一种3D打印机安全防护系统的制作方法

本发明属于3D打印机技术领域，尤其是一种3D打印机安全防护系统。

背景技术：

目前，现有的3D打印机，其工作原理多采用FDM（熔融沉积成型），即通过打印机的带有加热装置的喷头模块，加热并融化打印材料，并且按照一定路径喷涂融化的打印材料，最终形成打印模型。

采用以上工作原理进行工作的3D打印机，在工作时，其喷头具有较高的温度。当操作人员或者其他人员尤其是小孩子在打印机工作过程中碰到喷头时，很容易被喷嘴烫伤。为此，现有的3D打印机多采用在打印机箱体上设置箱体门来避免用户烫伤。但很多箱体门没有可靠的安全控制系统，用户可以随意打开舱门触碰喷嘴，给用户带来危险。

另一方面，刚工作完的喷嘴还是具有较高的温度，而现有的喷头罩壳虽然能够遮住大部分的喷头结构，但是喷头的金属喷嘴仍然有一部分暴漏在外面，用户仍然可以接触到，容易造成伤害。同时，加热融化的材料具有流滞性，在3D打印机处于非工作时间时，在重力的作用下，残留在喷头内的打印材料会流下并残留在打印机内部，这样会对后面的打印过程造成干扰。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题在于提供一种3D打印机安全防护系统，以实现打印机喷头的安全防护，避免喷头对人员造成烫伤，同时，也起到在打印机工作时保护喷头免收外力干扰的作用。

为解决上述问题，本发明采用了如下技术方案：

一种3D打印机安全防护系统，用于3D打印机喷头的防护，包括：

电子锁止机构，用于锁闭或解锁打印机箱体门；

第一传感器，用于检测打印机箱体门是否打开，并于打印机箱体门打开/关闭时发出门开/门闭信号；

以及，连接所述电子锁止机构和第一传感器的控制模块，所述控制模块用于于接收到门闭信号后控制所述电子锁止机构锁闭，并发出安全信号，

或者于接收到门开信号后发出告警信号，以使打印机喷头停止工作并移动到安全位置。

上述的3D打印机安全防护系统，通过在打印机箱体门上设置电子锁止机构，以及与之对应的第一传感器和控制模块，使得打印机在工作状态下保持箱体门锁闭；同时，在箱体门被打开时，控制模块发出告警信号，以使喷头停止工作并回到安全位置，从而避免了人员打开箱体门碰触到喷头造成烫伤。

为了进一步提高安全性，上述3D打印机安全防护系统还包括：

第二传感器，所述第二传感器连接所述控制模块，用于检测所述电子锁止机构是否锁闭，并于电子锁止机构锁闭/解锁时发出锁闭/锁开信号；

所述控制模块用于于接收到门闭信号以及锁闭信号后发出安全信号；

或者，于接收到门闭信号和锁开信号后控制所述电子锁止机构锁闭，并于接收到锁闭信号后发出安全信号；

或者，于接收到门开信号后发出告警信号，以使打印机喷头停止工作并移动到安全位置。

第二传感器的设置，使得控制模块在确认门关、锁闭后才发出安全信号，而在门关、锁未闭时主动闭锁，之后才发出安全信号，从而避免了箱体门关闭后锁止机构未能闭锁的情况发生，进一步提高了系统的安全性。

进一步的，上述3D打印机安全防护系统还包括：

第三传感器，所述第三传感器连接所述控制模块，用于检测打印机喷头是否位于安全位置，并于打印机喷头位于安全位置时发出复位信号；

所述控制模块还用于于接收到所述复位信号后控制电子锁止机构解锁。

通过第三传感器，控制模块可在打印机喷头回到安全位置后主动解锁，提高了系统的智能化水平和便捷度。同时，也使打印机喷头在偏离安全位置时控制模块始终控制锁止机构保持锁闭，以提高系统的安全性。

进一步的，所述电子锁止机构包括驱动部、锁止部和锁舌；所述锁止部包括壳体及壳体内连接驱动部的锁止件，所述锁止部/锁舌分别安装于打印机箱体和打印机箱体门上，所述驱动部驱动所述锁止件往复运动卡住或松开锁舌，使所述打印机箱体门锁闭或解锁；所述第一传感器和第二传感器设于所述壳体内，且第一传感器与所述锁舌相对应，用于检测锁舌的位置；第二传感器与所述锁止件相对应，用于检测锁止件的位置。

优选的，所述锁止件为安装于锁止部壳体内滑槽上的滑块，所述滑块上设有供锁舌进出的第一出入口和用于卡固锁舌的挡块，所述锁舌经第一出入口插入滑块，并于滑块移动后被挡块卡固。

采用上述设计，该电子锁止机构能够在控制模块的控制下完成箱体门的自动锁闭和解锁，并且结构简单、紧凑，体积小且可靠性好，便于安装和使用。

进一步的，所述电子锁止机构还包括锁舌固定件，所述锁舌的一端轴接于所述锁舌固定件上，所述滑块上还设有第二出入口，所述锁舌在锁止状态下可绕轴旋转经所述第二出入口脱出滑块。

在紧急情况下，操作人员能够手动打开箱体门，避免意外情况发生。

优选的，所述第一传感器、第二传感器和第三传感器为位置传感器、光学传感器或压力传感器中的任意一种或几种。

进一步的，还包括用于在打印机喷头位于安全位置时遮蔽喷嘴的保护件。

优选的，所述保护件为一挡板，所述挡板安装于打印机箱体上，所述打印机喷头位于安全位置时，所述挡板遮蔽喷嘴。

进一步优选的，所述挡板设有凹型通道，所述凹型通道用于当打印机喷头移动到安全位置时供喷嘴通过。

优选的，所述保护件为一盒体，所述盒体上设置有用于将该盒体装配至打印机箱体的连接件，所述盒体顶端的开口处开设有凹槽，所述凹槽匹配打印机喷头的喷嘴，以用作喷头相对于盒体进出的通道。

进一步优选的，所述连接件为凸起的卡扣，用于插入打印机箱体上相应的凹槽并进行固定。

进一步优选的，所述盒体的底端设有用于盛接残留在喷嘴内的物料的残料收集盒，所述残料收集盒和盒体为一体式结构。

上述保护件的设置，进一步增强了本发明的防护系统的安全性。防护件的主要作用是在打印机喷头刚回到安全位置时遮蔽依旧处于高温状态的喷嘴，以避免人员因触碰而造成烫伤。当保护件为挡板时，为了使保护件和喷头之间的空档更小，可以在挡板上设置凹型通道，以使喷嘴在回到安全位置时通过。相应的，当保护件为盒体时，在盒体顶端的开口处开设有凹槽，以用作喷头相对于盒体进出的通道。

另一方面，为了避免残留在喷头内的打印材料流下并残留在打印机内部，对后面的打印过程造成干扰，上述的盒体还在底部一体地设置了残料收集盒，以收集残料，避免影响后续打印过程。

本发明还提供了一种3D打印机，包括箱体以及设于箱体上的可开闭的打印机箱体门，以及设于箱体内的打印机喷头和用于控制打印机喷头工作的控制中心，所述打印机喷头具有至少一个安全位置；所述3D打印机设有如上所述的3D打印机安全防护系统，所述控制中心连接所述3D打印机安全防护系统的控制模块，并于启动打印机喷头时先确认控制模块发出的安全信号，或者于收到控制模块发出的告警信号后控制打印机喷头停止工作并移动到安全位置。

本发明的3D打印机，通过设置上述的安全防护系统，控制中心在控制喷头工作前，需要确认收到防护系统控制模块发出的安全信号后才开始工作，而当箱体门打开时，能够及时控制喷头停止工作并移动到安全位置，从而能够有效避免相关人员被烫伤，同时避免喷头在工作时受到外力的干扰。

附图说明

图1为本发明的3D打印机安全防护系统实施例的组件连接示意图。

图2为本发明的3D打印机安全防护系统中电子锁止机构较佳实施例的结构示意图。

图3为图2实施例中驱动部和锁止部的结构示意图。

图4为图2实施例中的电子锁止机构进一步改进后的实施例的结构示意图。

图5为本发明的3D打印机安全防护系统中保护件实施例的结构示意图。

图6为本发明的3D打印机的实施例的结构示意图。

图7为图6中实施例的内部示意图。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

如图1所示，本发明的3D打印机安全防护系统，在其实施例中，包括电子锁止机构、第一传感器和控制模块。其中，电子锁止机构用于锁闭或解锁打印机箱体门；第一传感器用于检测打印机箱体门是否打开，并在打印机箱体门打开/关闭时发出相应的门开/门闭信号；控制模块连接电子锁止机构和第一传感器，用于在接收到门闭信号后控制电子锁止机构锁闭，并发出安全信号，或者在接收到门开信号后发出告警信号，以使打印机喷头停止工作并移动到安全位置。

作为进一步的改进，上述的安全防护系统还包括连接控制模块的第二传感器。该第二传感器用于检测电子锁止机构是否锁闭，并于电子锁止机构锁闭/解锁时发出锁闭/锁开信号。此时，控制模块用于在接收到门闭信号以及锁闭信号后发出安全信号；或者，在接收到门闭信号和锁开信号后控制电子锁止机构锁闭，并在接收到锁闭信号后发出安全信号；亦或者，在接收到门开信号后发出告警信号，以使打印机喷头停止工作并移动到安全位置。

第二传感器的设置，使得控制模块在接收到门闭信号后进一步确认锁闭时，才发出安全信号，从而防止门闭而锁未闭的情况发生造成意外，进一步提高了上述安全防护系统的安全性。

作为进一步的改进，上述的安全防护系统还包括连接控制模块的第三传感器，该第三传感器用于检测打印机喷头是否位于安全位置，并在打印机喷头位于安全位置时发出复位信号。此时，控制模块还用于在接收到复位信号后控制电子锁止机构解锁。

在此情况下，当打印机喷头偏离安全位置时（包括工作时或其它意外情况下），控制模块未接收到第三传感器的复位信号，将使电子锁止机构始终保持锁闭状态，只有接收到复位信号后才会解锁，从而进一步提高了上述安全防护系统的安全性。

作为优选实施方案，上述的第一传感器、第二传感器和第三传感器可以为位置传感器、光学传感器或压力传感器中的任意一种或几种。

上述实施例中的电子锁止机构，是由电信号控制驱动的锁止机构。其结构和原理可以采用多种形式，比如由电机驱动机械锁舌或采用电磁式闭锁方式，以实现其功能。

如图2和图3所示，提供了电子锁止机构的较佳实施例，包括锁止部、驱动部42和锁舌48。其中，锁止部具有壳体41，壳体41由拼合的壳体一41a和壳体二41b两部分组成，壳体内设有滑轨，滑轨上安装有滑块44，滑块44上设有供锁舌48进出的第一出入口44a和用于卡固锁舌48的挡块44b。驱动部42包括机壳42a和电机42b，驱动部42通过拨杆43连接滑块44。锁舌48的头部48a与滑块44上的第一出入口44a和挡块44b相匹配。同时，壳体41内还设置了第一传感器45和第二传感器46，其中，第一传感器45与锁舌48相对应，用于检测锁舌48的位置；第二传感器46与滑块44相对应，用于检测滑块44的位置。优选的，上述第一传感器45和第二传感器46均为位置传感器，组成位置传感模块。

实际使用时，该电子锁止机构的驱动部和锁止部通过壳体41上的安装部安装在锁止部安装件47或直接安装在打印机箱体上，锁舌48安装在打印机箱体门上。显而易见地，也可以是驱动部和锁止部安装于门上，锁舌安装于打印机箱体上，在此不作具体的限制。当锁舌48经第一出入口44a进入滑块44时，驱动部42通过拨杆43带动滑块44水平往复运动，使挡块44b卡住或松开卡舌48，实现打印机箱体门的锁闭和解锁。当锁舌48进入滑块44时，将接触位置传感模块的第一传感器45，第一传感器45反馈门关信号；当锁舌48进一步被锁止时，滑块44按压第二传感器46，第二传感器46反馈锁闭信号。在打印机喷头工作过程中，需保证两个传感器均反馈关闭信号，一旦任一传感器状态改变（即锁打开，或者门打开），将停止打印过程，确保安全。

作为进一步的优选实施方案，如图4所示，上述的电子锁止机构还包括锁舌固定件49，锁舌48的另一端通过转轴48b和接口49a轴接于锁舌固定件49上，使锁舌48可绕转轴48b旋转。同时，滑块上还设有第二出入口44c，外壳的壳体二41b上也设置了相应的缺口。采用上述设计，在紧急情况下，操作人员用顶针等工具可使锁舌48在锁止状态下绕转轴48b旋转经第二出入口44c脱出滑块，从而手动打开箱体门，避免意外情况发生。

由于打印机喷头的喷嘴在刚工作完时温度还是很高，作为进一步的改进，上述的安全防护系统还包括保护件，该保护件用于在打印机喷头位于安全位置时遮蔽喷嘴。

在一种实施方式中，上述的保护件为一个挡板。该挡板安装在打印机箱体上，并且靠近打印机喷头的安全位置。当打印机喷头位于安全位置时，该挡板可以遮蔽打印机喷头，以防止相关人员碰触到喷嘴而造成烫伤。实际使用时，当打印机喷头位于安全位置时，该挡板位于打印机喷头的下方，且靠近打印机喷头，与喷头之间的间隙较小，以起到遮蔽喷嘴的效果。

进一步的改进方案中，为了进一步减小挡板和喷头之间的间隙，以起到更好的遮蔽效果，该挡板上设置了凹型通道，该凹型通道用于喷嘴在回到安全位置时通过。此时，挡板也可以被设计成波纹型，且波纹的凹部对应喷嘴位置。当然，也可以设计成其它能够实现其功能的形状，在此不一一赘述。

或者，在另外的实施方式中，上述的保护件被设计成一个盒体。如图4所示的实施例中，该盒体5上设置有用于将盒体5装配至打印机箱体的连接件，该连接件为盒体的两相对侧分别设置的凸起的卡扣52，该卡扣52用于插入打印机箱体上相应的凹槽并进行固定。盒体5顶端的开口处开设有凹槽51，该凹槽51匹配打印机喷头的喷嘴，以用作喷头相对于盒体进出的通道。需要说明的，本实施例中用于将该盒体固定到打印机箱体上的连接件不局限于上述凸起卡扣的固定方式，也可以采用其它例如固定支架的方式等等，且具体可以根据使用的需求将盒体安装到打印机箱体上对应的任何位置。

进一步的改进方案中，该盒体5的底端一体式地设有残料收集盒6，以盛接残留在喷嘴内的物料。当打印机喷头在非工作状态时，其喷头容纳在盒体5内，并可用残料收集盒6来收集残留在喷头内的物料，以防止因喷头内残留的物料流出并污染打印机的环境。

优选的，在本实施例中，为了使该盒体贴合打印机箱体设置，将盒体上的残料收集盒的横截面具体设置为矩形。进一步地，该盒体相对于3D打印机的外侧转角设置为圆角结构，这样可以防止用户被盒体上的尖角戳伤。

下面对设有上述安全防护系统的3D打印机进行进一步详细说明。

如图5和图6所示的实施例中，该3D打印机为熔融挤出型3D打印机，包括箱体1，箱体1上设有可开闭的打印机箱体门2，打印机喷头3设置在箱体1内。为了更直观地表现出箱体、箱体门及喷头的位置，图5中打印机喷头处的箱体门未画出，实际中箱体门2和箱体1形成一个整体以保护箱体内部的部件；基于同样的理由，图6中的箱体门未画出，但不应认为其不存在。箱体1内还设有用于控制打印机喷头工作的控制中心（图中未画出），并且打印机喷头3具有至少一个安全位置。该安全位置是打印机喷头复位时的位置或其它位置，一般为打印机停止工作时喷头所处的位置。

前述的安全防护系统，其电子锁止机构4设置在打印机箱体1上，且对应打印机箱体门2，使之可以对打印机箱体门2进行锁闭或解锁，且只有解锁后，打印机箱体门2才能打开。安全防护系统的控制模块连接上述控制中心。工作中，控制中心启动打印机喷头时，先确认控制模块发出的安全信号后才会启动喷头工作。另一方面，控制中心在收到控制模块发出的告警信号后控制打印机喷头停止工作并移动到安全位置，从而确保喷头工作时，不会有人员碰到喷嘴造成烫伤，或者干扰喷头工作。

同时，作为保护件的盒体5安装在箱体1上，且当打印机喷头3位于安全位置时，盒体5的开口与喷头相对应，以对喷嘴31进行遮蔽。盒体5开口处的凹槽51可在喷头回到安全位置时供喷嘴31通过。与盒体5一体式设置的残料收集盒6，可以收集残留在喷头内的物料，以防止喷头内残留的物料流出。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。