一种3D打印机的调平装置以及自动调平方法与流程

本发明涉及增材制造，熔融挤出成型（fdm）3d打印，尤其涉及一种3d打印机调平装置，以及自动调平方法。

背景技术：

熔融挤出成型（fdm）3d打印机在成型初始层时，存在喷嘴机构实际运行平面与成型平台距离均等的配合需求。配合成功时，打印件与成型平台接合牢固，可以提高打印成功率和打印件精确度。现有3d打印机产品存在调平方式复杂，自动调平步骤繁琐，调平所需时间长的问题。

技术实现要素：

本发明提供了一种熔融挤出成型3d打印机调平装置，利用平面上调整两条线段平行的原理，快速简洁的达到调整3d打印机喷嘴实际运行平面与成型平台相吻合的目的，以及应用此装置的一种自动调平方法。

本发明以一种特定的三维空间运行方式为前提，包括：升降机构；附着于升降机构，并与升降机构一同构成龙门结构或悬臂结构的横向平移机构；附着于横向平移机构上并可沿横向方向平移运动，且带有舵机，在舵机摆臂顶端设有止动开关的喷嘴机构；置于喷嘴机构下方，纵向滑动或以中心为轴旋转驱动成型平台，并使成型平台的运动保持在一个固定平面上的成型平台驱动机构。

本发明还包括以数字讯号驱动并控制本发明内机械部件的中心控制器。

横向平移机构包括：与升降机构相连接的横向横梁；一个端点固定在横向横梁，并可以固定端点为轴心自由旋转的横向调整臂；固定在横向横梁上，并与横向调整臂自由旋转端相接合,内置驱动马达，可以驱动调整臂在小范围内转动的，调整臂转动装置。

成型平台驱动机构包括：厚度均匀，且有一定刚性的硬质成型平台；置于龙门或悬臂结构正下方，用于固定成型平台位置，且使成型平台的滑动或转动运动保持在同一平面的成型平台固定装置。

成型平台驱动机构置于龙门或悬臂结构正下方，沿横向移动的喷嘴机构的运动轨迹，投影在成型平台上为成型平台所在平面上的一条线段。此投影线段与喷嘴机构的运动轨迹共同存在于，升降方向和横向移动方向构成的平面上。利用调整臂转动装置，使横向调整臂沿轴心旋转，则可得到喷嘴移动轨迹线段与投影线段平行或重合。平面调平成功。

为实现自动调平目的，本发明还提供了一种3d打印机自动调平方法。分为以下步骤：

（1）中心控制器发出指令驱动升降机构，将横向平移机构定位在与距离成型平面较近的一点。设此点为调平测距点。

（2）中心控制器发出指令将喷嘴机构移动至距离横向调整臂端点较近，且仍在成型平台上有投影点的横向最小值上。转动舵机，使止动开关位于横向调整臂下方，且可以与成型平台接触。下降升降装置，在止动开关接触成型平台时记录步进马达转动步数。此为横向最小值高度。横向平移机构返回调平测距点。

（3）中心控制器发出指令将喷嘴机构移动至距离横向调整臂端点较远，且仍在成型平台上有投影点的横向最大值上。转动舵机，使止动开关位于横向调整臂下方，且可以与成型平面接触。下降升降装置，在止动开关接触成型平台时记录步进马达转动步数。此为横向最大值高度。横向平移机构返回调平测距点。

（4）中心控制器计算横向最小值高度和横向最大值高度的差。并依此计算出使喷嘴移动轨迹线段与投影线段平行所需要的调整臂的旋转角度，驱动调整臂旋转装置中的马达，使横向调整臂沿端点转动，得到喷嘴移动轨迹线段与投影线段平行，调平成功。

本发明适用于笛卡尔坐标系运动方式的3d打印机和极坐标系运动方式的3d打印机。

附图说明

图1为本发明中所描述3d打印机的基本构成图

图2为本发明所述的平移机构

图3为本发明所述的成型平台驱动机构

图4为本发明适用于笛卡尔坐标系运动方式，悬臂结构的3d打印机构成图

图5为本发明适用于笛卡尔坐标系运动方式，龙门结构的3d打印机构成图

图6为本发明适用于极坐标系运动方式，悬臂结构的3d打印机构成图

图7为本发明适用于极坐标系运动方式，龙门结构的3d打印机构成图

图1显示了本发明中所述3d打印机的基本构成，其中1为升降支撑立柱；2为升降装置；3为横向平移机构；4为喷嘴机构；5为成型平台驱动机构。

图2显示了本发明中所述横向平移机构3，其中6为横向横梁；7为横向调整臂；8为横向调整臂固定端点；9为内置驱动马达的横向调整臂转动装置；4为喷嘴机构；14为舵机；15为止动开关。

图3显示了本发明中所述成型平面驱动机构5，其中10为厚度均匀，且有一定刚性的硬质成型平台；11为置于龙门或悬臂结构正下方，用于固定成型平台位置，且使成型平台的滑动或转动运动保持在同一平面的成型平台固定装置。

图4与图6分别显示了本发明适用于笛卡尔坐标系运动方式，悬臂结构的3d打印机构成图和本发明适用于极坐标系运动方式，悬臂结构的3d打印机构成图。其中12为沿横向移动的喷嘴机构的运动轨迹线段；13为沿横向移动的喷嘴机构的运动轨迹线段，在成型平台所在平面上的投影线段；16为喷嘴移动最小值；17为喷嘴移动最大值。

具体实施方式

结合附图，以一次自动调平为例，说明本发明工作原理。

以本发明中所述成型平台10与升降立柱1保持垂直。且成型平台驱动机构5，保证成型平台10可以在可以在同一平面上做滑动或转动运动为前提。

中心控制器发出指令，驱动升降装置2，使横向平移机构3停在可升降范围内固定一点——调平测距点。

中心控制器发出指令，将喷嘴机构4移动至距离横向调整臂端点8较近，且仍在成型平台10上有投影点的横向最小值上。转动舵机14，使止动开关15位于横向调整臂7下方，且可以与成型平台10接触。下降升降装置2，在止动开关15接触成型平台10时记录步进马达转动步数。此为横向最小值高度。横向平移机构3返回调平测距点。

中心控制器发出指令，将喷嘴机构4移动至距离横向调整臂端点8较近，且仍在成型平台10上有投影点的横向最大值上。转动舵机14，使止动开关15位于横向调整臂7下方，且可以与成型平台10接触。下降升降装置2，在止动开关15接触成型平台10时记录步进马达转动步数。此为横向最大值高度。横向平移机构3返回调平测距点。

中心控制器计算横向最小值高度和横向最大值高度的差。并依此计算出使喷嘴移动轨迹线段12与投影线段13平行所需要的横向调整臂7的旋转角度，驱动调整臂旋转装置9中的马达，使横向调整臂7沿端点8转动，得到喷嘴移动轨迹线段与投影线段平行，调平结束。

技术特征：

技术总结
本发明提供了一种熔融挤出成型3D打印机调平装置，利用平面上调整两条线段平行的原理，快速简洁的达到调整3D打印机喷嘴实际运行平面与成型平台相吻合的目的。包括：升降机构；附着于升降机构，并与升降机构一同构成龙门结构或悬臂结构的横向平移机构；附着于横向平移机构上并可沿横向方向平移运动，且带有舵机，在舵机摆臂顶端设有止动开关的喷嘴机构；置于喷嘴机构下方，纵向滑动或以中心为轴旋转驱动成型平台，并使成型平台的运动保持在一个固定平面上的成型平台驱动机构。以及应用此装置的一种自动调平方法。

技术研发人员：李笑宇;林立;邹欣
受保护的技术使用者：哈尔滨师范大学
技术研发日：2016.05.05
技术公布日：2017.11.17