CN207156457U - 一种fdm快速成形系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种FDM快速成形系统，包括硬件系统供料系统，硬件系统由机械组件和驱动件组成，所述机械组件包括底座，支撑架，所述支撑架固定在底座上，所述支撑架顶部分别设置X向、Y向导轨，导轨上设置打印头和带动打印头运动的驱动件，本实用新型的打印头能更好的适应直径公差较大的耗材，打印体验更流畅，出丝更稳定；本实用新型丝盘支架上的丝盘、送丝导管和入丝气管组成了完整的送丝系统；保证了机器在无人值守的情况下正常运作，送丝时不会缠绕和打圈。

Description

一种FDM快速成形系统

技术领域

本实用新型涉及三维增材制造领域，具体涉及一种FDM快速成形系统。

背景技术

快速成形技术(Rapidprototyping，简称RP)又称快速原型制造技术，是近年来发展起来的一种先进制造技术。快速成形技术20世纪80年代起源于美国，很快发展到日本和欧洲，是近年来制造技术领域的一次重大突破。快速成形是一种基于离散堆积成形思想的数字化成形技术，自动、快速地将设计思想物化为具有一定结构和功能的原型或直接制造零部件，从而可对产品设计进行快速评价、修改，提高企业的竞争能力。

RP将CAD、CAM、CNC、精密伺服驱动、光电子和新材料等先进技术集于一体，依据由CAD构造的产品三维模型，对其进行分层切片，得到各层截面的轮廓。按照这些轮廓，激光束选择性地喷射，固化一层层液态树脂(或切割一层层的纸，或烧结一层层的粉末材料)，或喷射源选择性地喷射一层层的粘结剂或热熔材料等，形成各层截面，逐步叠加成三维产品，将一个复杂的三维加工简化成一系列二维加工的组合。

现有技术中的RP有以下缺陷：1、打印头无法适应公差较大的耗材，导致喷丝时不能保持稳定运作；2、完成后的成品由于耗材没有全程加热，易发生翘边或变形的情况；3、打印过程会产生喷丝缠绕与打圈的情况；4、打印前须在计算机内人工测算成品的支撑件。

实用新型内容

为了解决3D打印机的打印头喷丝不稳定，本实用新型提供了一种FDM 快速成形系统。本实用新型要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种FDM快速成形系统，包括硬件系统及供料系统，硬件系统由机械组件和驱动件组成，所述机械组件包括底座，支撑架，所述支撑架固定在底座上，所述支撑架顶部分别设置X向、Y向导轨，导轨上设置打印头和带动打印头运动的驱动件；

所述打印头包括用于融化材料的喷头和设置在喷头底部的喷嘴，该喷嘴供喷头内熔融的材料喷出，所述喷嘴的直径为0.2～0.3mm，

所述机械组件还包括为所述喷头输送原料的送丝轮、加热器和基底，所述送丝轮位于喷头的上方且与喷头采用推-拉相结合的方式固定；

所述驱动件为将脉冲信号转换成相应角位移的步进电机；所述步进电机由PCL-839三轴步进电机控制卡控制，所述步进电机至少包括X向步进电机和Y向步进电机，所述X向步进电机、Y向步进电机控制送丝轮,使得喷头在XY平面内自由移动；

所述PCL-839三轴步进电机控制卡有各自独立的三个通道,每个通道有独立的寄存器,该寄存器用以控制X、Y、Z三轴互不干扰的运动，D/O卡控制上门信号、急停信号和实体支撑断丝信号；D/I卡控制着强电开关和实体支撑电机的控制信号；D/A输出卡输出电压经过功率放大控制X向步进电机、 Y向步进电机。

优选地，所述步进电机转子与定子绕组的通电方式为单相三拍通电，所述单相三拍通电的每拍只有一相绕组线圈通电，三拍完成一次循环，所述步进电机的步矩角为30°。

优选地，所述步进电机转子与定子绕组的通电方式为双相三拍通电，所述双相三拍通电的每拍有两相绕组通电，所述步进电机的步矩角为30°。

优选地，所述步进电机转子与定子绕组的通电方式为单双六拍通电，所述步进电机的步矩角为15°。

优选地，所述打印头上设置有温度传感器，所述温度传感器将材料的温度信号转化为电信号。

优选地，所述温度传感器为热电阻或热电偶。

优选地，所述支撑架的顶部设置有安装梁，所述安装梁上固定有导轨。

优选地，所述打印头上还设置有送丝装置，所述送丝装置包括丝盘支架、丝盘、送丝导管和丝气管，所述丝盘安装在丝盘支架上，所述丝盘、送丝导管和丝气管依次连接，所述送丝导管与丝气管均安装在打印头上。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

1.本实用新型将打印头设置在导轨上，通过驱动件带动打印头沿导辊运动，从而使打印头适应直径公差较大的耗材，打印体验更流畅，出丝更稳定；

2.本实用新型丝盘支架上的丝盘、送丝导管和入丝气管组成了完整的送丝系统。这是保证机器在无人值守的情况下正常运作，送丝时不会缠绕、打圈的关键配置；

3.打印面积增大，打印速度加快，机身精度高，定位精度高，运行更平稳，自带丝盘固定架，丝盘安装在固定架上，可以有效防止设备存在的卡丝问题。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的原理图；

图3是本实用新型的三轴步进电机控制流程图。

其中，1.送丝轮；2.喷头；3.加热器；4.喷嘴；5.支撑架；6.基底； 7.成型零件。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型做进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例1：

参照图1，一种FDM快速成形系统，包括硬件系统及供料系统，硬件系统由机械组件和驱动件组成，机械组件包括底座，支撑架，支撑架固定在底座上，支撑架顶部分别设置X向、Y向导轨，导轨上设置打印头和带动打印头运动的驱动件。

实施例1的FDM快速成形系统，打印头能更好的适应直径公差较大的耗材，打印体验更流畅，出丝更稳定；本实施例打印面积增大，打印速度加快，机身精度高，定位精度高，运行更平稳，自带丝盘固定架，丝盘安装在固定架上，可以有效防止之前机型存在的卡丝问题。

本实施例的温度传感器优选热电阻或热电偶。本实施例的驱动件优选步进电机。

实施例2：

参照图1，与上述实施例不同之处，在于驱动件为将脉冲信号转换成相应角位移的步进电机。

本实施例的步进电机转子与定子绕组的通电方式可以是单相三拍通电，单相三拍通电的每拍只有一相绕组线圈通电，三拍完成一次循环，步进电机的步矩角为30°。本实施例的步进电机转子与定子绕组的通电方式也可以是双相三拍通电，双相三拍通电的每拍有两相绕组通电，步进电机的步矩角为30°。本实施例的步进电机转子与定子绕组的通电方式也可以是单双六拍通电，步进电机的步矩角为15°。打印头上设置有温度传感器，温度传感器将材料的温度信号转化为电信号；支撑架5的顶部设置有安装梁，安装梁上固定有导轨。打印头上还设置有送丝装置，送丝装置包括丝盘支架、丝盘、送丝导管和丝气管，丝盘安装在丝盘支架上，丝盘、送丝导管和丝气管依次连接，送丝导管与丝气管均安装在打印头上。

实施例2的FDM快速成形系统，丝盘支架上的丝盘、送丝导管和入丝气管组成了完整的送丝系统。这是保证机器在无人值守的情况下正常运作，送丝时不会缠绕、打圈的关键配置。

实施例3：

FDM快速成形系统如图2所示，FDM系统一般采用低熔点丝状材料,如蜡丝或ABS塑料丝,它们不以高能量密度的激光为热源,只需在喷头2内以电加热的方式即可将丝材加热到熔融状态。如果采用高熔点的材料,则会相当困难。实施例3的FDM快速成形系统主要包括喷头2、送丝轮1、运动机构、加热器3、基底6五个部分。材料在喷头2中被加热熔化,喷头2底部有一喷嘴4 供熔融的材料以一定的压力挤出,喷头2沿零件截面轮廓和填充轨迹运动时挤出材料,与前一层粘结并在空气中迅速固化,如此反复进行即可得到实体零件。送丝轮1为喷头2输送原料,送丝要求平稳可靠。原料丝直径为1～2mm, 而喷嘴4直径只有0.2～0.3mm,这个差别保证了喷头2内一定的压力和熔融后的原料能以一定的速度被挤出成形。送丝轮1和喷头2采用推-拉相结合的方式,以保证送丝稳定可靠,避免断丝或积瘤。运动机构包括X,Y,Z三个轴的运动。

实施例3是把任意复杂的三维零件转化为平面图形的堆积,因此不再要求机床进行三轴及三轴以上的联动,大大简化了机床的运动控制,只要能完成二轴联动就可以了。X-Y轴的联动扫描完成FDM工艺喷头2对截面轮廓的平面扫描,Z轴则带动基底6实现高度方向的进给。基底6主要由台面和泡沫垫板组成,每完成一层成形,基底6便下降一层高度。

实施例4：

参照图3，与实施例3的不同之处在于：本实施例的驱动件优选步进电机，最好采用研华PCL-839三轴步进电机控制卡控制三个步进电机,其中两个电机控制送丝轮1,使得喷头2在XY平面内自由移动,另外一个步进电机控制基底6的升降,即Z轴的运动。PCL-839三轴步进电机控制卡有各自独立的三个通道,每个通道都有自己独立的寄存器,可以控制三轴互不干扰的运动。图2中D/O卡控制上门信号、急停信号和实体支撑断丝信号,而D/I卡控制着强电开关和实体支撑电机的控制信号。D/A输出卡输出电压经过功率放大控制两台小型电机,分别带动实体丝材和支撑丝材进入喷头2,两个喷头2 可以单独控制,丝材进入喷头2后加热熔化从喷头2喷嘴4喷出,在每次工作中每个喷头2的喷丝速度都保持恒定,在制作不同模型时根据要求可以改变 D/A控制卡的输出电压以设置不同的喷丝速度。

FDM控制系统中的加热系统是由成形室和喷头2加热机构组成。采用可控硅和温控器结合的硬件形式控制,分别采用3个可控硅和温控器来控制3 个加热器,从而达到分别控制实体喷头2的温度、支撑喷头2的温度和加热室内的温度。可控硅也就是晶闸智能控制模块,高度集成了晶闸管主电路和移相控制电路,具有电力调控功能,能对主电路输出电压进行平滑调节。加热室用来给成形过程提供一个恒温环境。熔融状态的丝挤出成形后如果骤然受到冷却,容易造成翘曲和开裂,适当的环境温度可最大限度地减小这种造型缺陷,提高成形的质量和精度。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种FDM快速成形系统，包括硬件系统及供料系统，其特征在于，硬件系统由机械组件和驱动件构成，所述机械组件包括底座，支撑架，所述支撑架固定在底座上，所述支撑架顶部分别设置X向、Y向导轨，导轨上设置打印头和带动打印头运动的驱动件；

所述打印头包括用于融化材料的喷头和设置在喷头底部的喷嘴，该喷嘴供喷头内熔融的材料喷出，所述喷嘴的直径为0.2～0.3mm，所述机械组件还包括为所述喷头输送原料的送丝轮、加热器和基底，所述送丝轮位于喷头的上方且与喷头采用推-拉相结合的方式固定；

所述驱动件为将脉冲信号转换成相应角位移的步进电机；所述步进电机由PCL-839三轴步进电机控制卡控制，所述步进电机至少包括X向步进电机和Y向步进电机，所述X向步进电机、Y向步进电机控制送丝轮,使得喷头在XY平面内自由移动；

所述PCL-839三轴步进电机控制卡有各自独立的三个通道,每个通道有独立的寄存器,该寄存器用以控制X、Y、Z三轴互不干扰的运动，D/O卡控制上门信号、急停信号和实体支撑断丝信号；D/I卡控制着强电开关和实体支撑电机的控制信号；D/A输出卡输出电压经过功率放大控制X向步进电机、Y向步进电机；

所述打印头上还设置有送丝装置，所述送丝装置包括丝盘支架、丝盘、送丝导管和丝气管，所述丝盘安装在丝盘支架上，所述丝盘、送丝导管和丝气管依次连接，所述送丝导管与丝气管均安装在打印头上。

2.根据权利要求1所述的一种FDM快速成形系统，其特征在于，所述步进电机转子与定子绕组的通电方式为单相三拍通电，所述单相三拍通电的每拍只有一相绕组线圈通电，三拍完成一次循环；所述步进电机的步矩角为30°。

3.根据权利要求1所述的一种FDM快速成形系统，其特征在于，所述步进电机转子与定子绕组的通电方式为双相三拍通电，所述双相三拍通电的每拍有两相绕组通电，所述步进电机的步矩角为30°。

4.根据权利要求1所述的一种FDM快速成形系统，其特征在于，所述步进电机转子与定子绕组的通电方式为单双六拍通电，所述步进电机的步矩角为15°。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种FDM快速成形系统，其特征在于，所述打印头上设置有温度传感器，所述温度传感器将材料的温度信号转化为电信号。

6.根据权利要求5所述的一种FDM快速成形系统，其特征在于，所述温度传感器为热电阻或热电偶。

7.根据权利要求1-4任一项所述的一种FDM快速成形系统，其特征在于，所述支撑架的顶部设有安装梁，所述安装梁上固定有导轨。