FDM打印设备自动供料系统的制作方法

本发明涉及铸造领域，具体地，涉及一种FDM打印设备自动供料系统。

背景技术：

随着科技的发展，FDM打印方式的3D打印技术已日趋成熟，各种模具制造行业已经开始不同程度的使用该技术，铸造行业也不例外，目前工业级FDM打印方式的3D打印机在铸造方面的应用较为广泛，但是工业级打印设备打印用材料供给还是依靠操作人员手动上料、加料方式。因此，实现材料自动上料、加料是3D打印机需要解决的难题之一。

和本发明在装置结构和功能实现上相近的现有技术有以下：

西安中科麦特电子技术设备有限公司申请的，公开号为：CN201310574331.1，公布日为2015.05.20，名称为“一种3D打印设备运动机构和供料系统的控制系统”的专利申请，该专利中关于供料系统，仅仅提供了一种“如何实现加料装置给料控制，料仓中如何实现推料控制”的技术方案，但未给出当加料装置缺料时，如何实现报警、或自动加料的技术方案。

杭州铭展网络科技有限公司申请的，公开号为：CN204560926U，公布日为2015.08.19，名称为“粘流态材料3D打印机的连续供料系统”的专利申请，该专利是通过设置两个活塞管，利用负压作用，在进行3D打印的过程中，两个活塞管始终保持一个吸料，一个出料，实现设备的连续供料，但这种技术方案只适用于粘流态材料，对于FDM设备用的PLA材料不适用。

黑龙江省科学院自动化研究所申请的，公开号为：CN205058634U，公布日为2016.03.02，名称为“熔融沉积式工业3D打印机供料系统”的专利申请，该专利仅仅提供了一种供料系统，但并未给出如何实现连续供料的技术方案，连接挤出机的加料小车是交替更换的，一车料使用完毕后更换另外一台，在生产过程中始终存在停顿，不能实现连续生产。

深圳市七号科技有限公司申请的，公开号为：CN105661607A，公布日为2016.06.15，名称为“一种远端供料的食品3D打印装置”的专利申请，该发明装置的整体结构和本发明类似，由于其适用的是食品加工，所以加料装置只有一个远端供料系统，输送管直接连通远端供料系统和喷嘴机构，中间没有再设置加料装置，因此不存在供料中断的问题，但这种技术方案只适用于粘流态材料，对于FDM设备用的PLA材料不适用。

技术实现要素：

针对相关技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种FDM打印设备自动供料系统，以使FDM打印设备在打印过程中不断将存储在上料仓的打印材料自动加注到打印料斗中，保证了后续打印过程的连续性，避免了由于打印材料的缺少，操作人员未能及时加注打印材料，导致打印机空打，造成打印模型质量缺陷和时间的浪费。

根据本发明的一个方面，提供一种FDM打印设备自动供料系统，该FDM打印设备自动供料系统包括：打印挤出机构；安装在打印挤出机构上部的打印仓料斗；与打印仓料斗电连接以检测打印仓料斗的料位的光电检测装置；上料仓，上料仓分别与打印仓料斗和材料斗选择性地连通；与上料仓电连接以检测上料仓内的料重的称重传感器；控制系统，控制系统基于光电检测装置发出的料位检测信号和称重传感器发出的料重信号，分别通过上料仓为打印仓料斗加料以及通过材料斗为上料仓上料。

根据本发明的一个实施例，控制系统配置成：在光电检测装置发出料位低于规定低料位的料位检测信号时，启动上料仓为打印仓料斗加料。

根据本发明的一个实施例，上料仓通过设置在底部的阀门与打印仓料斗选择性地连通。

根据本发明的一个实施例，控制系统配置成：在称重传感器发出料重为零的料重信号时，启动材料斗为上料仓上料。

根据本发明的一个实施例，上料仓通过设置在侧面的吸料管与材料斗选择性地连通。

根据本发明的一个实施例，还包括与上料仓顶部连接的隔膜泵，隔膜泵将材料斗中的物料经由吸料管泵送至上料仓。

根据本发明的一个实施例，还包括驱动打印挤出机构移动的驱动机构，其中，驱动机构构造成将安装在打印挤出机构上的打印仓料斗移动到阀门下方或从阀门下方移开。

根据本发明的一个实施例，驱动机构为运动轴伺服电机。

根据本发明的一个实施例，驱动机构构造成驱动打印挤出机构在空间直角坐标系中移动。

根据本发明的一个实施例，打印挤出机构安装在打印设备横梁上，并且上料仓安装在上料仓支架上。

本发明的有益技术效果在于：

(1)本系统在打印过程中为全自动控制，可以通过光电及时检测出打印仓缺料的情况，及时的执行进行加料，完成加料后自动回到打印中断点，继续打印，避免了由于操作人员未及时发现打印料仓缺料，打印过程中断，造成的打印模型质量问题。

(2)本系统完成加料后，上料斗中已放空，通过称重传感器感应上料斗重量，系统控制真空隔膜泵自动吸取上料，到达规定重量后自动停止。无需人为参与，有效地将传感器技术、气动控制技术相结合，实现无人化的操作、运行。

(3)本系统中配备的全数字智能控制系统，运动执行机构采用伺服控制单元，当检测到打印缺料时全数字智能控制系统将记录当前打印所处位置，并将位置信息存储；在完成加料后，再将位置信息给伺服控制单元，使其运动到打印中断点位置继续打印。有效地保证打印过程的连续性，体现了该系统智能化控制程度高。

因此，本发明完全解决了FDM方式的3D打印过程中上料、加料的问题。

附图说明

图1是根据本发明的FDM打印设备自动供料系统的结构示意图；

图2是图1所示的FDM打印设备自动供料系统的打印仓料斗中的打印材料处于低料位的示意图；

图3是图1所示的FDM打印设备自动供料系统的打印仓料斗中的打印材料处于满料位的示意图；

图4是根据本发明的FDM打印设备自动供料系统的控制系统示意图；以及

图5是根据本发明的FDM打印设备自动供料系统的控制流程图。

具体实施方式

现根据附图描述本发明的详细实施例。

参见附图1，其示出了根据本发明的FDM打印设备自动供料系统的一个实施例的结构示意图。由图1可见，在该实施例中，FDM打印设备自动供料系统包括：用于打印并挤出物料的打印挤出机构1；安装在打印挤出机构1上部的打印仓料斗3，打印仓料斗3用于向打印挤出机构1供给打印材料，并且打印仓料斗3电连接光电检测装置2，以检测打印仓料斗3内的物料位置；上料仓5，其中，上料仓5分别与打印仓料斗3选择性地连通以向打印仓料斗3供应物料、以及与材料斗8选择性地连通以从材料都8选择性地获取物料，其中，上料仓5电连接称重传感器13，以检测上料仓5内的料重；以及控制系统12，其中，控制系统12能够基于光电检测装置2发出的料位检测信号和称重传感器13发出的料重信号，分别通过上料仓5为打印仓料斗3加料、以及通过材料斗8为上料仓5上料。

此处应当注意，本领域中的技术人员还能够设想使用其他任意合适的装置替代本发明中的光电检测装置2来检测打印仓料斗3内的物料水平；同样地，本领域中的技术人员还能够设想使用其他任意合适的装置替代本发明中的的称重传感器13来检测上料仓5内的物料重量；或者，本领域中的技术人员还能够设想到将本发明中的光电检测装置2与称重传感器13互换的技术方案，本发明不局限于此。

本发明的FDM打印设备自动供料系统通过配备光电检测装置2和称重传感器13来检测打印仓料斗3和上料仓5中的物料信息，并且反馈给控制器，控制器基于反馈信息自动控制打印过程中FDM打印设备的上料和加料操作，使FDM打印设备在打印过程中不断将存储在上料仓5中的打印无物料自动加注到打印仓料斗3中，保证了后续打印过程的连续性，避免了由于打印材料的缺少，操作人员未能及时加注打印材料，导致打印机空打，造成打印模型质量缺陷和时间的浪费。

在一个示例性的实施例中，控制系统12配置成在光电检测装置2发出打印仓料斗3内的料位低于规定低料位14(在图2中示出)的料位检测信号时，启动上料仓5为打印仓料斗3加料。如图1和图2所示，上料仓5可通过设置在底部的阀门6与打印仓料斗3选择性地连通。

此处提及的“选择性连通”指的是：当控制系统12接收到来自光电检测装置2的打印仓料斗3内的料位低于规定低料位14的料位检测信号时，控制系统12响应于该检测信号，控制阀门6打开，使上料仓5与打印仓料斗3连通，实现自动为打印仓料斗3上料；当打印仓料斗3中的物料料位逐渐升高至规定满料位15(在图3中示出)时，光电检测装置2向控制系统12发出打印仓料斗3内的料位高于规定满料位15的料位检测信号，控制系统12响应于该检测信号，控制阀门6关闭，停止上料仓5继续向打印仓料斗3中供料，由此实现FDM打印设备的自动上料操作。

在另一个示例性的实施例中，控制系统12配置成：在称重传感器13发出上料仓5中的料重为零的料重信号时，启动材料斗8为上料仓5上料。在该实施例中，如图1所示，上料仓5通过设置在其侧壁上的吸料管7与用于储存打印材料的材料斗8选择性地连通。在一个具体的实施例中，如图1所示，在上料仓5的顶部连接有隔膜泵4，隔膜泵4能够将储存在材料斗8中的物料经由吸料管7泵送至上料仓5为上料仓5加料。

与以上描述的FDM打印设备的自动上料操作类似，此处提及的“选择性地连通”指的是：当控制系统12接收到来自称重传感器13的上料仓5内的料重为零的料重检测信号时，控制系统12响应于该检测信号，启动隔膜泵4，将材料斗8中的物料经由吸料管7泵送至上料仓5，待上料仓5达到规定重量后自动关闭隔膜泵4，停止为上料仓5加料，由此实现FDM打印设备的自动加料操作。

此外，根据本发明的FDM打印设备自动供料系统还可包括用于驱动打印挤出机构1移动的驱动机构10，其中，驱动机构10构造成将安装在打印挤出机构1上的打印仓料斗3移动到阀门6下方以接收物料或从阀门6下方移开至打印工作位置。在一个具体的实施例中，该驱动机构10可为运动轴伺服电机，并且构造成驱动打印挤出机构1在空间直角坐标系中移动。当然，在其他的实施例中，上述驱动机构10还可为任意其他合适的驱动机构，这可根据实际情况而定，本发明不局限于此。此外，如图1所示，打印挤出机构1可安装在打印设备横梁11上，并且上料仓5可安装在上料仓支架9上。

如图4所示，在一个示例性实施例中，控制系统12包括全数字化智能控制系统和PLC。现在结合图5描述根据本发明的FDM打印设备自动供料系统的工作过程。首先，打印机通过全数字化智能控制系统执行打印程序，随着打印机的运行，打印仓料斗3内部的材料逐渐减少，当材料高度位置下降到规定低料位14的检测位置时(见图2)，打印仓料斗3上面安装的料位光电检测开关2发出检测光束进行位置检测，并触发光电信号，控制系统12会中断打印程序，同时记录此时打印机停止的位置，并将位置数据存储在控制系统12中；随后控制系统12执行加料程序，打印机的打印仓料斗3随打印挤出机构1运动至上料仓5的底部阀口位置，打印仓料斗3与上料仓底部阀口对齐。控制系统中运动伺服电机10检测到加料位置，PLC单元输出上料仓底部阀门6打开指令，阀门6打开把材料排放到打印仓料斗3内，当材料排放空，上料仓称重传感器13检测到仓内重量为零时，同时料位光电检测开关2检测到规定满料位15，上料仓底部阀门6关闭；全数字化智能控制系统确认上料仓阀门6关闭后，执行返回打印中断点程序，全数字化智能控制系统控制运动轴运动到打印中断点，全数字化智能控制系统确认返回的位置与之前记录存储的位置一致后，打印程序将继续运行。另外，上料仓5排空后称重传感器13检测到仓内重量为零，将触发上料信号传输给PLC单元，PLC单元输出至隔膜泵4让其吸料，当吸入的材料重量达到规定重量时触发称重传感器加满信号，并传输给PLC单元，PLC单元将控制隔膜泵4停止吸料。

在该实施例中，FDM打印设备配备全数字智能控制系统，运动执行机构采用伺服控制单元，当检测到打印缺料时全数字智能控制系统将记录当前打印所处位置，并将位置信息存储；在完成加料后，再将位置信息给伺服控制单元，使其运动到打印中断点位置继续打印。有效地保证打印过程的连续性，体现了该系统智能化控制程度高。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。