本發(fā)明涉及增材制造，熔融擠出成型（fdm）3d打印，尤其涉及一種3d打印機調(diào)平裝置，以及自動調(diào)平方法。

背景技術(shù)：

熔融擠出成型（fdm）3d打印機在成型初始層時，存在噴嘴機構(gòu)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，打印件與成型平臺接合牢固，可以提高打印成功率和打印件精確度?，F(xiàn)有3d打印機產(chǎn)品存在調(diào)平方式復(fù)雜，自動調(diào)平步驟繁瑣，調(diào)平所需時間長的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

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

本發(fā)明以一種特定的三維空間運行方式為前提，包括：升降機構(gòu)；附著于升降機構(gòu)，并與升降機構(gòu)一同構(gòu)成龍門結(jié)構(gòu)或懸臂結(jié)構(gòu)的橫向平移機構(gòu)；附著于橫向平移機構(gòu)上并可沿橫向方向平移運動，且?guī)в卸鏅C，在舵機擺臂頂端設(shè)有止動開關(guān)的噴嘴機構(gòu)；置于噴嘴機構(gòu)下方，縱向滑動或以中心為軸旋轉(zhuǎn)驅(qū)動成型平臺，并使成型平臺的運動保持在一個固定平面上的成型平臺驅(qū)動機構(gòu)。

本發(fā)明還包括以數(shù)字訊號驅(qū)動并控制本發(fā)明內(nèi)機械部件的中心控制器。

橫向平移機構(gòu)包括：與升降機構(gòu)相連接的橫向橫梁；一個端點固定在橫向橫梁，并可以固定端點為軸心自由旋轉(zhuǎn)的橫向調(diào)整臂；固定在橫向橫梁上，并與橫向調(diào)整臂自由旋轉(zhuǎn)端相接合,內(nèi)置驅(qū)動馬達，可以驅(qū)動調(diào)整臂在小范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動的，調(diào)整臂轉(zhuǎn)動裝置。

成型平臺驅(qū)動機構(gòu)包括：厚度均勻，且有一定剛性的硬質(zhì)成型平臺；置于龍門或懸臂結(jié)構(gòu)正下方，用于固定成型平臺位置，且使成型平臺的滑動或轉(zhuǎn)動運動保持在同一平面的成型平臺固定裝置。

成型平臺驅(qū)動機構(gòu)置于龍門或懸臂結(jié)構(gòu)正下方，沿橫向移動的噴嘴機構(gòu)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(gòu)的運動軌跡共同存在于，升降方向和橫向移動方向構(gòu)成的平面上。利用調(diào)整臂轉(zhuǎn)動裝置，使橫向調(diào)整臂沿軸心旋轉(zhuǎn)，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(diào)平成功。

為實現(xiàn)自動調(diào)平目的，本發(fā)明還提供了一種3d打印機自動調(diào)平方法。分為以下步驟：

（1）中心控制器發(fā)出指令驅(qū)動升降機構(gòu)，將橫向平移機構(gòu)定位在與距離成型平面較近的一點。設(shè)此點為調(diào)平測距點。

（2）中心控制器發(fā)出指令將噴嘴機構(gòu)移動至距離橫向調(diào)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(zhuǎn)動舵機，使止動開關(guān)位于橫向調(diào)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(guān)接觸成型平臺時記錄步進馬達轉(zhuǎn)動步數(shù)。此為橫向最小值高度。橫向平移機構(gòu)返回調(diào)平測距點。

（3）中心控制器發(fā)出指令將噴嘴機構(gòu)移動至距離橫向調(diào)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(zhuǎn)動舵機，使止動開關(guān)位于橫向調(diào)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(guān)接觸成型平臺時記錄步進馬達轉(zhuǎn)動步數(shù)。此為橫向最大值高度。橫向平移機構(gòu)返回調(diào)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。并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(diào)整臂的旋轉(zhuǎn)角度，驅(qū)動調(diào)整臂旋轉(zhuǎn)裝置中的馬達，使橫向調(diào)整臂沿端點轉(zhuǎn)動，得到噴嘴移動軌跡線段與投影線段平行，調(diào)平成功。

本發(fā)明適用于笛卡爾坐標系運動方式的3d打印機和極坐標系運動方式的3d打印機。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中所描述3d打印機的基本構(gòu)成圖

圖2為本發(fā)明所述的平移機構(gòu)

圖3為本發(fā)明所述的成型平臺驅(qū)動機構(gòu)

圖4為本發(fā)明適用于笛卡爾坐標系運動方式，懸臂結(jié)構(gòu)的3d打印機構(gòu)成圖

圖5為本發(fā)明適用于笛卡爾坐標系運動方式，龍門結(jié)構(gòu)的3d打印機構(gòu)成圖

圖6為本發(fā)明適用于極坐標系運動方式，懸臂結(jié)構(gòu)的3d打印機構(gòu)成圖

圖7為本發(fā)明適用于極坐標系運動方式，龍門結(jié)構(gòu)的3d打印機構(gòu)成圖

圖1顯示了本發(fā)明中所述3d打印機的基本構(gòu)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(gòu)；4為噴嘴機構(gòu)；5為成型平臺驅(qū)動機構(gòu)。

圖2顯示了本發(fā)明中所述橫向平移機構(gòu)3，其中6為橫向橫梁；7為橫向調(diào)整臂；8為橫向調(diào)整臂固定端點；9為內(nèi)置驅(qū)動馬達的橫向調(diào)整臂轉(zhuǎn)動裝置；4為噴嘴機構(gòu)；14為舵機；15為止動開關(guān)。

圖3顯示了本發(fā)明中所述成型平面驅(qū)動機構(gòu)5，其中10為厚度均勻，且有一定剛性的硬質(zhì)成型平臺；11為置于龍門或懸臂結(jié)構(gòu)正下方，用于固定成型平臺位置，且使成型平臺的滑動或轉(zhuǎn)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(fā)明適用于笛卡爾坐標系運動方式，懸臂結(jié)構(gòu)的3d打印機構(gòu)成圖和本發(fā)明適用于極坐標系運動方式，懸臂結(jié)構(gòu)的3d打印機構(gòu)成圖。其中12為沿橫向移動的噴嘴機構(gòu)的運動軌跡線段；13為沿橫向移動的噴嘴機構(gòu)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(jié)合附圖，以一次自動調(diào)平為例，說明本發(fā)明工作原理。

以本發(fā)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(qū)動機構(gòu)5，保證成型平臺10可以在可以在同一平面上做滑動或轉(zhuǎn)動運動為前提。

中心控制器發(fā)出指令，驅(qū)動升降裝置2，使橫向平移機構(gòu)3停在可升降范圍內(nèi)固定一點——調(diào)平測距點。

中心控制器發(fā)出指令，將噴嘴機構(gòu)4移動至距離橫向調(diào)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(zhuǎn)動舵機14，使止動開關(guān)15位于橫向調(diào)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(guān)15接觸成型平臺10時記錄步進馬達轉(zhuǎn)動步數(shù)。此為橫向最小值高度。橫向平移機構(gòu)3返回調(diào)平測距點。

中心控制器發(fā)出指令，將噴嘴機構(gòu)4移動至距離橫向調(diào)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(zhuǎn)動舵機14，使止動開關(guān)15位于橫向調(diào)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(guān)15接觸成型平臺10時記錄步進馬達轉(zhuǎn)動步數(shù)。此為橫向最大值高度。橫向平移機構(gòu)3返回調(diào)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。并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(diào)整臂7的旋轉(zhuǎn)角度，驅(qū)動調(diào)整臂旋轉(zhuǎn)裝置9中的馬達，使橫向調(diào)整臂7沿端點8轉(zhuǎn)動，得到噴嘴移動軌跡線段與投影線段平行，調(diào)平結(jié)束。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種熔融擠出成型3D打印機調(diào)平裝置，利用平面上調(diào)整兩條線段平行的原理，快速簡潔的達到調(diào)整3D打印機噴嘴實際運行平面與成型平臺相吻合的目的。包括：升降機構(gòu)；附著于升降機構(gòu)，并與升降機構(gòu)一同構(gòu)成龍門結(jié)構(gòu)或懸臂結(jié)構(gòu)的橫向平移機構(gòu)；附著于橫向平移機構(gòu)上并可沿橫向方向平移運動，且?guī)в卸鏅C，在舵機擺臂頂端設(shè)有止動開關(guān)的噴嘴機構(gòu)；置于噴嘴機構(gòu)下方，縱向滑動或以中心為軸旋轉(zhuǎn)驅(qū)動成型平臺，并使成型平臺的運動保持在一個固定平面上的成型平臺驅(qū)動機構(gòu)。以及應(yīng)用此裝置的一種自動調(diào)平方法。

技術(shù)研發(fā)人員：李笑宇;林立;鄒欣
受保護的技術(shù)使用者：哈爾濱師范大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2016.05.05
技術(shù)公布日：2017.11.17