FDM打印設備自動供料系統的制作方法

本發明涉及鑄造領域，具體地，涉及一種FDM打印設備自動供料系統。

背景技術：

隨著科技的發展，FDM打印方式的3D打印技術已日趨成熟，各種模具制造行業已經開始不同程度的使用該技術，鑄造行業也不例外，目前工業級FDM打印方式的3D打印機在鑄造方面的應用較為廣泛，但是工業級打印設備打印用材料供給還是依靠操作人員手動上料、加料方式。因此，實現材料自動上料、加料是3D打印機需要解決的難題之一。

和本發明在裝置結構和功能實現上相近的現有技術有以下：

西安中科麥特電子技術設備有限公司申請的，公開號為：CN201310574331.1，公布日為2015.05.20，名稱為“一種3D打印設備運動機構和供料系統的控制系統”的專利申請，該專利中關于供料系統，僅僅提供了一種“如何實現加料裝置給料控制，料倉中如何實現推料控制”的技術方案，但未給出當加料裝置缺料時，如何實現報警、或自動加料的技術方案。

杭州銘展網絡科技有限公司申請的，公開號為：CN204560926U，公布日為2015.08.19，名稱為“粘流態材料3D打印機的連續供料系統”的專利申請，該專利是通過設置兩個活塞管，利用負壓作用，在進行3D打印的過程中，兩個活塞管始終保持一個吸料，一個出料，實現設備的連續供料，但這種技術方案只適用于粘流態材料，對于FDM設備用的PLA材料不適用。

黑龍江省科學院自動化研究所申請的，公開號為：CN205058634U，公布日為2016.03.02，名稱為“熔融沉積式工業3D打印機供料系統”的專利申請，該專利僅僅提供了一種供料系統，但并未給出如何實現連續供料的技術方案，連接擠出機的加料小車是交替更換的，一車料使用完畢后更換另外一臺，在生產過程中始終存在停頓，不能實現連續生產。

深圳市七號科技有限公司申請的，公開號為：CN105661607A，公布日為2016.06.15，名稱為“一種遠端供料的食品3D打印裝置”的專利申請，該發明裝置的整體結構和本發明類似，由于其適用的是食品加工，所以加料裝置只有一個遠端供料系統，輸送管直接連通遠端供料系統和噴嘴機構，中間沒有再設置加料裝置，因此不存在供料中斷的問題，但這種技術方案只適用于粘流態材料，對于FDM設備用的PLA材料不適用。

技術實現要素：

針對相關技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種FDM打印設備自動供料系統，以使FDM打印設備在打印過程中不斷將存儲在上料倉的打印材料自動加注到打印料斗中，保證了后續打印過程的連續性，避免了由于打印材料的缺少，操作人員未能及時加注打印材料，導致打印機空打，造成打印模型質量缺陷和時間的浪費。

根據本發明的一個方面，提供一種FDM打印設備自動供料系統，該FDM打印設備自動供料系統包括：打印擠出機構；安裝在打印擠出機構上部的打印倉料斗；與打印倉料斗電連接以檢測打印倉料斗的料位的光電檢測裝置；上料倉，上料倉分別與打印倉料斗和材料斗選擇性地連通；與上料倉電連接以檢測上料倉內的料重的稱重傳感器；控制系統，控制系統基于光電檢測裝置發出的料位檢測信號和稱重傳感器發出的料重信號，分別通過上料倉為打印倉料斗加料以及通過材料斗為上料倉上料。

根據本發明的一個實施例，控制系統配置成：在光電檢測裝置發出料位低于規定低料位的料位檢測信號時，啟動上料倉為打印倉料斗加料。

根據本發明的一個實施例，上料倉通過設置在底部的閥門與打印倉料斗選擇性地連通。

根據本發明的一個實施例，控制系統配置成：在稱重傳感器發出料重為零的料重信號時，啟動材料斗為上料倉上料。

根據本發明的一個實施例，上料倉通過設置在側面的吸料管與材料斗選擇性地連通。

根據本發明的一個實施例，還包括與上料倉頂部連接的隔膜泵，隔膜泵將材料斗中的物料經由吸料管泵送至上料倉。

根據本發明的一個實施例，還包括驅動打印擠出機構移動的驅動機構，其中，驅動機構構造成將安裝在打印擠出機構上的打印倉料斗移動到閥門下方或從閥門下方移開。

根據本發明的一個實施例，驅動機構為運動軸伺服電機。

根據本發明的一個實施例，驅動機構構造成驅動打印擠出機構在空間直角坐標系中移動。

根據本發明的一個實施例，打印擠出機構安裝在打印設備橫梁上，并且上料倉安裝在上料倉支架上。

本發明的有益技術效果在于：

(1)本系統在打印過程中為全自動控制，可以通過光電及時檢測出打印倉缺料的情況，及時的執行進行加料，完成加料后自動回到打印中斷點，繼續打印，避免了由于操作人員未及時發現打印料倉缺料，打印過程中斷，造成的打印模型質量問題。

(2)本系統完成加料后，上料斗中已放空，通過稱重傳感器感應上料斗重量，系統控制真空隔膜泵自動吸取上料，到達規定重量后自動停止。無需人為參與，有效地將傳感器技術、氣動控制技術相結合，實現無人化的操作、運行。

(3)本系統中配備的全數字智能控制系統，運動執行機構采用伺服控制單元，當檢測到打印缺料時全數字智能控制系統將記錄當前打印所處位置，并將位置信息存儲；在完成加料后，再將位置信息給伺服控制單元，使其運動到打印中斷點位置繼續打印。有效地保證打印過程的連續性，體現了該系統智能化控制程度高。

因此，本發明完全解決了FDM方式的3D打印過程中上料、加料的問題。

附圖說明

圖1是根據本發明的FDM打印設備自動供料系統的結構示意圖；

圖2是圖1所示的FDM打印設備自動供料系統的打印倉料斗中的打印材料處于低料位的示意圖；

圖3是圖1所示的FDM打印設備自動供料系統的打印倉料斗中的打印材料處于滿料位的示意圖；

圖4是根據本發明的FDM打印設備自動供料系統的控制系統示意圖；以及

圖5是根據本發明的FDM打印設備自動供料系統的控制流程圖。

具體實施方式

現根據附圖描述本發明的詳細實施例。

參見附圖1，其示出了根據本發明的FDM打印設備自動供料系統的一個實施例的結構示意圖。由圖1可見，在該實施例中，FDM打印設備自動供料系統包括：用于打印并擠出物料的打印擠出機構1；安裝在打印擠出機構1上部的打印倉料斗3，打印倉料斗3用于向打印擠出機構1供給打印材料，并且打印倉料斗3電連接光電檢測裝置2，以檢測打印倉料斗3內的物料位置；上料倉5，其中，上料倉5分別與打印倉料斗3選擇性地連通以向打印倉料斗3供應物料、以及與材料斗8選擇性地連通以從材料都8選擇性地獲取物料，其中，上料倉5電連接稱重傳感器13，以檢測上料倉5內的料重；以及控制系統12，其中，控制系統12能夠基于光電檢測裝置2發出的料位檢測信號和稱重傳感器13發出的料重信號，分別通過上料倉5為打印倉料斗3加料、以及通過材料斗8為上料倉5上料。

此處應當注意，本領域中的技術人員還能夠設想使用其他任意合適的裝置替代本發明中的光電檢測裝置2來檢測打印倉料斗3內的物料水平；同樣地，本領域中的技術人員還能夠設想使用其他任意合適的裝置替代本發明中的的稱重傳感器13來檢測上料倉5內的物料重量；或者，本領域中的技術人員還能夠設想到將本發明中的光電檢測裝置2與稱重傳感器13互換的技術方案，本發明不局限于此。

本發明的FDM打印設備自動供料系統通過配備光電檢測裝置2和稱重傳感器13來檢測打印倉料斗3和上料倉5中的物料信息，并且反饋給控制器，控制器基于反饋信息自動控制打印過程中FDM打印設備的上料和加料操作，使FDM打印設備在打印過程中不斷將存儲在上料倉5中的打印無物料自動加注到打印倉料斗3中，保證了后續打印過程的連續性，避免了由于打印材料的缺少，操作人員未能及時加注打印材料，導致打印機空打，造成打印模型質量缺陷和時間的浪費。

在一個示例性的實施例中，控制系統12配置成在光電檢測裝置2發出打印倉料斗3內的料位低于規定低料位14(在圖2中示出)的料位檢測信號時，啟動上料倉5為打印倉料斗3加料。如圖1和圖2所示，上料倉5可通過設置在底部的閥門6與打印倉料斗3選擇性地連通。

此處提及的“選擇性連通”指的是：當控制系統12接收到來自光電檢測裝置2的打印倉料斗3內的料位低于規定低料位14的料位檢測信號時，控制系統12響應于該檢測信號，控制閥門6打開，使上料倉5與打印倉料斗3連通，實現自動為打印倉料斗3上料；當打印倉料斗3中的物料料位逐漸升高至規定滿料位15(在圖3中示出)時，光電檢測裝置2向控制系統12發出打印倉料斗3內的料位高于規定滿料位15的料位檢測信號，控制系統12響應于該檢測信號，控制閥門6關閉，停止上料倉5繼續向打印倉料斗3中供料，由此實現FDM打印設備的自動上料操作。

在另一個示例性的實施例中，控制系統12配置成：在稱重傳感器13發出上料倉5中的料重為零的料重信號時，啟動材料斗8為上料倉5上料。在該實施例中，如圖1所示，上料倉5通過設置在其側壁上的吸料管7與用于儲存打印材料的材料斗8選擇性地連通。在一個具體的實施例中，如圖1所示，在上料倉5的頂部連接有隔膜泵4，隔膜泵4能夠將儲存在材料斗8中的物料經由吸料管7泵送至上料倉5為上料倉5加料。

與以上描述的FDM打印設備的自動上料操作類似，此處提及的“選擇性地連通”指的是：當控制系統12接收到來自稱重傳感器13的上料倉5內的料重為零的料重檢測信號時，控制系統12響應于該檢測信號，啟動隔膜泵4，將材料斗8中的物料經由吸料管7泵送至上料倉5，待上料倉5達到規定重量后自動關閉隔膜泵4，停止為上料倉5加料，由此實現FDM打印設備的自動加料操作。

此外，根據本發明的FDM打印設備自動供料系統還可包括用于驅動打印擠出機構1移動的驅動機構10，其中，驅動機構10構造成將安裝在打印擠出機構1上的打印倉料斗3移動到閥門6下方以接收物料或從閥門6下方移開至打印工作位置。在一個具體的實施例中，該驅動機構10可為運動軸伺服電機，并且構造成驅動打印擠出機構1在空間直角坐標系中移動。當然，在其他的實施例中，上述驅動機構10還可為任意其他合適的驅動機構，這可根據實際情況而定，本發明不局限于此。此外，如圖1所示，打印擠出機構1可安裝在打印設備橫梁11上，并且上料倉5可安裝在上料倉支架9上。

如圖4所示，在一個示例性實施例中，控制系統12包括全數字化智能控制系統和PLC。現在結合圖5描述根據本發明的FDM打印設備自動供料系統的工作過程。首先，打印機通過全數字化智能控制系統執行打印程序，隨著打印機的運行，打印倉料斗3內部的材料逐漸減少，當材料高度位置下降到規定低料位14的檢測位置時(見圖2)，打印倉料斗3上面安裝的料位光電檢測開關2發出檢測光束進行位置檢測，并觸發光電信號，控制系統12會中斷打印程序，同時記錄此時打印機停止的位置，并將位置數據存儲在控制系統12中；隨后控制系統12執行加料程序，打印機的打印倉料斗3隨打印擠出機構1運動至上料倉5的底部閥口位置，打印倉料斗3與上料倉底部閥口對齊。控制系統中運動伺服電機10檢測到加料位置，PLC單元輸出上料倉底部閥門6打開指令，閥門6打開把材料排放到打印倉料斗3內，當材料排放空，上料倉稱重傳感器13檢測到倉內重量為零時，同時料位光電檢測開關2檢測到規定滿料位15，上料倉底部閥門6關閉；全數字化智能控制系統確認上料倉閥門6關閉后，執行返回打印中斷點程序，全數字化智能控制系統控制運動軸運動到打印中斷點，全數字化智能控制系統確認返回的位置與之前記錄存儲的位置一致后，打印程序將繼續運行。另外，上料倉5排空后稱重傳感器13檢測到倉內重量為零，將觸發上料信號傳輸給PLC單元，PLC單元輸出至隔膜泵4讓其吸料，當吸入的材料重量達到規定重量時觸發稱重傳感器加滿信號，并傳輸給PLC單元，PLC單元將控制隔膜泵4停止吸料。

在該實施例中，FDM打印設備配備全數字智能控制系統，運動執行機構采用伺服控制單元，當檢測到打印缺料時全數字智能控制系統將記錄當前打印所處位置，并將位置信息存儲；在完成加料后，再將位置信息給伺服控制單元，使其運動到打印中斷點位置繼續打印。有效地保證打印過程的連續性，體現了該系統智能化控制程度高。

以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。