伺服电机，由于步进电机在运转过程中只接收控制信号而不进行反馈，伺服电机在运转过程中不仅要接收控制信号还需要进行位置反馈。故基于步进电机与伺服电机的性能不同, 由于伺服电机在连续长时间运转过程中编码器是实时反馈脉冲数，而同时由于数控系统内部计数器容量为定值（如：-32767~32767），因此伺服电机编码器所反馈的脉冲数在计数器中渐渐累积增加,当超过计数器最大容量值时，数控系统会产生“轴位置溢出报警”，当数控系统一旦产生所谓的“轴位置溢出报警”时，零件将不能够继续打印。而为了解决数控系统产生“轴位置溢出报警”现象，每次伺服电机送丝长度达到指定值后，数控系统必须进行回零操作以消除计数器中的值，重新下一回合的计数。在当伺服电机根据数控指令执行回零操作时，3D打印丝材会退回到送丝口，此时3D打印丝材没有与送丝齿轮咬合，当伺服电机执行下一次送丝指令时，由于前一回合3D打印丝材会退回到送丝口，导致送丝齿轮不能够有效地咬合丝材前端而出现“空转现象”，即如图1所示状态，而面向基于FDM数控 3D打印航空领域大尺寸零件均需要连续性较长距离的送丝，如果不能够解决FDM数控 3D打印设备在自动运行过程退丝-进丝所产生的“空转现象”，则打印过程中无法持续送丝，打印航空领域大尺寸零件的愿景将难以实现。

作为解决方案，参照附图2至图3所示，本申请实施例提供了一种用于FDM数控3D打印设备的送丝装置，包括送丝组件1、导向组件3、推送组件2以及送丝齿轮4，其中，作为现有技术，送丝齿轮4位于打印头5内，打印头5配置有打印喷嘴，打印头5对应送丝齿轮4设置有送丝口，送丝口与打印喷嘴相对设置，丝材由送丝口进入打印头5，并在送丝齿轮4的咬合下向打印喷嘴一侧输送。

在本实施例中，送丝组件1用于将丝材从送丝口推送到送丝齿轮4之间，以保证每次回零后送丝齿轮4能够咬合丝材而不发生“空转现象”，为了能够带动丝材移动，送丝组件1能够沿径向张合以抱紧和释放自送丝组件1的轴向穿过的丝材。

导向组件3即用于引导送丝组件1送丝方向的导向件，导向组件3沿轴向设置有导向通道302，送丝组件1活动设置于导向通道302内，且送丝组件1沿导向组件3移动过程中，导向通道302能够对送丝组件1施以径向压力，从而在径向压力作用下，送丝组件1便能边移动边收合，将丝材抱紧并往下输送。

推送组件2即用于推送送丝组件1沿导向通道302移动以使丝材送达至送丝齿轮4，可以理解的，推送组件2即能够在系统每次回零后，能够将丝材主动推送至送丝齿轮4之间，使下一回合送丝时，送丝齿轮4能够重新咬合丝材进行送丝，而不“空转”。

进一步的，送丝组件1包括送丝管101以及一体成型于送丝管101末端的收缩部102，收缩部102受力挤压能够抱紧从所送丝管101轴向穿过的丝材，根据不同的打印场景，送丝管101设置有1.75mm～3.0mm不同规格的内孔，以满足能够输送直径为1.75mm～3.0mm的丝材。为了满足收缩部102抱紧丝材的目的，在一种实施例中，

收缩部102包括多片外展且能够居中收拢的分瓣片，可以想象的，在自然状态下，分瓣片外展使得内孔呈张开状，丝材可从张开的内孔穿过，保证在正常的打印状态下，丝材顺利从送丝管101中向送丝齿轮4送丝，当系统回零，丝材退回到送丝口后，收缩部102能够在外力作用下向中心收拢，从而夹住丝材，并在推送组件2的推送下将夹紧的丝材送于送丝齿轮4之间，避免“空转”。

在本实施例中，为引导送丝组件1移动，导向组件3为导向筒301，导向通道302为沿导向筒301轴向设置的适于挤压收缩部102的V型通道，可以想象的，当送丝组件1沿着导向通道302往下移动时，由于受V型通道内壁的挤压作用，送丝组件1越往V型通道深处移动，V型通道的内径越小，从而对外展的分瓣片施加径向压力，在完成对送丝组件1引导的同时，实现送丝组件1收合，抱紧丝材。

进一步的，由于不同的打印头5，其送丝口与送丝齿轮4之间的距离会有差异，为了控制送丝长度，顺利完成从送丝口向送丝齿轮4处送丝，在一种实施例中，导向筒301的底部设置有底座304，底座304固定安装在打印头5送丝口一侧，且底座304与送丝口对应导通，同时，在底座304与送丝管101之间设置有用于调整送丝长度的调节组件，在调节组件的作用下，可以调整装置每次的送丝长度范围为4mm～12mm。

可以的，调节组件包括导向套303、阻尼调节环305以及弹性抵压件306，其中，导向套303固定于底座304上，且与送丝口同轴正对，导向套303的内径大于送丝管101的外径，从而送丝管101的底部插接于导向套303内，送丝管101的外壁设置有外螺纹，阻尼调节环305则螺纹连接于送丝管101，根据需要阻尼调节环305可以旋拧在送丝管101的任意位置处，同时弹性抵压件306套设于导向套303与阻尼调节环305之间的送丝管101，作为一种可行的实施方式，弹性抵压件306为弹簧。可以想象的，3D打印丝材送丝长度范围可以由阻尼调节环305、导向套303以及弹性抵压件306来调整，将阻尼调节环305旋拧至送丝管101的不同位置，从而调整弹性抵压件306（弹簧）的可变压缩量，在推送组件2往下压送丝组件1时，阻尼调节环305对弹性抵压件306施加压力使得弹性抵压件306被压缩，弹性抵压件306被压缩的极限值即为3D打印丝材可送丝的长度，通过改变导向套303和阻尼调节环305之间的间距，从而达到调整3D打印丝材送丝长度的调整。

在本实施例中，推送组件2包括自动伸缩件201以及压盖202，自动伸缩件201可在信号驱使下，自动变化行程，从而自动推送送丝组件1向送丝齿轮4一侧主动送丝。压盖202承接于自动伸缩件201与送丝组件1之间，通过压盖202可以增大推动组件与送丝组件1之间的接触面积，以此达到方便推送送丝组件1的目的。

在一种实施例中，压盖202一端一体成型有承接部，承接部与自动伸缩件201固定连接，压盖202的底面设置有承接槽，送丝组件1的分瓣片一体成型与承接槽匹配的承接凸台103，承接凸台103置于承接槽内过盈连接，从而自动伸缩件201将力作用于压盖202，由压盖202将力转移至送丝组件1，使送丝组件1往下向送丝齿轮4送丝。

作为可选的实施方案，自动伸缩件201优先采用电动推杆，电动推杆是一种电动执行机构，电动推杆主要由电机、推杆和控制装置等机构组成的直线执行机构，可以实现远距离控制、集中控制，电动推杆在一定范围行程内作往返运动，采用电动推杆作为执行机构不仅可减少采用气动执行机构所需的气源装置和辅助设备，也可减少执行机构的重量。而且气动执行机构在整个控制运行过程中都需要有一定的气压，虽然可采用消耗量小的放大器等，但日积月累，耗气量仍是巨大的。采用电动推杆执行机构，在改变控制开度时，需要供电，在达到所需开度时就可不再供电，因此从节能看，电动推杆执行机构比气动执行机构有明显节能优点。

此外，采用电动推杆还可以额外假装编码器，通过脉冲数准确反馈马达主轴转动圈数，从而精确计算电动推杆行程变化，实现精确控制。

同时，本申请实施例还提供了一种FDM数控3D打印设备全自动送丝方法，本送丝方法基于用于FDM数控3D打印设备的送丝装置，在FDM数控3D打印设备运行程序过程中搭配特定M代码实现装置送丝，包括：

系统执行工件坐标系清零，送丝轴接收系统指令返回参考点；

推送组件2接收系统指令运行伸长推动送丝组件1移动、并夹紧丝材，向送丝齿轮4一侧送丝。

具体来说：

首先，调整阻尼调节环305与导向套303之间的距离，完成送丝长度的设定，基于前文记载，本装置送丝长度范围设置为4mm～12mm；

接着，执行数控代码新程序，基于送丝装置的设计，新的程序在原程序中加入了自动送丝指令，即为自动伸缩件201提供执行信号，完成推送动作，具体程序代码如下：

G0 F4800 X97.644 Y124.385

G1 F6000 A10004//清零前的A值

G92 A0 G28 A0 //当送丝长度到达所设置的清零值时，A轴所在的机床坐标系自动执行返回参考点操作

M82//自动送丝装置动作指令

G1 F2100 X101 Y120 A0.13072//回零后的A值

G1 X101.492 Y120.821 A0.13575

然后，在数控系统执行完全工件坐标系清零、A轴自动返回参考点“G92 A0 G28A0”指令后，自动送丝装置开始执行自数控系统的“M82”自动送丝指令，此时，自动伸缩件201（即电动推杆）接收指令后伸长带动压盖202对送丝组件1产生向下的作用力；

随后，送丝组件1受到作用力后产生向下的运动趋势，此时导向筒301内壁设有V型导向通道302对送丝组件1产生径向作用力，使送丝组件1收缩带动线径为1.75mm～3.0mm的丝材向下运动，参见附图4所示；

由于受到导向套303方向的限制，丝材会定向匀速通过导向筒301，从底座304及送丝孔处将3D打印丝材送抵送丝齿轮4；

最后，搭配数控指令送丝齿轮4相互啮合完成送丝动作，参见附图5所示。

本申请实施例提供的自动送丝方法，可以理解的，基于自动送丝装置，在FDM数控3D打印设备运行程序过程中搭配特定M代码实现装置送丝。其中压盖202在自动伸缩件201（即电动推杆）的作用下对送丝管101施加压力，送丝管101在向下运动过程中受到来自导向筒301内壁V型导向通道302的径向作用力，收缩部102沿径向收缩带动1.75mm～3.00mm的3D打印线性丝材向下移动，从而完成送丝动作，这样在数控系统每次回零时，3D打印丝材会退回到送丝口，M代码会控制推动组件推动送丝组件1将丝材从送丝口向送丝齿轮4主动送丝，从而避免下回合打印时，出现空转现象，故能够彻底解决FDM数控 3D打印设备运行过程中所产生送丝齿轮4空转问题。

综上所述，本申请实施例提供的用于FDM数控3D打印设备的送丝装置，包括送丝组件、导向组件、推送组件以及送丝齿轮，装置简单，利用推送组件将送丝组件沿着导向组件向送丝齿轮送丝，能够实现FDM数控3D打印设备送丝轴无限送丝，从而解决在打印设备在自动运行退丝-进丝的过程中会产生“空转现象”，保证打印过程连续送丝FDM数控3D打印方面实现超大尺寸航空零件打印。

本申请实施例提供的FDM数控3D打印设备全自动送丝方法，在FDM数控3D打印设备运行程序过程中搭配特定程序代码，实现系统工件坐标系回零后，系统运行使推送组件自动推送送丝组件夹持丝材向送丝齿轮一侧主动送丝，实现送丝轴无线送丝，避免“空转现象”的发生，从而基于无线送丝的成功，实现超大尺寸航空零件打印。

以上所述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于FDM数控3D打印设备的送丝装置的自动送丝方法，所述用于FDM数控3D打印设备的送丝装置包括：

送丝组件，所述送丝组件能够沿径向张合以抱紧和释放自所述送丝组件的轴向穿过的丝材；

导向组件，所述导向组件沿轴向设置有导向通道，所述送丝组件活动设置于所述导向通道内，且所述送丝组件沿所述导向组件移动过程中，所述导向通道能够对所述送丝组件施以径向压力；

推送组件，所述推送组件用于推送所述送丝组件沿所述导向通道移动以使所述丝材送达至送丝齿轮；

送丝齿轮，所述送丝齿轮用于将所述丝材输送至打印喷嘴；

其特征在于，所述用于FDM数控3D打印设备的送丝装置的自动送丝方法，包括：

系统执行工件坐标系清零，送丝轴返回参考点；

所述推送组件获取自动送丝信号指令推动所述送丝组件移动、并夹紧丝材，向所述送丝齿轮一侧送丝。

2.根据权利要求1所述的用于FDM数控3D打印设备的送丝装置的自动送丝方法，其特征在于，所述送丝组件包括送丝管以及一体成型于所述送丝管末端的收缩部，所述收缩部受力挤压能够抱紧从所述送丝管轴向穿过的丝材。

3.根据权利要求2所述的用于FDM数控3D打印设备的送丝装置的自动送丝方法，其特征在于，所述收缩部包括多片外展且能够居中收拢的分瓣片。

4.根据权利要求2所述的用于FDM数控3D打印设备的送丝装置的自动送丝方法，其特征在于，所述导向组件为导向筒，所述导向通道为沿所述导向筒轴向设置的适于挤压所述收缩部的V型通道。

5.根据权利要求4所述的用于FDM数控3D打印设备的送丝装置的自动送丝方法，其特征在于，导向筒的底部设置有底座，所述底座与所述送丝管之间设置有用于调整送丝长度的调节组件。

6.根据权利要求5所述的用于FDM数控3D打印设备的送丝装置的自动送丝方法，其特征在于，所述调节组件包括：

导向套，所述导向套固定于所述底座；

阻尼调节环，所述阻尼调节环活动套设于所述送丝管，且所述阻尼调节环能够锁止于所述送丝管的不同位置；

弹性抵压件，所述弹性抵压件套设于所述导向套与所述阻尼调节环之间的所述送丝管。

7.根据权利要求6所述的用于FDM数控3D打印设备的送丝装置的自动送丝方法，其特征在于，所述阻尼调节环与所述送丝管之间螺纹连接。

8.根据权利要求1所述的用于FDM数控3D打印设备的送丝装置的自动送丝方法，其特征在于，所述推送组件包括自动伸缩件以及压盖，所述压盖承接于所述自动伸缩件与所述送丝组件之间。

9.根据权利要求8所述的用于FDM数控3D打印设备的送丝装置的自动送丝方法，其特征在于，所述压盖设置有承接槽，所述送丝组件设置有与所述承接槽匹配的承接凸台，所述承接凸台置于所述承接槽内。