可打印高温材料的3D打印机控制系统的制作方法

文档序号:17453973发布日期:2019-04-20 03:03阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种可打印高温材料的3D打印机控制系统,其特征是,包括硬件系统,硬件系统包括辅助机构、3D打印执行机构和控制电路;

其中,辅助机构包括:

机箱,具有封闭的箱体,箱体内壁设有保温隔热材料;箱体正面设有可开闭的对开门,对开门的门扇上设有透明观察窗;箱体顶部设有天窗和旋转开闭的窗盖,窗盖也设有透明观察窗,机箱侧面设置有隔热控制室;隔热控制室内设有电控室、温控室和料仓,温控室设有隔热控制室的下部;电控室外设有盖板,盖板上设有通风散热条孔;料仓内设有安装打印材料卷筒的挂料轴,料仓外设有仓门;控制器,包括前述硬件系统的控制电路,设置在电控室内部,用于可打印高温材料的3D打印机控制系统的工作控制;电控室顶部设有触摸屏,触摸屏两侧设有操作旋钮和SD卡插槽,箱体顶部前侧设有倾斜过渡面;触摸屏、操作旋钮和SD卡插槽从倾斜过渡面露出;

打印预热组件,设置在温控室内,用于在封闭的机箱产生恒定的高温环境打印温度,打印预热组件包括防护罩、横流风扇、内部环境加热器和内部环境测温装置;内部环境测温装置设置在机箱内部,内部环境加热器设置在机箱底部右侧,横流风扇设置在防护罩上;内部环境加热器为PTC陶瓷加热器;机箱底部设有进风排孔;

其中,3D打印执行机构包括:

XY平面运动机构,横跨设置在机箱内部的顶部,用于驱动3D打印头组件产生水平任意方向的移动;XY平面运动机构包括平面安装框架、X轴运动机构和Y轴运动机构,X轴运动机构架设在Y轴运动机构上、并受Y轴运动机构驱动其作Y轴方向的直线运动;其中,平面安装框架的上部四角处均设有轴承座;

Y轴运动机构包括Y轴驱动装置、2组Y轴滑轨组件、主动传动杆、从动传动杆、以及左右对称设置的2组Y轴同步带组件,每组Y轴同步带组件包括Y轴同步带、Y轴主动同步轮和Y轴从动同步轮,Y轴主动同步轮和Y轴从动同步轮通过Y轴同步带联动;2组同步带组件的Y轴主动同步轮设于Y轴主动传动杆的两端,2组同步带组件的从动同步轮设于从动传动杆的两端;Y轴驱动装置包括Y轴步进电机、Y轴驱动同步带和Y轴驱动同步轮,Y轴步进电机和Y轴驱动同步轮之间Y轴驱动同步带传动联接,Y轴步进电机设置在平面安装框架内侧,Y轴驱动同步轮套设在主动传动杆上;主动传动杆和从动传动杆的两头均可转动地设在轴承座上;2组Y轴滑轨组件对称地设置在平面安装框架2条相对的边框上,1组Y轴滑轨组件分别对应1组Y轴同步带组件,每组Y轴滑轨组件包括Y轴导轨和Y轴滑块,Y轴导轨固定在Y轴同步带下方的平面安装框架的边框上,Y轴滑块下部可滑动地设在Y轴导轨上,Y轴滑块上部固定在Y轴同步带;平面安装框架的边框上设有2个Y轴限位开关,2个Y轴限位开关分布在其中1组Y轴滑轨组件的Y轴导轨的两端外侧,2个Y轴限位开关受Y轴滑块到达极限位置触发;

X轴运动机构包括X轴步进电机、X轴工字形方轨、X轴滑块和X轴同步带组件,X轴同步带组件包括X轴同步带、X轴主动同步轮和X轴从动同步轮,X轴主动同步轮和X轴从动同步轮通过X轴同步带联动;X轴工字形方轨两端跨接固定在Y轴滑轨组件的Y轴滑块上,X轴滑块下部可滑动地卡套在X轴工字形方轨上,X轴滑块上部固定在X轴同步带上,X轴主动同步轮设置在X轴步进电机设置的输出轴上,X轴步进电机设置在其中一组Y轴滑轨组件的Y轴滑块上,X轴从动同步轮设置在另一组Y轴滑轨组件的Y轴滑块上;Y轴滑块上设有X轴限位开关, X轴限位开关设置在在X轴工字形方轨的两端, X轴限位开关受X轴滑块到达极限位置触发;

Z轴运动机构,纵向设置在机箱内部,用于驱动3D打印载体产生垂直方向的移动,Z轴运动机构包括作为3D打印载体的打印平台、托架和2组联动的升降机构,2组升降机构对称设置在机箱内部;升降机构包括丝杆、丝杆螺母、Z轴步进电机、导轴、上梁、升降梁和下梁;导轴两端分别固定在上梁和下梁上,丝杆螺母设于升降梁上,丝杆两端设有轴承,丝杆两端通过轴承与导轴平行地设置在上梁和下梁上;升降梁设有套在导轴上的Z轴升降直线轴承;托架水平地架设有在2组升降机构的升降梁上,打印平台设在托架上;Z轴步进电机设于下梁下方,Z轴步进电机的驱动轴从下梁处向上伸出并通过连轴器与丝杆连接;上梁底部设有Z轴限位开关,Z轴限位开关受升降梁到达极限位置触发;打印平台背部设有平台加热板和打印平台测温装置;

挤料机构,设置在X轴滑块的顶部,用于将打印线材输送到3D打印头内,挤料机构包括挤料座、挤料步进电机和挤料头、挤料盖;挤料盖可拆卸地设在挤料头前侧,挤料步进电机设于挤料座一侧,挤料头竖直设置在挤料座前侧;挤料头内部设有供打印线材穿过的纵向送料通道,挤料头内部设有挤料腔,纵向送料通道从挤料腔中向下穿过,挤料腔内设有压紧装置、以及可相对滚动的送料轮和轴承滚轮,送料轮和轴承滚轮相对分布在纵向送料通道的左右两侧,挤料步进电机的输出轴伸进送料轮所在的挤料腔,送料轮套在挤料步进电机的输出轴上,轴承滚轮设置在压紧装置上,送料轮和轴承滚轮之间形成一个与纵向送料通道相通的送料过道;压紧装置包括压紧拐臂、调节臂和调节螺丝;压紧拐臂的拐弯处通过一转轴可转动地固定在右下侧,轴承滚轮可转动地设置在压紧拐臂上翘的上拐臂侧面,调节臂压在压紧拐臂平放的下拐臂上;挤料头内部左侧设有供调节臂上下升降活动的调节槽,在调节槽上方设有限定调节螺丝活动空间的T形槽,调节螺丝通过螺纹设置调节臂的上部,T形槽上方设有供调整工具介入的调节孔;调节槽上部侧面设有观察窗,调节臂的上部侧面设有伸进到观察窗的位置指标臂;

3D打印头,衔接在X轴滑块底部,用于将打印线材融熔后进行增材打印在3D打印载体上,打印头包括喉管,将打印材料融熔并挤出的融熔喷头,以及对融熔喷头进行加热的铝块;喉管上端固定在X轴滑块底部,融熔喷头设置在喉管下端,融熔喷头通过喉管与挤料机构的出料口连通;铝块套在喉管和融熔喷头上,将喉管和融熔喷头连接在一起;融熔喷头固定在导料管下端,导料管上端固定在X轴滑块上并与挤料机构的出料口相通;铝块内埋设有喷头加热器和热电偶;融熔喷头上部为安装部,融熔喷头下部设有圆锥结构的喷嘴,喷嘴内部设有一个倒圆台形结构的熔腔,熔腔下方设有延伸到喷嘴外的喷孔;

X轴滑块内部设有供打印线材穿过的纵向穿线孔,纵向穿线孔上部和纵向送料通道下部之间设有导料管;X轴滑块的侧面设有模型散热蜗扇,模型散热蜗扇下方衔接有风口对着喷嘴的导风配件;挤料座侧面设有挤料散热风扇;

其中,控制电路包括以下电路:

主控单元电路,用于装载控制程序,接收各种传感器的信号和参数,以及输出控制各执行单元动作的控制信号;主控单元电路包括主控MCU、以及与主控MCU连接的主控运行外围电路;主控运行电路包括时钟电路和复位电路;

电源模块电路,用于为整体系统提供电源,包括5V电源和24V电源;

控制信号输入电路,用于获取限位开关的位置信号和控制信号,包括均与主控MCU的输入端连接的旋钮检测电路、以及前述的X轴限位开关、Y轴限位开关、以及Z轴限位开关;

喷头加热控制电路,用于控制3D打印头的融熔喷头的温度控制,包括与主控MCU的输出端连接的喷头加热驱动电路,以及与主控MCU的输入端连接的喷头测温电路;喷头测温电路与前述的热电偶连接,将融熔喷头的温度参数反馈回主控MCU;喷头加热驱动电路与前述的喷头加热器连接;

打印平台加热控制电路,用于打印平台的独立温度控制,包括与主控MCU的输出端连接的打印平台加热板电路,以及与主控MCU的输入端连接的打印平台测温电路,打印平台测温电路将打印平台的温度参数反馈回主控MCU;

内部环境温控电路,用于机箱内部环境温度的控制,包括均与主控MCU的输出端连接的固态继电器,固态继电器作为驱动器与前述的内部环境加热器连接;前述的内部环境测温装置与主控MCU的输入端连接,将机箱内部环境温度参数反馈回主控MCU;

通讯电路,用于3D打印数据的和远程控制信号的连接,包括均与主控MCU的相应通讯功能接口连接的USB通讯、以及wifi模块电路;

储存电路,用于3D打印数据和打印状态数据的储存,包括均与主控MCU的连接的FLASH存储器模块、SD卡读卡模块;

报警电路,用于异常时发出报警信号,包括均与主控MCU的输出端连接的蜂鸣器或LED;

LCD显示驱动电路,用于信息显示,分别与触摸屏主控MCU的输出端和连接;

X轴步进电机驱动单元电路,由主控MCU控制,用于驱动X轴步进电机工作,分别与主控MCU的输出端和X轴步进电机连接;

Y轴步进电机驱动单元电路,由主控MCU控制,用于驱动Y轴步进电机工作,分别与主控MCU的输出端和Y轴步进电机连接;

Z轴步进电机驱动单元电路,由主控MCU控制,用于驱动Z轴步进电机工作,分别与主控MCU的输出端和Z轴步进电机连接;

挤料步进电机驱动单元电路,由主控MCU控制,用于驱动挤料轴步进电机工作,分别与主控MCU的输出端和挤料步进电机连接;

风扇驱动单元电路,由主控MCU控制,用于驱动模型散热蜗扇和挤料散热风扇工作,分别与主控MCU的输出端和模型散热蜗扇、挤料散热风扇连接。

2.如权利要求1所述的可打印高温材料的3D打印机控制系统,其特征是:所述窗盖后部铰接在箱体顶部,窗盖在铰接处附近的内侧两边均衔接有旋转孔;天窗中部设有气缸和气弹簧,气缸和气弹簧一左一右分开铰接在天窗内侧两边,气缸和气弹簧的工作端均设有弯折的支撑转轴,气缸和气弹簧通过支撑转轴和窗盖的旋转孔与窗盖连接。

3.如权利要求1或2所述的可打印高温材料的3D打印机控制系统,其特征是:所述对开门的门扇上部和/或下部边缘处设有门扣,机箱内设有与门扣匹配的门夹扣;对开门的门扇边缘处设有拉手安装孔,拉手安装孔内设有隐藏式旋转拉手;隐藏式旋转拉手包括把手面板座、安装柱、拉手转轴和旋转拉手;旋转拉手包括宽度相同的扁拉条和圆弧拉手,圆弧拉手衔接于扁拉条的两端形成一个弓形结构;面板上设有长宽和扁拉条长宽匹配的长方槽,扁拉条中部通过拉手转轴可旋转设置于该长方槽内部中部;面板背部在长方槽两侧设有嵌入式安装部;安装柱为两个,分别分布设置在面板的后侧的两端,位于嵌入式安装部的上下两侧。

4.如权利要求3所述的可打印高温材料的3D打印机控制系统,其特征是:所述隔热控制室在料仓对应顶部设有打印耗材观察窗;机箱在窗盖闭合处衔接有密封边,窗盖边缘设有与密封边匹配的密封条。

5.如权利要求4所述的可打印高温材料的3D打印机控制系统,其特征是:所述导料管下部至熔腔上部之间设有铁氟龙管,其内径与导料管匹配相同。

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