3D打印机的自动换刀装置、以及打印换刀控制方法

本发明涉及3d打印，具体涉及一种3d打印机的自动换刀装置、以及打印换刀控制方法。

背景技术：

1、在现有的选区激光熔化金属3d打印设备中，单个设备在打印过程中总是配备一把或一种刮刀，而打印过程中很可能遇到同一个零件既有晶格结构同时有实体结构的情况(橡胶刮刀更适合晶格结构，硬质刮刀更适合实体结构)，因此机器中的单个刮刀无论选硬质刮刀还是橡胶刮刀都无法达到最优的打印效果。另外，由于铺粉过程是一个往复的循环过程，铺粉刮刀在频繁的使用过程中经常会出现损坏，一旦刮刀损坏，就可能造成零件打印的半途而废，必须停机检修刮刀，更换刀片。并且，在打印过程中零件一般会用惰性气体保护，停机再次开机的过程也会造成气体浪费，可见，停机换刀增加了打印时间和打印成本，影响打印质量，增加了报废率。经市场调研，并未发现目前有成熟设备，或公开的专利对该问题提出较好的解决方案。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种3d打印机的自动换刀装置、以及打印换刀控制方法，能够实现在不停机的情况下自动换刀，提高打印效率和质量，减少打印成本。

2、为实现上述目的，本发明提供一种3d打印机的自动换刀装置，用于安装在3d打印机的刮刀架的工作槽处，所述自动换刀装置包括刀具基块、转动机构、升降机构和控制系统，所述刀具基块与转动机构连接，且由转动机构驱动转动，所述刀具基块上设有多个用于安装刮刀的安装结构，且多个安装结构绕着刀具基块的旋转轴线周向布置在同一圆上，所述升降机构能够驱动刀具基块和转动机构同步地沿z向直线移动至靠近或者远离刮刀架的工作槽，且升降机构能够将刀具基块锁定在工作位和切换位，所述刀具基块位于工作位时安装在其上的刮刀能处于工作槽中正常工作，位于切换位时刮刀离开工作槽；所述控制系统与转动机构和升降机构都控制相连。

3、进一步地，所述刀具基块上的安装结构为刀具卡槽。

4、进一步地，所述刀具基块上的多个安装结构绕着其旋转轴线周向均匀布置。

5、进一步地，还包括导向机构，所述导向机构包括设置在刮刀架上的导向结构、以及安装于导向结构的导向块，所述导向块与刀具基块相固定，所述导向块能够配合导向结构在z向上直线运动。

6、进一步地，所述转动机构包括转动电机，所述转动电机安装在导向块上，所述转动电机的输送轴与刀具基块相连接。

7、进一步地，还包括设置在导向块上的锁定结构，所述锁定结构包括开设在导向块上的安置孔、设置在安置孔底部的弹簧、以及设置在安置孔中且与弹簧端部相抵的销柱，所述销柱外侧端为球形面且伸出于安置孔；所述刮刀架上还设有沿z向延伸的限位槽，所述限位槽的侧面设有第一限位孔和第二限位孔；所述导向块位于限位槽中，并且刀具基块位于工作位时销柱与第一限位孔对准，位于切换位时与第二限位孔对准。

8、进一步地，还包括自动解锁机构，所述自动解锁机构包括插杆和驱动件，所述驱动件能够驱动插杆插入到第一限位孔和第二限位孔中，所述控制系统与驱动件控制相连。

9、进一步地，所述升降机构包括齿条、与齿条啮合的齿轮、以及与齿轮连接的驱动电机，所述驱动电机固定在刮刀架上，所述齿条长度方向沿着z向，所述齿条与刀具基块在z向相固定，并且能绕刀具基块转动轴心相对转动。

10、进一步地，所述升降机构包括第一连接块、第一支撑臂、第二支撑臂、第三支撑臂、第四支撑臂、第二连接块、丝杆、第一螺母、第二螺母和驱动电机，所述驱动电机安装于刮刀架且能够在刮刀架上沿z向直线移动，所述丝杆与驱动电机连接，所述第一螺母螺接在丝杆上，所述第二螺母螺接在丝杆上且其螺纹方向与第一螺母相反、或者第二螺母可自动移动地安装在丝杆上，所述第一连接块固定在刮刀架上，所述第一支撑臂一端铰接在第一连接块上、另一端铰接在第一螺母上，所述第二支撑臂一端铰接在第一连接块上、另一端铰接在第二螺母上，所述第三支撑臂一端铰接在第二连接块上、另一端铰接在第一螺母上，所述第四支撑臂一端铰接在第二连接块上、另一端铰接在第二螺母上，所述第二连接块与刀具基块固定连接。

11、本发明还提供一种3d打印机的打印换刀控制方法，所述3d打印机具有上述的自动换刀装置，所述打印换刀控制方法包括以下步骤：

12、s1、根据要打印零件中晶格结构所占的比例情况，分为不同打印类型，并确定所需要的刮刀，刮刀与打印类型相对应；在自动换刀装置的刀具基块上安装好多种刮刀，并记录各个刮刀在刀具基块上的角度位置；

13、s2、要打印零件的3d模型导入计算机，根据打印任务生成打印程序，并根据打印任务中打印类型情况、以及刀具基块上刮刀的角度位置，生成换刀控制程序，换刀控制程序包括若干换刀指令，且换刀指令与打印任务的打印类型相对应，换刀指令包括换刀时刻、以及刀具基块转动角度；

14、s3、启动打印程序，开始打印，在打印过程中出现打印类型变化时，换刀控制程序执行对应的换刀指令，控制自动换刀装置开始换刀，使所需要的刮刀位于刮刀工作位置

15、如上所述，本发明涉及的自动换刀装置、以及打印换刀控制方法，具有以下有益效果：

16、通过设置刀具基块、转动机构、升降机构和控制系统，刀具基块的不同安装结构上安装有不同的刮刀，当需要进行换刀时，控制系统控制升降机构动作，带动驱动刀具基块和转动机构同步地沿z向直线移动到达切换位，此时刀具基块与工作槽具有适当距离；然后在切换位处，由转动机构驱动刀具基块转动至其上对应的刮刀对着的工作槽，然后再由升降机构驱动刀具基块回到工作位，该刮刀到达工作位置，完成换刀工作，整个换刀过程可无需人工操作。本发明的自动换刀装置，可在不停机的情况下自动换刀，换刀效率高，能够提高打印效率和质量，减少打印成本。能够根据打印情况自动进行换刀，高效精准，能够有效地缩减打印时间和打印成本，提高打印质量，降低报废率。

技术特征：

1.一种3d打印机的自动换刀装置，用于安装在3d打印机的刮刀架(1)的工作槽(11)处，其特征在于：所述自动换刀装置包括刀具基块(2)、转动机构(4)、升降机构(5)和控制系统，所述刀具基块(2)与转动机构(4)连接，且由转动机构(4)驱动转动，所述刀具基块(2)上设有多个用于安装刮刀的安装结构，且多个安装结构绕着刀具基块(2)的旋转轴线周向布置在同一圆上，所述升降机构(5)能够驱动刀具基块(2)和转动机构(4)同步地沿z向直线移动至靠近或者远离刮刀架(1)的工作槽(11)，且升降机构(5)能够将刀具基块(2)锁定在工作位和切换位，所述刀具基块(2)位于工作位时安装在其上的刮刀能处于工作槽(11)中正常工作，位于切换位时刮刀离开工作槽(11)；所述控制系统与转动机构(4)和升降机构(5)都控制相连。

2.根据权利要求1所述的自动换刀装置，其特征在于：所述刀具基块(2)上的安装结构为刀具卡槽(21)。

3.根据权利要求1所述的自动换刀装置，其特征在于：所述刀具基块(2)上的多个安装结构绕着其旋转轴线周向均匀布置。

4.根据权利要求1所述的自动换刀装置，其特征在于：还包括导向机构(6)，所述导向机构(6)包括设置在刮刀架(1)上的导向结构、以及安装于导向结构的导向块(62)，所述导向块(62)与刀具基块(2)相固定，所述导向块(62)能够配合导向结构在z向上直线运动。

5.根据权利要求4的自动换刀装置，其特征在于：所述转动机构(4)包括转动电机(41)，所述转动电机(41)安装在导向块(62)上，所述转动电机(41)的输送轴与刀具基块(2)相连接。

6.根据权利要求1所述的自动换刀装置，其特征在于：还包括设置在导向块(62)上的锁定结构，所述锁定结构包括开设在导向块(62)上的安置孔、设置在安置孔底部的弹簧、以及设置在安置孔中且与弹簧端部相抵的销柱(7)，所述销柱(7)外侧端为球形面且伸出于安置孔；所述刮刀架(1)上还设有沿z向延伸的限位槽(13)，所述限位槽(13)的侧面设有第一限位孔(14)和第二限位孔(15)；所述导向块(62)位于限位槽(13)中，并且刀具基块(2)位于工作位时销柱(7)与第一限位孔(14)对准，位于切换位时与第二限位孔(15)对准。

7.根据权利要求6所述的自动换刀装置，其特征在于：还包括自动解锁机构，所述自动解锁机构包括插杆和驱动件，所述驱动件能够驱动插杆插入到第一限位孔(14)和第二限位孔(15)中，所述控制系统与驱动件控制相连。

8.根据权利要求1所述的自动换刀装置，其特征在于：所述升降机构(5)包括齿条(501)、与齿条(501)啮合的齿轮(502)、以及与齿轮(502)连接的驱动电机(503)，所述驱动电机(503)固定在刮刀架(1)上，所述齿条(501)长度方向沿着z向，所述齿条(501)与刀具基块(2)在z向相固定，并且能绕刀具基块(2)转动轴心相对转动。

9.根据权利要求1所述的自动换刀装置，其特征在于：所述升降机构(5)包括第一连接块(504)、第一支撑臂(505)、第二支撑臂(506)、第三支撑臂(507)、第四支撑臂(508)、第二连接块(509)、丝杆(510)、第一螺母、第二螺母和驱动电机(503)，所述驱动电机(503)安装于刮刀架(1)且能够在刮刀架(1)上沿z向直线移动，所述丝杆(510)与驱动电机(503)连接，所述第一螺母螺接在丝杆(510)上，所述第二螺母螺接在丝杆(510)上且其螺纹方向与第一螺母相反、或者第二螺母可自动移动地安装在丝杆(510)上，所述第一连接块(504)固定在刮刀架(1)上，所述第一支撑臂(505)一端铰接在第一连接块(504)上、另一端铰接在第一螺母上，所述第二支撑臂(506)一端铰接在第一连接块(504)上、另一端铰接在第二螺母上，所述第三支撑臂(507)一端铰接在第二连接块(509)上、另一端铰接在第一螺母上，所述第四支撑臂(508)一端铰接在第二连接块(509)上、另一端铰接在第二螺母上，所述第二连接块(509)与刀具基块(2)固定连接。

10.一种3d打印机的打印换刀控制方法，其特征在于：所述3d打印机具有上述1至9任一所述的自动换刀装置，所述打印换刀控制方法包括以下步骤：

技术总结
本发明涉及一种3D打印机的自动换刀装置、以及打印换刀控制方法，所述自动换刀装置包括刀具基块、转动机构、升降机构和控制系统，所述刀具基块与转动机构连接，且由转动机构驱动转动，所述刀具基块上设有多个用于安装刮刀的安装结构，且多个安装结构绕着刀具基块的旋转轴线周向布置在同一圆上，所述升降机构能够驱动刀具基块和转动机构同步地沿Z向直线移动至靠近或者远离刮刀架的工作槽，且升降机构能够将刀具基块锁定在工作位和切换位，所述刀具基块位于工作位时安装在其上的刮刀能处于工作槽中正常工作，位于切换位时刮刀离开工作槽；所述控制系统与转动机构和升降机构都控制相连。

技术研发人员：武颖娜,李子健,汤佐,欧尧,昌海,赵郑南,翟梓融
受保护的技术使用者：上海科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15