CN104385601A - 适用于3d打印机自动识别曲面初始位置的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及3D打印机领域，具体涉及适用于3D打印机自动识别曲面初始位置的装置及方法。本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：适用于3D打印机自动识别曲面初始位置的装置，包括用于置放打印模型的工作台和在所述工作台上喷出物料形成模型的喷头,还包含位于所述工作台上方与所述工作台平行的X轴支架、与所述喷头连接的X轴移动装置和连接所述X轴支架且能使得所述X轴支架在垂直方向上滑动的Z轴移动装置。本发明的目的是提供适用于3D打印机自动识别曲面初始位置的装置及方法，通过打印喷头分区多点与工作平台触碰，获取初始Z0位置，不仅免去人工调节的不便，提升效率，同时能实现在曲面上打印。

Description

适用于3D打印机自动识别曲面初始位置的装置及方法

技术领域

本发明涉及3D打印机领域，具体涉及适用于3D打印机自动识别曲面初始位置的装置及方法。

背景技术

3D打印机基于能快速地数字模型文件打印出立体实物，观测直观，使用方便，近年来成为在世界范围内快速发展并广泛应用的技术设备。3D打印机的工作原理是采用逐层打印的方式，打印喷头在X轴和Y轴上进行移动，料丝喷在工作平台上，之后打印喷头通过升降装置在Z轴上移动，重复上一步骤打印出这一Z轴高度的模型层，从而得到立体实物模型。在这个过程中需要工作平台的精确平整，否则3D打印机的控制***所计算的Z轴坐标与实际产生偏移，轻则影响打印精确性，重则整个立体模型由于移位造成的支撑力不足而发生崩塌。

现有技术中，工作平台下方四个边角位置设有弹簧，用户通过调节弹簧来使得工作平台保持水平，但是这样的调整精确度差且依赖人工，效率低。也有如申请公告号为CN103591934A的专利文件所公布的3D打印机工作台实时水平检测***，包括多个双轴倾角传感器模块和与之连接的指示灯和蜂鸣器，当***通过双轴倾角传感器检测到工作平台不处于水平状态时，指示灯亮，蜂鸣器响，通过这样的方式来提升水平调整的精确性。

但是这样的调整方式依然没有改变需要人工调整弹簧来调平工作平台的现状，如果温度环境的变化会引起平台材质的变化，同时弹簧长期处于收缩状态，弹性系数也会变动，没过一端时间都需要再次调整；另一方面，如果平台本身存在平整度的误差，无论何种调节都不会解决平台不平整带来的打印问题；最后随着技术的进步，有时用户需要模型底部为曲面形，而水平的工作平面显然无法实现。

发明内容

本发明的目的是提供适用于3D打印机自动识别曲面初始位置的装置及方法，通过打印喷头分区多点与工作平台触碰，获取初始Z0位置，不仅免去人工调节的不便，提升效率，同时能实现在曲面上打印。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：适用于3D打印机自动识别曲面初始位置的装置，包括用于置放打印模型的工作台和在所述工作台上喷出物料形成模型的喷头,该种适用于3D打印机自动识别曲面初始位置的装置包含位于所述工作台上方与所述工作台平行的X轴支架、与所述喷头连接，使得所述喷头能在所述X轴支架上沿X轴滑动的X轴移动装置和连接所述X轴支架且能使得所述X轴支架在垂直方向上滑动的Z轴移动装置；所述X轴支架2包含在X轴方向延伸的延伸部和一端与所述延伸部连接，另一端向靠近所述工作台方向延伸的连接部；所述Z轴移动装置包含穿过所述连接部的丝杆和与所述丝杆固定连接且与所述连接部的端部抵触的托板；所述Z轴移动装置上设有能感应到所述托板与所述连接部脱离的感应装置。

用户调节Y轴移动装置，调节所述X轴移动装置，将所述喷头定位到所述工作台的采样点位垂直上方，Y轴调节装置可以为现有技术中与所述工作台连接的滑杆和皮带，带动所述工作台在水平面Y轴方向移动，调节所述工作台和所述喷头的相对位置，所述X轴移动装置可以采用内嵌在所述延伸部下底面的滑轨，所述喷头连接在所述可以在所述滑轨上滑动的滑块上，从而实现所述喷头可以移动到所述工作台上的任意一点；当所述喷头移动到采样点位置的正上方，操作所述Z轴移动装置升降，所述丝杆下降，带动所述托板下降，所述托板的上表面与所述连接部的下表面抵触，带动所述X轴支架和连接在所述X轴支架上的喷头下降，当所述喷头下降到一定高度，与所述工作台抵触，无法继续下降，而所述丝杆继续下降，所述托板与所述连接部脱离，此脱离动作被所述感应装置捕捉到，从而确定此时的Z轴坐标即为该采样点的Z轴初始坐标，即为Z0坐标；所述感应装置可以为红外线感应装置，可以为触感感应装置，都可以捕捉到该分离动作；用户通过在所述工作台上的多个采样点重复上述动作进行多个采样点的Z0数据采样，根据线性方程测得所述工作台上所有位置的Z0坐标，若是所述工作台尺寸大，则增加采样点的数量，若是所述工作台为了配合模型地面形状曲面度强，则增加采样点的分布密度，从而实现所述喷头能精确掌握每一个平面坐标所对应的Z0数据，无需现有技术中依靠弹簧进行精确调节，并且使得曲面打印成为可能。

作为本发明的优选，所述感应装置包含限位开关，所述限位开关设在所述托板与所述连接部抵触的位置，所述限位开关一端与所述托板铰接，所述感应装置还包含提供所述限位开关向所述连接部方向转出的弹力的弹力件。

所述弹力件可以为弹簧或者弹力柱，将所述限位开关想所述连接部方向弹出，在所述喷头还没有下降到与所述工作台抵触时，所述限位开关被所述连接部底部抵触，无法弹出，在所述连接部与所述托板分离时，所述限位开关弹出，所述限位开关上可设有触感感应器，所述触感感应器一旦感应到所述限位开关弹出即可给打印机传输该信号。

作为本发明的优选，所述喷头靠近所述工作台的一端套设有由耐热弹性材料制成的防护层。

所述喷头要经常与所述工作台进行抵触，所述工作台多采用玻璃面板制成，所述防护层可起到抵触时的缓冲作用，保护所述喷头。

作为本发明的优选，所述连接部与所述延伸部采用圆弧状连接过渡，所述连接部与所述托板抵触的一面与水平面平行。

作为本发明的优选，所述工作台下表面贴有与电源相连的加热膜

作为本发明的优选，所述加热膜为由聚酰亚胺制成的加热膜。

适用于3D打印机自动识别曲面初始位置的装置的操作方法，该种操作方法包含以下步骤：

1、水平定点步骤：调节Y轴移动装置，调节所述X轴移动装置，将所述喷头定位到所述工作台的采样点位垂直上方。

2、垂直升降步骤：调节所述Z轴移动装置，使得所述喷头向所述工作台的方向下降。

3、记录Z0坐标步骤：所述喷头与所述工作台抵触，无法下降，此时所述丝杆继续下降，所述托板与所述连接部分离，分离动作被所述感应装置捕捉到，从而记录下此点的，即在Z轴方向初始位置的坐标。

4、重复取点步骤：在所述工作台的其他需要检测的采样点位置上重复步骤，记录下这些采样点所对应的坐标。

5、计算步骤：3D打印机的内置芯片对之前捕捉到的多个采样点的坐标进行计算，利用线性方程计算出整个工作台1上每个位置所对应的Z0坐标。

6、打印步骤：3D打印机根据输入芯片的3D模型数字文件控制所述喷头在所述工作台上逐层打印出立体模型。

作为本发明的优选，所述采样点为9个，呈田字形位于所述工作台上。

综上所述，本发明具有如下有益效果：

1、            可检测多个检测点所对应的Z0位置，通过线性方程计算出整个工作台的Z0坐标，从而降低了现有技术中对所述工作台的水平平整需求，并能实现曲面打印。

2、            所述防护层有效保护所述喷头在抵触所述工作台时受到的碰撞，提升设备使用寿命。

3、            所述加热膜提升所述工作台的温度，提升打印物料的定型效果。

附图说明

图1是实施例1的立体示意图；

图2是图1A处的放大示意图；

图3是实施例1中喷头与工作台抵触时的示意图

图4是图3B处的放大示意图。

图中：

1、工作台，2、X轴支架，21、延伸部，22、连接部， 4、喷头，41、防护层，5、Z轴移动装置，51、丝杆，52、托板，6、底板，7、感应装置。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

实施例1，如图1、图2、图3和图4所示：适用于3D打印机自动识别曲面初始位置的装置，包括用于置放打印模型的工作台1和在工作台1上喷出物料形成模型的喷头4,该种适用于3D打印机自动识别曲面初始位置的装置包含位于工作台1上方与工作台1平行的X轴支架2、与喷头4连接，使得喷头4能在X轴支架2上沿X轴滑动的X轴移动装置和连接X轴支架2且能使得X轴支架2在垂直方向上滑动的Z轴移动装置5；X轴支架2包含在X轴方向延伸的延伸部21和一端与延伸部21连接，另一端向靠近工作台1方向延伸的连接部22；Z轴移动装置5包含穿过连接部22的丝杆51和与丝杆51固定连接且与连接部22的端部抵触的托板52。连接部22与延伸部21采用圆弧状连接过渡，连接部22与托板52抵触的一面与水平面平行。Z轴移动装置5上设有能感应到托板52与连接部22脱离的感应装置7。

用户调节Y轴移动装置，调节X轴移动装置，将喷头4定位到工作台1的采样点位垂直上方，Y轴调节装置可以为现有技术中与工作台1连接的滑杆和皮带，带动工作台1在水平面Y轴方向移动，调节工作台1和喷头4的相对位置，X轴移动装置可以采用内嵌在延伸部21下底面的滑轨，喷头4连接在可以在滑轨上滑动的滑块上，从而实现喷头4可以移动到工作台上的任意一点；当喷头移动到采样点位置的正上方，操作Z轴移动装置升降，丝杆51下降，带动托板52下降，托板52的上表面与连接部22的下表面抵触，带动X轴支架2和连接在X轴支架2上的喷头4下降，当喷头4下降到一定高度，与工作台1抵触，无法继续下降，而丝杆51继续下降，托板52与连接部22脱离，此脱离动作被感应装置7捕捉到，从而确定此时的Z轴坐标即为该采样点的Z轴初始坐标，即为Z0坐标。喷头4靠近工作台1的一端套设有由耐热弹性材料制成的防护层41。喷头4要经常与工作台1进行抵触，工作台1多采用玻璃面板制成，防护层41可起到抵触时的缓冲作用，保护喷头4。

感应装置7包含限位开关，限位开关设在托板52与连接部22抵触的位置，限位开关一端与托板52铰接，感应装置7还包含提供限位开关向连接部22方向转出的弹力的弹力件。弹力件可以为弹簧或者弹力柱，将限位开关想连接部22方向弹出，在喷头4还没有下降到与工作台1抵触时，限位开关被连接部22底部抵触，无法弹出，在连接部22与托板52分离时，限位开关52弹出，限位开关52上可设有触感感应器，触感感应器一旦感应到限位开关52弹出即可给打印机传输该信号。

工作台1下表面贴有与电源相连的加热膜，加热膜为由聚酰亚胺制成的加热膜。加热膜提升所述工作台的温度，提升打印物料的定型效果。

用户通过在工作台1上的多个采样点重复上述动作进行多个采样点的Z0数据采样，根据线性方程测得工作台1上所有位置的Z0坐标，若是工作台1尺寸大，则增加采样点的数量，若是工作台1为了配合模型地面形状曲面度强，则增加采样点的分布密度，从而实现喷头4能精确掌握每一个平面坐标所对应的Z0数据，无需现有技术中依靠弹簧进行精确调节，并且使得曲面打印成为可能。

适用于3D打印机自动识别曲面初始位置的装置的操作方法，该种操作方法包含以下步骤：

1、水平定点步骤：调节Y轴移动装置，调节X轴移动装置，将喷头4定位到工作台1的采样点位垂直上方。

2、垂直升降步骤：调节Z轴移动装置5，使得喷头4向工作台1的方向下降。

3、记录Z0坐标步骤：喷头4与工作台1抵触，无法下降，此时丝杆51继续下降，托板52与连接部22分离，分离动作被感应装置7捕捉到，从而记录下此点的Z0，即在Z轴方向初始位置的坐标。

4、重复取点步骤：在工作台1的其他需要检测的采样点位置上重复步骤1—3，记录下这些采样点所对应的Z0坐标。采样点为9个，呈田字形位于工作台1上。

5、计算步骤：3D打印机的内置芯片对之前捕捉到的多个采样点的坐标进行计算，利用线性方程计算出整个工作台1上每个位置所对应的Z0坐标。

6、打印步骤：3D打印机根据输入芯片的3D模型数字文件控制喷头4在工作台1上逐层打印出立体模型。

Claims (8)

1.适用于3D打印机自动识别曲面初始位置的装置，包括用于置放打印模型的工作台（1）和在所述工作台（1）上喷出物料形成模型的喷头（4）,其特征在于：该种适用于3D打印机自动识别曲面初始位置的装置包含位于所述工作台（1）上方与所述工作台（1）平行的X轴支架（2）、与所述喷头（4）连接，使得所述喷头（4）能在所述X轴支架（2）上沿X轴滑动的X轴移动装置（3）和连接所述X轴支架（2）且能使得所述X轴支架（2）在垂直方向上滑动的Z轴移动装置（5）；所述X轴支架（2）包含在X轴方向延伸的延伸部（21）和一端与所述延伸部（21）连接，另一端向靠近所述工作台（1）方向延伸的连接部（22）；所述Z轴移动装置（5）包含穿过所述连接部（22）的丝杆（51）和与所述丝杆（51）固定连接且与所述连接部（22）的端部抵触的托板（52）；所述Z轴移动装置（5）上设有能感应到所述托板（52）与所述连接部（22）脱离的感应装置（7）。

2.根据权利要求1所述的适用于3D打印机自动识别曲面初始位置的装置，其特征在于：所述感应装置（7）包含限位开关（71），所述限位开关设在所述托板（52）与所述连接部（22）抵触的位置，所述限位开关（71）一端与所述托板（52）铰接，所述感应装置（7）还包含提供所述限位开关（71）向所述连接部（22）方向转出的弹力的弹力件。

3.根据权利要求1所述的适用于3D打印机自动识别曲面初始位置的装置，其特征在于：所述喷头（4）靠近所述工作台（1）的一端套设有由耐热弹性材料制成的防护层（41）。

4.根据权利要求1所述的适用于3D打印机自动识别曲面初始位置的装置，其特征在于：所述连接部（22）与所述延伸部（21）采用圆弧状连接过渡，所述连接部（22）与所述托板（52）抵触的一面与水平面平行。

5.根据权利要求1所述的适用于3D打印机自动识别曲面初始位置的装置，其特征在于：所述工作台（1）下表面贴有与电源相连的加热膜。

6.根据权利要求5所述的适用于3D打印机自动识别曲面初始位置的装置，其特征在于：所述加热膜（2）为由聚酰亚胺制成的加热膜。

7.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的适用于3D打印机自动识别曲面初始位置的装置的操作方法，其特征在于：该种操作方法包含以下步骤：

1）、水平定点步骤：调节Y轴移动装置，调节所述X轴移动装置（3），将所述喷头（4）定位到所述工作台（1）的采样点位垂直上方;

2）、垂直升降步骤：调节所述Z轴移动装置（5），使得所述喷头（4）向所述工作台（1）的方向下降;

3）、记录Z0坐标步骤：所述喷头（4）与所述工作台（1）抵触，无法下降，此时所述丝杆（51）继续下降，所述托板（52）与所述连接部（22）分离，分离动作被所述感应装置（7）捕捉到，从而记录下此点的Z0，即在Z轴方向初始位置的坐标;

4）、重复取点步骤：在所述工作台（1）的其他需要检测的采样点位置上重复步骤1—3，记录下这些采样点所对应的Z0坐标;

5）、计算步骤：3D打印机的内置芯片对之前捕捉到的多个采样点的坐标进行计算，利用线性方程计算出整个工作台（1）上每个位置所对应的Z0坐标;

6）、打印步骤：3D打印机根据输入芯片的3D模型数字文件控制所述喷头（4）在所述工作台（1）上逐层打印出立体模型。

8.根据权利要求7所述的适用于3D打印机自动识别曲面初始位置的装置的操作方法，其特征在于：所述采样点为9个，呈田字形位于所述工作台（1）上。