3D打印喷头自适应控制装置的制作方法

本实用新型属于设备制造与控制领域，涉及一种可自适应各种工况自动切换喷头的装置，尤其涉及增材制造领域的3D打印喷头自适应控制装置。

背景技术：

随着3D技术的日益普及，市场上的3D打印机在使用过程中也经常会遇到各种各样问题而导致打印的失败，其中，喷头堵塞就是最常见的一种故障，一旦出现喷头堵塞而没有及时被发现，往往造成已打印好的模型也要全部报废，造成时间和材料的大量浪费。另外，同一台打印机只用单一孔径的喷嘴难以兼顾打印的效率与精度。在打印大型零件时，用小孔径的喷头打印费时往往需要数天，用大孔径的喷头打印则表面过于粗糙，因此，需要改进3D打印机的喷头系统结构以增加3D打印机的可靠性的同时提高打印效率以满足用户打印大型零件的需求。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型通过一套组合式喷头及自适应控制系统，采用旋转冗余结构增加备用喷头，提高了系统的可靠性，粗细喷头的自动切换，提高了设备的工作效率。

为达到上述目的，具体技术方案如下。

一种3D打印喷头自适应控制装置，由控制系统、反馈装置、执行装置组成，其中控制系统由送丝速度控制模块和喷头切换模块组成，通过主控芯片MCU集中进行控制，反馈装置由测速传感器和FSR压力传感器组成，执行装置包括送丝机构、喷头切换装置，所述测速传感器安装在送丝机构上实时检测送丝机构的送丝速度，所述送丝机构还包括测速码盘、送丝电机、送丝齿轮、送丝管，所述喷头切换装置上设有喷头座，所述送丝管一端连接送丝机构出口，另一端与喷头座上端的进丝口相连，所述喷头座下端面设有四个喷头，分别是第一主喷头、第一副喷头、第二主喷头、第二副喷头，所述的四个喷头上均设有FSR压力传感器、弹簧、加热环、导向管、套筒、喷嘴，所述FSR压力传感器实时检测喷头出丝反馈力度，送丝速度控制模块和喷头切换模块接收反馈装置的信号后控制执行机构对送丝速度进行调节以及不同喷嘴之间的切换。

优选的，所述送丝机构上的测速码盘是安装在送丝电机输出轴上，与送丝齿轮同步转动，所述测速传感器检测的就是送丝齿轮转速。

优选的，所述送丝管为聚四氟乙烯管。

优选的，所述喷头座为圆柱结构，第一主喷头、第一副喷头、第二主喷头、第二副喷头在喷头座下端面呈外斜角圆周阵列布置。

优选的，所述喷头座可旋转，使安装在上面的工作喷头始终垂直向下，其它非工作喷头倾斜，避免影响打印。

优选的，所述第一主喷头的喷嘴和第一副喷头的喷嘴孔径相同，为大孔径喷嘴，其中第一副喷头为冗余备用喷头，所述第二主喷头和第二副喷头的喷嘴孔径相同，为小孔径喷嘴。其中第二副喷头为冗余备用喷头。

优选的，所述导向管套在套筒内，导向管外圈与套筒内壁间隙配合，导向管可在套筒内轴向移动，套筒上端面贴有环形FSR薄膜压力传感器。

优选的，所述喷嘴与导向管下端面采用螺纹连接，喷嘴上面与弹簧接触。

优选的，所述套筒外侧安装有加热环，加热环内壁与套筒外壁过盈配合。

相对于现有技术，本实用新型技术方案的优点有如下几点。

四个喷头可以采用两种不同孔径的喷嘴，在打印内部结构时可以使用大孔径喷嘴快速构建零件主体，在打印外表面时候可以使用小孔径喷嘴保证零件的精细度。

四个喷头采用斜面旋转的方式组合布置在喷头座上，避免非工作状态的喷头剐蹭到零件表面。

在每个喷头上都设置有一层环形FSR薄膜压力传感器反馈阻抗数据给主控芯片MCU，在正常打印送料系统送丝时，当检测到压力数据异常小于压力范围下限，则表示打印零件变形过大或进丝量过大，主控芯片MCU控制送丝机构减少送丝量以减少累积变形直到变回正常压力范围内；相反的，当检测到压力数据异常高于压力设定值时则适当增加送丝量；当正常送丝时，检测送丝齿轮的测速传观器没有检测到运动脉冲且FSR压力数据异常时，说明此时该喷头出现堵头故障，这时喷头切换控制模块将控制喷头切换装置自动调用副喷头继续打印，同时在系统界面报警提示操作人员在打印完成后检修或更换堵头的喷嘴。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1为本实用新型实施例的整体结构示意图。

图2为本实用新型实施例送丝机构和喷头组合部分的结构示意图。

图3为本实用新型实施例送丝机构中送丝齿轮转速检测装置示意图。

图4为本实用新型实施例单个喷头反馈部分的结构示意图。

图5为本实用新型实施例进料速度和喷头切换控制模块逻辑图。

图6为本实用新型实施例喷头切换控制模块逻辑图。

其中，1为送丝机构、2为送丝管、3为喷头座、4为第一主喷头、5为第一副喷头、6为第二主喷头、7为第二副喷头、11为送丝电机、12为送丝齿轮、13为测速码盘、14为测速传感器、41为导向管、42为环形FSR薄膜压力传感器、43为套筒、44为加热环、45为弹簧、46为喷嘴。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

以下将结合附图对本实用新型的实施例做具体阐述。

如图1所示为本实用新型的实施例的一种3D打印喷头自适应控制装置整体结构示意图。包括控制系统、反馈装置、执行装置，其中控制系统由送丝速度控制模块和喷头切换模块组成，反馈装置由测速传感器以及FSR薄膜压力传感器组成，执行装置由送丝机构、喷头切换装置组成。

如图2所示为本实用新型实施例的送丝机构和喷头组合部分的结构示意图，送丝管2的一端连接送丝机构1的出口，另一端与喷头座3的上端进丝口相连，喷头座3的下端面有四个喷头，分别是第一主喷头4、第一副喷头5、第二主喷头6、第二副喷头7，四个喷头在喷头座3的下端面呈外斜角圆周阵列布置。

如图3所示为本实用新型实施例的送丝机构中送丝齿轮转速检测装置示意图，11为送丝电机、12为送丝齿轮、13为测速码盘、14为测速传感器。测速码盘13与送丝齿轮12都安装在送丝电机11的输出轴上，测速传感器14可实时检测送丝机构的送丝速度。

如图4所示为单个喷头反馈部分的结构示意图，四个喷头结构相同，均设有导向管41、环形FSR薄膜压力传感器42、套筒43、加热环44、弹簧45以及喷嘴46。环形FSR薄膜压力传感器42可实时检测喷嘴46的出丝反馈力度。

在正常打印时，环形FSR薄膜压力传感器42在弹簧45的预紧力和出丝反馈力的作用下保持正常值，当打印零件变形过大或送丝过量导致出丝阻力变大时，导向环41向上微小滑动，环形FSR薄膜压力传感器42检测到压力数据减小，当数据小于设定值时，则进丝速度控制模块将控制送丝机构1适当降低送丝电机11的转速以减少送丝量，相反，当检测到压力数据高于设定值时则适当增加送丝量。

在正常打印时，当测速传感器14检测到运动脉冲异常且环形FSR薄膜压力传感器42的数据过大时，说明喷嘴46不出丝同时送丝齿轮12打滑，说明此时该喷头出现堵头故障，这时喷头切换控制模块将控制喷头切换装置自动调用副喷头继续打印，同时在系统界面报警提示操作人员在打印完成后检修或更换堵头的喷嘴，具体控制逻辑可参考图5。

在打印大型零件过程中，通过主控芯片MCU可控制喷头切换装置，在打印模型的内壁和内部填充部分时，切换第一主喷头4为工作喷头；在打印模型的外壁部分时，切换第二主喷头6为工作喷头，其中第一主喷头4的喷嘴孔径为1.2mm，第二主喷头的喷嘴孔径为0.4mm，第一副喷头5的喷嘴孔径为1.2mm，第二副喷头7的喷嘴孔径为0.4mm，具体控制逻辑可参考图6。

以上对于本实用新型的具体实施例进项了详细描述，但其只是作为范例，本实用新型并不限于以上描述的具体实施例，对于本领域技术人员而言，任何对本实用新型进项的等同修改或替代也都在本实用新型的范畴之中，例如本实用新型实施例图中的喷头数量为4个仅是为了方便描述所绘，本实用新型不局限于图示数量，可以根据需求扩展为任意数量N个。因此，在不脱离本实用新型的精神和范围下所作的均等修改和变换，都应涵盖在本实用新型的范畴之内。