一种3d打印机平台的制作方法
专利名称:一种3d打印机平台的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种3D打印机平台，包括壳体，在壳体内设有打印平台，在打印平台的上方设有热床，在热床上方设有挤出头，在壳体内设有微控制器，其特征在于，挤出头与送料机分离布置；所述挤出头设于十字架移动机构上，挤出头沿十字架移动机构沿X轴运动或沿Y轴运动；在热床内设有由微控制器控制的加热模块。本实用新型具有打印速度快、精度高、打印容积大的特点，同时可支持脱机打印以及双料打印，操作便捷，便于推广使用。
【专利说明】
一种3D打印机平台
技术领域
[0001 ]本实用新型涉及一种3D打印平台，属于3D打印技术领域。
【背景技术】
[0002]快速成型技术是近年来发展起来的一种先进制造技术，3D打印是快速成型技术的一个分支。先由建模软件对打印实物进行三维建模，再由切片软件对三维模型进行识别和STL格式转换，最终将模型打印信息传递到主控制板，再由主控制板发送控制指令给各功能模块。由挤出头挤出熔融耗材逐层打印，层层叠加，从而将三维模型变成三维立体实物。3D打印技术作为一种高新技术，具体涉及CAD建模、测量、接口软件、数控、精密仪器、激光、材料等多学科的集成。
[0003]然而，现有桌面级别的3D打印机控制结构复杂，存在着诸多缺点。挤出头单行移动时需同时负载三个轴向电机的移动，移动速度慢;送料机和挤出头放置于一端，能提供的最大化的模型成型体积小;送料机处采用齿轮传动的传动比较小，导致打印精度不高;打印机和PC机相连，无法脱机打印，既占用PC资源，也需要考虑打印过程中USB连接的不稳定问题；现有3D打印机打印平台多为金属结构，通常经挤出头流出的熔融材料遇到较冷的金属打印平台会发生变形、翘边等现象;打印耗材仅支持单种材料打印，适用范围不广。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的是提供一种打印精度高且降低翘边现象发生的桌面级别的3D打印机。
[0005]为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是提供了一种3D打印机平台，包括壳体，在壳体内设有打印平台，在打印平台的上方设有热床，在热床上方设有挤出头，在壳体内设有微控制器，微控制器通过X轴电机驱动模块或Y轴电机驱动模块驱动X轴电机或Y轴电机带动挤出头沿X轴运动或沿Y轴运动，微控制器同时通过Z轴电机驱动模块驱动Z轴电机带动打印平台沿Z轴运动，还包括送料机，送料机通过输料管与挤出头相连，微控制器通过电机驱动模块驱动送料机带动齿轮旋转，由齿轮带动耗材沿输料管输送至挤出头，其特征在于，挤出头与送料机分离布置;所述挤出头设于十字架移动机构上，挤出头沿十字架移动机构沿X轴运动或沿Y轴运动;在热床内设有由微控制器控制的加热模块。
[0006]优选地，在所述打印平台处和/或所述挤出头内部安装有温度传感器，所述微控制器根据温度传感器的值控制所述加热模块。
[0007]优选地，所述齿轮采用大传动比齿轮。
[0008]优选地，在所述壳体上设有与所述微控制器电路相通的IXD控制面板。
[0009]优选地，在所述IXD控制面板上设有SD卡接口。
[0010]优选地，所述加热模块采用加热电阻丝。
[0011]针对现有的3D打印机，本实用新型做出了以下改进:
[0012]采用十字架移动机构，提高了挤出头的移动速度;挤出头和送料机分离，极大地提高了机体打印空间体积;在送料机处采用大传动比的齿轮传动，提高了打印精度;增加了LCD控制面板，打印过程中只需操作LCD显示屏即可，操作方便，可实现脱机打印；在打印平台上方热床中加入加热电阻丝，加热稳定，可使熔融耗材有效附着于打印平台上，降低翘边现象的发生;挤出头可支持双料打印，打印范围更广。
[0013]本实用新型具有打印速度快、精度高、打印容积大的特点，同时可支持脱机打印以及双料打印，操作便捷，便于推广使用。
【附图说明】
[0014]图1为本实用新型的3D打印机平台的结构示意图；
[0015]图2为本实用新型3D打印机平台的控制系统功能模块框图；
[0016]图3为本实用新型3D打印机平台的IXD控制面板模块框图。
【具体实施方式】
[0017]为使本实用新型更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
[0018]如图1所示，本实用新型提供的一种3D打印机平台包括壳体I，微控制器位于壳体I的底部，既节省空间，又避免控制电路与人接触。LCD控制面板2嵌在壳体I外表面，节省机体空间的同时只需调节旋钮按钮即可完成打印过程参数设置，无需占用PC机资源。挤出头4和X轴电机、Y轴电机之间采用十字架移动机构3，使挤出头4沿X轴方向及沿Y轴方向的移动更加灵活，打印速度更快。Z轴电机采用精度更高的螺杆传动，由Z轴电机带动打印平台7沿Z轴运动。送料机6处采用大传动比的齿轮5，送料机5与挤出头4之间通过输料管道相连，送料机6带动齿轮5后，由齿轮5带动耗材沿输料管输送至挤出头4。通过采用大传动比的齿轮5使打印精度更高。挤出头4和送料机5两者分离，使得可打印的模型尺寸更大。挤出头4支持双料打印，不再局限于单一耗材。打印平台7上方加入高效率的热床8，热床8内嵌入有电阻丝，加热稳定，升温迅速，可使熔融耗材有效附着于打印平台7之上，降低翘边现象的发生。打印平台7处和挤出头4内部均安装有温度传感器，当实时检测温度低于设定值，给电阻丝通电加热，当温度超过设定值，停止对电阻丝通电。
[0019]上述3D打印机的工作过程可分为以下几个步骤:
[0020]步骤1、先利用PC上位机建模软件建立实物的三维模型，再由切片软件对三维模型进行切片处理并生成G代码操作指令，最后将其存入SD卡。
[0021 ] 步骤2、预先通过PC上位机经USB串口对微控制器进行初始化设置。
[0022]步骤3、通过读取SD卡将写入的G代码指令读入IXD模块，经过分析将其传送给微控制器，再由微控制器输出控制指令，驱动X轴电机、Y轴电机带动挤出头4运动，完成一个平面打印后，再驱动Z轴电机使打印平台7上下移动最终实现逐层打印，层层叠加，精确的控制整个打印过程。
[0023]步骤4、微控制器在控制挤出头4在笛卡尔坐标系内运动的同时控制送料机5上步进电机的工作，将耗材送入挤出头4加热至熔融，再由挤出头4挤出。
[0024]图2为本实用新型的控制系统功能模块框图，3D打印机平台的控制系统包括微控制器、扩展板、LCD控制面板以及串口通信总线。串口通信模块主要是用于连接微控制器和扩展板，扩展板和LCD控制面板。扩展板包括步进电机驱动模块(包括X轴电机驱动模块、Y轴电机驱动模块、2轴电机驱动模块以及电机驱动模块)、电源模块、限位开关模块、温度控制模块、风扇控制模块。
[0025]电机驱动模块用于微控制器发送指令来驱动控制X轴电机、Y轴电机、Z轴电机以及送料机5。微控制器向步进电机驱动模块的dirPin 口分别输入高电位、低电位来控制电机的正反转，最终来控制挤出头4和打印平台7的运动。微控制器向步进电机驱动模块的stepperPin 口输入脉冲，通过设置步进脉冲信号的频率，实现对电机精确调速，通过控制步进脉冲的个数，实现对电机精确定位。步进电机驱动模块中的MS1、MS2、MS3三位控制电机轴的步距角的细分，通过硬件电路中短路片的接入与否来控制。限位开关模块限制着挤出头4轴向运动最大值和最小值范围。温度控制模块包括热敏电阻与加热电阻丝。打印平台7上方热床8和挤出头4内部均设置有加热电阻丝，且均有热敏电阻与之连接，再连接于所述的加热模块。热敏电阻用于对温度的实时检测，若低于设定温度，借助软件设置实现PID温度调节控制，控制电阻丝加热温度。
[0026]图3为本实用新型的IXD控制面板模块框图，IXD控制面板包括液晶显示模块、SD卡模块、旋钮控制模块、电平变换模块。打印机工作时，液晶显示模块显示打印实时信息，包括挤出头坐标信息、打印速度百分比、挤出头实际温度/目标温度，热床实际温度/目标温度，SD卡打印进度，打印时间等。打印也可通过调节旋钮来设定挤出头目标温度、热床目标温度、所需打印文件等参数。
【主权项】
1.一种3D打印机平台，包括壳体(I)，在壳体(I)内设有打印平台(7)，在打印平台(7)的上方设有热床(8)，在热床(8)上方设有挤出头(4)，在壳体(I)内设有微控制器，微控制器通过X轴电机驱动模块或Y轴电机驱动模块驱动X轴电机或Y轴电机带动挤出头(4 )沿X轴运动或沿Y轴运动，微控制器同时通过Z轴电机驱动模块驱动Z轴电机带动打印平台(7)沿Z轴运动，还包括送料机(6)，送料机(6)通过输料管与挤出头(4)相连，微控制器通过电机驱动模块驱动送料机(6)带动齿轮(5)旋转，由齿轮(5)带动耗材沿输料管输送至挤出头(4)，其特征在于，挤出头(4)与送料机(6)分离布置;所述挤出头(4)设于十字架移动机构(3)上，挤出头(4 )沿十字架移动机构(3 )沿X轴运动或沿Y轴运动;在热床(8 )内设有由微控制器控制的加热模块。2.如权利要求1所述的一种3D打印机平台，其特征在于，在所述打印平台(7)处和/或所述挤出头(4)内部安装有温度传感器，所述微控制器根据温度传感器的值控制所述加热模块。3.如权利要求1所述的一种3D打印机平台，其特征在于，所述齿轮(5)采用大传动比齿轮。4.如权利要求1所述的一种3D打印机平台，其特征在于，在所述壳体(I)上设有与所述微控制器电路相通的IXD控制面板(2)。5.如权利要求4所述的一种3D打印机平台，其特征在于，在所述LCD控制面板(2)上设有SD卡接口。6.如权利要求1所述的一种3D打印机平台，其特征在于，所述加热模块采用加热电阻丝。
【文档编号】B22F3/115GK205705311SQ201620197804
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年3月15日
【发明人】黄勇, 陈果, 刘华山, 张珏, 张亚军, 唐健, 蔡煜野
【申请人】东华大学
【专利摘要】本实用新型提供了一种3D打印机平台，包括壳体，在壳体内设有打印平台，在打印平台的上方设有热床，在热床上方设有挤出头，在壳体内设有微控制器，其特征在于，挤出头与送料机分离布置；所述挤出头设于十字架移动机构上，挤出头沿十字架移动机构沿X轴运动或沿Y轴运动；在热床内设有由微控制器控制的加热模块。本实用新型具有打印速度快、精度高、打印容积大的特点，同时可支持脱机打印以及双料打印，操作便捷，便于推广使用。
【专利说明】
一种3D打印机平台
技术领域
[0001 ]本实用新型涉及一种3D打印平台，属于3D打印技术领域。
【背景技术】
[0002]快速成型技术是近年来发展起来的一种先进制造技术，3D打印是快速成型技术的一个分支。先由建模软件对打印实物进行三维建模，再由切片软件对三维模型进行识别和STL格式转换，最终将模型打印信息传递到主控制板，再由主控制板发送控制指令给各功能模块。由挤出头挤出熔融耗材逐层打印，层层叠加，从而将三维模型变成三维立体实物。3D打印技术作为一种高新技术，具体涉及CAD建模、测量、接口软件、数控、精密仪器、激光、材料等多学科的集成。
[0003]然而，现有桌面级别的3D打印机控制结构复杂，存在着诸多缺点。挤出头单行移动时需同时负载三个轴向电机的移动，移动速度慢;送料机和挤出头放置于一端，能提供的最大化的模型成型体积小;送料机处采用齿轮传动的传动比较小，导致打印精度不高;打印机和PC机相连，无法脱机打印，既占用PC资源，也需要考虑打印过程中USB连接的不稳定问题；现有3D打印机打印平台多为金属结构，通常经挤出头流出的熔融材料遇到较冷的金属打印平台会发生变形、翘边等现象;打印耗材仅支持单种材料打印，适用范围不广。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的是提供一种打印精度高且降低翘边现象发生的桌面级别的3D打印机。
[0005]为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是提供了一种3D打印机平台，包括壳体，在壳体内设有打印平台，在打印平台的上方设有热床，在热床上方设有挤出头，在壳体内设有微控制器，微控制器通过X轴电机驱动模块或Y轴电机驱动模块驱动X轴电机或Y轴电机带动挤出头沿X轴运动或沿Y轴运动，微控制器同时通过Z轴电机驱动模块驱动Z轴电机带动打印平台沿Z轴运动，还包括送料机，送料机通过输料管与挤出头相连，微控制器通过电机驱动模块驱动送料机带动齿轮旋转，由齿轮带动耗材沿输料管输送至挤出头，其特征在于，挤出头与送料机分离布置;所述挤出头设于十字架移动机构上，挤出头沿十字架移动机构沿X轴运动或沿Y轴运动;在热床内设有由微控制器控制的加热模块。
[0006]优选地，在所述打印平台处和/或所述挤出头内部安装有温度传感器，所述微控制器根据温度传感器的值控制所述加热模块。
[0007]优选地，所述齿轮采用大传动比齿轮。
[0008]优选地，在所述壳体上设有与所述微控制器电路相通的IXD控制面板。
[0009]优选地，在所述IXD控制面板上设有SD卡接口。
[0010]优选地，所述加热模块采用加热电阻丝。
[0011]针对现有的3D打印机，本实用新型做出了以下改进:
[0012]采用十字架移动机构，提高了挤出头的移动速度;挤出头和送料机分离，极大地提高了机体打印空间体积;在送料机处采用大传动比的齿轮传动，提高了打印精度;增加了LCD控制面板，打印过程中只需操作LCD显示屏即可，操作方便，可实现脱机打印；在打印平台上方热床中加入加热电阻丝，加热稳定，可使熔融耗材有效附着于打印平台上，降低翘边现象的发生;挤出头可支持双料打印，打印范围更广。
[0013]本实用新型具有打印速度快、精度高、打印容积大的特点，同时可支持脱机打印以及双料打印，操作便捷，便于推广使用。
【附图说明】
[0014]图1为本实用新型的3D打印机平台的结构示意图；
[0015]图2为本实用新型3D打印机平台的控制系统功能模块框图；
[0016]图3为本实用新型3D打印机平台的IXD控制面板模块框图。
【具体实施方式】
[0017]为使本实用新型更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
[0018]如图1所示，本实用新型提供的一种3D打印机平台包括壳体I，微控制器位于壳体I的底部，既节省空间，又避免控制电路与人接触。LCD控制面板2嵌在壳体I外表面，节省机体空间的同时只需调节旋钮按钮即可完成打印过程参数设置，无需占用PC机资源。挤出头4和X轴电机、Y轴电机之间采用十字架移动机构3，使挤出头4沿X轴方向及沿Y轴方向的移动更加灵活，打印速度更快。Z轴电机采用精度更高的螺杆传动，由Z轴电机带动打印平台7沿Z轴运动。送料机6处采用大传动比的齿轮5，送料机5与挤出头4之间通过输料管道相连，送料机6带动齿轮5后，由齿轮5带动耗材沿输料管输送至挤出头4。通过采用大传动比的齿轮5使打印精度更高。挤出头4和送料机5两者分离，使得可打印的模型尺寸更大。挤出头4支持双料打印，不再局限于单一耗材。打印平台7上方加入高效率的热床8，热床8内嵌入有电阻丝，加热稳定，升温迅速，可使熔融耗材有效附着于打印平台7之上，降低翘边现象的发生。打印平台7处和挤出头4内部均安装有温度传感器，当实时检测温度低于设定值，给电阻丝通电加热，当温度超过设定值，停止对电阻丝通电。
[0019]上述3D打印机的工作过程可分为以下几个步骤:
[0020]步骤1、先利用PC上位机建模软件建立实物的三维模型，再由切片软件对三维模型进行切片处理并生成G代码操作指令，最后将其存入SD卡。
[0021 ] 步骤2、预先通过PC上位机经USB串口对微控制器进行初始化设置。
[0022]步骤3、通过读取SD卡将写入的G代码指令读入IXD模块，经过分析将其传送给微控制器，再由微控制器输出控制指令，驱动X轴电机、Y轴电机带动挤出头4运动，完成一个平面打印后，再驱动Z轴电机使打印平台7上下移动最终实现逐层打印，层层叠加，精确的控制整个打印过程。
[0023]步骤4、微控制器在控制挤出头4在笛卡尔坐标系内运动的同时控制送料机5上步进电机的工作，将耗材送入挤出头4加热至熔融，再由挤出头4挤出。
[0024]图2为本实用新型的控制系统功能模块框图，3D打印机平台的控制系统包括微控制器、扩展板、LCD控制面板以及串口通信总线。串口通信模块主要是用于连接微控制器和扩展板，扩展板和LCD控制面板。扩展板包括步进电机驱动模块(包括X轴电机驱动模块、Y轴电机驱动模块、2轴电机驱动模块以及电机驱动模块)、电源模块、限位开关模块、温度控制模块、风扇控制模块。
[0025]电机驱动模块用于微控制器发送指令来驱动控制X轴电机、Y轴电机、Z轴电机以及送料机5。微控制器向步进电机驱动模块的dirPin 口分别输入高电位、低电位来控制电机的正反转，最终来控制挤出头4和打印平台7的运动。微控制器向步进电机驱动模块的stepperPin 口输入脉冲，通过设置步进脉冲信号的频率，实现对电机精确调速，通过控制步进脉冲的个数，实现对电机精确定位。步进电机驱动模块中的MS1、MS2、MS3三位控制电机轴的步距角的细分，通过硬件电路中短路片的接入与否来控制。限位开关模块限制着挤出头4轴向运动最大值和最小值范围。温度控制模块包括热敏电阻与加热电阻丝。打印平台7上方热床8和挤出头4内部均设置有加热电阻丝，且均有热敏电阻与之连接，再连接于所述的加热模块。热敏电阻用于对温度的实时检测，若低于设定温度，借助软件设置实现PID温度调节控制，控制电阻丝加热温度。
[0026]图3为本实用新型的IXD控制面板模块框图，IXD控制面板包括液晶显示模块、SD卡模块、旋钮控制模块、电平变换模块。打印机工作时，液晶显示模块显示打印实时信息，包括挤出头坐标信息、打印速度百分比、挤出头实际温度/目标温度，热床实际温度/目标温度，SD卡打印进度，打印时间等。打印也可通过调节旋钮来设定挤出头目标温度、热床目标温度、所需打印文件等参数。
【主权项】
1.一种3D打印机平台，包括壳体(I)，在壳体(I)内设有打印平台(7)，在打印平台(7)的上方设有热床(8)，在热床(8)上方设有挤出头(4)，在壳体(I)内设有微控制器，微控制器通过X轴电机驱动模块或Y轴电机驱动模块驱动X轴电机或Y轴电机带动挤出头(4 )沿X轴运动或沿Y轴运动，微控制器同时通过Z轴电机驱动模块驱动Z轴电机带动打印平台(7)沿Z轴运动，还包括送料机(6)，送料机(6)通过输料管与挤出头(4)相连，微控制器通过电机驱动模块驱动送料机(6)带动齿轮(5)旋转，由齿轮(5)带动耗材沿输料管输送至挤出头(4)，其特征在于，挤出头(4)与送料机(6)分离布置;所述挤出头(4)设于十字架移动机构(3)上，挤出头(4 )沿十字架移动机构(3 )沿X轴运动或沿Y轴运动;在热床(8 )内设有由微控制器控制的加热模块。2.如权利要求1所述的一种3D打印机平台，其特征在于，在所述打印平台(7)处和/或所述挤出头(4)内部安装有温度传感器，所述微控制器根据温度传感器的值控制所述加热模块。3.如权利要求1所述的一种3D打印机平台，其特征在于，所述齿轮(5)采用大传动比齿轮。4.如权利要求1所述的一种3D打印机平台，其特征在于，在所述壳体(I)上设有与所述微控制器电路相通的IXD控制面板(2)。5.如权利要求4所述的一种3D打印机平台，其特征在于，在所述LCD控制面板(2)上设有SD卡接口。6.如权利要求1所述的一种3D打印机平台，其特征在于，所述加热模块采用加热电阻丝。
【文档编号】B22F3/115GK205705311SQ201620197804
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年3月15日
【发明人】黄勇, 陈果, 刘华山, 张珏, 张亚军, 唐健, 蔡煜野
【申请人】东华大学
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