3D打印機、3D打印機的壓力檢測方法及其壓力補償方法與流程

本發明涉及一種3D打印機、3D打印機的壓力檢測方法及其壓力補償方法。

背景技術：

3D打印機包括安裝支架、工作臺和送料機構，送料機構包括噴頭，噴頭和工作臺設置在安裝支架上并且噴頭位于所述工作臺上方。

噴頭包括噴嘴、輸料管和擠壓機構，輸料管與噴嘴連接，擠壓機構與輸料管連接，在擠壓機構工作過程中，輸料管內的物料經噴嘴噴射至工作臺上，以實現打印3D模型。然而，現有的3D打印機在工作過程中，噴嘴有一定概率會與工作臺發生碰撞，這會降低3D打印機的打印質量。

技術實現要素：

本發明所要解決的問題就是提供一種3D打印機、3D打印機的壓力檢測方法及其壓力補償方法，以提高3D打印機的打印質量。

為解決上述問題，本發明提供如下技術方案：

3D打印機，包括安裝支架、工作臺和噴頭，所述噴頭和所述工作臺設置在所述安裝支架上并且所述噴頭位于所述工作臺上方，所述噴頭包括噴嘴、輸料管和擠壓機構，所述輸料管與所述噴嘴連接，所述擠壓機構與所述輸料管連接，其特征在于，所述3D打印機還包括控制器，所述噴頭還包括殼體和傳感器，所述殼體與所述控制器通過驅動機構連接，所述擠壓機構和所述傳感器與所述控制器電連接，所述殼體具有上限位置和下限位置，所述噴嘴活動設置在所述殼體上并且該噴嘴可在上限位置與下限位置之間往復運動，所述傳感器設置在所述殼體上以檢測所述噴嘴在所述安裝支架上的高度位置。

進一步的，所述傳感器為壓力傳感器，所述噴嘴擠壓所述壓力傳感器以使所述壓力傳感器檢測所述噴嘴相對所述殼體的高度位置。

進一步的，所述殼體具有容置腔，所述壓力傳感器設置在所述容置腔內，至少部分所述噴嘴插入所述容置腔與所述壓力傳感器的下端相抵。

進一步的，所述壓力傳感器的上端與所述擠壓機構相抵。

進一步的，所述噴頭還包括隔熱墊，所述隔熱墊設置在所述噴嘴與所述傳感器之間。

3D打印機的壓力校準方法，包括如下步驟：

S01)控制器設置壓力信號P1、P2和P，P1＜P＜P2；

S02)噴頭相對工作臺運動，直至工作臺擠壓噴嘴的作用力通過傳感器傳遞給控制器，在工作臺擠壓噴嘴的作用力通過傳感器傳遞給控制器的過程中，若傳感器傳遞給控制器的壓力信號在P1-P2之間，則3D打印機完成校準工作，否則進入步驟S03；

S03)工作臺進行位置修正，在工作臺完成位置修正后，進入步驟S02。

進一步的，噴嘴與工作臺通過熔融材料間接相抵，工作臺通過熔融材料擠壓噴嘴的作用力通過傳感器傳遞給控制器；或者是，噴嘴與工作臺直接相抵，工作臺擠壓噴嘴的作用力通過傳感器傳遞給控制器。

3D打印機的壓力補償方法，包括如下步驟：

S01)控制器設置壓力信號P1、P2和P，P1＜P＜P2；

S02)噴頭相對工作臺運動，直至工作臺擠壓噴嘴的作用力通過傳感器傳遞給控制器，在工作臺擠壓噴嘴的作用力通過傳感器傳遞給控制器的過程中，控制器根據傳感器輸入的壓力信號，計算生成工作臺不同位置的高度值。

進一步的，在步驟S02后，控制器控制擠壓機構擠壓輸料管，以使其內部的熔融材料通過噴嘴打印在工作臺上，當輸料管內的熔融材料通過噴嘴打印在工作臺上時，控制器基于工作臺上不同位置的高度值并通過擠壓機構調節輸料管經噴嘴打印在工作臺上的材料量。

進一步的，噴嘴與工作臺通過熔融材料間接相抵，工作臺通過熔融材料擠壓噴嘴的作用力通過傳感器傳遞給控制器；或者是，噴嘴與工作臺直接相抵，工作臺擠壓噴嘴的作用力通過傳感器傳遞給控制器。

本發明的有益效果：

1、本發明的噴頭包括殼體，殼體具有上限位置和下限位置，噴嘴活動的設置在殼體上并且該噴嘴可在上限位置與下限位置之間往復運動。如此設計，限定噴嘴的運動范圍，以避免噴嘴受到的壓力無法被壓力傳感器獲取。

2、本發明的噴頭還包括傳感器，傳感器設置在殼體上以檢測噴嘴相對殼體的高度位置。如此設計，當傳感器用于檢測噴嘴相對殼體的高度位置時，傳感器可以將噴嘴的高度位置以電信號的方式傳遞給其他電子元件，以實現控制器準確獲取噴嘴的高度值。

3、本發明的3D打印機包括控制器，控制器通過擠壓機構調節調節噴嘴在單位時間內噴射出熔融材料的數量。如此設計，噴嘴噴出熔融材料的數量將得到精準控制。

4、本發明中，3D打印機的壓力校準方法包括工作臺的位置校準方法，具體的：噴頭相對工作臺運動，直至工作臺擠壓噴嘴的作用力通過傳感器傳遞給控制器，在工作臺擠壓噴嘴的作用力通過傳感器傳遞給控制器的過程中，若傳感器傳遞給控制器的壓力信號在P1-P2之間，則工作臺完成校準工作，否則工作臺進行位置修正。如此設計，3D打印機可以獲取工作臺在不同位置的高度范圍區間值，在3D打印機獲取工作臺在不同位置的高度范圍區間值后，技術人員通過調整工作臺的平面度和傾斜度，以完成3D打印機的壓力校準。

5、本發明中，3D打印機的壓力補償方法包括噴嘴的位置補償方法，具體的：噴頭相對工作臺運動，直至工作臺擠壓噴嘴的作用力通過傳感器傳遞給控制器，在工作臺擠壓噴嘴的作用力通過傳感器傳遞給控制器的過程中，控制器根據傳感器輸入的壓力信號，計算生成工作臺不同位置的高度值。如此設計，3D打印機可以獲取工作臺在不同位置的高度值，當3D打印機獲取工作臺在不同位置的高度值時，控制器根據工作臺不同位置的高度計算生成一組數據，該組數據為3D打印機工作時擠壓機構調節輸料管經噴嘴打印在工作臺上的材料量

6、本發明中，在3D打印機獲取工作臺在不同位置的高度值后，擠壓機構擠壓輸料管，以使其內部的熔融材料通過噴嘴打印在工作臺上，當輸料管內的熔融材料通過噴嘴打印在工作臺上時，控制器基于工作臺上不同位置的高度值并通過擠壓機構調節輸料管經噴嘴打印在工作臺上的材料量。如此設計，3D打印機打印出來的模型具有精度高的優點。

附圖說明

圖1是本發明實施例一中噴頭的結構示意圖；

圖2是本發明實施例一中3D打印機的結構示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

實施例一

參照圖1和圖2，3D打印機，包括安裝支架10、工作臺20和噴頭30，噴頭30和工作臺20設置在安裝支架10上并且噴頭30位于工作臺20上方，噴頭30包括噴嘴2、輸料管3和擠壓機構4，輸料管3與噴嘴2連接，擠壓機構4與輸料管3連接，在擠壓機構4工作過程中，輸料管3內的熔融材料6經噴嘴2噴射在工作臺20上。

參照圖1，固體材料經高溫融化后進入與噴嘴2所對應的輸料管3內，與擠壓機構4對應的輸料管3(在擠壓機構4的作用下發生彈性變形。與擠壓機構4對應的輸料管3發生彈性變形的過程中，其內部的材料向噴嘴2方向運動，以實現將噴嘴2內部的熔融材料6推送至噴嘴2外。

本實施例中，固體材料在噴嘴2處受熱變為熔融材料6。如此設計，3D打印機消耗能量小，其打印出來的模型成型效果好。在本發明的其他實施例中，固定材料可以在擠壓機構所對應的輸料管內融化，固體材料也可以在輸料管的入口處融化。

參照圖1和圖2，與現有技術不同之處在于：3D打印機還包括控制器50，噴頭30還包括殼體1和傳感器5，殼體1與控制器50通過驅動機構40連接，擠壓機構4和傳感器5與控制器50電連接，殼體1具有上限位置和下限位置，噴嘴2活動設置在殼體1上并且該噴嘴2可在上限位置與下限位置之間往復運動，傳感器5設置在殼體1上以檢測噴嘴2在安裝支架10上的高度位置。

本實施例中，控制器50獲取工作臺20不同位置高度值的方法：第一步，控制器50通過驅動機構40控制噴頭30相對工作臺20運動，直至工作臺20擠壓噴嘴2的作用力通過傳感器5傳遞給控制器50，當工作臺20擠壓噴嘴2的作用力通過傳感器5傳遞給控制器50時，控制器50可以獲取噴嘴2在工作臺20上不同位置的高度值；第二步，控制器50根據噴嘴2在安裝支架10上的高度值計算得出工作臺20不同位置的高度值。

參照圖1，本實施例的控制器50與驅動機構40電連接，具體的：驅動機構40包括第一電機、第二電機和第三電機，第一電機通過第一齒輪組件驅使噴頭30沿其高度方向運動，第二電機通過第二齒輪組件驅使噴頭30沿工作臺20橫向運動，第三電機通過第三齒輪組件驅使噴頭30沿工作臺20縱向運動。在本發明的其他實施例中，驅動機構包括第一氣缸、第二氣缸和第三氣缸，第一氣缸驅使噴頭沿其高度方向運動，第二氣缸驅使噴頭沿工作臺橫向運動，第三氣缸驅使噴頭沿工作臺縱向運動。

參照圖1，本實施例所述的傳感器5為壓力傳感器，噴嘴2擠壓壓力傳感器以使壓力傳感器檢測噴嘴2相對殼體1的高度位置。如此設計，噴頭30結構簡單、制造成本低。在本發明的其他實施中，傳感器包括三個位置傳感器，三個位置傳感器分別為第一紅外線傳感器、第二紅外線傳感器和第三紅外線傳感器，第一紅外線傳感器設置在殼體的下限位置處，第二紅外線傳感器設置在殼體的上限位置處，第三紅外線傳感器設置在殼體的下限位置與上限位置之間，第一紅外線傳感器、第二紅外線傳感器和第三紅外線傳感器通過感應噴嘴以獲取噴嘴在殼體內的高度位置。

本實施例中，安裝支架10包括底座101和與底座101連接的支撐架102，底座101上設置有坐標原點，噴頭30安裝支撐架102上，噴嘴2的相對坐標(噴嘴2的相對坐標為噴嘴2出料口處的相對坐標)基于底座101上的坐標原點計算得出，具體的：當工作臺20擠壓噴嘴2的作用力通過壓力傳感器傳遞給控制器50時，控制器50基于“殼體1上下限位置的相對坐標”以及“噴嘴2擠壓壓力傳感器所產生的高度方向上的位移”計算生成噴嘴2相對坐標原點的相對坐標。當控制器50計算出噴嘴2的相對坐標時，若噴嘴2與工作臺20直接相抵，則噴嘴2的相對坐標為工作臺20的相對坐標；若噴嘴2與工作臺2通過熔融材料間接相抵，則噴嘴2的相對坐標減去熔融材料的厚度得出工作臺20的相對坐標。

參照圖1，本實施例的殼體1具有容置腔11，壓力傳感器設置在容置腔11內，至少部分噴嘴2插入容置腔11與壓力傳感器的下端相抵，具體的：殼體1上設有與容置腔11連通的第一開口111，至少部分噴嘴2經第一開口111插入容置腔11內。如此設計，壓力傳感器受外力影響的概率將得以減小，以提高壓力傳感器檢測的準確性。在本發明的其他實施例中，壓力傳感器設置在殼體的外側壁上，噴嘴與壓力傳感器通過膠水連接；或者是，噴嘴與壓力傳感器通過連桿連接。

需要說明的是：本實施例所述殼體1的下限位置為容置腔11底面上的壁，所述殼體1的上限位置為壓力傳感器發生形變后其底壁在殼體1內的高度位置。當然，在本發明的其他實施例中，殼體的下限位置為殼體側壁上的第一位置，第一位置鄰近殼體的底壁，殼體的上限位置為殼體側壁上的第二位置，第二位置鄰近壓力傳感器發生形變后其底壁在殼體內的高度位置。

參照圖1，本實施例的壓力傳感器的上端與擠壓機構4相抵。如此設計，擠壓機構4拆裝方便。在本發明的其他實施例中，壓力傳感器與擠壓機構通過螺釘連接；或者是，壓力傳感器與容置腔的頂壁相抵。

優選的，本實施例中，噴頭還包括隔熱墊，該隔熱墊設置在噴嘴2與傳感器5之間。如此設計，傳感器5的使用壽命將得到提高。

參照圖1，本實施例的殼體1上還設有與容置腔11連通的第二開口112，輸料管3經第二開口112進入容置腔11內，當輸料管3經第二開口112進入容置腔11內時，輸料管3與噴嘴2固定連接，具體的：輸料管3與噴嘴2螺紋連接。在本發明的其他實施例中，輸料管與噴嘴卡扣連接。

本實施例中，所述擠壓機構4可以是夾鉗組件，所述擠壓機構4也可以是氣缸組件。由于本發明未對擠壓機構4做出改進，因此，本發明不介紹擠壓機構4的具體結構。

本實施例中，3D打印機的壓力校準方法，其特征在于包括如下步驟：

S01)控制器50設置壓力信號P1、P2和P，P1＜P＜P2；

S02)噴頭30相對工作臺20運動，直至工作臺20擠壓噴嘴30的作用力通過傳感器5傳遞給控制器50，在工作臺20擠壓噴嘴30的作用力通過傳感器5傳遞給控制器50的過程中，若傳感器5傳遞給控制器50的壓力信號在P1-P2之間，則3D打印機完成校準工作，否則進入步驟S03；

S03)工作臺20進行位置修正，在工作臺20完成位置修正后，進入步驟S02。

參照圖2，本實施例中，“噴頭30相對工作臺20運動”具有以下兩種理解方式：1，首先，噴頭30沿其高度方向運動，直至噴嘴2上出料口噴出的熔融材料與工作臺20相抵；接著噴頭30沿工作臺20縱向運動以及橫向運動。2、首先，噴頭30沿工作臺20縱向運動以及橫向運動；接著，噴頭30沿其高度方向運動，直至噴嘴2上出料口噴出的熔融材料與工作臺20相抵。

參照圖2，本實施例的噴嘴2與工作臺20通過熔融材料間接相抵，工作臺20通過熔融材料擠壓噴嘴2的作用力通過傳感器5傳遞給控制器50。如此設計，噴嘴2的使用壽命將得到進一步提高。在本發明的其他實施例中，噴嘴與工作臺直接相抵，工作臺擠壓噴嘴的作用力通過傳感器傳遞給控制器。

本實施例中，所述“工作臺20進行位置修正”包括以下三種辦法：1、跟換新的工作臺；2、調節工作臺的高度位置；3、通過磨機、車床、銑床等工具對工作臺進行精加工。

實施例二

本實施例中，3D打印機為實施例一中的3D打印機。

與實施例一不同之處在于：本實施例中，3D打印機具有壓力補償方法。

3D打印機的壓力補償方法，包括如下步驟：

S01)控制器設置壓力信號P1、P2和P，P1＜P＜P2；

S02)噴頭相對工作臺運動，直至工作臺擠壓噴嘴的作用力通過傳感器傳遞給控制器，在工作臺擠壓噴嘴的作用力通過傳感器傳遞給控制器的過程中，控制器根據傳感器輸入的壓力信號，計算生成工作臺不同位置的高度值。

本實施例中，“噴頭相對工作臺運動”具有以下兩種理解方式：1，首先，噴頭沿其高度方向運動，直至噴嘴上出料口噴出的熔融材料與工作臺相抵；接著噴頭沿工作臺縱向運動以及橫向運動。2、首先，噴頭沿工作臺縱向運動以及橫向運動；接著，噴頭沿其高度方向運動，直至噴嘴上出料口噴出的熔融材料與工作臺相抵。

本實施例的噴嘴與工作臺通過熔融材料間接相抵，工作臺通過熔融材料擠壓噴嘴的作用力通過傳感器傳遞給控制器。如此設計，噴嘴的使用壽命將得到進一步提高。在本發明的其他實施例中，噴嘴與工作臺直接相抵，工作臺擠壓噴嘴的作用力通過傳感器傳遞給控制器。

在本實施例中，3D打印機在壓力補償之前需要先進行壓力校準，具體步驟為：

第一步，控制器50設置壓力信號P1、P2和P，P1＜P＜P2；

第二步，噴頭30相對工作臺20運動，直至工作臺20擠壓噴嘴30的作用力通過傳感器5傳遞給控制器50，在工作臺20擠壓噴嘴30的作用力通過傳感器5傳遞給控制器50的過程中，若傳感器5傳遞給控制器50的壓力信號在P1-P2之間，則進入第四步，否則進入第三步；

第三步，工作臺20進行位置修正，在工作臺20完成位置修正后，進入步驟S02；

第四步，噴頭相對工作臺運動，直至工作臺擠壓噴嘴的作用力通過傳感器傳遞給控制器，在工作臺擠壓噴嘴的作用力通過傳感器傳遞給控制器的過程中，控制器根據傳感器輸入的壓力信號，計算生成工作臺不同位置的高度值。

當然，在本發明的其他實施例中，3D打印機可以不進行壓力校準。

優選的，本實施例中，3D打印機的壓力補償方法，在步驟S02后，進行步驟S03，具體的：控制器控制擠壓機構擠壓輸料管，以使其內部的熔融材料通過噴嘴打印在工作臺上，當輸料管內的熔融材料通過噴嘴打印在工作臺上時，控制器基于工作臺上不同位置的高度值并通過擠壓機構調節輸料管經噴嘴打印在工作臺上的材料量。

應當理解，本文所述的示例性實施例是說明性的而非限制性的。盡管結合附圖描述了本發明的一個或多個實施例，本領域普通技術人員應當理解，在不脫離通過所附權利要求所限定的本發明的精神和范圍的情況下，可以做出各種形式和細節的改變。