一种可连续生产的多单元3D打印制造系统的制作方法

本发明涉及一种3d打印制造系统，特别涉及一种可连续生产的多单元3d打印制造系统。

背景技术

随着现代科学技术日新月异，3d打印机的发展已趋于成熟，3d打印给工业发展提供了极大的便利。但是目前的3d打印机建模耗时太长，严重的影响其在小批量生产和大规模定制领域的应用。现有的3d打印材料大多采用pla以及abs。

近些年来，学者们想通过组建多单元3d打印制造系统的方法来解决这一难题，研发了各式各样的多单元3d打印制造系统，如cn205326288u提出了一种立式3d打印机六组组件、cn104960205a提出了一种3d打印机连续打印方法及其系统以及cn205185335u提出了一种多单元体3d快速打印机。通过组建多单元3d打印系统，可有效减少设备投入成本、提高生产效率、缩短交付周期。但是，目前的多单元3d打印制造系统大多数都需要手工将打印好的模型剥离，然后再继续打印。这样不仅耗时、效率低、存在安全隐患，而且不能实现自动化连续生产。同时，上述多单元3d打印制造系统并不具备自动灭火的能力，使得存在安全隐患。上述问题严重制约了多单元3d打印制造系统的发展，因此亟需解决。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种可连续生产的多单元3d打印制造系统，这种多单元3d打印制造系统在兼具自动灭火功能下可实现将打印好的模型从打印平台上剥离下来并且不损伤模型，以实现自动连续式生产。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种可连续生产的多单元3d打印制造系统，包括由若干台3d打印机组成的多单元3d打印机组，每台所述3d打印机包括打印机壳体、x轴运动机构、y轴运动机构、z轴运动机构、喷料机构、打印耗材、打印平台以及升降平台，所述z轴运动机构位于打印机壳体内且通过升降平台与y轴运动机构固定连接，所述y轴运动机构与x轴运动机构相连接，所述x轴运动机构位于打印平台的上方且与喷料机构固定连接，所述喷料机构与打印耗材相连接；每台所述3d打印机内均设置有自动喷淋机构，所述自动喷淋机构的一侧电连接有可检测3d打印机内火情信号的烟雾报警机构；

所述打印平台包括主动辊、从动辊、具有橡胶材质的传送带以及驱动主动辊转动的驱动电机，所述主动辊以及从动辊分别位于传送带的两端，所述从动辊的两端均转动连接有第二轴承座，每个所述第二轴承座的一侧均设置有气缸，每个所述气缸的伸缩杆与同侧的第二轴承座固定连接，进而可通过plc控制器同时驱动两个气缸带动两侧第二轴承座进行同步移动，从而改变从动辊与主动辊之间的间距以使得传送带由张紧状态—松弛状态—张紧状态之间进行变化，所述传送带远离主动辊的一侧抵接设置有可将模型从传送带上刮取的刮刀。

本发明进一步设置为：所述z轴运动机构包括z向升降电机以及z向升降丝杆，所述z向升降丝杆的一侧与升降平台螺纹连接，所述升降平台设置为u型且与y轴运动机构固定连接，所述升降平台的四周与打印机壳体相抵接。

本发明进一步设置为：所述y轴运动机构包括y向直线导轨、y向移动丝杆以及y向移动电机，所述y向直线导轨以及y向移动丝杆的一侧与u型升降平台固定连接且位于u型升降平台的两端，所述y向直线导轨与y向移动丝杆相互平行设置，所述y向移动丝杆的一端与y向移动电机的输出轴固定连接，所述y向移动丝杆的一侧螺纹连接有第一移动板，所述y向直线导轨的一侧套接有第二移动板，所述第一移动板与第二移动板之间固定连接有同一个y向移动板。

本发明进一步设置为：所述x轴运动机构包括有x向移动丝杆以及x向平移电机，所述x向移动丝杆的两端分别与第一移动板、第二移动板转动连接，所述x向移动丝杆的一端穿过第二移动板与x向平移电机的输出轴固定连接，所述x向移动丝杆的一侧螺纹连接有x向移动块，所述x向移动块的一侧与y向移动板相抵接，所述x轴固定块的一侧与喷料机构固定连接。

本发明进一步设置为：所述刮刀远离传送带的一端设置有倾斜滑道，所述倾斜滑道与打印机壳体外壁固定连接，所述倾斜滑道的下方位置处设置有用以收集打印完模型的收集盒，所述收集盒的一侧与打印机外壳固定连接。

本发明进一步设置为：所述主动辊的两端均转动连接有第一轴承座，两个所述第一轴承座之间转动连接有同一个涂胶辊，所述涂胶辊的一侧与传送带相抵接，所述涂胶辊的下方位置处设置有用以盛放胶液的涂胶槽。

本发明进一步设置为：所述传送带的一侧设置有位置检测传感器，所述传送带的侧边中心点位置处设置有定位标记，当所述位置检测传感器对准定位标记时，传送带停止传动，3d打印机开始工作。

本发明进一步设置为：所述自动喷淋机构包括阀体以及设置在阀体上的进水管路，所述进水管路的一端连接有水箱，所述水箱固设于打印机壳体上，所述阀体的中心孔设置有出水腔室，所述进水管路的下端与阀体的上端相连接，所述在阀体的外壁上开设有若干个可与出水腔室相连通的喷水孔，所述进水管路上设置有可控制进水管路启闭的阀门，所述阀门的一侧设置有可控制阀门开度的步进电机，所述步进电机与烟雾报警机构数据连接。

本发明进一步设置为：所述烟雾报警机构包括安装座、壳体、电路板、温度传感器、烟雾传感器以及蜂鸣器，所述安装座固设于料桶所朝向打印平台的一侧，所述壳体内安装有电路板、温度传感器、烟雾传感器以及蜂鸣器，所述电路板与温度传感器、烟雾传感器以及蜂鸣器均连接，所述电路板上焊接有数据预处理模块、单片机以及电源模块，所述电源模块与单片机相连接，所述单片机的一侧连接数据预处理模块，所述数据预处理模块的一侧分别连接有温度传感器以及烟雾传感器，所述单片机的一侧分别电连接有蜂鸣器和步进电机。

本发明进一步设置为：所述收集盒上设置有若干个拾取槽。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

（1）通过x轴运动机构、y轴运动机构以及z轴运动机构之间的作用，最终控制与x轴运动机构固定连接的喷料机构在x轴、y轴以及z轴上的调节，以实现喷料机构动，而打印平台不动的使用效果；

（2）通过传动辊与主动辊之间的位移变化，以使得传送带由张紧状态—松弛状态—张紧状态之间进行变化，使得原本牢牢黏附在传送带上的模型，会变的松散开来进而使得模型与传送带之间形成若干微小空隙。当传动带将打印完的模型传动至刮刀位置处时，由于模型与传送带之间形成若干微小空隙，刮刀可便于将模型从传动带上刮取，并由模型惯性的作用通过刮刀进入倾斜滑道，并最终掉入收集盒内；

（3）在使用时，烟雾报警机构在3d打印机中检测到火情并将火情信号传输至步进电机，使得阀门进行开启，位于水箱内的水通过进水管路进入阀体的出水腔室中，水通过阀体上的喷水孔对3d打印机进行喷淋，以达到灭火的使用效果；

（4）每台3d打印机均设置独立3d打印控制系统以控制x、y、z轴的移动，和打印头出料口的供给驱动。每台打印机相互独立控制，可同时打印不同的产品，也可以同时打印相同的产品，以提高打印的生产效率。每台打印机壳同时打印，也可以各别打印机单独打印，大大减少电能的损耗。

附图说明

图1为实施例的结构示意图；

图2为3d打印机的结构示意图；

图3为图2的爆炸示意图；

图4为图3去除打印机壳体后的的爆炸示意图；

图5为图4去除x轴运动机构、y轴运动机构、z轴运动机构、喷料机构以及打印耗材后的剖视图；

图6为自动喷淋机构的结构剖视图；

图7为烟雾报警机构的结构示意图；

图8为图7的爆炸示意图；

图9为烟雾报警机构电路板的原理图。

附图标记：1、多单元3d打印机组；2、车轮；3、自动喷淋机构；4、打印机壳体；5、x轴运动机构；6、y轴运动机构；7、z轴运动机构；8、喷料机构；9、打印耗材；10、打印平台；11、升降平台；12、z向升降电机；13、z向升降丝杆；14、y向直线导轨；15、y向移动丝杆；16、y向移动电机；17、第一移动板；18、第二移动板；19、y向移动板；20、x向移动丝杆；21、x向平移电机；22、x向移动块；23、打印头；24、打印头固定架；25、送料导管；26、料桶；27、主动辊；28、从动辊；29、传送带；30、第一轴承座；31、第二轴承座；32、驱动电机；33、气缸；34、刮刀；35、倾斜滑道；36、收集盒；37、涂胶辊；38、涂胶槽；39、位置检测传感器；40、定位标记；41、拾取槽；42、烟雾报警机构；43、阀体；44、进水管路；45、水箱；46、出水腔室；47、喷水孔；48、阀门；49、步进电机；50、安装座；51、壳体；52、电路板；53、温度传感器；54、烟雾传感器；55、蜂鸣器；56、数据预处理模块；57、单片机；58、电源模块。

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。

如图1所示，一种可连续生产的多单元3d打印制造系统，包括由若干台3d打印机组成的多单元3d打印机组1，多单元3d打印机组1的底部安装有车轮2。本实施例中的多单元3d打印机组1由九台3d打印机组成，且成3×3排列。如图2、图3和图4所示，每台3d打印机包括打印机壳体4、x轴运动机构5、y轴运动机构6、z轴运动机构7、喷料机构8、打印耗材9、打印平台10以及升降平台11。z轴运动机构7位于打印机壳体4内且通过升降平台11与y轴运动机构6固定连接，y轴运动机构6与x轴运动机构5相连接，x轴运动机构5位于打印平台10的上方且与喷料机构8固定连接，喷料机构8与打印耗材9相连接。

z轴运动机构7包括z向升降电机12以及z向升降丝杆13，z向升降丝杆13的一侧与升降平台11螺纹连接，升降平台11设置为u型且与y轴运动机构6固定连接，升降平台11的四周与打印机壳体4相抵接。z向升降电机12可驱动z向升降丝杆13进行转动，进而可带动螺纹连接的u型升降平台11进行同步转动。由于u型升降平台11位于打印机壳体4内且与打印机壳体4内壁相抵接，使得u型升降平台11不能发生同步转动，进而u型升降平台11可沿z轴方向上下移动。

y轴运动机构6包括y向直线导轨14、y向移动丝杆15以及y向移动电机16。y向直线导轨14以及y向移动丝杆15的一侧与u型升降平台11固定连接且位于u型升降平台11的两端，y向直线导轨14与y向移动丝杆15相互平行设置，其中y向移动丝杆15的一端与y向移动电机16的输出轴固定连接。y向移动丝杆15的一侧螺纹连接有第一移动板17，y向直线导轨14的一侧套接有第二移动板18，第一移动板17与第二移动板18之间固定连接有同一个y向移动板19。当y向移动电机16启动时，可带动与y向移动丝杆15螺纹连接的第一移动板17沿y轴方向进行移动，进而带动y向移动板19以及第二移动板18同时朝y轴方向移动。

x轴运动机构5包括有x向移动丝杆20以及x向平移电机21。x向移动丝杆20的两端分别与第一移动板17、第二移动板18转动连接，其中x向移动丝杆20的一端穿过第二移动板18与x向平移电机21的输出轴固定连接，使得x向平移电机21可驱动x向移动丝杆20进行转动。x向移动丝杆20的一侧螺纹连接有x向移动块22，x向移动块22的一侧与y向移动板19相抵接，使得x向移动块22不能随着x向移动丝杆20进行同步转动，以达到x向移动块22在x轴进行平移的效果。x轴固定块的一侧与喷料机构8固定连接。

通过上述x轴运动机构5、y轴运动机构6以及z轴运动机构7之间的作用，最终控制与x轴运动机构5固定连接的喷料机构8在x轴、y轴以及z轴上的调节。最终实现喷料机构8动，而打印平台10不动的使用效果。

喷料机构8包括打印头23、打印头23固定架、送料导管25以及料桶26。打印头23固定架的一侧与x轴固定块固定连接，打印头23安装在打印头23固定架上，打印头23的一侧通过送料导管25与装有打印耗材9的料桶26相连接。料桶26中自带送料电机和送料机械机构，此为现有技术，不进行详细赘述。

如图4和图5所示，打印平台10包括主动辊27、从动辊28以及传送带29，主动辊27以及从动辊28分别位于传送带29的两端。主动辊27的两端均转动连接有第一轴承座30，从动辊28的两端均转动连接有第二轴承座31。其中一个第一轴承座30的一侧设置有可驱动主动辊27转动的驱动电机32。每个第二轴承座31的一侧均设置有气缸33，每个气缸33的伸缩杆与同侧的第二轴承座31固定连接，进而可通过气缸33的作用以带动第二轴承座31进行移动。上述两个气缸33分别带动两侧第二轴承座31进行同步移动。上述控制操作是通过plc控制器（附图未标出）实现控制，plc控制器的型号为西门子s7-300，为现有技术。通过plc控制器，可对位于从动辊28两侧的气缸33进行同时驱动，进而带动两个第二轴承座31进行同步移动，以使得从动辊28进行平移。上述传送带29采用橡胶材料。

当进行打印操作前时，通过plc控制器同时驱动从动辊28两侧的气缸33，对两侧第二轴承座31进行同步推动，以拉长从动辊28与主动辊27之间的距离，进而使得传送带29处在张紧状态。此时，处在张紧状态下的传送带29硬度增加，以确保传送带29的平稳，便于喷料机构8在传送带29上进行打印喷料。

当打印操作完毕时，通过plc控制器同时驱动从动辊28两侧的气缸33，对两侧第二轴承座31进行同步拉动，以缩短从动辊28与主动辊27之间的距离，此时传送带29由张紧状态转变成松弛状态。由于传送带29采用橡胶材质，使得传送带29在张紧状态转变成松弛状态的过程中会发生弹性形变，进而使得原本黏附在传送带29上的模型变的松散开来。在此过程中，位于模型底部的传送带29会发生褶皱，以使得模型底部与传送带29之间会形成若干微小空隙。此时，再一次通过plc控制器同时驱动从动辊28两侧的气缸33，对两侧的第二轴承座31进行再一次的同步推动，以拉长从动辊28与主动辊27之间的距离，使得传动带再一次处在张紧状态。在此过程中，传送带29由松弛状态转变成张紧状态。导致位于模型底部的传动带从褶皱状态变成平整状态，可使得原本与传送带29处于黏附状态的模型进一步的松散开来。同时，在此状态下可使得传送带29发生运转，以带动传送带29上的模型进行移动。

通过传动辊与主动辊27之间的位移变化，以使得传送带29由张紧状态—松弛状态—张紧状态之间进行变化，使得原本牢牢黏附在传送带29上的模型，会变的松散开来进而使得模型与传送带29之间形成若干微小空隙。传送带29的一侧抵接设置有刮刀34，刮刀34远离传送带29的一端设置有倾斜滑道35，倾斜滑道35与打印机壳体4外壁固定连接。倾斜滑道35的下方位置处设置有用以收集打印完模型的收集盒36，收集盒36的一侧与打印机外壳固定连接。当传动带将打印完的模型传动至刮刀34位置处时，由于模型与传送带29之间形成若干微小空隙，刮刀34可便于将模型从传动带上刮取，并由模型惯性的作用通过刮刀34进入倾斜滑道35，并最终掉入收集盒36内。

进一步的，两个第一轴承座30之间转动连接有同一个涂胶辊37，涂胶辊37的一侧与传送带29相抵接。涂胶辊37的下方位置处设置有涂胶槽38，涂胶槽38的底部与打印机壳体4底壁相抵接。涂胶槽38内盛放有聚乙烯吡咯烷酮（pvp）胶液。由于传送带29与涂胶辊37相抵接，传送带29的转动会带动涂胶辊37转动，进而可通过涂胶辊37的作用，将位于胶槽内的胶液涂抹至传送带29上。涂抹有pvp胶液的传送带29，可提高传送带29表面的附着力，使模型第一层牢牢黏附在传送带29表面。

进一步的，上述气缸33运动方式可优选为“先拉伸、后收缩、再拉伸”，多次实验证明收缩较拉伸更容易损坏模型，故先拉伸使模型底部和打印平台10先分离一部分，再收缩使模型底部与打印平台10进一步分离。最后拉伸目的是使传送带29与刮刀34相抵，方便进一步脱模。

采用pla打印材料时最优技术参数：打印温度220℃；气缸33运动方式为拉伸5mm、收缩5mm、拉伸5mm，使得气缸33行程为5mm；传送带29脱模运动速度1mm/s；胶液为pvp固体胶（型号7090）与蒸馏水采用1：10配比而成的。

采用abs打印材料时最优技术参数：打印温度240℃；气缸33运动方式为拉伸8mm、收缩8mm、拉伸8mm，使得气缸33行程为8mm；传送带29脱模运动速度0.5mm/s；胶液为pvp固体胶（型号7090）与蒸馏水采用1：10配比而成的。

进一步的，传送带29的一侧设置有位置检测传感器39，传送带29的侧边中心点位置处设置有定位标记40，本实施例中的定位标记40采用激光打标的黑色条纹，本实施例中的位置检测传感器39采用光电传感器。

当光电传感器对准定位标记40时，光电传感器可同时对传送带29上方10mm处进行障碍检查。若没有物体，则传送带29停止传动，3d打印机开始工作以进行二次打印；若传送带29上方10mm处存在物体，则说明传送带29上有残余模型没有被清除，则传送带29继续进行传动，以通过刮刀34进一步对传送带29上的残余模型进行清除，再次检查没有物体则继续第二次打印操作；如果还有物体立即运行报警程序，发信息给管理员，管理员通过监控系统进行人工判断。

每台3d打印机均设置独立3d打印控制系统以控制x、y、z轴的移动，和打印头23出料口的供给驱动。每台打印机相互独立控制，可同时打印不同的产品，也可以同时打印相同的产品，以提高打印的生产效率。每台打印机可同时打印，也可以各别单独打印，大大减少电能的损耗。

进一步的，收集盒36上设置有若干个拾取槽41，以便于工作人员将收纳盒从机器上取下，将模型集中收集。

如图6、图7、图8和图9所示，为提高安全性能，以降低3d打印机的火灾隐患。进一步的，每台3d打印机内设置有自动喷淋机构3，自动喷淋机构3的一侧电连接有烟雾报警机构42。通过烟雾报警机构42检测出3d打印机内的火情信号，并将火情信号传输给自动喷淋机构3，使得自动喷淋机构3对3d打印机进行喷淋，以降低火灾风险。

自动喷淋机构3包括阀体43以及设置在阀体43上的进水管路44，进水管路44的一端连接有水箱45，水箱45固设于打印机壳体4上。阀体43的中心孔设置有出水腔室46。进水管路44的下端与阀体43的上端相连接。在阀体43的外壁上开设有若干个可与出水腔室46相连通的喷水孔47。水箱45内的水可通过进水管路44进入阀体43内，并通过阀体43上的喷水孔47进行喷水。进水管路44上设置有可控制进水管路44启闭的阀门48，阀门48的一侧设置有可控制阀门48开度的步进电机49，步进电机49与烟雾报警机构42数据连接。

在使用时，烟雾报警机构42在3d打印机中检测到火情并将火情信号传输至步进电机49，使得阀门48进行开启，位于水箱45内的水通过进水管路44进入阀体43的出水腔室46中，水通过阀体43上的喷水孔47对3d打印机进行喷淋，以达到灭火的使用效果。

烟雾报警机构42包括安装座50、壳体51、电路板52、温度传感器53、烟雾传感器54以及蜂鸣器55。安装座50固设于料桶26所朝向打印平台10的一侧，安装座50远离料桶26的一侧与壳体51可拆卸连接。壳体51内安装有电路板52、温度传感器53、烟雾传感器54以及蜂鸣器55。电路板52与温度传感器53、烟雾传感器54以及蜂鸣器55均连接。电路板52上焊接有数据预处理模块56、单片机57以及电源模块，电源模块与单片机57相连接，单片机57的一侧连接数据预处理模块56。数据预处理模块56的一侧分别连接有温度传感器53以及烟雾传感器54，单片机57的一侧分别电连接有蜂鸣器55和步进电机49。

温度传感器53和烟雾传感器54采集3d打印机内的火情信号，并将火情信号发送数据至数据预处理模块56，接着传输给单片机57。单片机57可控制蜂鸣器55发声，告知操作人员发生火情。同时，单片机57可控制步进电机49进行启动，使得步进电机49带动阀门48开启，进而可进行喷淋操作。