具有喷嘴清理功能的3D打印机的制作方法

本实用新型涉及一种3D打印机，具体涉及一种具有喷嘴清理功能的3D打印机。

背景技术：

3D打印机，即快速成形技术的一种机器，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。过去其常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，现正逐渐用于一些产品的直接制造。

现有主流的3D打印技术主要包括四种：光固化成型（SLA），三维粉末粘接（3DP），选择性激光烧结（SLS），熔融沉积快速成型（FDM）。其中，基于光固化成型技术，三维粉末粘接技术和选择性激光烧结技术的3D打印机虽然精度较高，适用材料也比较广泛，往往需要较大的功率，技术比较复杂，设备成本、维护成本和材料成本都很高，所以目前应用范围主要集中于高端制造领域。

熔融沉积（Fused Deposition Modeling，FDM）又叫熔丝沉积，主要采用丝状热熔性材料作为原料，通过加热融化，将液化后的原材料通过一个微细打印喷嘴的喷头挤喷出来。原材料被喷出后沉积在制作面板或者前一层已固化的材料上，温度低于熔点后开始固化，通过材料逐层堆积形成最终的成品。

在FDM打印机工作的过程中，喷头处于高温状态，受到重力作用，融化的材料会自然的从打印喷嘴漏出，形成废料丝。通常处于高温打印状态，该漏出的材料可通过回抽丝材避免废料丝现象的发生。但是，在打印前（喷头升温过程）和打印后（喷头减温过程）是不能采用回抽的，一旦废料丝形成则无法清理，而且废料块的危害主要存在于以下方面：

1、废料丝在带引过程中会比实际打印材料预先到达打印平台，而堆积于实际打印材料的下方，造成鼓起的凸包，导致模型精度下降，甚至打印失败；

2、废料丝从打印喷嘴自然脱落，混入3D打印机内部的机械部件中，造成硬件损伤；

3、废料丝粘附到打印喷嘴周围，长期高温氧化后，变为黑色液体滴落到模型表面，不仅影响模型外观，长时间还可能导致堵头。

目前，为消除上述弊端，大多数操作者是通过机械的方式将废料丝移除的：

1、设备在工作状态下直接用手或镊子移除废料丝；

2、在机器不工作的状态下，将喷头预热，利用镊子夹具无尘布或纸巾将废料丝及喷头周边擦净。

上述人工处理方法，均处于设备高温工作状态下，均存在安全隐患。为解决上述问题，申请号为201510950657.9的中国实用新型专利公开了一种基于FDM技术的3D打印机， 在设备内部增加用于清理废料丝的清洁装置，该清洁装置具有由压缩弹簧调节高度的擦拭棉，当打印喷嘴与该擦拭棉接触时会将废料丝拭去；申请号为201520468321.4的中国实用新型专利公开了一种3D打印机喷头自动清理装置，在设备内部设置有弹性件调节高度的刮刀及收集废料的废料盒，当打印喷嘴与该刀片接触时会将废料丝刮去，并落入废料盒内。然而，上述两种清理方式，在应用于实际工作中，仍存在一定的不足之处：

1、清洁装置均不具备高度调节功能，在擦拭材料被消耗后，无法通过高度调节对Z轴进行校准及补偿，导致清洁装置需要频繁更换擦拭材料；

2、不具备完善的废料丝处理功能，后一清理装置虽具有废料盒，但需要将废料盒内的废料丝倾倒时，需要工作人员将手伸入设备内部将废料盒拆除并从打印喷嘴与打印平台之间取出，一方面，操作方式极不便利，另一方面，由于设备内部空间有限，在取放过程中极易与设备内部其他元件发生碰撞，影响打印精度及使用寿命；

3、不具备完善的打印喷嘴适用结构，在清理过程中，擦拭棉及刀片与打印喷嘴末端的位置对应必须极其精准，否则清理效果大打折扣，而且，后一清理装置由于刮刀位于废料盒的侧壁，必须单一方向与刮刀接触，否则废料丝会落至打印平台上方，清理装置则变得画蛇添足。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种具有喷嘴清理功能的3D打印机，其结构简单、操作简便、稳定性高、克服传统清理装置的诸多缺点，实现了打印喷嘴清理自动化，具有清理干净、速度快等特点。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：包括壳体，所述的壳体前方设置有操作观察口，所述的壳体内设置3D打印头、驱动3D打印头移动的移动装置、用于打印材料成型的打印平台及清理废料丝的清理装置，所述的3D打印头包括底部的打印喷嘴及围绕打印喷嘴的加热机构，所述的清理装置包括废料盒、刮刀及刮刀高度补偿结构，所述的废料盒上方开设有废料进口，还包括废料盒高度调节机构，所述的废料盒高度调节机构包括调节柱及调节槽，所述的调节柱分别固定设置于废料盒两侧，且从壳体后方导通壳体，所述的调节槽位于调节柱穿过壳体的位置并沿竖向设置，所述的调节柱设置有与壳体内壁相抵的安装台阶及与壳体外壁相抵的锁定螺母，该锁定螺母与调节柱呈螺纹配合，所述的刮刀高度补偿机构包括补偿座及补偿弹簧，所述的补偿座位于废料盒的废料进口的水平中部，所述的补偿座相对废料盒宽度方向的两端分别固定设置有延伸至废料盒内壁的固定臂，所述的补偿弹簧位于补偿座上方并沿竖向压缩于刮刀与补偿座之间，所述的刮刀的刀刃高于废料进口，所述的移动装置驱动3D打印头、使打印喷嘴接触刮刀并实现一次清理后，驱动3D打印头反向移动实现二次清理。

通过采用上述技术方案，增设废料盒高度调节机构，用于调节废料盒高度，即调节刮刀的高度，及时相对Z轴进行校准及补偿，此外，作为主要的校准部件，调节器位置的锁定螺母位于壳体外侧，不打开壳体即可对其位置进行校准，提高校准的便捷性，此外，将刮刀位置调整至废料盒中部，无论刮刀以哪个方向与3D打印头接触均能使被刮除的废料丝落入废料盒内，避免废料丝会落至打印平台上方，此外，既省去了单次刮除需要侧移回位的不便，而且使单次移动即可实现往返两次，使清理效率更高，清理效果更完全。

本实用新型进一步设置为：所述的废料盒高度调节机构还包括微调螺杆、微调螺母及微调座，所述的微调座固定于壳体内壁并位于废料盒下方，所述的微调座沿竖向贯穿设置有截面非圆形的微调孔，所述的壳体开设有供微调螺母穿过的操作孔，所述的微调螺母与微调孔同轴设置，且部分从操作孔延伸至壳体外侧作为操作部，所述的微调螺杆设置有与微调螺母螺纹配合的调节部及与微调孔形状相适配的滑移部，所述的微调螺杆的上端作为抵于废料盒底部的调节端，所述的微调螺母的端面沿周向设置有限位槽，所述的操作孔设置有位于限位槽内的限位块。

通过采用上述技术方案，调节柱作为废料盒高度的粗调节，而在调节柱未完全锁紧时，旋转微调螺母即可使抵于废料盒下方的微调螺杆升降，由微调螺杆顶部的挤压力实现废料盒的微量调节，使高度调节更加精准，此外，通过限位槽及限位块使调节螺母不会脱离操作孔，保证调节功能的稳定使用，且操作部位于壳体后方，操作更为便捷。

本实用新型进一步设置为：所述的打印喷嘴的形状为正四棱台，且较小端朝向下方，所述的打印喷嘴外周各侧面均为将刮刀向喷口引导的引导面。

通过采用上述技术方案，改变打印喷嘴的外周形状，一方面，刮刀能够被准确引导至喷口位置，将废料丝进行刮除，另一方面，刮刀能够与打印喷嘴的侧面完全贴合，使长期高温氧化后变为黑色的废料丝能够被完全刮除，而非之前圆弧状的侧面只具有有限的接触面积，提高清洁效率及全面度。

本实用新型进一步设置为：所述的壳体位于废料盒下方设置有清废抽屉，所述的清废抽屉上方设置有接收口，所述的壳体后方设置有供清废抽屉的插入的抽屉口，所述的清废抽屉设置有位于壳体外的抽屉手柄，所述的废料盒底部设置有与清废抽屉位置相对的出料料斗，所述的清废抽屉的宽度大于或等于打印平台的宽度，所述的清废抽屉位于壳体的端部延伸至打印平台下方。

通过采用上述技术方案，收集至废料盒的废料丝受到重力作用会落入清废抽屉内，在清废抽屉集中收集后统一处理，避免从壳体中拆除废料盒所带来的不便，以及可能出现的设备损坏，此外，在日常打印平台清理之后，也可将杂屑直接扫入清废抽屉，提高清理的便捷性。

本实用新型进一步设置为：所述的清废抽屉底部设置有钢珠腔，该钢珠腔内滑移设置有限位于钢珠腔的钢珠及将钢珠向下方复位的钢珠弹簧，所述的壳体设置有用于卡入钢珠的钢珠槽，所述的清废抽屉完全插入壳体内时，所述钢珠与钢珠槽相卡配，构成清废抽屉的限位。

通过采用上述技术方案，钢珠与钢珠槽相卡配给予小额的锁定力，使清废抽屉能够稳定安装于壳体内，同时能够给予工作人员安装到位的声音反馈，实现人机的信息交互。

本实用新型进一步设置为：所述的壳体位于清废抽屉与打印平台之间水平分隔设置有底板，所述的底板与出料料斗及打印平台边缘对应的位置设置有与清废抽屉相联通的排废口。

通过采用上述技术方案，增设隔于清废抽屉与打印平台的底板，使打印腔趋于完整的腔体，减少外界流体对内部影响，减少打印腔内的转角，便于清理的同时避免零件在拆装时遗失。

本实用新型进一步设置为：所述的刮刀的材质为高温耐火棉。

通过采用上述技术方案，选用高温耐火棉作为刮刀的材质，其具有防水、耐磨、防火、耐油等特点，很适合3D打印机的高温工况。

本实用新型进一步设置为：还包括刮刀安装机构，所述的刮刀安装机构包括与刮刀贴合并螺钉固定的刮刀板，所述的刮刀板沿水平方向设置有燕尾安装导轨，所述的燕尾安装导轨两侧分别设置有滑移于燕尾安装导轨的安装支脚，两侧的所述的安装支脚之间压缩设置有安装弹簧，所述的补偿座中部设置有安装补偿弹簧的安装槽，所述的安装槽两侧沿竖向分别与各安装支脚对应设置有补偿槽，各所述的安装支脚远离刮刀板的末端设置有沿补偿槽升降的安装折弯。

通过采用上述技术方案，在3D打印机长时间加工之后，难以避免需要更换刮刀，可压缩的安装支脚按压之后即可快速从补偿槽内拆卸或安装，同时不影响补偿弹簧的补偿功能，提高使用的便捷性。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步描述。

附图说明

图1为本实用新型具体实施方式的立体图一；

图2为本实用新型具体实施方式的立体图二；

图3为图1中A 的放大图；

图4为本实用新型具体实施方式中废料盒、打印平台及清废抽屉的排布结构；

图5为本实用新型具体实施方式中废料盒去除废料盒高度调节机构的立体图；

图6为本实用新型具体实施方式中壳体与清废抽屉的结构示意图；

图7为本实用新型具体实施方式中微调螺杆、微调螺母及微调座的结构示意图；

图8为本实用新型具体实施方式中刮刀安装机构的结构示意图。

具体实施方式

如图1—图8所示，本实用新型公开了一种具有喷嘴清理功能的3D打印机，包括壳体1，壳体1内设置有打印腔12，前方设置有操作观察口11，打印腔12内设置3D打印头2、驱动3D打印头2移动的移动装置3、用于打印材料成型的打印平台4及清理废料丝的清理装置5，其中移动装置3为现有装置，其驱动打印头2能够沿X轴、Y轴及Z轴进行三维移动，3D打印头2包括底部的打印喷嘴21及围绕打印喷嘴21的加热机构，加热机构为现有机构，其作用是将丝材熔化后易于喷出，便于快速、精确成型，未在附图中表示，但不影响结构理解，保证打印头2能够移动至打印腔12的任意位置，清理装置5包括废料盒51、刮刀52及刮刀高度补偿结构，废料盒51上方开设有废料进口511，还包括废料盒高度调节机构，废料盒高度调节机构包括调节柱512及调节槽13，调节柱512分别固定设置于废料盒51两侧，且从壳体1后方穿过壳体1，调节槽13位于调节柱512穿过壳体1的位置并沿竖向设置，调节柱512设置有与壳体1内壁相抵的安装台阶513及与壳体1外壁相抵的锁定螺母514，该锁定螺母514与调节柱512呈螺纹配合，刮刀高度补偿机构包括补偿座53及补偿弹簧531，补偿座53位于废料盒51的废料进口511的水平中部，补偿座53相对废料盒51宽度方向的两端分别固定设置有延伸至废料盒51内壁的固定臂532，补偿弹簧531位于补偿座53上方并沿竖向压缩于刮刀52与补偿座53之间，刮刀52的刀刃高于废料进口511，移动装置3驱动3D打印头2、使打印喷嘴21接触刮刀52并实现一次清理之后，驱动3D打印头2反向移动实现二次清理，打印喷嘴21接触刮刀52的角度以与刮刀垂直方向为最佳，增设废料盒高度调节机构，用于调节废料盒51高度，即调节刮刀52的高度，及时相对Z轴进行校准及补偿，此外，作为主要的校准部件，调节器位置的锁定螺母514位于壳体1外侧，不打开壳体1即可对其位置进行校准，提高校准的便捷性，此外，将刮刀52位置调整至废料盒中部，无论刮刀52以哪个方向与3D打印头2接触均能使被刮除的废料丝落入废料盒内，避免废料丝会落至打印平台4上方，此外，单次移动即可实现往返两次，使清理效率更高，清理效果更完全。

废料盒高度调节机构还包括微调螺杆515、微调螺母516及微调座517，微调座517固定于壳体1内壁并位于废料盒51下方，微调座517沿竖向贯穿设置有截面非圆形的微调孔5171，壳体1开设有供微调螺母516穿过的操作孔16，微调螺母516与微调孔5171同轴设置，且部分从操作孔16延伸至壳体1外侧作为操作部5161，微调螺杆515设置有与微调螺母516螺纹配合的调节部5151及与微调孔5171形状相适配的滑移部5152，微调螺杆515的上端作为抵于废料盒底部的调节端5153，微调螺母516的端面沿周向设置有限位槽5162，操作孔16设置有位于限位槽5162内的限位块161，调节柱作为废料盒高度的粗调节，而在调节柱未完全锁紧时，旋转微调螺母516即可使抵于废料盒下方的微调螺杆515升降，由微调螺杆515顶部的挤压力实现废料盒的微量调节，使高度调节更加精准，此外，通过限位槽及限位块使调节螺母不会脱离操作孔，保证调节功能的稳定使用。而且考虑到操作人员误碰、操作空间及机器美观因素，将操作部设置于壳体后方，设计更为合理，操作更为便捷。

打印喷嘴21的形状为正四棱台，且较小端朝向下方，打印喷嘴21外周各侧面均为将刮刀52向喷口引导的引导面22，改变打印喷嘴21的外周形状，一方面，刮刀52能够被准确引导至喷口位置，将废料丝进行刮除，另一方面，刮刀52能够与打印喷嘴21的侧面完全贴合，使长期高温氧化后变为黑色的废料丝能够被完全刮除，而非之前圆弧状的侧面只具有有限的接触面积，提高清洁效率及全面度。

壳体1位于废料盒51下方设置有清废抽屉6，清废抽屉6上方设置有接收口61，壳体1后方设置有供清废抽屉6的插入的抽屉口14，清废抽屉6设置有位于壳体1外的抽屉手柄62，废料盒51底部设置有与清废抽屉6位置相对的出料料斗54，清废抽屉6的宽度a大于或等于打印平台4的宽度b，清废抽屉6位于壳体1的端部延伸至打印平台4下方，收集至废料盒51的废料丝受到重力作用会落入清废抽屉6内，在清废抽屉6集中收集后统一处理，将清废抽屉6从壳体后侧抽出后倾倒即可，避免从壳体1中拆除废料盒51所带来的不便，以及可能出现的设备损坏，此外，在日常打印平台4清理之后，也可将杂屑直接扫入清废抽屉6，提高清理的便捷性。

清废抽屉6底部设置有钢珠腔63，该钢珠腔63内滑移设置有限位于钢珠腔63的钢珠631及将钢珠631向下方复位的钢珠弹簧632，壳体1设置有用于卡入钢珠的钢珠槽15，清废抽屉6完全插入壳体1内时，钢珠631与钢珠槽15相卡配，构成清废抽屉6的限位，钢珠631与钢珠槽15相卡配给予小额的锁定力，使清废抽屉6能够稳定安装于壳体1内，同时能够给予工作人员安装到位的声音反馈，实现人机的信息交互。

壳体1位于清废抽屉6与打印平台4之间水平分隔设置有底板15，底板15与出料料斗54及打印平台4边缘对应的位置设置有与清废抽屉6相联通的排废口151，增设隔于清废抽屉6与打印平台4的底板15，使打印腔趋于完整的腔体，减少外界流体对内部影响，减少打印腔内的转角，便于清理的同时避免零件在拆装时遗失。

刮刀52的材质为高温耐火棉，选用高温耐火棉作为刮刀52的材质，其具有防水、耐磨、防火、耐油等特点，很适合3D打印机的高温工况。

还包括刮刀安装机构，刮刀安装机构包括与刮刀52贴合并螺钉固定的刮刀板55，刮刀板55沿水平方向设置有燕尾安装导轨551，燕尾安装导轨551两侧分别设置有滑移于燕尾安装导轨551的安装支脚552，两侧的安装支脚552之间压缩设置有安装弹簧553，补偿座53中部设置有安装补偿弹簧的安装槽533，安装槽533两侧沿竖向分别与各安装支脚552对应设置有补偿槽534，各安装支脚552远离刮刀板55的末端设置有沿补偿槽534升降的安装折弯554，在3D打印机长时间加工之后，难以避免需要更换刮刀，可压缩的安装支脚552按压之后即可快速从补偿槽534内拆卸或安装，同时不影响补偿弹簧的补偿功能，提高使用的便捷性。