一種3D印表機的調平裝置以及自動調平方法與流程

2023-06-06 19:03:51

本發明涉及增材製造，熔融擠出成型（fdm）3d列印，尤其涉及一種3d印表機調平裝置，以及自動調平方法。

背景技術：

熔融擠出成型（fdm）3d印表機在成型初始層時，存在噴嘴機構實際運行平面與成型平臺距離均等的配合需求。配合成功時，列印件與成型平臺接合牢固，可以提高列印成功率和列印件精確度。現有3d印表機產品存在調平方式複雜，自動調平步驟繁瑣，調平所需時間長的問題。

技術實現要素：

本發明提供了一種熔融擠出成型3d印表機調平裝置，利用平面上調整兩條線段平行的原理，快速簡潔的達到調整3d印表機噴嘴實際運行平面與成型平臺相吻合的目的，以及應用此裝置的一種自動調平方法。

本發明以一種特定的三維空間運行方式為前提，包括：升降機構；附著於升降機構，並與升降機構一同構成龍門結構或懸臂結構的橫向平移機構；附著於橫向平移機構上並可沿橫向方向平移運動，且帶有舵機，在舵機擺臂頂端設有止動開關的噴嘴機構；置於噴嘴機構下方，縱向滑動或以中心為軸旋轉驅動成型平臺，並使成型平臺的運動保持在一個固定平面上的成型平臺驅動機構。

本發明還包括以數字訊號驅動並控制本發明內機械部件的中心控制器。

橫向平移機構包括：與升降機構相連接的橫向橫梁；一個端點固定在橫向橫梁，並可以固定端點為軸心自由旋轉的橫向調整臂；固定在橫向橫梁上，並與橫向調整臂自由旋轉端相接合,內置驅動馬達，可以驅動調整臂在小範圍內轉動的，調整臂轉動裝置。

成型平臺驅動機構包括：厚度均勻，且有一定剛性的硬質成型平臺；置於龍門或懸臂結構正下方，用於固定成型平臺位置，且使成型平臺的滑動或轉動運動保持在同一平面的成型平臺固定裝置。

成型平臺驅動機構置於龍門或懸臂結構正下方，沿橫向移動的噴嘴機構的運動軌跡，投影在成型平臺上為成型平臺所在平面上的一條線段。此投影線段與噴嘴機構的運動軌跡共同存在於，升降方向和橫向移動方向構成的平面上。利用調整臂轉動裝置，使橫向調整臂沿軸心旋轉，則可得到噴嘴移動軌跡線段與投影線段平行或重合。平面調平成功。

為實現自動調平目的，本發明還提供了一種3d印表機自動調平方法。分為以下步驟：

（1）中心控制器發出指令驅動升降機構，將橫向平移機構定位在與距離成型平面較近的一點。設此點為調平測距點。

（2）中心控制器發出指令將噴嘴機構移動至距離橫向調整臂端點較近，且仍在成型平臺上有投影點的橫向最小值上。轉動舵機，使止動開關位於橫向調整臂下方，且可以與成型平臺接觸。下降升降裝置，在止動開關接觸成型平臺時記錄步進馬達轉動步數。此為橫向最小值高度。橫向平移機構返回調平測距點。

（3）中心控制器發出指令將噴嘴機構移動至距離橫向調整臂端點較遠，且仍在成型平臺上有投影點的橫向最大值上。轉動舵機，使止動開關位於橫向調整臂下方，且可以與成型平面接觸。下降升降裝置，在止動開關接觸成型平臺時記錄步進馬達轉動步數。此為橫向最大值高度。橫向平移機構返回調平測距點。

（4）中心控制器計算橫向最小值高度和橫向最大值高度的差。並依此計算出使噴嘴移動軌跡線段與投影線段平行所需要的調整臂的旋轉角度，驅動調整臂旋轉裝置中的馬達，使橫向調整臂沿端點轉動，得到噴嘴移動軌跡線段與投影線段平行，調平成功。

本發明適用於笛卡爾坐標系運動方式的3d印表機和極坐標系運動方式的3d印表機。

附圖說明

圖1為本發明中所描述3d印表機的基本構成圖

圖2為本發明所述的平移機構

圖3為本發明所述的成型平臺驅動機構

圖4為本發明適用於笛卡爾坐標系運動方式，懸臂結構的3d印表機構成圖

圖5為本發明適用於笛卡爾坐標系運動方式，龍門結構的3d印表機構成圖

圖6為本發明適用於極坐標系運動方式，懸臂結構的3d印表機構成圖

圖7為本發明適用於極坐標系運動方式，龍門結構的3d印表機構成圖

圖1顯示了本發明中所述3d印表機的基本構成，其中1為升降支撐立柱；2為升降裝置；3為橫向平移機構；4為噴嘴機構；5為成型平臺驅動機構。

圖2顯示了本發明中所述橫向平移機構3，其中6為橫向橫梁；7為橫向調整臂；8為橫向調整臂固定端點；9為內置驅動馬達的橫向調整臂轉動裝置；4為噴嘴機構；14為舵機；15為止動開關。

圖3顯示了本發明中所述成型平面驅動機構5，其中10為厚度均勻，且有一定剛性的硬質成型平臺；11為置於龍門或懸臂結構正下方，用於固定成型平臺位置，且使成型平臺的滑動或轉動運動保持在同一平面的成型平臺固定裝置。

圖4與圖6分別顯示了本發明適用於笛卡爾坐標系運動方式，懸臂結構的3d印表機構成圖和本發明適用於極坐標系運動方式，懸臂結構的3d印表機構成圖。其中12為沿橫向移動的噴嘴機構的運動軌跡線段；13為沿橫向移動的噴嘴機構的運動軌跡線段，在成型平臺所在平面上的投影線段；16為噴嘴移動最小值；17為噴嘴移動最大值。

具體實施方式

結合附圖，以一次自動調平為例，說明本發明工作原理。

以本發明中所述成型平臺10與升降立柱1保持垂直。且成型平臺驅動機構5，保證成型平臺10可以在可以在同一平面上做滑動或轉動運動為前提。

中心控制器發出指令，驅動升降裝置2，使橫向平移機構3停在可升降範圍內固定一點——調平測距點。

中心控制器發出指令，將噴嘴機構4移動至距離橫向調整臂端點8較近，且仍在成型平臺10上有投影點的橫向最小值上。轉動舵機14，使止動開關15位於橫向調整臂7下方，且可以與成型平臺10接觸。下降升降裝置2，在止動開關15接觸成型平臺10時記錄步進馬達轉動步數。此為橫向最小值高度。橫向平移機構3返回調平測距點。

中心控制器發出指令，將噴嘴機構4移動至距離橫向調整臂端點8較近，且仍在成型平臺10上有投影點的橫向最大值上。轉動舵機14，使止動開關15位於橫向調整臂7下方，且可以與成型平臺10接觸。下降升降裝置2，在止動開關15接觸成型平臺10時記錄步進馬達轉動步數。此為橫向最大值高度。橫向平移機構3返回調平測距點。

中心控制器計算橫向最小值高度和橫向最大值高度的差。並依此計算出使噴嘴移動軌跡線段12與投影線段13平行所需要的橫向調整臂7的旋轉角度，驅動調整臂旋轉裝置9中的馬達，使橫向調整臂7沿端點8轉動，得到噴嘴移動軌跡線段與投影線段平行，調平結束。