一種3D打印機安全防護系統的制作方法

本發明屬于3D打印機技術領域，尤其是一種3D打印機安全防護系統。

背景技術：

目前，現有的3D打印機，其工作原理多采用FDM（熔融沉積成型），即通過打印機的帶有加熱裝置的噴頭模塊，加熱并融化打印材料，并且按照一定路徑噴涂融化的打印材料，最終形成打印模型。

采用以上工作原理進行工作的3D打印機，在工作時，其噴頭具有較高的溫度。當操作人員或者其他人員尤其是小孩子在打印機工作過程中碰到噴頭時，很容易被噴嘴燙傷。為此，現有的3D打印機多采用在打印機箱體上設置箱體門來避免用戶燙傷。但很多箱體門沒有可靠的安全控制系統，用戶可以隨意打開艙門觸碰噴嘴，給用戶帶來危險。

另一方面，剛工作完的噴嘴還是具有較高的溫度，而現有的噴頭罩殼雖然能夠遮住大部分的噴頭結構，但是噴頭的金屬噴嘴仍然有一部分暴漏在外面，用戶仍然可以接觸到，容易造成傷害。同時，加熱融化的材料具有流滯性，在3D打印機處于非工作時間時，在重力的作用下，殘留在噴頭內的打印材料會流下并殘留在打印機內部，這樣會對后面的打印過程造成干擾。

技術實現要素：

本發明解決的技術問題在于提供一種3D打印機安全防護系統，以實現打印機噴頭的安全防護，避免噴頭對人員造成燙傷，同時，也起到在打印機工作時保護噴頭免收外力干擾的作用。

為解決上述問題，本發明采用了如下技術方案：

一種3D打印機安全防護系統，用于3D打印機噴頭的防護，包括：

電子鎖止機構，用于鎖閉或解鎖打印機箱體門；

第一傳感器，用于檢測打印機箱體門是否打開，并于打印機箱體門打開/關閉時發出門開/門閉信號；

以及，連接所述電子鎖止機構和第一傳感器的控制模塊，所述控制模塊用于于接收到門閉信號后控制所述電子鎖止機構鎖閉，并發出安全信號，

或者于接收到門開信號后發出告警信號，以使打印機噴頭停止工作并移動到安全位置。

上述的3D打印機安全防護系統，通過在打印機箱體門上設置電子鎖止機構，以及與之對應的第一傳感器和控制模塊，使得打印機在工作狀態下保持箱體門鎖閉；同時，在箱體門被打開時，控制模塊發出告警信號，以使噴頭停止工作并回到安全位置，從而避免了人員打開箱體門碰觸到噴頭造成燙傷。

為了進一步提高安全性，上述3D打印機安全防護系統還包括：

第二傳感器，所述第二傳感器連接所述控制模塊，用于檢測所述電子鎖止機構是否鎖閉，并于電子鎖止機構鎖閉/解鎖時發出鎖閉/鎖開信號；

所述控制模塊用于于接收到門閉信號以及鎖閉信號后發出安全信號；

或者，于接收到門閉信號和鎖開信號后控制所述電子鎖止機構鎖閉，并于接收到鎖閉信號后發出安全信號；

或者，于接收到門開信號后發出告警信號，以使打印機噴頭停止工作并移動到安全位置。

第二傳感器的設置，使得控制模塊在確認門關、鎖閉后才發出安全信號，而在門關、鎖未閉時主動閉鎖，之后才發出安全信號，從而避免了箱體門關閉后鎖止機構未能閉鎖的情況發生，進一步提高了系統的安全性。

進一步的，上述3D打印機安全防護系統還包括：

第三傳感器，所述第三傳感器連接所述控制模塊，用于檢測打印機噴頭是否位于安全位置，并于打印機噴頭位于安全位置時發出復位信號；

所述控制模塊還用于于接收到所述復位信號后控制電子鎖止機構解鎖。

通過第三傳感器，控制模塊可在打印機噴頭回到安全位置后主動解鎖，提高了系統的智能化水平和便捷度。同時，也使打印機噴頭在偏離安全位置時控制模塊始終控制鎖止機構保持鎖閉，以提高系統的安全性。

進一步的，所述電子鎖止機構包括驅動部、鎖止部和鎖舌；所述鎖止部包括殼體及殼體內連接驅動部的鎖止件，所述鎖止部/鎖舌分別安裝于打印機箱體和打印機箱體門上，所述驅動部驅動所述鎖止件往復運動卡住或松開鎖舌，使所述打印機箱體門鎖閉或解鎖；所述第一傳感器和第二傳感器設于所述殼體內，且第一傳感器與所述鎖舌相對應，用于檢測鎖舌的位置；第二傳感器與所述鎖止件相對應，用于檢測鎖止件的位置。

優選的，所述鎖止件為安裝于鎖止部殼體內滑槽上的滑塊，所述滑塊上設有供鎖舌進出的第一出入口和用于卡固鎖舌的擋塊，所述鎖舌經第一出入口插入滑塊，并于滑塊移動后被擋塊卡固。

采用上述設計，該電子鎖止機構能夠在控制模塊的控制下完成箱體門的自動鎖閉和解鎖，并且結構簡單、緊湊，體積小且可靠性好，便于安裝和使用。

進一步的，所述電子鎖止機構還包括鎖舌固定件，所述鎖舌的一端軸接于所述鎖舌固定件上，所述滑塊上還設有第二出入口，所述鎖舌在鎖止狀態下可繞軸旋轉經所述第二出入口脫出滑塊。

在緊急情況下，操作人員能夠手動打開箱體門，避免意外情況發生。

優選的，所述第一傳感器、第二傳感器和第三傳感器為位置傳感器、光學傳感器或壓力傳感器中的任意一種或幾種。

進一步的，還包括用于在打印機噴頭位于安全位置時遮蔽噴嘴的保護件。

優選的，所述保護件為一擋板，所述擋板安裝于打印機箱體上，所述打印機噴頭位于安全位置時，所述擋板遮蔽噴嘴。

進一步優選的，所述擋板設有凹型通道，所述凹型通道用于當打印機噴頭移動到安全位置時供噴嘴通過。

優選的，所述保護件為一盒體，所述盒體上設置有用于將該盒體裝配至打印機箱體的連接件，所述盒體頂端的開口處開設有凹槽，所述凹槽匹配打印機噴頭的噴嘴，以用作噴頭相對于盒體進出的通道。

進一步優選的，所述連接件為凸起的卡扣，用于插入打印機箱體上相應的凹槽并進行固定。

進一步優選的，所述盒體的底端設有用于盛接殘留在噴嘴內的物料的殘料收集盒，所述殘料收集盒和盒體為一體式結構。

上述保護件的設置，進一步增強了本發明的防護系統的安全性。防護件的主要作用是在打印機噴頭剛回到安全位置時遮蔽依舊處于高溫狀態的噴嘴，以避免人員因觸碰而造成燙傷。當保護件為擋板時，為了使保護件和噴頭之間的空檔更小，可以在擋板上設置凹型通道，以使噴嘴在回到安全位置時通過。相應的，當保護件為盒體時，在盒體頂端的開口處開設有凹槽，以用作噴頭相對于盒體進出的通道。

另一方面，為了避免殘留在噴頭內的打印材料流下并殘留在打印機內部，對后面的打印過程造成干擾，上述的盒體還在底部一體地設置了殘料收集盒，以收集殘料，避免影響后續打印過程。

本發明還提供了一種3D打印機，包括箱體以及設于箱體上的可開閉的打印機箱體門，以及設于箱體內的打印機噴頭和用于控制打印機噴頭工作的控制中心，所述打印機噴頭具有至少一個安全位置；所述3D打印機設有如上所述的3D打印機安全防護系統，所述控制中心連接所述3D打印機安全防護系統的控制模塊，并于啟動打印機噴頭時先確認控制模塊發出的安全信號，或者于收到控制模塊發出的告警信號后控制打印機噴頭停止工作并移動到安全位置。

本發明的3D打印機，通過設置上述的安全防護系統，控制中心在控制噴頭工作前，需要確認收到防護系統控制模塊發出的安全信號后才開始工作，而當箱體門打開時，能夠及時控制噴頭停止工作并移動到安全位置，從而能夠有效避免相關人員被燙傷，同時避免噴頭在工作時受到外力的干擾。

附圖說明

圖1為本發明的3D打印機安全防護系統實施例的組件連接示意圖。

圖2為本發明的3D打印機安全防護系統中電子鎖止機構較佳實施例的結構示意圖。

圖3為圖2實施例中驅動部和鎖止部的結構示意圖。

圖4為圖2實施例中的電子鎖止機構進一步改進后的實施例的結構示意圖。

圖5為本發明的3D打印機安全防護系統中保護件實施例的結構示意圖。

圖6為本發明的3D打印機的實施例的結構示意圖。

圖7為圖6中實施例的內部示意圖。

具體實施方式

為了進一步理解本發明，下面結合實施例對本發明優選實施方案進行描述，但是應當理解，這些描述只是為進一步說明本發明的特征和優點，而不是對本發明權利要求的限制。

如圖1所示，本發明的3D打印機安全防護系統，在其實施例中，包括電子鎖止機構、第一傳感器和控制模塊。其中，電子鎖止機構用于鎖閉或解鎖打印機箱體門；第一傳感器用于檢測打印機箱體門是否打開，并在打印機箱體門打開/關閉時發出相應的門開/門閉信號；控制模塊連接電子鎖止機構和第一傳感器，用于在接收到門閉信號后控制電子鎖止機構鎖閉，并發出安全信號，或者在接收到門開信號后發出告警信號，以使打印機噴頭停止工作并移動到安全位置。

作為進一步的改進，上述的安全防護系統還包括連接控制模塊的第二傳感器。該第二傳感器用于檢測電子鎖止機構是否鎖閉，并于電子鎖止機構鎖閉/解鎖時發出鎖閉/鎖開信號。此時，控制模塊用于在接收到門閉信號以及鎖閉信號后發出安全信號；或者，在接收到門閉信號和鎖開信號后控制電子鎖止機構鎖閉，并在接收到鎖閉信號后發出安全信號；亦或者，在接收到門開信號后發出告警信號，以使打印機噴頭停止工作并移動到安全位置。

第二傳感器的設置，使得控制模塊在接收到門閉信號后進一步確認鎖閉時，才發出安全信號，從而防止門閉而鎖未閉的情況發生造成意外，進一步提高了上述安全防護系統的安全性。

作為進一步的改進，上述的安全防護系統還包括連接控制模塊的第三傳感器，該第三傳感器用于檢測打印機噴頭是否位于安全位置，并在打印機噴頭位于安全位置時發出復位信號。此時，控制模塊還用于在接收到復位信號后控制電子鎖止機構解鎖。

在此情況下，當打印機噴頭偏離安全位置時（包括工作時或其它意外情況下），控制模塊未接收到第三傳感器的復位信號，將使電子鎖止機構始終保持鎖閉狀態，只有接收到復位信號后才會解鎖，從而進一步提高了上述安全防護系統的安全性。

作為優選實施方案，上述的第一傳感器、第二傳感器和第三傳感器可以為位置傳感器、光學傳感器或壓力傳感器中的任意一種或幾種。

上述實施例中的電子鎖止機構，是由電信號控制驅動的鎖止機構。其結構和原理可以采用多種形式，比如由電機驅動機械鎖舌或采用電磁式閉鎖方式，以實現其功能。

如圖2和圖3所示，提供了電子鎖止機構的較佳實施例，包括鎖止部、驅動部42和鎖舌48。其中，鎖止部具有殼體41，殼體41由拼合的殼體一41a和殼體二41b兩部分組成，殼體內設有滑軌，滑軌上安裝有滑塊44，滑塊44上設有供鎖舌48進出的第一出入口44a和用于卡固鎖舌48的擋塊44b。驅動部42包括機殼42a和電機42b，驅動部42通過撥桿43連接滑塊44。鎖舌48的頭部48a與滑塊44上的第一出入口44a和擋塊44b相匹配。同時，殼體41內還設置了第一傳感器45和第二傳感器46，其中，第一傳感器45與鎖舌48相對應，用于檢測鎖舌48的位置；第二傳感器46與滑塊44相對應，用于檢測滑塊44的位置。優選的，上述第一傳感器45和第二傳感器46均為位置傳感器，組成位置傳感模塊。

實際使用時，該電子鎖止機構的驅動部和鎖止部通過殼體41上的安裝部安裝在鎖止部安裝件47或直接安裝在打印機箱體上，鎖舌48安裝在打印機箱體門上。顯而易見地，也可以是驅動部和鎖止部安裝于門上，鎖舌安裝于打印機箱體上，在此不作具體的限制。當鎖舌48經第一出入口44a進入滑塊44時，驅動部42通過撥桿43帶動滑塊44水平往復運動，使擋塊44b卡住或松開卡舌48，實現打印機箱體門的鎖閉和解鎖。當鎖舌48進入滑塊44時，將接觸位置傳感模塊的第一傳感器45，第一傳感器45反饋門關信號；當鎖舌48進一步被鎖止時，滑塊44按壓第二傳感器46，第二傳感器46反饋鎖閉信號。在打印機噴頭工作過程中，需保證兩個傳感器均反饋關閉信號，一旦任一傳感器狀態改變（即鎖打開，或者門打開），將停止打印過程，確保安全。

作為進一步的優選實施方案，如圖4所示，上述的電子鎖止機構還包括鎖舌固定件49，鎖舌48的另一端通過轉軸48b和接口49a軸接于鎖舌固定件49上，使鎖舌48可繞轉軸48b旋轉。同時，滑塊上還設有第二出入口44c，外殼的殼體二41b上也設置了相應的缺口。采用上述設計，在緊急情況下，操作人員用頂針等工具可使鎖舌48在鎖止狀態下繞轉軸48b旋轉經第二出入口44c脫出滑塊，從而手動打開箱體門，避免意外情況發生。

由于打印機噴頭的噴嘴在剛工作完時溫度還是很高，作為進一步的改進，上述的安全防護系統還包括保護件，該保護件用于在打印機噴頭位于安全位置時遮蔽噴嘴。

在一種實施方式中，上述的保護件為一個擋板。該擋板安裝在打印機箱體上，并且靠近打印機噴頭的安全位置。當打印機噴頭位于安全位置時，該擋板可以遮蔽打印機噴頭，以防止相關人員碰觸到噴嘴而造成燙傷。實際使用時，當打印機噴頭位于安全位置時，該擋板位于打印機噴頭的下方，且靠近打印機噴頭，與噴頭之間的間隙較小，以起到遮蔽噴嘴的效果。

進一步的改進方案中，為了進一步減小擋板和噴頭之間的間隙，以起到更好的遮蔽效果，該擋板上設置了凹型通道，該凹型通道用于噴嘴在回到安全位置時通過。此時，擋板也可以被設計成波紋型，且波紋的凹部對應噴嘴位置。當然，也可以設計成其它能夠實現其功能的形狀，在此不一一贅述。

或者，在另外的實施方式中，上述的保護件被設計成一個盒體。如圖4所示的實施例中，該盒體5上設置有用于將盒體5裝配至打印機箱體的連接件，該連接件為盒體的兩相對側分別設置的凸起的卡扣52，該卡扣52用于插入打印機箱體上相應的凹槽并進行固定。盒體5頂端的開口處開設有凹槽51，該凹槽51匹配打印機噴頭的噴嘴，以用作噴頭相對于盒體進出的通道。需要說明的，本實施例中用于將該盒體固定到打印機箱體上的連接件不局限于上述凸起卡扣的固定方式，也可以采用其它例如固定支架的方式等等，且具體可以根據使用的需求將盒體安裝到打印機箱體上對應的任何位置。

進一步的改進方案中，該盒體5的底端一體式地設有殘料收集盒6，以盛接殘留在噴嘴內的物料。當打印機噴頭在非工作狀態時，其噴頭容納在盒體5內，并可用殘料收集盒6來收集殘留在噴頭內的物料，以防止因噴頭內殘留的物料流出并污染打印機的環境。

優選的，在本實施例中，為了使該盒體貼合打印機箱體設置，將盒體上的殘料收集盒的橫截面具體設置為矩形。進一步地，該盒體相對于3D打印機的外側轉角設置為圓角結構，這樣可以防止用戶被盒體上的尖角戳傷。

下面對設有上述安全防護系統的3D打印機進行進一步詳細說明。

如圖5和圖6所示的實施例中，該3D打印機為熔融擠出型3D打印機，包括箱體1，箱體1上設有可開閉的打印機箱體門2，打印機噴頭3設置在箱體1內。為了更直觀地表現出箱體、箱體門及噴頭的位置，圖5中打印機噴頭處的箱體門未畫出，實際中箱體門2和箱體1形成一個整體以保護箱體內部的部件；基于同樣的理由，圖6中的箱體門未畫出，但不應認為其不存在。箱體1內還設有用于控制打印機噴頭工作的控制中心（圖中未畫出），并且打印機噴頭3具有至少一個安全位置。該安全位置是打印機噴頭復位時的位置或其它位置，一般為打印機停止工作時噴頭所處的位置。

前述的安全防護系統，其電子鎖止機構4設置在打印機箱體1上，且對應打印機箱體門2，使之可以對打印機箱體門2進行鎖閉或解鎖，且只有解鎖后，打印機箱體門2才能打開。安全防護系統的控制模塊連接上述控制中心。工作中，控制中心啟動打印機噴頭時，先確認控制模塊發出的安全信號后才會啟動噴頭工作。另一方面，控制中心在收到控制模塊發出的告警信號后控制打印機噴頭停止工作并移動到安全位置，從而確保噴頭工作時，不會有人員碰到噴嘴造成燙傷，或者干擾噴頭工作。

同時，作為保護件的盒體5安裝在箱體1上，且當打印機噴頭3位于安全位置時，盒體5的開口與噴頭相對應，以對噴嘴31進行遮蔽。盒體5開口處的凹槽51可在噴頭回到安全位置時供噴嘴31通過。與盒體5一體式設置的殘料收集盒6，可以收集殘留在噴頭內的物料，以防止噴頭內殘留的物料流出。

以上實施例的說明只是用于幫助理解本發明的方法及其核心思想。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以對本發明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發明權利要求的保護范圍內。