一種3d打印機平臺的制作方法

專利名稱:一種3d打印機平臺的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種3D打印機平臺，包括殼體，在殼體內設有打印平臺，在打印平臺的上方設有熱床，在熱床上方設有擠出頭，在殼體內設有微控制器，其特征在于，擠出頭與送料機分離布置；所述擠出頭設于十字架移動機構上，擠出頭沿十字架移動機構沿X軸運動或沿Y軸運動；在熱床內設有由微控制器控制的加熱模塊。本實用新型具有打印速度快、精度高、打印容積大的特點，同時可支持脫機打印以及雙料打印，操作便捷，便于推廣使用。
【專利說明】
一種3D打印機平臺
技術領域
[0001 ]本實用新型涉及一種3D打印平臺，屬于3D打印技術領域。
【背景技術】
[0002]快速成型技術是近年來發展起來的一種先進制造技術，3D打印是快速成型技術的一個分支。先由建模軟件對打印實物進行三維建模，再由切片軟件對三維模型進行識別和STL格式轉換，最終將模型打印信息傳遞到主控制板，再由主控制板發送控制指令給各功能模塊。由擠出頭擠出熔融耗材逐層打印，層層疊加，從而將三維模型變成三維立體實物。3D打印技術作為一種高新技術，具體涉及CAD建模、測量、接口軟件、數控、精密儀器、激光、材料等多學科的集成。
[0003]然而，現有桌面級別的3D打印機控制結構復雜，存在著諸多缺點。擠出頭單行移動時需同時負載三個軸向電機的移動，移動速度慢;送料機和擠出頭放置于一端，能提供的最大化的模型成型體積小;送料機處采用齒輪傳動的傳動比較小，導致打印精度不高;打印機和PC機相連，無法脫機打印，既占用PC資源，也需要考慮打印過程中USB連接的不穩定問題；現有3D打印機打印平臺多為金屬結構，通常經擠出頭流出的熔融材料遇到較冷的金屬打印平臺會發生變形、翹邊等現象;打印耗材僅支持單種材料打印，適用范圍不廣。

【發明內容】

[0004]本實用新型的目的是提供一種打印精度高且降低翹邊現象發生的桌面級別的3D打印機。
[0005]為了達到上述目的，本實用新型的技術方案是提供了一種3D打印機平臺，包括殼體，在殼體內設有打印平臺，在打印平臺的上方設有熱床，在熱床上方設有擠出頭，在殼體內設有微控制器，微控制器通過X軸電機驅動模塊或Y軸電機驅動模塊驅動X軸電機或Y軸電機帶動擠出頭沿X軸運動或沿Y軸運動，微控制器同時通過Z軸電機驅動模塊驅動Z軸電機帶動打印平臺沿Z軸運動，還包括送料機，送料機通過輸料管與擠出頭相連，微控制器通過電機驅動模塊驅動送料機帶動齒輪旋轉，由齒輪帶動耗材沿輸料管輸送至擠出頭，其特征在于，擠出頭與送料機分離布置;所述擠出頭設于十字架移動機構上，擠出頭沿十字架移動機構沿X軸運動或沿Y軸運動;在熱床內設有由微控制器控制的加熱模塊。
[0006]優選地，在所述打印平臺處和/或所述擠出頭內部安裝有溫度傳感器，所述微控制器根據溫度傳感器的值控制所述加熱模塊。
[0007]優選地，所述齒輪采用大傳動比齒輪。
[0008]優選地，在所述殼體上設有與所述微控制器電路相通的IXD控制面板。
[0009]優選地，在所述IXD控制面板上設有SD卡接口。
[0010]優選地，所述加熱模塊采用加熱電阻絲。
[0011]針對現有的3D打印機，本實用新型做出了以下改進:
[0012]采用十字架移動機構，提高了擠出頭的移動速度;擠出頭和送料機分離，極大地提高了機體打印空間體積;在送料機處采用大傳動比的齒輪傳動，提高了打印精度;增加了LCD控制面板，打印過程中只需操作LCD顯示屏即可，操作方便，可實現脫機打印；在打印平臺上方熱床中加入加熱電阻絲，加熱穩定，可使熔融耗材有效附著于打印平臺上，降低翹邊現象的發生;擠出頭可支持雙料打印，打印范圍更廣。
[0013]本實用新型具有打印速度快、精度高、打印容積大的特點，同時可支持脫機打印以及雙料打印，操作便捷，便于推廣使用。
【附圖說明】

[0014]圖1為本實用新型的3D打印機平臺的結構示意圖；
[0015]圖2為本實用新型3D打印機平臺的控制系統功能模塊框圖；
[0016]圖3為本實用新型3D打印機平臺的IXD控制面板模塊框圖。
【具體實施方式】
[0017]為使本實用新型更明顯易懂，茲以優選實施例，并配合附圖作詳細說明如下。
[0018]如圖1所示，本實用新型提供的一種3D打印機平臺包括殼體I，微控制器位于殼體I的底部，既節省空間，又避免控制電路與人接觸。LCD控制面板2嵌在殼體I外表面，節省機體空間的同時只需調節旋鈕按鈕即可完成打印過程參數設置，無需占用PC機資源。擠出頭4和X軸電機、Y軸電機之間采用十字架移動機構3，使擠出頭4沿X軸方向及沿Y軸方向的移動更加靈活，打印速度更快。Z軸電機采用精度更高的螺桿傳動，由Z軸電機帶動打印平臺7沿Z軸運動。送料機6處采用大傳動比的齒輪5，送料機5與擠出頭4之間通過輸料管道相連，送料機6帶動齒輪5后，由齒輪5帶動耗材沿輸料管輸送至擠出頭4。通過采用大傳動比的齒輪5使打印精度更高。擠出頭4和送料機5兩者分離，使得可打印的模型尺寸更大。擠出頭4支持雙料打印，不再局限于單一耗材。打印平臺7上方加入高效率的熱床8，熱床8內嵌入有電阻絲，加熱穩定，升溫迅速，可使熔融耗材有效附著于打印平臺7之上，降低翹邊現象的發生。打印平臺7處和擠出頭4內部均安裝有溫度傳感器，當實時檢測溫度低于設定值，給電阻絲通電加熱，當溫度超過設定值，停止對電阻絲通電。
[0019]上述3D打印機的工作過程可分為以下幾個步驟:
[0020]步驟1、先利用PC上位機建模軟件建立實物的三維模型，再由切片軟件對三維模型進行切片處理并生成G代碼操作指令，最后將其存入SD卡。
[0021 ] 步驟2、預先通過PC上位機經USB串口對微控制器進行初始化設置。
[0022]步驟3、通過讀取SD卡將寫入的G代碼指令讀入IXD模塊，經過分析將其傳送給微控制器，再由微控制器輸出控制指令，驅動X軸電機、Y軸電機帶動擠出頭4運動，完成一個平面打印后，再驅動Z軸電機使打印平臺7上下移動最終實現逐層打印，層層疊加，精確的控制整個打印過程。
[0023]步驟4、微控制器在控制擠出頭4在笛卡爾坐標系內運動的同時控制送料機5上步進電機的工作，將耗材送入擠出頭4加熱至熔融，再由擠出頭4擠出。
[0024]圖2為本實用新型的控制系統功能模塊框圖，3D打印機平臺的控制系統包括微控制器、擴展板、LCD控制面板以及串口通信總線。串口通信模塊主要是用于連接微控制器和擴展板，擴展板和LCD控制面板。擴展板包括步進電機驅動模塊(包括X軸電機驅動模塊、Y軸電機驅動模塊、2軸電機驅動模塊以及電機驅動模塊)、電源模塊、限位開關模塊、溫度控制模塊、風扇控制模塊。
[0025]電機驅動模塊用于微控制器發送指令來驅動控制X軸電機、Y軸電機、Z軸電機以及送料機5。微控制器向步進電機驅動模塊的dirPin 口分別輸入高電位、低電位來控制電機的正反轉，最終來控制擠出頭4和打印平臺7的運動。微控制器向步進電機驅動模塊的stepperPin 口輸入脈沖，通過設置步進脈沖信號的頻率，實現對電機精確調速，通過控制步進脈沖的個數，實現對電機精確定位。步進電機驅動模塊中的MS1、MS2、MS3三位控制電機軸的步距角的細分，通過硬件電路中短路片的接入與否來控制。限位開關模塊限制著擠出頭4軸向運動最大值和最小值范圍。溫度控制模塊包括熱敏電阻與加熱電阻絲。打印平臺7上方熱床8和擠出頭4內部均設置有加熱電阻絲，且均有熱敏電阻與之連接，再連接于所述的加熱模塊。熱敏電阻用于對溫度的實時檢測，若低于設定溫度，借助軟件設置實現PID溫度調節控制，控制電阻絲加熱溫度。
[0026]圖3為本實用新型的IXD控制面板模塊框圖，IXD控制面板包括液晶顯示模塊、SD卡模塊、旋鈕控制模塊、電平變換模塊。打印機工作時，液晶顯示模塊顯示打印實時信息，包括擠出頭坐標信息、打印速度百分比、擠出頭實際溫度/目標溫度，熱床實際溫度/目標溫度，SD卡打印進度，打印時間等。打印也可通過調節旋鈕來設定擠出頭目標溫度、熱床目標溫度、所需打印文件等參數。
【主權項】
1.一種3D打印機平臺，包括殼體(I)，在殼體(I)內設有打印平臺(7)，在打印平臺(7)的上方設有熱床(8)，在熱床(8)上方設有擠出頭(4)，在殼體(I)內設有微控制器，微控制器通過X軸電機驅動模塊或Y軸電機驅動模塊驅動X軸電機或Y軸電機帶動擠出頭(4 )沿X軸運動或沿Y軸運動，微控制器同時通過Z軸電機驅動模塊驅動Z軸電機帶動打印平臺(7)沿Z軸運動，還包括送料機(6)，送料機(6)通過輸料管與擠出頭(4)相連，微控制器通過電機驅動模塊驅動送料機(6)帶動齒輪(5)旋轉，由齒輪(5)帶動耗材沿輸料管輸送至擠出頭(4)，其特征在于，擠出頭(4)與送料機(6)分離布置;所述擠出頭(4)設于十字架移動機構(3)上，擠出頭(4 )沿十字架移動機構(3 )沿X軸運動或沿Y軸運動;在熱床(8 )內設有由微控制器控制的加熱模塊。2.如權利要求1所述的一種3D打印機平臺，其特征在于，在所述打印平臺(7)處和/或所述擠出頭(4)內部安裝有溫度傳感器，所述微控制器根據溫度傳感器的值控制所述加熱模塊。3.如權利要求1所述的一種3D打印機平臺，其特征在于，所述齒輪(5)采用大傳動比齒輪。4.如權利要求1所述的一種3D打印機平臺，其特征在于，在所述殼體(I)上設有與所述微控制器電路相通的IXD控制面板(2)。5.如權利要求4所述的一種3D打印機平臺，其特征在于，在所述LCD控制面板(2)上設有SD卡接口。6.如權利要求1所述的一種3D打印機平臺，其特征在于，所述加熱模塊采用加熱電阻絲。
【文檔編號】B22F3/115GK205705311SQ201620197804
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年3月15日
【發明人】黃勇, 陳果, 劉華山, 張玨, 張亞軍, 唐健, 蔡煜野
【申請人】東華大學