CN207028201U - 一种大型3d打印机用的智能温控热床 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种大型3D打印机用的智能温控热床，包括连接3D打印机机架的铝基板和架立固定在其上部的热床板，及安装在所述热床板上的粘附板，所述热床板上设置有加热板，所述加热板均分为多个矩阵排列的独立加热块，所述铝基板上设置有可在所述加热板下方运动的移动装置，所述移动装置上安装有温度探头，所述铝基板上还设置有单片机控制板，所述移动装置、温度探头、加热板与所述单片机控制板连接。所述单片机控制板中设置有控制模块、信号接收模块、信号输出模块。区别于现有技术整体加热式的加热板，实用新型人创造性的将加热板设置为多个并联的、独立的加热块整合，可以进行分区域加热，解决现有技术中热床空置部分耗费电能的问题。

Description

一种大型3D打印机用的智能温控热床

技术领域

本实用新型涉及3D打印机配件领域，尤其涉及3D打印机的打印热床领域，具体的说，是一种大型3D打印机用的智能温控热床。

背景技术

3D打印技术经过这些年的发展，技术上已基本上形成了一套体系，3D打印技术拥有着诸多优点，如：可以节省材料、不用剔除边角料、材料利用率高，能打印出组装好的产品，通过摒弃传统生产线而降低了生产成本，甚至还能挑战大规模生产方式；还可以自动、快速、直接和精确地将计算机中的设计转化为模型，能直接制造零件或模具，并做到很高的精度和复杂程度，且能在数小时内成形，让设计和开发实现了从平面图到实体的飞跃，从而有效地缩短产品研发周期。目前，3D打印技术可应用的行业也逐渐扩大，从产品设计到模具设计与制造，材料工程、医学研究、文化艺术、建筑工程等等都逐渐的使用 3D打印机技术，使得3D打印机技术有着广阔的前景。

3D打印技术是一种累积制造技术，它以一种数字模型文件为基础，以液体或粉末状的熔融物质为打印材料，通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来，利用一层层的粘合材料叠加来制造三维的物体，最终把计算机上的蓝图变成实物。在打印成型过程中，材料逐渐冷却，先打印出来的材料先冷却，后打印出来的材料后冷却，由于材料冷却时间不一或不均匀冷却容易导致材料收缩程度不同，造成打印成品出现翘边或收缩裂隙等问题。因此，我们通常会在3D打印机的打印床上设置用于加热打印材料的热床，通过加热热床，让打印出来的半成品的材料始终维持在一个较高的温度，防止在打印过程中部分材料先行冷却导致出现翘边或收缩裂隙等问题。

在使用3D打印机的时，热床能耗较大，一台大型的3D打印机热床功率一般在1KW以上，而为了保证打印质量，模型底部的温度一般要保持在50℃～70℃之间，为了保持这个温度，整个热床将一直处于工作状态，但实际打印中，打印模型一般只会占据热床的一部分，热床空置的部分就白白耗费了大量电能。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种大型3D打印机用的智能温控热床，用于解决现有技术中热床能耗高的问题。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种大型3D打印机用的智能温控热床，包括连接3D打印机机架的铝基板和架立固定在其上部的热床板，及安装在所述热床板上的粘附板，所述热床板上设置有加热板，所述加热板均分为多个矩阵排列的独立加热块，所述铝基板上设置有可在所述加热板下方运动的移动装置，所述移动装置上安装有温度探头，所述铝基板上还设置有单片机控制板，所述移动装置、温度探头、加热板与所述单片机控制板连接。所述单片机控制板中设置有控制模块、信号接收模块、信号输出模块。区别于现有技术整体加热式的加热板，实用新型人创造性的将加热板设置为多个并联的、独立的加热块整合，可以进行分区域加热，解决现有技术中热床空置部分耗费电能的问题。

3D打印机通过读取存放有模型数据的内存卡中的G代码，或者由上位机发送的G代码，解析G代码并将其转化为控制打印机喷头移动的脉冲信号，通过移动打印机喷头来进行模型打印，本实用新型中3D打印机的控制主板在向打印机喷头发送脉冲信号的同时，向所述单片机控制板发送相同的脉冲信号。所述3D打印机控制主板向所述单片机控制板发送位置信号，所述单片机控制板的信号接收模块接收到信号后传递给所述控制模块，所述控制模块通过所述信号输出模块向所述移动装置发送移动命令，所述移动装置与打印机喷头同步运动，不同于打印机喷头的是，所述移动装置只在一个水平面上运动，运动路径为打印机喷头运动路径在所述水平面上的投影。所述移动装置运动时，设置在所述移动装置上的温度探头工作，并将当前打印区域的温度信号传递给所述单片机控制板，所述单片机控制板的信号接收模块接收到信号后传递给所述控制模块，所述控制模块内设定有温度预设值，若当前温度低于预设值，所述控制模块通过所述信号输出模块向当前区域的所述加热块发送加热指令，温度提升至设定温度后所述加热块停止加热。

优选的，所述移动装置包括水平面上相互垂直的X向丝杆和Y向丝杆，所述Y向丝杆相对所述铝基板固定设置，所述Y向丝杆两端设置有用于驱动转动的Y向步进电机，所述Y向丝杆上设置有螺纹配合的Y向滑块，所述Y向滑块上设置有X向步进电机，所述X向丝杆安装在所述Y向滑块上并由所述X向步进电机驱动，所述X向丝杆上设置有螺纹配合的X向滑块，所述温度探头安装在所述X向滑块上。

优选的，所述铝基板上固定设置有用于安装所述Y向步进电机的安装座，所述Y向丝杆与所述安装座通过轴承连接，所述安装座上固定设置有平行于所述Y向丝杆的Y向光轴，所述Y向滑块上开设有用于容纳所述Y向光轴的光圆通孔。

优选的，Y向滑块上固定设置有平行于所述X向丝杆的X向光轴，所述X向滑块上开设有用于容纳所述X向光轴的光圆通孔。

优选的，所述Y向步进电机的输出端固定有主动齿轮，所述Y向丝杆上固定有同轴的从动齿轮，所述主动齿轮与所述从动齿轮上设置有传动皮带。

优选的，所述热床板四角开设有通孔，所述粘附板四角开设有螺纹孔，所述通孔和螺纹孔内容纳有上端带防脱帽、下端带调节螺母的调节螺丝，所述调节螺丝上套设有支撑弹簧，所述支撑弹簧卡接在所述铝基板和所述粘附板之间。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）本实用新型将整块的加热板分为独立的加热块，利用与打印机喷头同步运动的温度探头探测实时温度，可以对当前打印区域单独加热，通过分区域加热的方式解决现有技术中热床空置部分耗费电能的问题。

（2）通过设置所述X向光轴和所述Y向光轴，所述X向滑块和所述Y向滑块可以沿所述X向光轴和所述Y向光轴滑动，当所述X向丝杆和所述Y向丝杆上运动时，所述X向光轴和所述Y向光轴起到辅助稳定的作用，防止所述X向滑块和所述Y向滑块打滑，尤其是所述X向滑块打滑，致使所述温度探头不能到达预设位置，产生温度探测失误，加热块不能准确加热、浪费电能的问题。

附图说明

图1为本实用新型原理框图；

图2为本实用新型装配原理图；

图3为本实用新型立体结构示意图；

图4为X向丝杆和Y向丝杆的局部放大图；

其中1-粘附板；2-加热板；3-热床板；4-Y向丝杆；5-Y向光轴；6-Y向步进电机；7-传动皮带；8-安装座；9-支撑弹簧；10-调节螺母；11-调节螺丝；12-直线轴承；13-单片机控制板；14-铝基板；15-X向丝杆；16-温度探头；17-X向光轴；18-X向滑块；19-X向步进电机；20-Y向滑块。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语 “相连”“连接”应做广义理解，例如，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；也可以是直接相连，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，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

值得说明的是，所述单片机控制板是一种含有集成电路芯片的控制电路，所述芯片是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/3D转换器等电路集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域广泛应用。将单片机控制板连接移动装置、温度探头和加热板，并控制其运行，对于本领域技术人员而言，其具体连接方式有多种且均属于现有；进一步的，本实用新型要求保护和突出的是整体构造及物理结构，上述控制原理及系统并非本实用新型区别于现有技术的实用新型点，本领域技术人员应当理解，故在此不再详述。本实施例中所使用的单片机型号为MSP430F149，本领域技术人员应当理解，本实施例中可适用的单片机型号为多种，包括但不仅限于MSP430F149单片机。另外，构成加热板2的各个加热块的加热方式和加热电路为现有技术，所述加热块的加热速率恒定。

实施例1：

结合附图2、3所示，一种大型3D打印机用的智能温控热床，包括连接3D打印机机架的铝基板14和架立固定在其上部的热床板3，及安装在所述热床板3上的粘附板1，所述热床板3上设置有加热板2，所述加热板2均分为多个矩阵排列的独立加热块，所述铝基板14上设置有可在所述加热板2下方运动的移动装置，所述移动装置上安装有温度探头16，所述铝基板14上还设置有单片机控制板13，所述移动装置、温度探头16、加热板2与所述单片机控制板13连接。

所述铝基板14上设置有直线轴承12，所述直线轴承12套接在所述3D打印机机架的光轴上。所述粘附板1为耐高温且表面光滑的高硼玻璃板。

实施原理阐述如下：

3D打印机通过读取存放有模型数据的内存卡中的G代码，或者由上位机发送的G代码，解析G代码并将其转化为控制打印机喷头移动的位置信号，通过移动打印机喷头来进行模型打印，本实用新型中3D打印机的控制主板在向打印机喷头发送位置信号的同时，向所述单片机控制板13发送相同的位置信号。

本实施例中的所述单片机控制板13中设置有控制模块、信号接收模块、信号输出模块。

打印开始前，先对打印机热床进行预热，此时所述加热板2各部分加热块的温度相同，所述控制模块内设定有预设温度值。所述单片机控制板13的控制模块通过信号输出模块向所述温度探头16发送探测指令，所述温度探头16将探测到的温度信号传递给所述单片机控制板13，所述信号接收模块接收到温度信号并传递给所述控制模块，所述控制模块通过所述信号输出模块向所述加热板2上所有的所述加热块发送加热指令，所述加热指令包括加热启停指令和加热时间指令（所述加热时间为加热速率恒定的所述加热块将当前区域的当前温度提升至预设温度的时间，所述预设温度在50℃～70℃之间，且对于每个所述加热块预设温度相等），所述加热块启动并在加热时间结束时停止。经过前期预热过程，所述热床板2整体到达打印所需的预设温度。

打印时，结合附图1所示，所述3D打印机控制主板向所述单片机控制板13发送位置信号，所述单片机控制板13的信号接收模块接收到信号后传递给所述控制模块，所述控制模块通过所述信号输出模块向所述移动装置发送移动命令，所述移动装置接收命令后立即移动，所述移动装置的运动与打印机喷头的运动同步，不同于打印机喷头的是，所述移动装置只在一个水平面上运动，运动路径为打印机喷头运动路径在所述水平面上的投影。

所述移动装置运动时，设置在所述移动装置上的温度探头16工作，并将当前打印区域的温度信号传递给所述单片机控制板13，所述单片机控制板13的信号接收模块接收到信号后传递给所述控制模块，若当前温度低于预设温度，所述控制模块通过所述信号输出模块向当前区域的所述加热块发送加热指令，所述加热指令包括加热启停指令和加热时间指令，所述加热时间为加热速率恒定的所述加热块将当前区域的当前温度提升至预设温度时间，所述加热块启动并在加热时间结束时停止；若当前温度高于或等于预设温度时，所述控制模块通过所述信号输出模块向当前区域的所述加热块发送不加热的指令。

区别于现有技术整体加热式的加热板，实用新型人创造性的将加热板2设置为多个并联的、独立的加热块整合，并设置温度探头16探测实时温度，对温度低于预设温度的区域进行单独加热，解决现有技术中热床空置部分耗费电能的问题。

实施例2：

在实施例1的基础上，结合附图2或4所示，所述移动装置包括水平面上相互垂直的X向丝杆15和Y向丝杆4，所述Y向丝杆4相对所述铝基板14固定设置，所述Y向丝杆4两端设置有用于驱动转动的Y向步进电机6，所述Y向丝杆4上设置有螺纹配合的Y向滑块20，所述Y向滑块20上设置有X向步进电机19，所述X向丝杆15安装在所述Y向滑块20上并由所述X向步进电机19驱动，所述X向丝杆15上设置有螺纹配合的X向滑块18，所述温度探头16安装在所述X向滑块18上。

实施原理：

所述Y向步进电机6转动驱动所述Y向丝杆4转动，螺纹配合的所述Y向滑块20沿所述Y向丝杆4移动，所述Y向滑块20带动所述X向丝杆15移动，所述X向步进电机19转动驱动所述X向丝杆15转动，螺纹配合的所述X向滑块18沿所述X向丝杆15移动。所述X向步进电机19和所述Y向步进电机6转动一圈驱动所述X向滑块18和所述Y向滑块20运动的距离恒定，通过所述X向步进电机19的转数、所述Y向步进电机6的转数可以确定所述X向滑块18和所述Y向滑块20的运动距离。所述X向滑块18的位置可以通过其相对所述Y向丝杆4和所述X向丝杆15的距离唯一确定。

打印开始前，先对打印机热床进行预热，此时所述加热板2各部分加热块的温度相同，所述控制模块内设定有预设温度值。所述单片机控制板13的控制模块通过信号输出模块向所述温度探头16发送探测指令，所述温度探头16将探测到的温度信号传递给所述单片机控制板13，所述信号接收模块接收到温度信号并传递给所述控制模块，所述控制模块通过所述信号输出模块向所述加热板2上所有的所述加热块发送加热指令，所述加热指令包括加热启停指令和加热时间指令（所述加热时间为加热速率恒定的所述加热块将当前区域的当前温度提升至预设温度的时间，所述预设温度在50℃～70℃之间，且对于每个所述加热块预设温度相等），所述加热块启动并在加热时间结束时停止。经过前期预热过程，所述加热板2整体到达打印所需的预设温度。

打印时，结合附图1所示，所述3D打印机控制主板向所述单片机控制板13发送位置信号，所述单片机控制板13的信号接收模块接收到信号后传递给所述控制模块，所述控制模块通过所述信号输出模块向所述X向步进电机19和所述Y向步进电机6发送转动命令，所述转动命令包括转动启停和转数命令，所述X向步进电机19和所述Y向步进电机6接收命令后立即转动并在转动一定转数后停止。所述X向滑块18的运动与打印机喷头的运动同步，不同于打印机喷头的是，所述X向滑块18只在一个水平面上运动，运动路径为打印机喷头运动路径在所述水平面上的投影。

运动时，设置在所述X向滑块18上的温度探头16工作，并将当前打印区域的温度信号传递给所述单片机控制板13，所述单片机控制板13的信号接收模块接收到信号后传递给所述控制模块，若当前温度低于预设温度，所述控制模块通过所述信号输出模块向当前区域的所述加热块发送加热指令，所述加热指令包括加热启停指令和加热时间指令，所述加热时间为加热速率恒定的所述加热块将当前区域的当前温度提升至预设温度时间，所述加热块启动并在加热时间结束时停止；若当前温度高于或等于预设温度时，所述控制模块通过所述信号输出模块向当前区域的所述加热块发送不加热的指令。

实施例3：

在实施例2的基础上，结合附图2和4所示，进一步的，所述铝基板14上固定设置有用于安装所述Y向步进电机6的安装座8，所述Y向丝杆4与所述安装座8通过轴承连接，所述安装座8上固定设置有平行于所述Y向丝杆4的Y向光轴5，所述Y向滑块20上开设有用于容纳所述Y向光轴5的光圆通孔。

实施原理：

所述Y向步进电机6转动驱动所述Y向丝杆4转动，螺纹配合的所述Y向滑块20沿所述Y向丝杆4移动，并沿所述Y向光轴5滑动，所述Y向滑块20在所述Y向光轴5的进一步限制下，其侧向更为稳定，进一步避免发生侧向偏转。

实施例4：

在实施例2或3的基础上，结合附图2和4所示，进一步的，Y向滑块20上固定设置有平行于所述X向丝杆15的X向光轴17，所述X向滑块18上开设有用于容纳所述X向光轴17的光圆通孔。

实施原理：

所述X向步进电机19转动驱动所述X向丝杆15转动，螺纹配合的所述X向滑块18沿所述X向丝杆15移动，并沿所述X向光轴17滑动，所述X向滑块18在所述X向光轴17的进一步限制下，其侧向更为稳定，进一步避免发生侧向偏转。

实施例5：

在实施例2或3或4的基础上，结合附图4所示，进一步的，所述Y向步进电机6的输出端固定有主动齿轮，所述Y向丝杆4上固定有同轴的从动齿轮，所述主动齿轮与所述从动齿轮上设置有传动皮带7。通过设置所述主动齿轮、所述从动齿轮和所述传动皮带7，可以根据需要设置所述主动齿轮和所述从动齿轮之间齿数关系，进而对所述Y向滑块20的运动起到进行增速或者减速的效果。

实施例6：

在以上任意一项实施例的基础上，结合附图1所示，进一步的，所述热床板3四角开设有通孔，所述粘附板1四角开设有螺纹孔，所述通孔和螺纹孔内容纳有上端带防脱帽、下端带调节螺母10的调节螺丝11，所述调节螺丝11上套设有支撑弹簧9，所述支撑弹簧9卡接在所述铝基板14和所述粘附板1之间。所述热床板3固定，所述支撑弹簧9在所述调节螺丝11的长度范围内始终带有压缩内应力。通过旋转所述调节螺母10，调整所述粘附板1相对所述热床板3的距离，综合四角的距离实现调平的作用。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种大型3D打印机用的智能温控热床，包括铝基板（14）和架立固定在其上部的热床板（3），及安装在所述热床板（3）上的粘附板（1），所述热床板（3）上设置有加热板（2），其特征在于，所述加热板（2）均分为多个矩阵排列的独立加热块，所述铝基板（14）上设置有可在所述加热板（2）下方运动的移动装置，所述移动装置上安装有温度探头（16），所述铝基板（14）上还设置有单片机控制板（13），所述移动装置、温度探头（16）、加热板（2）与所述单片机控制板（13）连接。

2.根据权利要求1所述的一种大型3D打印机用的智能温控热床，其特征在于，所述移动装置包括水平面上相互垂直的X向丝杆（15）和Y向丝杆（4），所述Y向丝杆（4）相对所述铝基板（14）固定设置，所述Y向丝杆（4）两端设置有用于驱动转动的Y向步进电机（6），所述Y向丝杆（4）上设置有螺纹配合的Y向滑块（20），所述Y向滑块（20）上设置有X向步进电机（19），所述X向丝杆（15）安装在所述Y向滑块（20）上并由所述X向步进电机（19）驱动，所述X向丝杆（15）上设置有螺纹配合的X向滑块（18），所述温度探头（16）安装在所述X向滑块（18）上。

3.根据权利要求2所述的一种大型3D打印机用的智能温控热床，其特征在于，所述铝基板（14）上固定设置有用于安装所述Y向步进电机（6）的安装座（8），所述Y向丝杆（4）与所述安装座（8）通过轴承连接，所述安装座（8）上固定设置有平行于所述Y向丝杆（4）的Y向光轴（5），所述Y向滑块（20）上开设有用于容纳所述Y向光轴（5）的光圆通孔。

4.根据权利要求2或3所述的一种大型3D打印机用的智能温控热床，其特征在于，Y向滑块（20）上固定设置有平行于所述X向丝杆（15）的X向光轴（17），所述X向滑块（18）上开设有用于容纳所述X向光轴（17）的光圆通孔。

5.根据权利要求4所述的一种大型3D打印机用的智能温控热床，其特征在于，所述Y向步进电机（6）的输出端固定有主动齿轮，所述Y向丝杆（4）上固定有同轴的从动齿轮，所述主动齿轮与所述从动齿轮上设置有传动皮带（7）。

6.根据权利要求1-3或5任意一项所述的一种大型3D打印机用的智能温控热床，其特征在于，所述热床板（3）四角开设有通孔，所述粘附板（1）四角开设有螺纹孔，所述通孔和螺纹孔内容纳有上端带防脱帽、下端带调节螺母（10）的调节螺丝（11），所述调节螺丝（11）上套设有支撑弹簧（9），所述支撑弹簧（9）卡接在所述铝基板（14）和所述粘附板（1）之间。