CN205033598U - 3d打印基板智能调平系统及3d打印机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种3D打印基板智能调平系统，包括承载基板、固定在承载基板上的成型基板、位于同一水平基准平面内的四个距离感测器、存储有一预设距离的数控单元、驱动装置及收容成型基板、承载基板及驱动装置的成型缸。四个距离感测器与承载基板分别位于成型基板的相背两侧，及分别间隔对准成型基板的四个角落，并用于感测成型基板四个角落到基准平面的距离以输出四个距离信号。数控单元接收四个距离信号并计算四个距离信号与预设距离之间的四个距离偏差。驱动装置与承载基板活动连接并定义至少三个活动连接处，驱动装置根据四个距离偏差驱动承载基板上升、下降、或转动，使四个距离偏差均在预设偏差范围内。本实用新型还提供一种3D打印机。
Description
技术领域
本实用新型涉及3D打印技术领域，特别是涉及一种3D打印基板智能调平系统及具有该3D打印基板智能调平系统的3D打印机。
背景技术
3D打印机又称三维打印机，是一种利用快速成形技术，以数字模型文件为基础，采用金属或非金属材料制成的待成型粉末，将平铺好的待成型粉末逐层熔化/融化，然后固化堆积成型来构造三维的实体的打印设备。随着3D打印技术的快速发展，3D打印机在产品制造业获得了广泛的应用。其中，成型基板是3D打印机的重要组成部分，成型基板通常设置在成型缸内，成型基板是否平整，决定着3D打印机逐层打印时的打印效率及打印良率。例如，如果成型基板不平整，在铺粉过程中，刮刀容易与成型基板碰到，这被称作“碰刀”。一旦发生“碰刀”现象，铺粉就不均匀甚至是进行不下去，对应地，打印良率及打印效率都会降低。因此，为了提高3D打印机的打印良率及打印效率，需要将成型基板调平。然而，传统的调整方法为手工调节，一方面，由于成型基板很重，调节起来费时费力，从而影响3D打印机的打印效率；另一方面，手工调节无法保证调节精度，从而影响3D打印机的打印良率。
实用新型内容
有鉴于此，有必要提供一种能够省时省力并保证调节精度，以提高3D打印的打印效率及打印良率的3D打印基板智能调平系统及一种具有该3D打印基板智能调平系统的3D打印机。
一种3D打印基板智能调平系统包括承载基板、固定在该承载基板上的成型基板、位于同一水平平面内的四个距离感测器、存储有一预设距离的数控单元、驱动装置以及成型缸。该平面被定义为基准平面，该四个距离感测器与该承载基板分别位于该成型基板的相背两侧，该四个距离感测器分别间隔对准该成型基板的四个角落，并用于感测该成型基板四个角落到该基准平面的距离以输出四个距离信号。该数控单元用于接收该四个距离信号并计算该四个距离信号与该预设距离之间的四个距离偏差。该驱动装置与该承载基板活动连接并定义至少三个活动连接处，该驱动装置用于根据该四个距离偏差驱动该承载基板上升、下降、或是相对活动连接处转动，以使该四个距离偏差均在预设偏差范围内；该成型基板、该承载基板及该驱动装置均收容在该成型缸内。
进一步地，该驱动装置包括三个驱动件，每个驱动件包括螺杆、固定的螺母、主动齿轮、从动齿轮、以及电机，该螺杆的第一端与该螺母螺合，该螺杆的第二端与该承载基板活动连接，该从动齿轮固定套设在该螺杆上，该主动齿轮固定套设在该电机的转子上并与该从动齿轮保持啮合。
进一步地，该承载基板包括相背的承载面及调整面，该成型基板固定在该承载面上，该调整面开设有三个收容孔，该三个驱动件的螺杆的第二端均收容在该三个收容孔内，该三个收容孔中的至少一个收容孔的底面为球面，收容在该底面为球面的收容孔内的螺杆的第二端的顶面为球面。
进一步地，该承载基板包括相背的承载面及调整面，该成型基板固定在该承载面上，该调整面开设有三个收容孔，每个收容孔内设置有一个能够滚动的滚珠，该三个驱动件的螺杆的第二端均开设有与该滚珠配合的凹陷，三个滚珠突出于该调整面并分别部分收容在三个凹陷内。
进一步地，该驱动装置包括三个压电马达，每个压电马达包括本体及压电材料制成的伸缩杆，该伸缩杆的第一端固定在该本体内，该伸缩杆的第二端与该承载基板活动连接。
进一步地，该承载基板包括相背的承载面及调整面，该成型基板固定在该承载面上，该调整面开设有三个收容孔，三个伸缩杆的第二端均收容在该三个收容孔内，该三个收容孔中的至少一个收容孔的底面为球面，收容在该底面为球面的收容孔内的伸缩杆的第二端的顶面为球面。
进一步地，该承载基板包括相背的承载面及调整面，该成型基板固定在该承载面上，该调整面开设有三个收容孔，每个收容孔内设置有一个能够滚动的滚珠，三个伸缩杆的第二端均开设有与该滚珠配合的凹陷，三个滚珠突出于该调整面并分别部分收容在三个凹陷内。
进一步地，该3D打印基板智能调平系统还包括安全线性光传感器，该安全线性光传感器包括发射单元及接收单元，该发射单元及该接收单元分别位于该成型基板的相背两侧，该发射单元用于发出覆盖整个成型基板的光线，该接收单元用于接收来自该发射单元的光线。
进一步地，该3D打印基板智能调平系统还包括收容在该成型缸内的活塞，该驱动装置、该承载基板及该成型基板依次固定在该活塞上。
一种3D打印机，包括工作台、激光装置、及如上所述的3D打印基板智能调平系统。该工作台开设有穿孔，该成型基板穿设在该穿孔内，该激光装置设置在该工作台的上方，该激光装置发出的激光光束与该成型基板的成型面对准。
相较于现有技术，本实用新型的3D打印机利用四个距离感测器感测成型基板四个角落到基准平面的距离并输出四个距离信号，利用数控单元计算该四个距离信号与预定距离之间的四个距离偏差，及利用驱动装置根据该四个距离偏差驱动该成型基板上升、下降、或是相对活动连接处转动，以使该四个距离偏差均在预设偏差范围内，从而达到调平成型基板的目的，避免现有技术通过手工调节，做到完全智能调节，一方面，调节起来省时省力，提高了3D打印机的打印效率；另一方面能够保证调节精度，提高了3D打印机的打印良率。
附图说明
图1是本实用新型第一实施方式提供的3D打印机的立体示意图，该3D打印机具有3D打印基板智能调平系统。
图2是图1中的3D打印基板智能调平系统的部分立体分解示意图。
图3是图1中的3D打印基板智能调平系统的部分结构的剖面示意图。
图4是本实用新型第二实施方式提供的3D打印基板智能调平系统的部分结构的剖面示意图。
图5是本实用新型第三实施方式提供的3D打印基板智能调平系统的部分结构的剖面示意图。
图6是本实用新型第四实施方式提供的3D打印基板智能调平系统的部分结构的剖面示意图。
主要元件符号说明
| 3D打印机 | 200 |
| 3D打印基板智能调平系统 | 100、300、400、500 |
| 密封室 | 10 |
| 顶壁 | 102 |
| 工作台 | 12 |
| 穿孔 | 122 |
| 激光装置 | 14 |
| 成型缸 | 20 |
| 活塞 | 30 |
| 活塞缸 | 32 |
| 活塞杆 | 34 |
| 活塞本体 | 36 |
| 固定面 | 362 |
| 承载基板 | 40、401、402、404 |
| 承载面 | 42 |
| 调整面 | 44 |
| 收容孔 | 440、450 |
| 第一螺孔 | 46 |
| 滚珠 | 48 |
| 成型基板 | 50、502、504 |
| 成型面 | 52 |
| 安装面 | 54 |
| 第二螺孔 | 56 |
| 驱动装置 | 60、63、64 |
| 驱动件 | 62 |
| 螺杆 | 620、630 |
| 第一端 | 621、6381、6481 |
| 第二端 | 623、633、6383、6483 |
| 凹陷 | 625 |
| 螺母 | 622 |
| 主动齿轮 | 624 |
| 从动齿轮 | 626 |
| 电机 | 628 |
| 转子 | 629 |
| 距离感测器 | 70 |
| 数控单元 | 80 |
| 安全线性光传感器 | 90 |
| 发射单元 | 92 |
| 接收单元 | 94 |
| 压电马达 | 638、648 |
| 本体 | 6380、6480 |
| 伸缩杆 | 6382、6482 |
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本实用新型。
具体实施方式
请参阅图1，为本实用新型第一实施方式提供的3D打印机200。该3D打印机200包括一个密封室10、一个工作台12、一个激光装置14、以及一个3D打印基板智能调平系统100。本实施方式中，该密封室10为一个中空的长方体结构，包括相背的顶壁102及底壁(图未示)、彼此首尾相接并均垂直连接该顶壁102及该底壁的四个侧壁104。该工作台12、该激光装置14、以及该3D打印基板智能调平系统100均收容在该密封室10内。该工作台12开设有一个穿孔122，该激光装置14位于该工作台12的上方，具体地，该激光装置14固定在该顶壁102上并与该工作台12对准。
该3D打印基板智能调平系统100包括成型缸20、活塞30、承载基板40、成型基板50、驱动装置60、四个距离感测器70、数控单元80、以及安全线性光传感器90。
该成型缸20位于该工作台12的下方并部分穿设在该穿孔122内，该成型缸20的开口与该穿孔122对准。在从成型缸20的底部到该工作台12的方向上，该活塞30、该驱动装置60、该承载基板40、及该成型基板50依次排列收容在该成型缸20内。
请一并参阅图2及图3，该活塞30包括活塞缸32、能够伸缩的活塞杆34及活塞本体36。该活塞缸32位于该成型缸20的底部，该活塞杆34的一端连接该活塞缸32，另一端连接该活塞本体36。该活塞杆34能够伸长或缩短，从而推动该活塞本体36上升或下降(上升为沿图1中Z轴正方向移动，下降为沿图1中Z轴负方向移动)。该活塞本体36具有远离该成型缸20底部的固定面362。
该承载基板40及该成型基板50均为立方体结构，该承载基板40包括相背的承载面42及调整面44，该调整面44相较该承载面42更接近该固定面362。该承载基板40的四个角落分别设置有贯穿该承载面42及该调整面44的第一螺孔46。该调整面44开设有三个收容孔440，三个收容孔440的底面均为球面，每个收容孔440内设置有一个能够滚动的滚珠48。
该成型基板50包括相背的成型面52及安装面54，该安装面54相较该成型面52更接近该固定面362。该成型基板50的四个角落分别设置有贯穿该成型面52及该安装面54的第二螺孔56。该成型基板50通过四个螺钉依次穿过四个第一螺孔46及四个第二螺孔56而与该承载基板40锁合固定，此时，该承载面42与安装面54紧密贴合。该激光装置14发出的激光光束与该成型基板50的成型面对准。
该驱动装置60承载在该活塞本体36上并与该承载基板40活动连接且定义至少三个活动连接处，该驱动装置60用于驱动该承载基板40与该成型基板50一起上升、下降、或是相对活动连接处转动。
具体地，该驱动装置60包括三个驱动件62，每个驱动件62包括螺杆620、螺母622、主动齿轮624、从动齿轮626、以及电机628。该螺杆620的第一端621与该螺母622螺合，该螺杆620的第二端623开设有与该滚珠48配合的球形凹陷625，滚珠48突出于该调整面44并部分收容在凹陷625内，从而使该螺杆620的第二端623与该承载基板40活动连接。该从动齿轮626固定套设在该螺杆620上，该主动齿轮624固定套设在该电机628的转子629上并与该从动齿轮626始终保持啮合。三个驱动件62均匀分布在该固定面362上，三个驱动件62中的螺母622及电机628均固定在该固定面362上。本实施方式中，该电机628为步进电机或者伺服电机。
四个距离感测器70位于同一水平平面内，且该平面被定义为基准平面。该四个距离感测器70与该承载基板40分别位于该成型基板50的相背两侧，该四个距离感测器70分别间隔对准该成型基板50的四个角落，并用于感测该成型基板50四个角落到该基准平面的垂直距离(沿Z轴方向的距离)以输出四个距离信号D1~D4。本实施方式中，该四个距离感测器70均设置在该密封室10的顶壁102上，距离感测器70可以为激光测距仪、红外线测距仪等。
该数控单元80存储有一预设距离D0及一预设偏差范围0~△D0，该数控单元80与该四个距离感测器70及三个驱动件62的电机628均电性连接。该数控单元80用于接收该四个距离信号D1~D4、计算该四个距离信号D1~D4与该预设距离D0之间的四个距离偏差△D1~△D4、以及判断四个距离偏差△D1~△D4是否在预设偏差范围0~△D0内。
请参阅图1，该安全线性光传感器90包括发射单元92及接收单元94，该发射单元92及该接收单元94分别位于该成型基板50的相背两侧并互相对准，具体地，该发射单元92及该接收单元94分别固定在该密封室10的相对的两个侧壁104上。该发射单元92用于发出覆盖整个成型基板50的光线，该接收单元94用于接收来自该发射单元92的光线。该安全线性光传感器90与一警示单元(图未示)电性连接。
该成型基板50的调平步骤如下：首先，四个距离感测器70感测成型基板50四个角落到该基准平面的距离以输出四个距离信号D1~D4；接着，数控单元80接收该四个距离信号D1~D4、计算该四个距离信号D1~D4与该预设距离D0之间的四个距离偏差△D1~△D4、以及判断四个距离偏差△D1~△D4是否在预设偏差范围0~△D0内；若四个距离偏差△D1~△D4中存在一个不在偏差范围0~△D0内，数控单元80就会输出一调整信号以控制该驱动装置60驱动该承载基板40及该成型基板50一起上升、下降、或是相对活动连接处转动，在驱动装置60驱动承载基板40与成型基板50一起动作的过程中，前两步动作一直在进行，直至四个距离偏差△D1~△D4均在偏差范围0~△D0内，数控单元80才会输出一停止调整信号以控制该驱动装置60停止驱动，此时，承载基板40与成型基板50一起被调平。
以下详细介绍驱动装置60驱动承载基板40与成型基板50一起动作的过程：电机628接收到来自数控单元80的调整信号便开始驱动转子629转动，转子629转动带动主动齿轮624一起转动，由此，与主动齿轮624保持啮合的从动齿轮626也开始转动，从而带动螺杆620转动，由于螺母622固定不动，则螺杆620只能上升或下降(上升为沿图1中Z轴正方向移动，下降为沿图1中Z轴负方向移动)，当三个电机628同步驱动，且驱动的参数(转速，方向)均相同时，三根螺杆620就会带动承载基板40与成型基板50一起同步上升或下降。当三个电机628不同步驱动，或驱动的参数(转速，方向)均不相同时，三根螺杆620就会带动承载基板40与成型基板50一起相对活动连接处转动。
调平后，可通过活塞杆34的伸长或缩短，从而推动该活塞本体36带动成型基板50上升或下降通过距离感测器70测得到达了3D打印需要的高度。该安全线性光传感器90用来做安全确认，其通常设置在与成型基板50垂直距离(Z方向)为20微米处，当成型基板50不平或者有异物时，该发射单元92发出的光线就会被遮挡，该接收单元94就会感测不到光线，该安全线性光传感器90就会判定成型基板50实质上没有被调平，或者是有异物，则会通知警示单元发出警示，提醒操作人员不要打印，防止碰刀。
可以理解，本实施方式中，该三个活动连接处均为球面接触，其他实施方式中，只需要一个活动连接处为球面接触，其他活动连接处可以采用平面接触、其他形式的曲面接触、线接触、甚至是点接触。
本实施方式中的3D打印机200利用四个距离感测器70感测成型基板50四个角落到基准平面的距离并输出四个距离信号，利用数控单元80计算该四个距离信号与预定距离之间的四个距离偏差，及利用驱动装置60根据该四个距离偏差驱动该成型基板50上升、下降、或是相对活动连接处转动，以使该四个距离偏差均在预设偏差范围内，从而达到调平成型基板50的目的，避免现有技术的通过手工调节，做到完全智能调节，一方面，调节起来省时省力，提高了3D打印机200的打印效率；另一方面能够保证调节精度，提高了3D打印机200的打印良率。
请参阅图4，为本实用新型第二实施方式提供的3D打印机中的3D打印基板智能调平系统300。请结合图3，本实施方式中的3D打印基板智能调平系统300与第一实施方式中的3D打印基板智能调平系统100基本相同，不同之处仅在于：收容孔450内的滚珠省去了，且螺杆630的第二端633没有开设球形凹陷，而是将第二端633的顶面直接设计成与该收容孔450配合的球面。
本实施方式中的3D打印机所具备的有益效果与第一实施方式中的3D打印基板智能调平系统100所具备的有益效果完全相同，在此不再赘述。
请参阅图5，为本实用新型第三实施方式提供的3D打印机中的3D打印基板智能调平系统400。请结合图3，本实施方式中的3D打印基板智能调平系统400与第一实施方式中的3D打印基板智能调平系统100基本相同，不同之处仅在于驱动装置63与驱动装置60的结构不同，具体为：驱动装置63包括三个压电马达638，每个压电马达638包括本体6380及由压电材料制成的伸缩杆6382，该伸缩杆6382的第一端6381固定在该本体6380内，该伸缩杆6382的第二端6383与该承载基板402活动连接，活动连接的方式与第一实施方式中第二端623与该承载基板40活动连接的方式完全相同，在此不再赘述。
该3D打印基板智能调平系统400中成型基板502的调平过程与第一实施方式中成型基板50的调平过程基本相同，不同之处在于驱动装置63驱动承载基板402与成型基板502一起动作的过程，具体为：压电马达638接收到来自数控单元的调整信号便被通上电流，由于该伸缩杆6382由压电材料制成，通电后，伸缩杆6382发生机械形变而伸缩。当三个压电马达638同步驱动，且驱动的参数(伸缩长度，伸缩方向)均相同时，三个压电马达638就会带动承载基板402与成型基板502一起同步上升或下降。当三个压电马达638不同步驱动，或驱动的参数(伸缩长度，伸缩方向)均不相同时，三个压电马达638就会带动承载基板402与成型基板502一起相对活动连接处转动。
本实施方式中的3D打印机所具备的有益效果与第一实施方式中的3D打印基板智能调平系统100所具备的有益效果完全相同，在此不再赘述。进一步地，该驱动装置63的结构更加简单，节省了成本。
请参阅图6，为本实用新型第四实施方式提供的3D打印机中的3D打印基板智能调平系统500。请结合图3及图4，本实施方式中的3D打印基板智能调平系统500与第一实施方式中的3D打印基板智能调平系统100基本相同，不同之处仅在于驱动装置64与驱动装置60的结构不同，具体为：驱动装置64包括三个压电马达648，每个压电马达648包括本体6480及由压电材料制成的伸缩杆6482，该伸缩杆6482的第一端6481固定在该本体6480内，该伸缩杆6482的第二端6483与该承载基板404活动连接，活动连接的方式与第二实施方式中第二端633与该承载基板401活动连接的方式完全相同，在此不再赘述。
该3D打印基板智能调平系统500中成型基板504的调平过程与第三实施方式中成型基板502的调平过程基本相同，在此不再赘述。
本实施方式中的3D打印机所具备的有益效果与第三实施方式中的3D打印基板智能调平系统100所具备的有益效果完全相同，在此不再赘述。
本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本实用新型，而并非用作为对本实用新型的限定，只要在本实用新型的实质精神范围之内，对以上实施例所作的适当改变和变化都落在本实用新型要求保护的范围之内。
Claims (10)
1.一种3D打印基板智能调平系统，包括：
承载基板；
固定在该承载基板上的成型基板；
四个距离感测器，位于同一水平平面内，且该平面被定义为基准平面，该四个距离感测器与该承载基板分别位于该成型基板的相背两侧，该四个距离感测器分别间隔对准该成型基板的四个角落，并用于感测该成型基板四个角落到该基准平面的距离以输出四个距离信号；
数控单元，存储有一预设距离，该数控单元用于接收该四个距离信号并计算该四个距离信号与该预设距离之间的四个距离偏差；
驱动装置，与该承载基板活动连接并定义至少三个活动连接处，该驱动装置用于根据该四个距离偏差驱动该承载基板上升、下降、或是相对活动连接处转动，以使该四个距离偏差均在预设偏差范围内；及
成型缸，该成型基板、该承载基板及该驱动装置均收容在该成型缸内。
2.如权利要求1所述的3D打印基板智能调平系统，其特征在于，该驱动装置包括三个驱动件，每个驱动件包括螺杆、固定的螺母、主动齿轮、从动齿轮、以及电机，该螺杆的第一端与该螺母螺合，该螺杆的第二端与该承载基板活动连接，该从动齿轮固定套设在该螺杆上，该主动齿轮固定套设在该电机的转子上并与该从动齿轮保持啮合。
3.如权利要求2所述的3D打印基板智能调平系统，其特征在于，该承载基板包括相背的承载面及调整面，该成型基板固定在该承载面上，该调整面开设有三个收容孔，该三个驱动件的螺杆的第二端均收容在该三个收容孔内，该三个收容孔中的至少一个收容孔的底面为球面，收容在该底面为球面的收容孔内的螺杆的第二端的顶面为球面。
4.如权利要求2所述的3D打印基板智能调平系统，其特征在于，该承载基板包括相背的承载面及调整面，该成型基板固定在该承载面上，该调整面开设有三个收容孔，每个收容孔内设置有一个能够滚动的滚珠，该三个驱动件的螺杆的第二端均开设有与该滚珠配合的凹陷，三个滚珠突出于该调整面并分别部分收容在三个凹陷内。
5.如权利要求1所述的3D打印基板智能调平系统，其特征在于，该驱动装置包括三个压电马达，每个压电马达包括本体及压电材料制成的伸缩杆，该伸缩杆的第一端固定在该本体内，该伸缩杆的第二端与该承载基板活动连接。
6.如权利要求5所述的3D打印基板智能调平系统，其特征在于，该承载基板包括相背的承载面及调整面，该成型基板固定在该承载面上，该调整面开设有三个收容孔，三个伸缩杆的第二端均收容在该三个收容孔内，该三个收容孔中的至少一个收容孔的底面为球面，收容在该底面为球面的收容孔内的伸缩杆的第二端的顶面为球面。
7.如权利要求5所述的3D打印基板智能调平系统，其特征在于，该承载基板包括相背的承载面及调整面，该成型基板固定在该承载面上，该调整面开设有三个收容孔，每个收容孔内设置有一个能够滚动的滚珠，三个伸缩杆的第二端均开设有与该滚珠配合的凹陷，三个滚珠突出于该调整面并分别部分收容在三个凹陷内。
8.如权利要求1所述的3D打印基板智能调平系统，其特征在于，该3D打印基板智能调平系统还包括安全线性光传感器，该安全线性光传感器包括发射单元及接收单元，该发射单元及该接收单元分别位于该成型基板的相背两侧，该发射单元用于发出覆盖整个成型基板的光线，该接收单元用于接收来自该发射单元的光线。
9.如权利要求1所述的3D打印基板智能调平系统，其特征在于，该3D打印基板智能调平系统还包括收容在该成型缸内的活塞，该驱动装置、该承载基板及该成型基板依次固定在该活塞上。
10.一种3D打印机，包括工作台、激光装置、及如权利要求1至9任意一项所述的3D打印基板智能调平系统，该工作台开设有穿孔，该成型基板穿设在该穿孔内，该激光装置设置在该工作台的上方，该激光装置发出的激光光束与该成型基板的成型面对准。
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| CN201520725282.1U CN205033598U (zh) | 2015-09-18 | 2015-09-18 | 3d打印基板智能调平系统及3d打印机 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN201520725282.1U CN205033598U (zh) | 2015-09-18 | 2015-09-18 | 3d打印基板智能调平系统及3d打印机 |
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