CN216001457U - 一种基于3d打印机的打印喷头自动更换装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于3D打印机的打印喷头自动更换装置，包括打印喷头储存机构，打印喷头的上端设置有吸盘，吸盘为磁性金属材质制成的环状结构，打印喷头与打印头的出口位置设置有第一电磁铁，第一电磁铁与吸盘吸附固定；打印喷头储存机构设置有位移单元，位移单元用于将打印喷头储存机构存放的打印喷头移动至第一电磁铁位置；打印头与外壳的上端面之间设置有盖板，盖板与外壳之间设置有第二位移机构，第二位移机构用于将打印头向上抬升。本实用新型设置有打印喷头储存机构、用于带动有打印喷头储存机构内打印喷头移动至打印头位置的位移单元以及第二位移机构和用于吸附打印喷头的第一电磁铁，结合控制模块实现不同孔径的打印喷头的自动更换。

Description

一种基于3D打印机的打印喷头自动更换装置

技术领域

本实用新型涉及3D打印领域，具体涉及一种基于3D打印机的打印喷头自动更换装置。

背景技术

在进行3D打印时打印喷头的孔径需要根据打印情况作出调整，由于打印喷头较小，在喷头本身进行孔径调节不易实现，且稳定性较差，为此现有方式为通过更换不同孔径的打印喷头来满足打印需要，更换时需要进行停机，并人工完成打印喷头的更换，由于3D打印对打印环境（如温度）依赖度高，人工更换时较为繁琐，可能会对打印质量造成影响。

发明内容

本实用新型为解决现有不同孔径的打印喷头更换需要人工更换，且更换不便的问题，提供了一种基于3D打印机的打印喷头自动更换装置，设置有打印喷头储存机构、用于带动有打印喷头储存机构内打印喷头移动至打印头位置的位移单元以及第二位移机构和用于吸附打印喷头的第一电磁铁，结合控制模块实现不同孔径的打印喷头的自动更换。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种基于3D打印机的打印喷头自动更换装置，包括打印头，用于保护打印头的外壳以及与打印头固定的打印喷头，所述外壳可拆卸连接有打印喷头储存机构，所述打印喷头储存机构用于存放不同孔径的打印喷头，所述打印喷头的上端设置有吸盘，所述吸盘为磁性金属材质制成的环状结构，打印喷头与打印头的出口位置设置有第一电磁铁，所述第一电磁铁与吸盘吸附固定；

打印喷头储存机构设置有位移单元，所述位移单元用于将打印喷头储存机构存放的打印喷头移动至第一电磁铁位置；

所述打印头与外壳的上端面之间设置有盖板，所述盖板与外壳活动连接，与打印头可拆卸连接，盖板与外壳之间设置有第二位移机构，所述第二位移机构用于将打印头向上抬升，使第一电磁铁位于吸盘的上端；

所述第一电磁铁、位移单元和第二位移机构设置有控制模块，所述控制模块用于分别控制第一电磁铁、位移单元和第二位移机构分别作业完成打印喷头自动更换。

进一步地，所述打印喷头储存机构包括展板，所述展板为环状弧形板，展板的圆心位置到展板的内侧面之间设置有多个格栅，所述格栅为长条状板体，多个所述格栅将展板平均分为多个区间，展板的上端面对应格栅位置开设有多个阶梯圆柱形通孔，多个所述阶梯圆柱形通孔上设置有环状的磁性衬套，所述磁性衬套内嵌于阶梯圆柱形通孔的大径端，阶梯圆柱形通孔的小径端放置打印喷头，所述吸盘与磁性衬套吸附固定，展板的圆心位置设置有固定座，固定座、格栅和展板为一体化结构。

进一步地，所述固定座为下端封口的环状结构，固定座的上端与位移单元固定，所述位移单元包括连接板，所述连接板与展板平行设置，连接板为方形板，且中部开设有正七边形的通孔，所述通孔内设置有步进电机，连接板的相邻侧面对应开设螺纹通孔，连接板通过螺栓夹紧步进电机固定，步进电机的输出设置有连接轴，所述连接轴另一端与固定座套合固定，连接轴的长度大于外壳的高度，所述外壳的侧壁开设有凸字形的插槽，所述插槽内对应设置有插板，所述插板与连接板为一体化结构，连接板通过插板与外壳可拆卸连接。

进一步地，所述第二位移机构包括隔板，所述隔板设置于外壳的空腔内，隔板为中部开设圆形通孔的方形板，隔板的两侧对称设置有弹簧，所述弹簧一端接触隔板上端面，另一端接触盖板，所述盖板为磁性金属材质制成的中部开设圆形通孔的方形板，外壳的出口位置设置有第二电磁铁，所述外壳通过第二电磁铁与盖板吸附固定，盖板与打印头固定连接，所述弹簧伸展时长度大于外壳顶面到隔板间的距离，弹簧的中部设置有用于固定弹簧的立柱，所述立柱为长条状，立柱与隔板固定。

进一步地，所述打印头为阶梯圆柱状结构，打印头的小径端位于下部，打印头的小径端设置第一电磁铁，第一电磁铁为环状结构，打印头的小径端套设第一电磁铁与打印头的大径端平齐。

进一步地，所述控制模块包括MCU芯片，所述MCU芯片PWM端口连接有驱动芯片，驱动芯片的输出端连接步进电机的控制端，MCU芯片通过驱动芯片输出PWM信号控制步进电机旋转角度。

进一步地，所述MCU芯片的IO端口设置有两个三极管驱动电路，通过所述三极管驱动电路分别连接第一电磁铁和第二电磁铁。

进一步地，所述外壳的下端面设置有超声波传感器，所述超声波传感器用于确定展板上打印喷头位置，超声波传感器与MCU芯片的ADC端口连接。

通过上述技术方案，本实用新型的有益效果为：

1.本实用新型设置有打印喷头储存机构，所述打印喷头储存机构用于存放不同孔径的打印喷头，所述打印喷头的上端设置有吸盘，所述吸盘为磁性金属材质制成的环状结构，打印喷头与打印头的出口位置设置有第一电磁铁，所述第一电磁铁与吸盘吸附固定；

打印喷头储存机构设置有位移单元，所述位移单元用于将打印喷头储存机构存放的打印喷头移动至第一电磁铁位置；

所述打印头与外壳的上端面之间设置有盖板，所述盖板与外壳活动连接，与打印头可拆卸连接，盖板与外壳之间设置有第二位移机构，所述第二位移机构用于将打印头向上抬升，使第一电磁铁位于吸盘的上端；

所述第一电磁铁、位移单元和第二位移机构设置有控制模块，所述控制模块用于分别控制第一电磁铁、位移单元和第二位移机构分别作业完成打印喷头自动更换。

作业时，控制模块通过第二位移机构使打印头上抬，进而使位移单元带动打印喷头储存机构移动，将打印喷头储存机构上的一个打印喷头置于打印头下方，通过第一电磁铁吸附吸盘使打印头与打印喷头固定，从而完成打印喷头自动更换。从而实现打印喷头更换便捷、更换过程无需停机进行手工更换，提高了3D打印质量与效率。

附图说明

图1是一种基于3D打印机的打印喷头自动更换装置的结构示意图之一。

图2是一种基于3D打印机的打印喷头自动更换装置的结构示意图之二。

图3是图1中A处放大图。

图4是图1中B处放大图。

图5是一种基于3D打印机的打印喷头自动更换装置的结构示意图之三。

附图中标号为：1为盖板，2为外壳，3为连接板，4为打印头，5为步进电机，6为连接轴，7为展板，8为格栅，9为吸盘，10为固定座，11为插板，12为第二电磁铁，13为弹簧，14为磁性衬套，15为第一电磁铁，16为立柱，17为超声波传感器，18为打印喷头，19为隔板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明：

实施例1

如图1所示，一种基于3D打印机的打印喷头自动更换装置，包括打印头4，用于保护打印头4的外壳2以及与打印头4固定的打印喷头18，其特征在于，所述外壳2可拆卸连接有打印喷头储存机构，所述打印喷头储存机构用于存放不同孔径的打印喷头18，所述打印喷头18的上端设置有吸盘9，所述吸盘9为磁性金属材质制成的环状结构，打印喷头18与打印头4的出口位置设置有第一电磁铁15，所述第一电磁铁15与吸盘9吸附固定；

打印喷头储存机构设置有位移单元，所述位移单元用于将打印喷头储存机构存放的打印喷头18移动至第一电磁铁15位置；

所述打印头4与外壳2的上端面之间设置有盖板1，所述盖板1与外壳2活动连接，与打印头4可拆卸连接，盖板1与外壳2之间设置有第二位移机构，所述第二位移机构用于将打印头4向上抬升，使第一电磁铁15位于吸盘9的上端；

所述第一电磁铁15、位移单元和第二位移机构设置有控制模块，所述控制模块用于分别控制第一电磁铁15、位移单元和第二位移机构分别作业完成打印喷头自动更换。

在本实施例中，通过控制模块结合第一电磁铁15、位移单元和第二位移机构实现了打印喷头18的自动更换，在打印喷头储存机构内预置多个孔径不同的打印喷头18，实现不同孔径的打印头18的自动更换。

实施例2

为进一步优化产品结构，对第一电磁铁15、位移单元和第二位移机构、打印喷头储存机构进行优化如图1~5所示，具体的：

所述打印喷头储存机构包括展板7，所述展板7为环状弧形板，展板7的圆心位置到展板7的内侧面之间设置有多个格栅8，所述格栅8为长条状板体，多个所述格栅8将展板7平均分为多个区间，展板7的上端面对应格栅8位置开设有多个阶梯圆柱形通孔，多个所述阶梯圆柱形通孔上设置有环状的磁性衬套14，所述磁性衬套14内嵌于阶梯圆柱形通孔的大径端，阶梯圆柱形通孔的小径端放置打印喷头18，所述吸盘9与磁性衬套14吸附固定，展板7的圆心位置设置有固定座10，固定座10、格栅8和展板7为一体化结构。

作为一种可实施方式，所述固定座10为下端封口的环状结构，固定座10的上端与位移单元固定，所述位移单元包括连接板3，所述连接板3与展板7平行设置，连接板3为方形板，且中部开设有正七边形的通孔，所述通孔内设置有步进电机5，连接板3的相邻侧面对应开设螺纹通孔，连接板3通过螺栓夹紧步进电机5固定，步进电机5的输出设置有连接轴6，所述连接轴6另一端与固定座10套合固定，连接轴6的长度大于外壳2的高度，所述外壳2的侧壁开设有凸字形的插槽，所述插槽内对应设置有插板11，所述插板11与连接板3为一体化结构，连接板3通过插板11与外壳2可拆卸连接。

作为一种可实施方式，所述第二位移机构包括隔板19，所述隔板19设置于外壳2的空腔内，隔板19为中部开设圆形通孔的方形板，隔板19的两侧对称设置有弹簧13，所述弹簧13一端接触隔板19上端面，另一端接触盖板1，所述盖板1为磁性金属材质制成的中部开设圆形通孔的方形板，外壳2的出口位置设置有第二电磁铁12，所述外壳2通过第二电磁铁12与盖板1吸附固定，盖板1与打印头4固定连接，所述弹簧13伸展时长度大于外壳2顶面到隔板19间的距离，弹簧13的中部设置有用于固定弹簧的立柱16，所述立柱16为长条状，立柱16与隔板19固定。

作为一种可实施方式，所述打印头4为阶梯圆柱状结构，打印头4的小径端位于下部，打印头4的小径端设置第一电磁铁15，第一电磁铁15为环状结构，打印头4的小径端套设第一电磁铁15与打印头4的大径端平齐。

在本实施例中如图1所示，打印喷头储存机构的位移为步进电机5带动其旋转，为保证打印喷头储存机构旋转时自由度不受外壳2影响，连接轴6的长度大于外壳2的高度；

同时避免打印头4在装载打印喷头18作业时，受打印喷头储存机构的影响，造成打印喷头储存机构内的多个不同孔径的打印喷头18作用于3D打印的打印台表面，此时在打印喷头18更换作业时，首先通过第二位移机构对打印头4进行向上抬升，在更换后对打印头4进行复位，复位后的打印头4在装载打印喷头18后其高度大于打印喷头储存机构内不同孔径的打印喷头18的最低端面，

同时为达到较好的向上抬升效果，弹簧13伸展时长度大于外壳2顶面到隔板19间的距离。

实施例3

基于上述实施例，为进一步优化产品结构，实现自动更换，对控制模块进行优化，具体的：

所述控制模块包括MCU芯片，所述MCU芯片PWM端口连接有驱动芯片，驱动芯片的输出端连接步进电机5的控制端，MCU芯片通过驱动芯片输出PWM信号控制步进电机5旋转角度。

作为一种可实施方式，所述MCU芯片的IO端口设置有两个三极管驱动电路，通过所述三极管驱动电路分别连接第一电磁铁15和第二电磁铁12。

作为一种可实施方式，所述外壳2的下端面设置有超声波传感器17，所述超声波传感器17用于确定展板7上打印喷头18位置，超声波传感器17与MCU芯片的ADC端口连接。

为便于理解结合图5对不同孔径的打印喷头18的更换作业进行说明：

如图5所示，已知在进行更换作业前，打印头4已经装载有打印喷头18，对应的打印喷头储存机构的展板7上留有一个位槽，图5中共有5个打印喷头18，标号为A、B、C、D和E，对应位槽为a~e，对应的格栅8数量为5个，格栅8将展板7平均分为5个相同的旋转角度α；为达到更好的更换作业效果，MCU芯片通信连接有上位机，上位机内需预先设置打印路径及打印喷头更换程序，

作业时，MCU芯片控制一个三极管驱动电路使其截止失电，从而第二电磁铁12失电磁性消失，弹簧13进行复位顶起盖板1，连同打印头4向上抬升，由于立柱16存在，弹簧13不会产生形变位移，此时打印头4装载的印喷头18高度低于展板7；

若此时打印头4装载的打印喷头18为B，需要更换成打印喷头18为C，MCU芯片通过驱动芯片传输PWM信号至步进电机5，步进电机5旋转2个α角度使位槽b移动至打印头4下方，接着MCU芯片控制另一三极管驱动电路使其截止失电，第一电磁铁15失电磁性消失由于磁性衬套14存在，B的吸盘9被吸引落入位槽b；

上位机感应打印喷头18脱落，发送信号至MCU芯片（此处也可设定计时机制作为下一动作触发信号），MCU芯片控制步进电机5再旋转1个α角度使C位于打印头4下方，MCU芯片控制与第一电磁铁15连接的三极管驱动电路使其导通，第一电磁铁15通电产生磁性，第一电磁铁15磁性强于磁性衬套14，此时C的吸盘9被第一电磁铁15产生强磁吸引快速向上与第一电磁铁15吸合，由于展板7与打印头4间的空间极小，吸附过程产生的偏差可以忽略；

此时打印头4装载打印喷头18为C，上位机感应打印喷头18重新装载，发送信号至MCU，

MCU芯片控制步进电机复位，MCU芯片控制与第二电磁铁12连接的三极管驱动电路使其导通，第二电磁铁12得电产生磁性，吸引盖板1下压弹簧13实现复位，同时打印头4向下移动达到工作位。

此时打印头4装载打印喷头18为C若换成A，MCU芯片控制步进电机5按上述步骤先正转至位槽c，进而MCU芯片控制步进电机5反转使位槽a位于打印头4下方。

为了提升步进电机5带动展板7移动的精确度，超声波传感器17对位置进行检测，当展板7和格栅8移动时超声波传感器17输入电信号为方波信号，当位于格栅8位置超声波传感器17的输出与落在缝隙间的输出不同，MCU芯片利用超声波传感器17传输的信号判断，展板7的位槽是否处于打印头4下方。

以上所述之实施例，只是本实用新型的较佳实施例而已，并非限制本实用新型的实施范围，故凡依本实用新型专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本实用新型申请专利范围内。

Claims (8)

1.一种基于3D打印机的打印喷头自动更换装置，包括打印头（4），用于保护打印头（4）的外壳（2）以及与打印头（4）固定的打印喷头（18），其特征在于，所述外壳（2）可拆卸连接有打印喷头储存机构，所述打印喷头储存机构用于存放不同孔径的打印喷头（18），所述打印喷头（18）的上端设置有吸盘（9），所述吸盘（9）为磁性金属材质制成的环状结构，打印喷头（18）与打印头（4）的出口位置设置有第一电磁铁（15），所述第一电磁铁（15）与吸盘（9）吸附固定；

打印喷头储存机构设置有位移单元，所述位移单元用于将打印喷头储存机构存放的打印喷头（18）移动至第一电磁铁（15）位置；

所述打印头（4）与外壳（2）的上端面之间设置有盖板（1），所述盖板（1）与外壳（2）活动连接，与打印头（4）可拆卸连接，盖板（1）与外壳（2）之间设置有第二位移机构，所述第二位移机构用于将打印头（4）向上抬升，使第一电磁铁（15）位于吸盘（9）的上端；

所述第一电磁铁（15）、位移单元和第二位移机构设置有控制模块，所述控制模块用于分别控制第一电磁铁（15）、位移单元和第二位移机构分别作业完成打印喷头自动更换。

2.根据权利要求1所述的一种基于3D打印机的打印喷头自动更换装置，其特征在于，所述打印喷头储存机构包括展板（7），所述展板（7）为环状弧形板，展板（7）的圆心位置到展板（7）的内侧面之间设置有多个格栅（8），所述格栅（8）为长条状板体，多个所述格栅（8）将展板（7）平均分为多个区间，展板（7）的上端面对应格栅（8）位置开设有多个阶梯圆柱形通孔，多个所述阶梯圆柱形通孔上设置有环状的磁性衬套（14），所述磁性衬套（14）内嵌于阶梯圆柱形通孔的大径端，阶梯圆柱形通孔的小径端放置打印喷头（18），所述吸盘（9）与磁性衬套（14）吸附固定，展板（7）的圆心位置设置有固定座（10），固定座（10）、格栅（8）和展板（7）为一体化结构。

3.根据权利要求2所述的一种基于3D打印机的打印喷头自动更换装置，其特征在于，所述固定座（10）为下端封口的环状结构，固定座（10）的上端与位移单元固定，所述位移单元包括连接板（3），所述连接板（3）与展板（7）平行设置，连接板（3）为方形板，且中部开设有正七边形的通孔，所述通孔内设置有步进电机（5），连接板（3）的相邻侧面对应开设螺纹通孔，连接板（3）通过螺栓夹紧步进电机（5）固定，步进电机（5）的输出设置有连接轴（6），所述连接轴（6）另一端与固定座（10）套合固定，连接轴（6）的长度大于外壳（2）的高度，所述外壳（2）的侧壁开设有凸字形的插槽，所述插槽内对应设置有插板（11），所述插板（11）与连接板（3）为一体化结构，连接板（3）通过插板（11）与外壳（2）可拆卸连接。

4.根据权利要求3所述的一种基于3D打印机的打印喷头自动更换装置，其特征在于，所述第二位移机构包括隔板（19），所述隔板（19）设置于外壳（2）的空腔内，隔板（19）为中部开设圆形通孔的方形板，隔板（19）的两侧对称设置有弹簧（13），所述弹簧（13）一端接触隔板（19）上端面，另一端接触盖板（1），所述盖板（1）为磁性金属材质制成的中部开设圆形通孔的方形板，外壳（2）的出口位置设置有第二电磁铁（12），所述外壳（2）通过第二电磁铁（12）与盖板（1）吸附固定，盖板（1）与打印头（4）固定连接，所述弹簧（13）伸展时长度大于外壳（2）顶面到隔板（19）间的距离，弹簧（13）的中部设置有用于固定弹簧的立柱（16），所述立柱（16）为长条状，立柱（16）与隔板（19）固定。

5.根据权利要求4所述的一种基于3D打印机的打印喷头自动更换装置，其特征在于，所述打印头（4）为阶梯圆柱状结构，打印头（4）的小径端位于下部，打印头（4）的小径端设置第一电磁铁（15），第一电磁铁（15）为环状结构，打印头（4）的小径端套设第一电磁铁（15）与打印头（4）的大径端平齐。

6.根据权利要求5所述的一种基于3D打印机的打印喷头自动更换装置，其特征在于，所述控制模块包括MCU芯片，所述MCU芯片PWM端口连接有驱动芯片，驱动芯片的输出端连接步进电机（5）的控制端，MCU芯片通过驱动芯片输出PWM信号控制步进电机（5）旋转角度。

7.根据权利要求6所述的一种基于3D打印机的打印喷头自动更换装置，其特征在于，所述MCU芯片的IO端口设置有两个三极管驱动电路，通过所述三极管驱动电路分别连接第一电磁铁（15）和第二电磁铁（12）。

8.根据权利要求7所述的一种基于3D打印机的打印喷头自动更换装置，其特征在于，所述外壳（2）的下端面设置有超声波传感器（17），所述超声波传感器（17）用于确定展板（7）上打印喷头（18）位置，超声波传感器（17）与MCU芯片的ADC端口连接。

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