CN210082425U - 具备自动调平与打印平台倾斜角度调整功能的3d打印机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具备自动调平与打印平台倾斜角度调整功能的3D打印机，包括：铝型材框架；平台升降机构，设置在所述铝型材框架上；角度可调整平台结构，固定设置在所述平台升降机构上；探测机构，安装在3D打印机的打印头上，用于检测角度可调整平台结构的倾斜度。本实用新型实现了对不同XY坐标的探测，通过打印平台控制四个步进电机的转动距离，通过倾角传感器实时反馈，实现手动或者自动控制平台四个支柱的伸出高度，进而实现了平台的倾斜度可以在一定范围内进行自由调整。

Description

具备自动调平与打印平台倾斜角度调整功能的3D打印机

技术领域

本实用新型涉及3D打印机，尤其涉及一种具备自动调平与打印平台倾斜角度调整功能的3D打印机。

背景技术

市场上的普通3D打印机的打印平台多为手动调平，极易存在高度误差导致平台不水平从而影响打印件质量。市场上还存在的一种半自动调平装置作用机制为利用探针(传感器)探测平台各角落的高度，然后利用手动拧动平台螺母来调节高度，需要重复多次操作才可以使平台水平，耗费时间过多，效率较低。另外市场上少数存在的自动调平平台的3D打印机对平台平整度的高要求，使自动调平平台3D打印机的普及率较低。

实用新型内容

针对上述技术问题，本实用新型旨在提供一种具备自动调平与打印平台倾斜角度调整功能的3D打印机，解决手动调平存在高度误差影响打印精度和质量，且耗费大量的人力成本的问题。同时在此装置的基础上，进一步研究此装置基于FDM打印机理的两大应用方向：1、基于倾斜角度调整实现区域打印控制，区域更换材料更换颜色等，2、基于倾斜角度调整和切片方式的改进实现区域精度控制。

本实用新型的目的通过如下技术方案实现：

一种具备自动调平与打印平台倾斜角度调整功能的3D打印机，包括：

铝型材框架；

平台升降机构，设置在所述铝型材框架上；

角度可调整平台结构，固定设置在所述平台升降机构上；

探测机构，安装在3D打印机的打印头上，用于检测角度可调整平台结构的倾斜度。

进一步地，所述的平台升降机构包括：

两根竖直对称设置的丝杆、分别与所述丝杆螺纹配合的第一移动平台，每根丝杆的两侧均竖直地对称设置有两根与第一移动平台滑动配合的导杆，所述丝杆上均设置有第一皮带轮，所述铝型材框架底部设置有第二步进电机，所述的第二步进电机上设置有第一皮带轮，三个第一皮带轮之间通过同步带驱动连接。

进一步地，所述的述铝型材框架底部还设置有两个用于调节同步带松紧度的惰轮。

进一步地，所述的角度可调整平台结构包括控制模块、与所述控制模块电路连接的平台调节机构，所述的平台调节机构由上至下包括：打印平台、第二移动平台，所述第二移动平台的底部通过基座固定在所述第一移动平台上，所述打印平台的四角与第二移动平台之间竖直地穿入设置有四个定制螺钉，所述定制螺钉上套有位于所述打印平台与第二移动平台之间的弹簧，所述定制螺钉的下端均连接设置有固定连接的第二皮带轮和内螺柱，所述内螺柱与定制螺钉螺纹配合，所述第二移动平台的下方设置有四个通过同步带与对应的第二皮带轮驱动连接的第一步进电机。

进一步地，所述的基座包括四个支撑脚和一块铝板，所述支撑脚设置有可安装螺钉的内螺纹孔，通过转动基座支撑脚的螺钉实现倾斜度粗调整/预调整，增大了倾斜角度调整范围，所述第一步进电机固定在所述铝板上。

进一步地，所述的控制模块包括电气连接的：

单片机；

限位开关，用于限定打印平台向下移动的最大距离；

倾角传感器，用于检测打印平台的倾斜角度；

显示器，用于输入调整角度和显示倾角传感器反馈的实时数据。

进一步地，所述的单片机为Arduino mage2560 r3开发板。

进一步地，所述的探测机构包括Z轴的零位置限位开关，应用Marlin固件自带的自动调平探测功能。

进一步地，所述打印头上设置有控制所述Z轴的零位置限位开关收起和放下的舵机。

进一步地，所述定制螺钉的尾部安装有限制定制螺钉向上竖直运动的最大距离的螺帽。

相比现有技术，本实用新型通过分析计算出对相应的平台倾斜度，通过打印平台控制四个步进电机的转动距离，通过倾角传感器实时反馈，实现手动或者自动控制平台四个支柱的伸出高度，进而实现了平台的倾斜度可以在一定范围内进行自由调整。本实用新型可应用于要求平台具备特定倾斜角的场合以及复杂地形下的平台调平等，如应用于3D打印机的自动调平等，在本实用新型的基础上结合切片方式的改进可实现3D打印的区域打印控制，如区域材料控制，区域精度控制，区域形状控制等。

附图说明

图1为本实用新型实施例的立体示意图。

图2为本实用新型实施例的前视图。

图3为本实用新型实施例的左视图。

图4为本实用新型实施例的俯视图。

图5为本实用新型实施例平台升降驱动结构示意图。

图6为本实用新型实施例的打印头放下状态示意图。

图7为本实用新型实施例的打印头收起状态示意图。

图8为本实用新型实施例的平台倾斜角度调整结构示意图。

图9为本实用新型实施例的平台倾斜角度调整结构弹簧结构示意图。

图10为螺栓结构示意图。

图11为螺栓与皮带轮连接示意图。

图12为中间打印品示意图。

图13为最终打印品示意图。

图中：1-铝型材框架；2-角钢；3-皮带轮；4-导杆；5-丝杆；(外螺纹未画出)6-第一移动平台；7-打印头；8-第一步进电机；(调整打印平台角度)；9-第二移动平台；10-弹簧；11-打印平台；12-限位开关；13-舵机；14-支撑脚；15-内螺柱；16-皮带轮；17-定制螺钉；18-打印品；19-第二步进电机。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步的说明。

如图1至图4所示，一种具备自动调平与打印平台倾斜角度调整功能的3D打印机，包括：

铝型材框架1，主要通过铝型材和角钢2组装而成；

平台升降机构，设置在所述铝型材框架1上；

角度可调整平台结构，固定设置在所述平台升降机构上；

探测机构，安装在3D打印机的打印头7上，用于检测角度可调整平台结构的倾斜度。

如图5所示，所述的平台升降机构包括：

两根竖直对称设置的丝杆5、分别与所述丝杆5螺纹配合的第一移动平台6，每根丝杆56的两侧均竖直地对称设置有两根与第一移动平台6滑动配合的导杆4，所述丝杆5上均设置有第一皮带轮3，所述铝型材框架1底部设置有第二步进电机19，所述的第二步进电机19上设置有第一皮带轮3，三个第一皮带轮3之间通过同步带驱动连接。

两根丝杆和四根导轨对称均衡分布，使得打印平台受力均匀，传动更为平稳，同时消除打印平台自重对调平的影响。

另外，所述的述铝型材框架1底部还设置有两个用于调节同步带松紧度的惰轮。

如图8至图11所示，所述的角度可调整平台结构包括控制模块、与所述控制模块电路连接的平台调节机构，所述的平台调节机构由上至下包括：打印平台11、第二移动平台9，所述第二移动平台9的底部通过基座固定在所述第一移动平台6上，所述打印平台11的四角与第二移动平台9之间竖直地穿入设置有四个定制螺钉17，所述定制螺钉17的下端均连接设置有固定连接的第二皮带轮16和内螺柱15，所述内螺柱15与定制螺钉17螺纹配合，所述第二移动平台9的下方设置有四个通过同步带与对应的第二皮带轮16驱动连接的第一步进电机8。

定制螺钉17和弹簧的规格可根据实际使用要求而定，本实施例的工作载荷较小，对定制螺钉的强度要求较低。定制螺钉与内螺柱螺纹配合，第二皮带轮16与内螺柱15紧密配合，内螺柱15安装时贴合基座平面，工作时，第二皮带轮16带动内螺柱15转动，进而带动定制螺钉17进行竖直运动，定制螺钉尾部安装螺帽，决定了螺栓向上竖直运动的最大距离。

所述的基座包括四个支撑脚和一块铝板，所述支撑脚14设置有可安装螺钉的内螺纹孔，通过转动基座支撑脚的螺钉实现倾斜度粗调整/预调整，增大了倾斜角度调整范围，所述第一步进电机8固定在所述铝板上。

所述打印平台11为定制铝板，平台的材质与规格可依据使用要求变更，四个孔与定制M6螺栓宽松配合，孔径为10毫米。定制螺钉在步进电机的带动下进行竖直移动，进而带动打印平台11一侧倾斜，通过螺栓与打印平台11的间隙配合保证了螺栓带动平台倾斜时具备足够的可移动空间。

本实施例的第一步进电机8采用42步进电机BYGH40/1.8,12V电压驱动，皮带轮25齿，带槽款11毫米，内径8毫米。

所述的控制模块包括电气连接的：

单片机，所述的单片机为Arduino mage2560 r3开发板；

限位开关，用于限定打印平台11向下移动的最大距离；

倾角传感器，用于检测打印平台11的倾斜角度；

显示器，用于输入调整角度和显示倾角传感器反馈的实时数据。

限位开关决定了工作平台向下移动的最大距离，起保护装置的作用，一个限位开关对应一个步进电机，当工作平台某一个角触发限位开关时，对应的步进电机将无法继续带动定制螺柱向下移动。本装置具备手动模式与自动模式两种控制模式。

1.手动控制

手动模式可以在显示屏上单独控制每一个定制螺钉的竖直移动距离，分为两个档位，1mm档与0.1mm档。

2.自动控制

自动模式中，先按需求调整好基座支撑脚螺钉位置，随后倾角传感器会反馈数据至显示器，在显示器上输入角度(调整角度的范围由装置的具体结构、支撑脚螺钉长度、定制螺钉长度以及程序设定而定)，装置将会自动将工作平台调整至相应角度。

所述的探测机构包括Z轴的零位置限位开关12，应用Marlin固件自带的自动调平探测功能。

如图6和图7所示，所述打印头7上设置有控制所述Z轴的零位置限位开关收起和放下的舵机13，其中，图6为放下状态示意图，图7为收起状态示意图，

平台倾斜数据的获取主要有以下三步组成

1、应用Marlin固件自带的自动调平探测功能。安装Z轴的零位置限位开关(Z-min)。为了实现Z-min对不同XY坐标的探测，Z-min的安装位置需要跟着打印头一起移动，但Z-min如果在打印头旁边，如果在打印时可能会碰到打印的物体从而损坏模型。所以在标准XYZ三轴打印机中，通过添加一个小舵机来控制Z-min的收起和放下，即需要触发Z-min时(回零或调平)，通过舵机放下Z-min；不用的时候就会收起Z-min

2、发送G28(XYZ全部回零)命令后，XY分别回零，然后XY分别运动到打印平台中心位置，放下Z-min，来完成Z轴的回零。Z轴的回零位置是一个基准点，即在(x,y)坐标位置的Z零点。后面的调平都是根据这个点的偏移来确定的。

3、发送G29(自动调平命令)后的反映，打印机的Z-min会移动到四个不同XY坐标(固件中可以配置)进行探测。并且得到四个位置相对于G28确定的基准点的Z位置进行对比和计算，得到打印平台的倾斜程度。

本实用新型可应用于要求平台具备特定倾斜角的场合以及复杂地形下的平台调平等，应用于3D打印机的自动调平，在本实用新型的基础上结合切片方式的改进实现3D打印的区域打印控制，如区域材料控制，区域精度控制，区域形状控制等。

如图12所示，先在水平面打印一部分制品，然后平台倾斜一角度，更换材料或者改变层厚之后打印另一区域的制品，得到你最终的打印品18，如图13所示。

上述实施例提供的一种可以自动调平以及精确调整打印平台倾斜角度的FDM型3D打印机，采用双丝杆加上四根导轨对称分布的方式，使得打印平台受力均衡，消除自重影响，传动更为稳定，同时降低打印机平整度的系统误差。应用Marlin固件自带的自动调平探测功能。安装Z轴的零位置限位开关(Z-min)。为了实现Z-min对不同XY坐标的探测，通过分析计算出对相应的平台倾斜度，通过打印平台控制四个步进电机的转动距离，通过倾角传感器实时反馈，实现手动或者自动控制平台四个支柱的伸出高度，进而实现了平台的倾斜度可以在一定范围内进行自由调整。

本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具备自动调平与打印平台倾斜角度调整功能的3D打印机，其特征在于，包括：

铝型材框架(1)；

平台升降机构，设置在所述铝型材框架(1)上；

角度可调整平台结构，固定设置在所述平台升降机构上；

探测机构，安装在3D打印机的打印头(7)上，用于检测角度可调整平台结构的倾斜度。

2.根据权利要求1所述的具备自动调平与打印平台倾斜角度调整功能的3D打印机，其特征在于，所述的平台升降机构包括：

两根竖直对称设置的丝杆(5)、分别与所述丝杆(5)螺纹配合的第一移动平台(6)，每根丝杆(5)的两侧均竖直地对称设置有两根与第一移动平台(6)滑动配合的导杆(4)，所述丝杆(5)上均设置有第一皮带轮(3)，所述铝型材框架(1)底部设置有第二步进电机(19)，所述的第二步进电机(19)上设置有第一皮带轮(3)，三个第一皮带轮(3)之间通过同步带驱动连接。

3.根据权利要求2所述的具备自动调平与打印平台倾斜角度调整功能的3D打印机，其特征在于，所述的述铝型材框架(1)底部还设置有两个用于调节同步带松紧度的惰轮。

4.根据权利要求2所述的具备自动调平与打印平台倾斜角度调整功能的3D打印机，其特征在于，所述的角度可调整平台结构包括控制模块、与所述控制模块电路连接的平台调节机构，所述的平台调节机构由上至下包括：打印平台(11)、第二移动平台(9)，所述第二移动平台(9)的底部通过基座固定在所述第一移动平台(6)上，所述打印平台(11)的四角与第二移动平台(9)之间竖直地穿入设置有四个定制螺钉(17)，所述定制螺钉(17)上套有位于所述打印平台(11)与第二移动平台(9)之间的弹簧(10)，所述定制螺钉(17)的下端均连接设置有固定连接的第二皮带轮(16)和内螺柱(15)，所述内螺柱(15)与定制螺钉(17)螺纹配合，所述第二移动平台(9)的下方设置有四个通过同步带与对应的第二皮带轮(16)驱动连接的第一步进电机(8)。

5.根据权利要求4所述的具备自动调平与打印平台倾斜角度调整功能的3D打印机，其特征在于，所述的基座包括四个支撑脚和一块铝板，所述支撑脚(14)设置有可安装螺钉的内螺纹孔，通过转动基座支撑脚的螺钉实现倾斜度粗调整/预调整，增大了倾斜角度调整范围，所述第一步进电机(8)固定在所述铝板上。

6.根据权利要求4所述的具备自动调平与打印平台倾斜角度调整功能的3D打印机，其特征在于，所述的控制模块包括电气连接的：

单片机；

限位开关，用于限定打印平台(11)向下移动的最大距离；

倾角传感器，用于检测打印平台(11)的倾斜角度；

显示器，用于输入调整角度和显示倾角传感器反馈的实时数据。

7.根据权利要求6所述的具备自动调平与打印平台倾斜角度调整功能的3D打印机，其特征在于，所述的单片机为Arduino mage2560r3开发板。

8.根据权利要求1所述的具备自动调平与打印平台倾斜角度调整功能的3D打印机，其特征在于，所述的探测机构包括Z轴的零位置限位开关(12)，应用Marlin固件自带的自动调平探测功能。

9.根据权利要求8所述的具备自动调平与打印平台倾斜角度调整功能的3D打印机，其特征在于，所述打印头(7)上设置有控制所述Z轴的零位置限位开关收起和放下的舵机(13)。

10.根据权利要求4所述的具备自动调平与打印平台倾斜角度调整功能的3D打印机，其特征在于，所述定制螺钉(17)的尾部安装有限制定制螺钉向上竖直运动的最大距离的螺帽。

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