用於3D印表機的送絲裝置及3D印表機的製作方法

2023-05-21 14:51:01 2

本實用新型涉及3D列印技術領域，尤其涉及一種用於3D印表機的送絲裝置及3D印表機。

背景技術：

基於熔融沉積成型FDM工藝的3D列印技術是目前應用範圍最廣泛、使用最簡便的增材製造技術之一，其工作原理是對絲狀熱塑性材料熔融後由噴頭逐層噴塗堆積成型的增材製造技術。FDM工藝3D列印由於耗材成本較低(國外專有材料除外)、製造工藝簡單、易於操作等特點，被廣泛用於產品設計外觀驗證、內飾件快速原型模具等領域。

送絲機構和絲材運行監測機構是3D印表機的關鍵部件，現有3D印表機的送絲機構和絲材運行監測機構通常分立設置，且各自結構複雜，佔用空間較大。對於現有的送絲機構來說，擠壓並推動絲材運動的主動輪與從動輪的距離是依靠彈簧壓力保障的，其壓緊力難以準確調整，當列印過程中出現送絲不順暢、堵絲等情況時，主動輪在較大的彈簧壓力的作用下嚙合擠壓絲材，往往會導致絲材擠壓處直徑減小，甚至絲材折斷的問題。而此時3D印表機傳動機構繼續運行，致使列印件成型質量較差，嚴重影響印表機的成型精度和穩定性。而現有單獨的絲材運行監測機構的實時檢測是依靠摩擦輪的轉動實現的，而摩擦輪與絲材以及從動輪的相互擠壓嚙合會增加絲材輸送的阻力，降低絲材輸送的順暢性。

技術實現要素：

本實用新型的目的是提出一種用於3D印表機的送絲裝置及3D印表機，能夠兼顧3D列印工作過程的送絲和絲材運行監測功能，減少佔用空間。

為實現上述目的，本實用新型提供了一種用於3D印表機的送絲裝置，包括：絲材輸送機構和絲材運行監測機構，所述絲材輸送機構用於驅動用於3D列印的絲材運動，所述絲材運行監測機構設置在所述絲材輸送機構中，能夠對所述絲材的運行狀態進行監測，以便根據所述絲材的運行狀態繼續或停止所述絲材的輸送。

進一步的，所述絲材輸送機構包括：主動輪、從動輪和主動輪驅動部件，所述主動輪通過所述主動輪驅動部件進行驅動，所述主動輪與所述從動輪之間形成能夠對所述絲材擠壓的間隙，通過主動輪的轉動來引導所述絲材運動。

進一步的，所述主動輪設有第一環形凹槽和所述從動輪上設有第二環形凹槽，所述主動輪上的第一環形凹槽和所述從動輪上的第二環形凹槽形成供所述絲材經過並能夠對所述絲材實施擠壓的間隙。

進一步的，所述主動輪驅動部件包括伺服電機和電機安裝座，所述伺服電機安裝在所述電機安裝座上，並且所述主動輪與所述伺服電機的輸出軸固定連接。

進一步的，所述絲材運行監測機構包括光電編碼器，與所述從動輪的轉軸固定連接，用於檢測所述從動輪的轉動信號。

進一步的，還包括支架，所述光電編碼器固定連接在所述支架上，所述主動輪驅動部件包括伺服電機和電機安裝座，所述伺服電機安裝在所述電機安裝座上，並且所述主動輪與所述伺服電機的輸出軸固定連接，在所述支架和所述電機安裝座之間設有位置調整結構，用於調整所述主動輪和從動輪之間的間距。

進一步的，所述位置調整結構包括：設置在所述支架和所述電機安裝座之間的預緊力調整螺栓、轉軸和預緊彈簧，所述支架能夠通過所述轉軸與所述電機安裝座相對轉動，所述預緊彈簧能夠控制安裝在所述光電編碼器上的從動輪和安裝在所述伺服電機上的主動輪之間的間距範圍，所述預緊力調整螺栓能夠調整所述預緊彈簧的預緊力。

進一步的，在所述主動輪上設有第一鎖緊螺釘，能夠在調整所述主動輪相對於所述伺服電機的輸出軸的軸向位置後進行鎖定；和/或在所述從動輪上設有第二鎖緊螺釘，能夠在調整所述從動輪相對於所述從動輪的轉軸的軸向位置後進行鎖定。

進一步的，還包括控制元件，與所述絲材運行監測機構連接，接收所述絲材運行監測機構檢測到的所述絲材的運行狀態信息，並根據所述絲材的運行狀態信息判斷是否停止送絲，並發出對應的控制指令。

進一步的，所述控制元件包括：絲材用量判斷單元，用於根據所述絲材的運行狀態信息判斷所述絲材的使用量或剩餘量；和/或堵絲判斷單元，用於根據所述絲材的運行狀態信息判斷是否發生堵絲現象。

進一步的，還包括快換接頭，安裝在所述絲材輸送機構中，用於接入和輸出所述絲材。

為實現上述目的，本實用新型提供了一種3D印表機，包括前述的送絲裝置。

基於上述技術方案，本實用新型在送絲機構中集成了絲材輸送機構和絲材運行監測機構，利用絲材運行監測機構對絲材輸送機構所輸送的絲材的運行狀態進行監測，從而使送絲裝置能夠根據絲材的運行狀態繼續或停止絲材的輸送。因此，本實用新型的送絲裝置能夠兼顧3D列印工作過程的送絲和絲材運行監測功能，減少佔用空間。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，構成本申請的一部分，本實用新型的示意性實施例及其說明用於解釋本實用新型，並不構成對本實用新型的不當限定。在附圖中：

圖1為本實用新型送絲機構的一實施例的安裝結構示意圖。

圖2為本實用新型送絲機構實施例的另一個視角的安裝結構示意圖。

圖3為圖2實施例的爆炸分解示意圖。

圖4為本實用新型3D印表機的一實施例的控制原理示意圖。

具體實施方式

下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術方案做進一步的詳細描述。

在前面背景技術部分已經提到，現有的3D印表機的送絲機構和絲材運行監測機構通常分立設置，而且各自結構複雜，因此存在佔用空間較大的問題。因此為了克服這一問題，本實用新型設計了一種新型的用於3D印表機的送絲裝置，包括：絲材輸送機構和絲材運行監測機構，所述絲材輸送機構用於驅動用於3D列印的絲材運動，所述絲材運行監測機構設置在所述絲材輸送機構中，能夠對所述絲材的運行狀態進行監測，以便根據所述絲材的運行狀態繼續或停止所述絲材的輸送。因此，本實用新型的送絲裝置能夠兼顧3D列印工作過程的送絲和絲材運行監測功能，減少佔用空間。

下面結合圖1-圖3所示的實施例對本實用新型送絲機構的結構及功能進行詳細的說明。在本實施例中，絲材輸送機構包括：主動輪3、從動輪4和主動輪驅動部件，所述主動輪3通過所述主動輪驅動部件進行驅動，所述主動輪3與所述從動輪4之間形成能夠對所述絲材5擠壓的間隙，通過主動輪3的轉動來引導所述絲材5運動。

從圖1中可以看到，主動輪3上可以設置第一環形凹槽3.2，從動輪4上可以設置第二環形凹槽4.2，利用主動輪3上的第一環形凹槽3.2和從動輪4上的第二環形凹槽4.2能夠形成供絲材5經過並能夠對所述絲材5實施擠壓的間隙。通過環形凹槽可以有效地對絲材進行約束，避免絲材相對於主動輪和從動輪錯移而脫離壓緊位置。

為了使主動輪3能夠穩定而可靠的運行，主動輪驅動部件優選包括伺服電機6和電機安裝座2，該伺服電機6安裝在電機安裝座2上，並且所述主動輪3與所述伺服電機6的輸出軸固定連接，伺服電機6可以在控制器(例如單片機等)的控制指令下按照要求的轉速和轉動方向來驅動主動輪3轉動。

絲材運行狀態的檢測可以有很多種實現方式，例如通過檢測絲材的運送速度或位移、檢測從動輪的轉動情況等來判斷絲材當前的實際運行狀態，本實用新型提供了一種絲材運行監測機構的具體實現方式，即採用光電編碼器7來監測從動輪的轉動情況，以確定絲材的當前運行狀態。具體來說，光電編碼器7與所述從動輪4的轉軸固定連接，用於檢測所述從動輪4的轉動信號。當主動輪3被驅動而轉動時，由於主動輪3和從動輪4對絲材5的擠壓作用，能夠使絲材向遠離進絲口的方向移動，同時絲材5通過摩擦力會帶動從動輪4也隨之轉動，換句話說，從動輪4會隨著絲材5的直線運動而發生對應的轉動，在擠壓力合適的情況下，從動輪4與絲材5之間為滾動摩擦，絲材5的運行距離與從動輪4的圓周成正比，而光電編碼器7能夠記錄從動輪4的轉動圈數，通過轉動圈數可以推算出絲材5的移動距離和輸送速度。當然光電編碼器7也可以根據從動輪4的轉動與否判斷出是否出現堵絲而造成絲材5不能向前輸送的情況。

在光電編碼器7的安裝方面，可以在送絲裝置中進一步加入支架1，將光電編碼器7固定連接在所述支架1上，而所述伺服電機6安裝在所述電機安裝座2上，並且所述主動輪3與所述伺服電機6的輸出軸固定連接，這樣在支架1和電機安裝座2之間可以進一步設置位置調整結構，來調整所述主動輪3和從動輪4之間的間距。

對於在長度方向上截面尺寸存在不一致的絲材5來說，需要通過位置調整機構來使主動輪3和從動輪4之間的間距適應絲材5的粗細變化。具體來說，位置調整結構可以包括：設置在所述支架1和所述電機安裝座2之間的預緊力調整螺栓11、轉軸10和預緊彈簧12。

從圖2中可以看到，支架1能夠通過轉軸10與電機安裝座2相對轉動，而通過限位結構可以將轉軸10限制在電機安裝座2上。為了安裝轉軸10，可以在電機安裝座2上形成有U型結構，在該U型結構的兩端分別設置通孔2.1，在支架1上也設置對應的通孔1.2，然後將一端具有限位結構的轉軸10穿過通孔2.1和通孔1.2後，再通過另一個限位結構將其固定限位。具體可採用長螺栓作為轉軸10，通過螺母9來實現轉軸10的限位。

預緊彈簧12可設置在遠離轉軸10的另一側，並能夠對支架1和電機安裝座2之間形成垂直於轉軸10的軸線方向的作用力，以便使安裝在光電編碼器7上的從動輪4和安裝在伺服電機6上的主動輪3之間的間距可根據絲材的粗細進行調整，當經過主動輪3和從動輪4的嚙合部位的絲材5較粗時，絲材5會擠開主動輪3和從動輪4，此時預緊彈簧12被拉長，而當經過主動輪3和從動輪4的嚙合部位的絲材5較細時，則預緊彈簧12能夠收縮來適應該絲材5的尺寸。

為了使預緊彈簧12所實現的彈性力更加適合當前絲材5的截面尺寸，可以通過預緊力調整螺栓11調整所述預緊彈簧12的預緊力。以便當預緊彈簧12過緊而使絲材5有較大變形時，能夠通過預緊力調整螺栓11將所述預緊彈簧12的預緊力調小，反之如果預緊彈簧12過松，難以有效的對絲材5實施擠壓輸送，則可以通過預緊力調整螺栓11將預緊彈簧12的預緊力調大。

圖3中可以看到，在支架1上遠離通孔1.2的一側設有通孔1.1，而電機安裝座2上設有對應的安裝孔2.3，該安裝孔2.3內可設置為階梯孔，在靠外一側孔徑大於靠內一側的孔徑，靠內一側的孔設有內螺紋，預緊力調整螺栓11穿過通孔1.1螺紋連接在安裝孔2.3靠內一側的孔中，而預緊彈簧12套設在預緊力調整螺栓11的螺杆上，一端安裝在安裝孔2.3靠外一側的孔中，另一端抵靠著支架1。

在圖1中，主動輪3上還可以進一步設置第一鎖緊螺釘3.1，該螺釘與所述主動輪3螺紋連接，並能夠通過對伺服電機6的輸出軸施加擠壓力，調松第一鎖緊螺釘3.1後可以調整主動輪3相對於所述伺服電機6的輸出軸的軸向位置，再擰緊該螺釘以實現鎖定。

在從動輪4上也可以進一步設置第二鎖緊螺釘4.1，該螺釘與所述從動輪4螺紋連接，並能夠通過對從動輪4的轉軸施加擠壓力，調松第二鎖緊螺釘4.1後可以調整從動輪4相對於所述從動輪4的轉軸的軸向位置，再擰緊該螺釘以實現鎖定。

從圖3中還可以看到對應於絲材5進入位置的通孔和擠出位置的通孔2.4，在這些通孔中可以採用快換接頭8.2和8.1進行安裝，用於接入和輸出所述絲材5。

為了響應絲材運行監測機構檢測到的所述絲材5的運行狀態信息，可以由3D印表機中的控制系統進行相應的控制，也可以在送絲機構中加入控制元件，與絲材運行監測機構連接，接收所述絲材運行監測機構檢測到的所述絲材5的運行狀態信息，並根據所述絲材5的運行狀態信息判斷是否停止送絲，並發出對應的控制指令。具體來說，控制元件可以包括：絲材用量判斷單元，用於根據所述絲材5的運行狀態信息判斷所述絲材5的使用量或剩餘量；和/或堵絲判斷單元，用於根據所述絲材5的運行狀態信息判斷是否發生堵絲現象。根據絲材5的使用量或剩餘量，和/或堵絲狀態就可以控制3D印表機的相應部件進行待機等處理，或者發出報警信號，以便操作人員及時予以故障排除。

基於上述送絲裝置的各個實施例，本實用新型還提供了包括上述送絲機構的3D印表機。圖4示出了3D印表機的一實施例的控制原理示意圖，在圖4中從動輪4的轉動能夠被光電編碼器7所採集，編碼的信號送入到單片機後，可以進行上述絲材用量或者堵絲情況的判斷，再由3D印表機進行相應的處理。

下面結合圖1-圖4以及前面對送絲裝置實施例的結構的說明，進一步說明一下送絲裝置的工作過程的實例。

絲材5穿過快換接頭8.2後被主動輪3和從動輪4夾緊，伺服電機6帶動主動輪3轉動，使絲材5被擠出，實現送絲功能。通過旋轉預緊力調整螺栓11來改變預緊彈簧12的預緊力，並使主動輪3和從動輪4兩輪的間距合適，保證出絲順暢。調節第一鎖緊螺釘3.1和第二鎖緊螺釘4.1，可以改變主動輪3、從動輪4相對於絲材5的位置，以使三者嚙合良好，送絲順暢。當需要更換絲材3或者發生斷絲、堵絲時，通過鬆開預緊力調整螺栓11，即可換絲或處理故障。

從動輪4與光電編碼器7連接，當從動輪4轉動時，光電編碼器7能夠將從動輪的運行情況輸出給單片機，以便實時檢測絲材用量。單片機可以對該電信號進行數字處理，並判斷是否需要停止送絲。單片機的其他電信號輸入輸出端可以與3D印表機的其它電氣元件連接，如果出現堵絲現象，單片機可以發出待機信號，等待操作人員及時進行處理。

最後應當說明的是:以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非對其限制；儘管參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解：依然可以對本實用新型的具體實施方式進行修改或者對部分技術特徵進行等同替換；而不脫離本實用新型技術方案的精神，其均應涵蓋在本實用新型請求保護的技術方案範圍當中。