CN208020737U - 丝盘架和3d打印机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了丝盘架和3D打印机，涉及3D打印技术领域，包括承重结构、与承重结构相连接的丝盘和设置在承重结构上的应变片组件，应变片组件包括应变片，检测电路和弹性元件，弹性元件与应变片相连接，应变片与检测电路相连接；检测电路检测应变片的电阻值，其中，弹性元件根据放置打印丝材的丝盘的重量而发生形变，以使应变片的阻值发生变化，本申请检测丝材使用情况，以便及时排除问题，继续完成打印工作，避免产生不利结果。

Description

丝盘架和3D打印机

技术领域

本实用新型涉及3D打印技术领域，尤其是涉及丝盘架和3D打印机。

背景技术

3D打印技术是一种快速成型技术，因其优异于现有减法加工工艺的诸多优势而得到快速发展。基于熔融沉积成形技术，3D打印机的控制***分别控制三维构建机械结构和喷头将固态的3D打印耗材加热至熔融状态，送进结构配合液化器、喷嘴等结构单元，将熔融态的材料经喷头挤出，层层堆积打印成型，最后形成打印模型。

现有技术中，当打印机工作过程中出现丝材用尽、打印喷头出现堵丝，送进结构出错等情况时，丝材没有持续的送进，模型不再成型，但是打印机仍会继续依照预设路径控制机架结构进行持续打印工作，直至预设路径打印完毕，这样不仅浪费了能源，也浪费了已打印成型的模型，减少了机架结构的使用寿命。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供丝盘架和3D打印机，检测丝材使用情况，以便及时排除问题，继续完成打印工作，避免产生不利结果。

第一方面，本实用新型实施例提供了丝盘架，包括承重结构、与所述承重结构相连接的丝盘和设置在所述承重结构上的应变片组件，所述应变片组件包括应变片，检测电路和弹性元件，所述弹性元件与所述应变片相连接，所述应变片与所述检测电路相连接；

所述检测电路检测所述应变片的电阻值，其中，所述弹性元件根据放置打印丝材的所述丝盘的重量而发生形变，以使所述应变片的阻值发生变化。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述承重结构包括第一支撑架、第二支撑架和支撑座。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述第一支撑架包括竖直放置的主架、支撑体和用于固定所述主架和所述支撑体的底座，所述主架上设置有用于放置所述丝盘的所述支撑体，所述支撑体于放置所述丝盘的位置上设置所述应变片组件，其中，所述丝盘在牵引力的作用下，以所述支撑体为轴进行旋转。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述第二支撑架包括前挡板，后挡板，丝盘轴和与打印机主体相连接的丝盘内支架，所述丝盘轴为中空结构，所述丝盘轴一端固接所述前挡板，另一端固接所述后挡板，所述丝盘轴用于放置所述丝盘，所述前挡板和后挡板用于限制丝盘运动区域，以使所述丝盘在牵引力的作用下，以所述丝盘轴为轴进行旋转。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述应变片组件设置于所述丝盘轴的中空部分，所述应变片组件的一端与所述前挡板相连接，另一端与所述丝盘内支架相连接。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述支撑座设置有两组用于放置所述丝盘的从动承重凹槽，所述承重凹槽内部设置有应变片组件，所述承重凹槽的尺寸与所述丝盘的尺寸相匹配，其中，所述丝盘在牵引力的作用下，通过所述承重凹槽进行旋转。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，还包括与所述检测电路相连接的控制芯片，根据检测的所述电阻值得到所述丝盘中剩余的所述打印丝材的重量数据。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，还包括与所述控制芯片相连接的报警装置，所述控制芯片还用于在剩余的所述打印丝材的重量数据小于预设阈值的情况下，控制所述报警装置发出警报。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，所述检测电路包括半桥电路或全桥电路。

第二方面，本实用新型实施例还提供3D打印机，包括如上所述的丝盘架，还包括与所述丝盘架相连接的打印机主体，其中，所述丝盘架上的打印丝材与所述打印机主体中的喷头相连接。

本实用新型实施例提供了丝盘架和3D打印机，包括承重结构、与承重结构相连接的丝盘和设置在承重结构上的应变片组件，应变片组件包括应变片，检测电路和弹性元件，弹性元件与应变片相连接，应变片与检测电路相连接；检测电路检测应变片的电阻值，其中，弹性元件根据放置打印丝材的丝盘的重量而发生形变，以使应变片的阻值发生变化，本申请检测丝材使用情况，以便及时排除问题，继续完成打印工作，避免产生不利结果。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的丝盘架结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种承重结构的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的另一种承重结构的外形示意图；

图4为本实用新型实施例提供的另一种承重结构的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的又一种承重结构的结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的又一种承重结构中支撑座的结构示意图。

图标：10-丝盘；30-承重结构；20-应变片组件；21-弹性元件；22-应变片；23-检测电路；31-主架；32-支撑体；33-底座；34-支撑座；35-承重凹槽；36-前挡板；37-丝盘轴；38-后挡板；39-丝盘内支架。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

目前，现有技术中，当打印机工作过程中出现丝材用尽、打印喷头出现堵丝，送进结构出错等情况时，丝材没有持续的送进，模型不再成型，但是打印机仍会继续依照预设路径控制机架结构进行持续打印工作，直至预设路径打印完毕，这样不仅浪费了能源，也浪费了已打印成型的模型，减少了机架结构的使用寿命。

基于此，本实用新型实施例提供的丝盘架和3D打印机，可以检测丝材使用情况，以便及时排除问题，继续完成打印工作，避免产生不利结果。

下面通过实施例进行详细描述。

图1为本实用新型实施例提供的丝盘架的结构示意图。

参照图1，丝盘10架包括承重结构30、与承重结构30相连接的丝盘10和设置在承重结构30上的应变片组件20，应变片组件20包括应变片22，检测电路23和弹性元件21，弹性元件21与应变片22相连接，应变片22与检测电路23相连接；

检测电路23检测应变片22的电阻值，其中，弹性元件21根据放置打印丝材的丝盘10的重量而发生形变，以使应变片22的阻值发生变化。

具体地，通过设置在承重结构30上的应变片22的电阻值变化，感知丝盘10打印丝材的使用情况，采用本实施例提供的丝盘10架和3D打印机能够避免不利情况的发生，当出现不利情况时，可以通过丝材检测结果，及时暂停打印机，进一步排除问题，更换新的丝材，处理堵丝或是送进结构的情况，当排除问题后，可以继续打印之前工作，避免了上述的不利的结果。

其中，应变片22具有尺寸小、重量轻、结构简单、使用方便、响应速度快等功能特点。在测量时对被测件的工作状态和应力分布影响较小，既可用于静态测量，又可用于动态测量，测量范围大，既可测量弹性变形，也可测量塑性变形，变形范围可从1％～20％，还可在高温、超低温、高压、水下、强磁场以及核辐射等恶劣环境下使用。除此之外，测量温度范围广、产品稳定性好、能够长时间测量，并产生稳定的测量结果，便于多点测量、远距离测量和遥测。

这里，根据不同的用途，电阻应变片22的阻值可以由设计者设计，压阻效应是指当材料某一轴向受外力作用时，其电阻率发生变化的现象。

需要说明的是，对于应变电阻来说，当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，其电阻值即会发生改变，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小而截面增加，电阻值则会减小，想要测出加在电阻上的变化，通常是测量电阻两端的电压。

使用过程中，通常是将应变片22通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片22也一起产生形变，使应变片22的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片22在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片22都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大。再传输给处理电路(通常是A/D转换和CPU)包括检测电路23和控制芯片或其他显示、执行机构。

进一步的，承重结构30包括第一支撑架、第二支撑架和支撑座。

进一步的，如图2所示，第一支撑架包括竖直放置的主架31和支撑体32，主架31上设置有用于放置丝盘10的支撑体32，支撑体32于放置丝盘10的位置上设置应变片组件20，其中，丝盘10在牵引力的作用下，以支撑体32为轴进行旋转。

具体地，穿过丝盘10中间的通孔将丝盘10放置在支撑体32上，丝盘10以支撑体32为轴转动，支撑体32的承重位置上设置应变片组件20，支撑体32的承重对应丝盘10的重量，应变片22受到重力会产生一定的形变量，打印过程中，3D打印机的送进装置提供打印丝材送进力，送进力将打印丝材自丝盘10中一点点带出消耗，丝盘10在送进力的牵引下，以支撑体32为轴进行旋转，或以丝盘10中心轴旋转，丝盘10也会越来越轻，支撑体32的承重也会越来越小，应变片组件20中的弹性元件21会相应产生形变量变化，与弹性元件21相连接的应变片22也发生形变，此时应变片22电阻发生变化(依据应变片22特性计算)，检测电路23的检测信号也会有相应的变化(依据检测电路23特性计算)，控制芯片根据形变量变化产生的电信号进行判断和记录丝盘10中的丝材剩余量；

此外，支撑体32可以是距离底座33一定距离(可以提供丝盘10旋转的空间)，平行于底座33，连接在主架31上的，具有一定长度的条状体，满足丝盘10放置和旋转，在牵引力下，以支撑体32为轴进行旋转；

进一步的，图3为第二支撑架外形示意图，第二支撑架包括前挡板36，后挡板38，丝盘轴37和与打印机主体相连接的丝盘内支架39，丝盘轴37为中空结构，丝盘轴37一端固接前挡板36，另一端固接后挡板38，丝盘轴37用于放置丝盘10，前挡板36和后挡板38用于限制丝盘10运动区域，以使丝盘10在牵引力的作用下，以丝盘轴37为轴进行旋转，具体如图4所示。

进一步的，应变片组件20设置于丝盘轴37的中空部分，应变片组件20的一端与前挡板36相连接，另一端与丝盘内支架39相连接。

这里，本实用新型实施例提供的丝盘架可以单独使用、可以增设外罩形成封闭的丝盘盒；

作为另一种可选的实施例，承重结构30可以连接在开放式成型室打印机的丝盘支架上、也可以设置在与丝盘架一体的打印机上。

进一步的，如图5所示，支撑座34设置有两组用于放置丝盘10的从动承重凹槽35，承重凹槽35内部设置有应变片组件20，承重凹槽35的尺寸与丝盘10的尺寸相匹配，其中，丝盘10在牵引力的作用下，通过承重凹槽35进行旋转。

这里，丝盘10边缘放置在支撑座34上，通过可限制丝盘10边缘的承重凹槽35，在牵引力的带动下，在滑槽上以丝盘10中心为轴进行自转方式的旋转，具体如图6所示。

进一步的，两组从动承重凹槽35可选为两组带有凹形槽的轴承，根据丝盘10宽度尺寸分别设置在支撑座34的两侧，每组分别设置两个凹形槽轴承，依据丝盘10的弧长选择设置在丝盘10的前端和后端，此时，丝盘10由四个凹形槽轴承托起，在牵引力的带动下，在滑槽上以丝盘10中心为轴进行自转方式的旋转。

这里，丝盘10与承重结构30相连接的位置为承重位置；

其中，当设置在承重结构30上的应变片22因受力产生形变时，相应会产生阻值的变化，根据公式可知晓(电阻变化)，检测电路23通过检测应变片22产生的特征电信号，能够或者应变片22的电阻值，进而知晓电阻值变化率，根据公式(1)电阻变化公式，能够得出应变片22的应变值：

ΔR/R＝k×ε (1)

其中，R为电阻值，k为应变片22常数，ε是应变值，ΔR/R为电阻变化率；

这里，应变值为引起此电阻变化的构建表面，在应变片22轴线方向的应变数值；

进一步的，检测电路23包括半桥电路或全桥电路。

当应用全桥检测电路时，接入检测电路23中四片应变片22，其中，弹性元件21的上侧粘结两片应变片22，下侧粘结两片应变片22，并依据全桥检测电路特性引出导线接入检测电路23；

当应用半桥检测电路时，接入检测电路23中两片应变片22，其中，弹性元件21的上侧粘结一片应变片22，下侧粘结一片应变片22，并依据半桥检测电路特性引出导线接入检测电路23；

这里，应变片22的数量并不局限于上述示例，具体根据检测电路23的特性而确定；

其中，检测电路23一般使用电桥电路检测，常用的包括半桥电路和全桥电路，检测电路23将应变片22转化为电压的变化，这种测量电路不仅测量的准确度高，且可进行温度补偿。依据接入应变片22的检测电路23的特性，可以得到应变片22电阻的变化值；

电阻应变测量方法测出的是构件(应变片22)上某一点处的应变值，还需通过换算才能得到应变力，由于需要检测的不同的应变力状态，本实用新型实施例可采用不同的应变片22贴片方位，因此，对于不同的应变力会有不同的换算公式；

这里，选取单向应力状态来举例，在待检测构件拉伸(或压缩)情况下，此时只有一个主应力σ₁(如丝盘10及丝盘10中存有的丝材的重力)，它的方向是平行于外加载力的方向，所以这个主应力σ₁的方向是已知的，该方向的应变值为ε₁，而垂直于主应力方向上的应力虽然是零，但该方向的应变ε₂≠0，而是ε₂＝με₁，在单向应力状态下，只要知道应力的方向，沿主应力的方向粘贴一个应变片22，就可以得到主应力，具体根据公式(2)可进行计算：

σ₁＝Eε₁ (2)

其中，σ₁为主应力，ε₁为应变值，根据检测电路23计算得出，E是应变材料的弹性模量，μ是应变材料的泊松比；即如丝盘10及丝盘10中存有的丝材的重力；

进一步的，还包括与检测电路23相连接的控制芯片，根据检测的电阻值得到丝盘10中剩余的打印丝材的重量数据。

进一步的，还包括与控制芯片相连接的报警装置，控制芯片还用于在剩余的打印丝材的重量数据小于预设阈值的情况下，控制报警装置发出警报。

这里，控制芯片根据应变片22的应变力得到当前丝盘10中剩余的打印丝材的重量数据，并在小于预设阈值时，暂停打印，补充丝材后，再进行打印，避免产生不利结果；

预设重量阈值是指丝盘10的剩余重量预设阈值，即打印前初始的材料重量与通过电子模型文件预先计算出的已成型材料的重量之差值，预设重量阈值范围指丝盘10的剩余重量存在一个允许的正负500g的误差范围。

进一步的，本实用新型实施例还提供3D打印机，包括如上所述的丝盘架，还包括与丝盘架相连接的打印机主体，其中，丝盘架上的打印丝材与打印机主体中的喷头相连接。

上位机在已使用重量数据与已成型材料的重量数据不等的情况下，发出警报信号。

本实用新型实施例提供了丝盘架和3D打印机，包括承重结构、与承重结构相连接的丝盘和设置在承重结构上的应变片组件，应变片组件包括应变片，检测电路和弹性元件，弹性元件与应变片相连接，应变片与检测电路相连接；检测电路检测应变片的电阻值，其中，弹性元件根据放置打印丝材的丝盘的重量而发生形变，以使应变片的阻值发生变化，本申请检测丝材使用情况，以便及时排除问题，继续完成打印工作，避免产生不利结果。

本实用新型实施例提供的3D打印机，与上述实施例提供的丝盘架具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

在打印过程中，打印模型逐层增加，丝盘重量也会减少，可以依据应变片的检测信号，判断打印平台上模型打印的状态是否正常，有没有出现喷头堵丝状态，因为喷头如果堵丝，那么打印不能正常进行，丝盘架上的丝盘重量就不会变化，这时相应的检测信号就会没有变化，上位机可在打印之前会对待打印模型的电子文件进行计算，产生打印过程中每层成型后，已成型材料的重量数据，当重量数据与检测信号对应的使用丝材数据不符合时，控制***判断，打印机出错，及时暂停打印，进行排除问题，避免浪费资源。

在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的***、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本实用新型各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种丝盘架，其特征在于，包括承重结构、与所述承重结构相连接的丝盘和设置在所述承重结构上的应变片组件，所述应变片组件包括应变片，检测电路和弹性元件，所述弹性元件与所述应变片相连接，所述应变片与所述检测电路相连接；

所述检测电路检测所述应变片的电阻值，其中，所述弹性元件根据放置打印丝材的所述丝盘的重量而发生形变，以使所述应变片的阻值发生变化。

2.根据权利要求1所述的丝盘架，其特征在于，所述承重结构包括第一支撑架、第二支撑架和支撑座。

3.根据权利要求2所述的丝盘架，其特征在于，所述第一支撑架包括竖直放置的主架、支撑体和用于固定所述主架和所述支撑体的底座，所述主架上设置有用于放置所述丝盘的所述支撑体，所述支撑体于放置所述丝盘的位置上设置所述应变片组件，其中，所述丝盘在牵引力的作用下，以所述支撑体为轴进行旋转。

4.根据权利要求2所述的丝盘架，其特征在于，所述第二支撑架包括前挡板，后挡板，丝盘轴和与打印机主体相连接的丝盘内支架，所述丝盘轴为中空结构，所述丝盘轴一端固接所述前挡板，另一端固接所述后挡板，所述丝盘轴用于放置所述丝盘，所述前挡板和后挡板用于限制丝盘运动区域，以使所述丝盘在牵引力的作用下，以所述丝盘轴为轴进行旋转。

5.根据权利要求4所述的丝盘架，其特征在于，所述应变片组件设置于所述丝盘轴的中空部分，所述应变片组件的一端与所述前挡板相连接，另一端与所述丝盘内支架相连接。

6.根据权利要求2所述的丝盘架，其特征在于，所述支撑座设置有两组用于放置所述丝盘的从动承重凹槽，所述承重凹槽内部设置有应变片组件，所述承重凹槽的尺寸与所述丝盘的尺寸相匹配，其中，所述丝盘在牵引力的作用下，通过所述承重凹槽进行旋转。

7.根据权利要求1所述的丝盘架，其特征在于，还包括与所述检测电路相连接的控制芯片，根据检测的所述电阻值得到所述丝盘中剩余的所述打印丝材的重量数据。

8.根据权利要求7所述的丝盘架，其特征在于，还包括与所述控制芯片相连接的报警装置，所述控制芯片还用于在剩余的所述打印丝材的重量数据小于预设阈值的情况下，控制所述报警装置发出警报。

9.根据权利要求1所述的丝盘架，其特征在于，所述检测电路包括半桥电路或全桥电路。

10.一种3D打印机，其特征在于，包括权利要求1-9中任一项所述的丝盘架，还包括与所述丝盘架相连接的打印机主体，其中，所述丝盘架上的打印丝材与所述打印机主体中的喷头相连接。