一种可升降的3D打印泡沫填充装置的制作方法

本发明涉及包装自动化设备领域，尤其涉及一种可升降的3D打印泡沫填充装置。

背景技术：
纸箱包装是目前市场上应用最广泛的一种包装方式。具有取材容易、重量轻、容易印刷、设计成型容易、成本低廉等特点。目前国家运输条件较为落后，暴力分拣快递的现象时而发生，故对纸箱的内包装有特别高的要求，目前内包装方法有气垫薄膜法、纸浆糊制品法。所谓气垫薄膜就是在两层塑料薄膜之间采用特殊的办法封入空气，使薄膜之间连续均匀地形成气泡。气泡有圆形、半圆形、钟罩形等形状。气泡薄膜对於轻型物品能提供很好的保护效果，作为软性缓冲材料，气泡薄膜可被剪成各种规格，可以包装几乎任何形状或大小的产品。使用气垫薄膜时，要使用多层以确保产品(包括角落与边缘)得到完整的保护。气垫薄膜的缺点在于易受其周围气温的影响而膨胀和收缩。膨胀将导致外包装箱和被包装物的损坏，收缩则导致包装内容物的移动，从而使包装失稳，最终引起产品的破损。而且其抗戳穿强度较差，不适合于包装带有锐角的易碎品。纸浆模塑制品也是可部分替代发泡聚苯乙烯的包装材料。它主要以纸张或其他天然植物纤维为原料，经制浆、模塑成型和干燥定型而成，可根据易碎品的产品外型、重量，设计出特定的几何空腔结构来满足产品的不同要求。这种产品的吸附性好、废弃物可降解，且可堆叠存放，大大减少运输存放空间。但其回弹性差，防震性能较弱，不适用于体积大或较重的易碎品包装。目前的内包装工艺大多受包装的产品的材质、大小限制，多适用于单一产品大批量生产，如果需要包装不同材质、不同大小的产品时，就需要人工提前准备对应的填充泡沫，不仅劳动强度大，而且效率低下。有些填充材料受外部环境的影响较大，顾客收到完好的产品有很多的不确定因素。

技术实现要素：
本发明要解决的技术问题，在于提供一种机械结构巧妙，机械结构与机电控制相结合的全自动的可升降的3D打印泡沫填充装置，解决了现有泡沫填充装置结构设计不合理，无法实现自动填充的问题。本发明是这样实现的：一种可升降的3D打印泡沫填充装置，包括3D打印单元、平台升降机构和平台机架；平台升降机构与平台机架连接，平台机架上部设置3D打印单元；所述3D打印单元包括打印机架以及滑杆；所述打印机架为四边形形成内封闭的打印区域；打印机架下侧固定有三角铁，上侧固定有齿条；打印机架的每条边上安装有卡座，所述卡座设有中心孔，一固定轴从中心孔穿过；所述打印机架一组邻边的卡座上各设有两个伺服电机，所述伺服电机在卡座的固定轴上运动；所述伺服电机连接有联轴器，联轴器连接所述滑杆一端，所述滑杆另一端连接轴承，所述滑杆上设有与齿条啮合的齿轮，两根滑杆的交汇处设置移动滑块，一3D打印头设置在一移动滑块上；所述平台升降机构包括一步进电机，步进电机带动长链条的转动，长链条的转动带动大链轮转动，一张紧轮与长链条啮合连接，大链轮与丝杠连为一体，大链轮固接在丝杆底端的底座轴承上方，底座轴承固定在轴承座上，所述轴承座固定在升降机构机架底部，由大链轮的转动带动丝杠的转动，丝杠与丝杠螺母啮合，带动丝杠螺母的上升下降，所述升降机构还包括短链条，短链条一端通过紧固件与升降机构机身相连，另一端固定连接在带有凹槽的垂直滑轨上，滑道与垂直滑轨配合并与升降机构的机身固定连接；所述3D打印头包括泡沫喷头、泡沫通入口、小球喷头、小球通入口、四通、高速旋扇、小球盛放箱及电子节流阀；所述泡沫喷头安装在移动滑块下侧，泡沫喷头与泡沫通入口连通，所述泡沫通入口与电子节流阀相连；所述小球喷头安装在泡沫喷头周围，小球通入口与小球喷头连通；小球通入口连接有管路，所述管路连接有四通，所述四通连接高速旋扇，所述高速旋扇连接小球盛放箱；所述小球盛放箱内盛装泡沫材料。其中，所述3D打印单元的另一移动滑块上设有铣削刀具，所述铣削刀具尖端为圆形，上面分布有锥形的小凸台。其中，所述泡沫通入口设置在所述移动滑块的侧壁。其中，所述泡沫喷头上设有旋转螺帽。本发明的优点在于：将纸箱推入所述的打印区域，通过3D打印头既能对纸箱进行泡沫和泡沫小球填充。两根相互垂直安装的滑杆的X、Y运动带动其上的移动滑块在平面内无死角的移动。平台升降机构通过步进电机带动平台机架上升下降，从而实现3D打印机与平台机架的相对上下移动。平台机架的Z轴升降配合移动滑块的XY平面运动，能够实现纸箱内泡沫的三维填充，同时平台升降机构的Z方向升降还起到位置补偿作用，可通过调节平台机架的高度来实现纸箱内泡沫的不同深度的填充。附图说明图1示出了本发明可升降的3D打印泡沫填充装置的整体结构图；图2示出了本发明可升降的3D打印泡沫填充装置的3D打印单元的俯视图；图3示出了本发明可升降的3D打印泡沫填充装置的3D打印单元的伺服电机、机架和三角铁的连接图；图4示出了本发明可升降的3D打印泡沫填充装置的3D打印单元的电子节流阀局部图；图5示出了本发明可升降的3D打印泡沫填充装置的3D打印单元的3D打印头结构图；图6示出了本发明可升降的3D打印泡沫填充装置的高速旋扇局部图；图7示出了本发明可升降的3D打印泡沫填充装置的铣削喷头。标号说明：1-平台机架，2-移动滑块，3-滑杆，4-卡座，5-伺服电机，6-螺钉，7-齿条，8-齿轮，9-三角铁，10-轴承，11-联轴器，13-打印机架，14-泡沫喷头，15-铣削刀具，16-小球喷头，17-高速旋扇，18-小球盛放箱，19-小球通入口，20-泡沫通入口，21-电子节流阀，22-旋转螺帽，23-步进电机，24-丝杆，26-长链条，27-张紧轮，28-大链轮，29-丝杆螺母，30-轴承座，31-小链轮，32-短链条，33-垂直滑轨，34-滑道，35-紧固件。具体实施方式为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。参阅图1、2、3所示的一种可升降的3D打印泡沫填充装置，包括3D打印单元、平台升降机构和平台机架1；平台升降机构与平台机架1连接，平台机架上部设置3D打印单元；所述3D打印单元包括打印机架13以及滑杆3；所述打印机架13为四边形形成内封闭的打印区域；打印机架下侧通过螺钉6固定有三角铁9，上侧通过螺钉6固定有齿条7；打印机架的每条边上安装有卡座4，所述卡座4设有中心孔，一固定轴从中心孔穿过；所述打印机架一组邻边的卡座4上各设有两个伺服电机5，4个伺服电机5在卡座4的固定轴上运动；所述伺服电机5连接有联轴器11，联轴器连接所述滑杆3一端，所述滑杆3另一端连接有轴承10，所述滑杆3上设有与齿条7啮合的齿轮8，两根滑杆3的交汇处设置移动滑块2，一3D打印头设置在一移动滑块2上；参阅图2、3、4、5、6、7所示的所述3D打印头包括泡沫喷头14、泡沫通入口20、小球喷头16、小球通入口19、四通、高速旋扇17、小球盛放箱18及电子节流阀21；所述泡沫喷头14上设有旋转螺帽22，泡沫喷头14安装在移动滑块2下侧，泡沫喷头14与泡沫通入口20连通，所述泡沫通入口20设置在所述移动滑块2的侧壁与电子节流阀21相连，通过电子节流阀21的旋合实现对泡沫喷出流量的控制；所述小球喷头16安装在泡沫喷头14周围，小球通入口19与小球喷头16连通；小球通入口19连接有管路，所述管路连接有四通，所述四通连接高速旋扇17，所述高速旋扇17连接小球盛放箱18；所述小球盛放箱18内盛装泡沫材料，所述泡沫材料为聚氨酯泡沫。所述3D打印单元的另一移动滑块2上设有铣削刀具15，所述铣削刀具15尖端为圆形，上面分布有锥形的小凸台。参阅图1所示，所述平台升降机构包括一步进电机23，步进电机23带动长链条26的转动，长链条26的转动带动大链轮28转动，一张紧轮27与长链条26啮合连接，大链轮28与丝杠24连为一体，大链轮28固接在丝杆24底端的底座轴承上方，底座轴承固定在轴承座30上，所述轴承座30固定在升降机构机架底部。由大链轮28的转动带动丝杠24的转动，丝杠24与丝杠螺母29啮合，故带动丝杠螺母29的上升下降，所述升降机构还包括短链条32，短链条32一端通过紧固件35与升降机构的机身相连，另一端固定连接在带有凹槽的垂直滑轨33上，滑道34与垂直滑轨33配合并与升降机构的机身固定连接，这样当丝杠转动时就会带动整个机身的上升和下降，同时由于采用了动定滑轮的原理，当丝杠螺母29上升和下降一定高度时，升降机构机架的机身就会上升和下降两倍的距离。所述可升降的3D打印泡沫填充装置其工作原理如下：当伺服电机5通电时，伺服电机5通过联轴器带动滑杆3上的齿轮8转动，齿轮8与齿条7的啮合运动促使滑杆3在沿卡座4的方向上运动，从而通过伺服电机5的动力支持带动滑杆3做单向的运动，两个垂直滑杆3交汇处安装移动滑块2便实现X、Y的平面运动。通过程序控制，当纸箱推入打印区域，首先在移动滑块2的四个小球喷头16工作，其目的在于在泡沫喷出之前先喷出一层小球防止泡沫粘住底部纸箱，同时四个小球喷头16均连接有管路，高速旋扇17不断将小球盛箱中的小球吸出，通过四通转移到管路中，小球通过移动滑块2上部的小球通入口19进入小球喷头16，对纸箱底部进行喷洒。当箱底布满一层小球后，此时泡沫喷头14上电子节流阀21导通，开始喷出泡沫，泡沫喷头14开始工作同时仅靠纸箱边缘的两个小球喷头16继续工作，这样就实现了在泡沫与纸箱之间包裹了一层小球，防止了泡沫的粘箱现象。当移动滑块2进入直角处时，小球喷头16进行切换，始终保持仅靠近纸箱边缘的两个小球喷头16工作，通过控制电子节流阀21的开合程度来控制泡沫的喷出量，从而控制了泡沫喷出的快慢。同时在泡沫喷头14上部安有旋转螺帽22，通过旋转螺帽22可以控制开口的大小从而实现对泡沫喷出粗细的控制。这样就实现了对箱体的整体填充。填充完毕之后，如果对内部包装的构造有具体要求，可以使铣刀工作，在钻头高速旋转下实现对成型泡沫的二次加工并根据所需要求加工成各种形状。并且在鍯式钻头的高速旋转下将泡沫切成泡沫颗粒，此时高速旋扇17反转，从而使小球喷头16内产生局部真空，将泡沫废屑吸回小球盛放箱18从而实现对泡沫废屑的回收利用。整个平台机架的Z轴升降配合以滑杆3交汇处移动滑块2的XY平面运动，能够实现泡沫的三维填充，同时平台机架的Z方向升降还起到位置补偿的作用，可以通过调节平台机架的高度来实现泡沫的不同深度的填充和铣刀不同深度的铣削。以上所述仅为本发明可升降的3D打印泡沫填充装置的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。