熔融沉积3D打印热床调平装置及使用方法

技术领域

本公开实施例涉及3D打印机调平装置技术领域，尤其涉及一种熔融沉积3D打印热床调平装置，还涉及熔融沉积3D打印热床调平装置的使用方法。

背景技术

熔融沉积3D打印是一种利用喷头装置将丝状热熔性材料加热熔化后通过细小喷嘴挤出，然后在加热沉积平台(热床)上沿特定轨迹逐层沉积堆叠成形的增材制造技术。在航天航空、机械制造、电子、能源、医疗卫生等诸多领域均具有广泛的应用。对于熔融沉积3D打印设备而言，第一层挤出材料能否均匀稳固地附着于沉积平台，将影响整个模型的成形效果，甚至决定着后续打印指令能否继续执行。当喷嘴距离热床过近时，材料不易挤出；当喷嘴距离热床过远时，热熔材料则无法粘结于热床表面；同层打印过程中喷头相对沉积平台的间距发生改变时，易引起模型第一层在沉积平台上的黏附力不均匀，成形模型稳定性低，极易倾斜，进而导致打印失真。因此，沉积平台相对于喷嘴运动平面的平行度对打印质量具有至关重要，为确保足够的打印精度，成形前必须对沉积平台进行调平。

现有3D打印调平装置主要依赖于手动操作，操作员需通过依次旋转热床四角调平螺母，逐一调整热床各支撑点与喷嘴的相对距离，以达到精确的调平效果。手动调整方式不仅费时费力，很难保证调平的精度和稳定性。故一些高端熔融沉积3D打印设备，通常借助微动开关、压敏传感器等接触式探测方法或光电门、电容接近开关、电感接近开关等非接触式探测方法，测量喷头与平台各点之间的距离，最后在打印软件上进行补偿或利用电机实现热床各调平点位高度的调整。然而，上述调平常用传感器对环境干扰和粉尘颗粒等影响较为敏感，无法保证长期使用的精确性和稳定性，其调平精度取决于传感器精度和位姿调整算法的准确性，调平时间长，控制过程复杂。此外，还有一些熔融沉积3D打印设备采用重力感应器进行自动调平，通过测量平台上的重力分布来确定平台的水平度，这类设备通常需要使用多个重力感应器，这将大大增加设备的复杂性和成本。重力感应器对沉积平台的刚性和稳定性要求较高，不适用于一些低成本熔融沉积3D打印设备。

针对现有技术中存在的缺陷和不足，本发明提出了一种通用型熔融沉积3D打印热床快速自动调平装置，旨在提供一种设备兼容性好、经济高效的快速自动精确调平方式，以满足现有各类熔融沉积3D打印设备的调平需求。

因此，有必要改善上述相关技术方案中存在的一个或者多个问题。

需要注意的是，本部分旨在为权利要求书中陈述的本公开的技术方案提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

发明内容

本公开实施例的目的在于提供一种熔融沉积3D打印热床调平装置及使用方法进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。

本公开实施例提供一种熔融沉积3D打印热床调平装置，包括4个高度调节装置和1个调平辅助压头；

高度调节装置包括壳体，壳体内固接有棘齿滑座支架；棘齿滑座支架通过复位弹簧连接有伸缩筒，伸缩筒置于壳体内，且与壳体间隙配合；

壳体底部开设有底座螺纹孔；

棘齿滑座支架上设置有卡紧结构；伸缩筒内壁上开设有若干条与卡紧结构相配合的齿槽；

伸缩筒顶部开设有盖板槽，盖板槽内开设有圆柱槽；盖板槽内连接有盖板，盖板上与圆柱槽相对应的位置开设有漏斗状的通孔，漏斗状的通孔内穿插有球头连杆，球头连杆一端为球形，另一端沿球头连杆的轴向开设有热床螺纹孔，球头连杆为球头的一端置于圆柱槽内。

本公开的一实施例中，壳体为圆缺的筒状结构；棘齿滑座支架包括半圆形的底板，底板通过螺钉与壳体底部连接；底板上固接有支架肋板，支架肋板与底板垂直，且与壳体上为平面的侧壁平行。

本公开的一实施例中，底板上靠近圆弧边的位置固接有底板凸台；伸缩筒内与底板凸台相对的位置上固接有伸缩筒凸台；底板凸台与伸缩筒凸台通过复位弹簧连接。

本公开的一实施例中，支架肋板与卡紧结构连接，卡紧结构有2组，且沿支架肋板的中线对称设置。

本公开的一实施例中，所述卡紧结构包括棘齿轴；棘齿轴上套接有棘齿；

棘齿轴上套接有棘齿和棘齿滑座；棘齿滑座上开设有棘齿卡槽，棘齿嵌设在棘齿卡槽内；

棘齿卡槽的顶部与底板平行；

棘齿上开设有弹簧槽，弹簧槽内嵌设有扭簧，扭簧的一端与所述弹簧槽的侧壁抵接，另一端与棘齿卡槽的侧壁抵接；

支架肋板上开设有连接孔，壳体侧壁上与有连接孔相对的位置开设有控制孔，棘齿轴穿插在连接孔与控制孔中，棘齿滑座置于所述连接孔与控制孔之间；

控制孔中开设在壳体为平面的侧壁上。

本公开的一实施例中，棘齿轴远离壳体为平面的侧壁的一端固接有限位背帽；棘齿轴另一端螺纹连接有旋钮。

本公开的一实施例中，旋钮与棘齿轴螺纹连接的一端穿插入控制孔内，并于棘齿抵接。

本公开的一实施例中，连接孔为腰形孔，连接孔与控制孔结构相同；

连接孔内穿插有2个棘齿轴；2个棘齿滑座通过张紧弹簧连接；

棘齿轴上还套接有滑块，滑块一端与限位背帽抵接，另一端与所述棘齿滑座抵接；滑块嵌设在连接孔内。

本公开的一实施例中，调平辅助压头包括圆筒状的本体和圆锥状的头体；本体和头体固接；

本体侧壁上开设有若干个螺孔；

头体顶部开设有球形的滚珠槽，滚珠槽内嵌设有滚珠。

本公开实施例还提供了熔融沉积3D打印热床调平装置的使用方法，具体按照以下步骤实施：

调平装置安装：

将调平辅助压头套设在喷头上，通过螺纹连接；

将4个高度调节装置放置在热床的4个角处，通过热床螺纹孔内的螺栓将高度调节装置与热床连接；通过底座螺纹孔内的螺栓将底座与高度调节装置连接；

调平标记：

将热床的4个角，沿顺时针依次记为：a角、b角、c角和d角；

将调平辅助压头调节至热床a角上方，记为初始位置；调平辅助压头下压，即Z轴下降，直至调平辅助压头的滚珠与a角接触，此时，滚珠与a角接触的点，记为起始点；

调平实施步骤：

滚珠沿热床边缘顺时针运动，依次扫过热床的三个边后停止，此时判断滚珠是否与d角接触；

若滚珠未与d角接触，则调平辅助压头下压，直至滚珠与d角接触；

滚珠与d角接触后，滚珠沿热床边缘顺时针运动，依次扫过热床的三个边后停止，此时判断滚珠是否与c角接触；

若滚珠未与c角接触，则调平辅助压头下压，直至滚珠与c角接触；

滚珠与c角接触后，述滚珠沿热床边缘顺时针运动，依次扫过热床的三个边后停止，此时判断滚珠是否与b角接触；

若滚珠未与b角接触，则调平辅助压头下压，直至滚珠与b角接触；

滚珠与b角接触后，滚珠沿热床边缘顺时针运动，依次扫过热床的三个边后停止，此时判断滚珠是否回到起始点；

若滚珠未回到起始点，则调平辅助压头下压，重复调平实施步骤；

若滚珠回到起始点，则表示热床已经调平；调平辅助压头回到初始位置，调平工作结束。

本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本公开实施例中的熔融沉积3D打印热床调平装置，通过通过上述熔融沉积3D打印热床自动调平装置及方法可实现打印机热床的快速自动调平，当起始点为最低点时候，仅执行完第一阶段调平程序即可实现调平；当起始点为次最低点时，最快需经过第二阶段调平程序即可实现热床调平，最慢则全部执行完四个阶段的调平程序即可实现热床调平；当起始点为次最高点时，最快执行完第三阶段调平程序即可实现热床调平，最慢则可能需要全部执行完四阶段调平程序；当起始点为最高点时，四阶段调平程序全部执行完即可实现热床调平。调平过程无需复杂机电系统，也无需人工干预，装置及方法经济实用。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出本公开示例性实施例熔融沉积3D打印热床调平装置的整体示意图；

图2示出本公开示例性实施例熔融沉积3D打印热床调平装置中高度调节装置主视结构示意图；

图3示出本公开示例性实施例熔融沉积3D打印热床调平装置中高度调节装置的后视结构示意图；

图4示出本公开示例性实施例熔融沉积3D打印热床调平装置中度调节装置的盖板的结构示意图；

图5示出本公开示例性实施例熔融沉积3D打印热床调平装置中高度调节装置的俯视结构示意图；

图6示出本公开示例性实施例熔融沉积3D打印热床调平装置中高度调节装置的伸缩筒的结构示意图；

图7示出本公开示例性实施例熔融沉积3D打印热床调平装置中高度调节装置的棘齿的结构示意图；

图8示出本公开示例性实施例熔融沉积3D打印热床调平装置中高度调节装置的棘齿滑座支架的结构示意图；

图9示出本公开示例性实施例熔融沉积3D打印热床调平装置中调平辅助压头的结构示意图。

附图标记：

100.高度调节装置；

110.壳体；120.棘齿滑座支架；130.复位弹簧；140.伸缩筒；150.盖板111.底座螺纹孔；112.控制孔；113.旋钮；

121.底板；122.支架肋板；123.底板凸台；124.棘齿轴；125.棘齿；126.弹簧槽；127.扭簧；128.连接孔；129.限位背帽；

131.棘齿滑座；132.棘齿卡槽；133.张紧弹簧

141.齿槽；142.盖板槽；143.圆柱槽；144.伸缩筒凸台；

151通孔；152；球头连杆；153.热床螺纹孔

200.调平辅助压头；

210.本体；220.头体；221.滚珠槽；222.滚珠。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。

此外，附图仅为本公开实施例的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。

本示例实施方式中提供一种熔融沉积3D打印热床调平装置，可以包括：包括4个高度调节装置100和1个调平辅助压头200；4个高度调节装置100分别安装在热床的4个角的位置，通过调平辅助压头200，对热床进行调平。

高度调节装置100包括壳体110，壳体110内固接有棘齿滑座支架120；棘齿滑座支架120通过复位弹簧130连接有伸缩筒140，伸缩筒140置于壳体110内，且与壳体110间隙配合；伸缩筒140在壳体110内可以通过复位弹簧130进行往复运动；

壳体110底部开设有底座螺纹孔111；通过底座螺纹孔111与底座连接；

棘齿滑座支架120上设置有卡紧结构；伸缩筒140内壁上开设有若干条与卡紧结构相配合的齿槽141；通过卡紧结构与齿槽141的配合，对伸缩筒140进行限位；

伸缩筒140顶部开设有盖板槽142，盖板槽142内开设有圆柱槽143；盖板槽142内连接有盖板150，盖板150上与圆柱槽143相对应的位置开设有漏斗状的通孔151，漏斗状的通孔151内穿插有球头连杆152，球头连杆152一端为球形，另一端沿球头连杆152的轴向开设有热床螺纹孔153，球头连杆152为球头的一端置于圆柱槽143内。球头连杆152可以在漏斗状的通孔151内随意倾斜，确保热床不受底座的平整度的影响。

本实施例中，

可选的，在一些实施例中，壳体110为圆缺的筒状结构；棘齿滑座支架120包括半圆形的底板121，底板121通过螺钉与壳体110底部连接；底板121上固接有支架肋板122，支架肋板122与底板121垂直，且与壳体110上为平面的侧壁平行。

可选的，在一些实施例中，底板121上靠近圆弧边的位置固接有底板凸台123；伸缩筒140内与底板凸台123相对的位置上固接有伸缩筒凸台144；底板凸台123与伸缩筒凸台144通过复位弹簧130连接。通过底板凸台123与伸缩筒凸台144对复位弹簧130进行限位，避免复位弹簧130在工作过程中产生位移。

可选的，在一些实施例中，支架肋板122与卡紧结构连接，卡紧结构有2组，且沿支架肋板122的中线对称设置。通过这2组卡紧结构，使伸缩筒的伸缩量自动适应喷头与热床相对间距，以保证热床与喷头运动平面平行。

可选的，在一些实施例中，卡紧结构包括棘齿轴124；棘齿轴124上套接有棘齿125；

棘齿轴124上套接有棘齿125和棘齿滑座131；棘齿滑座131上开设有棘齿卡槽132，棘齿125嵌设在棘齿卡槽132内；

棘齿卡槽132的顶部与底板121平行；

棘齿125上开设有弹簧槽126，弹簧槽126内嵌设有扭簧127，扭簧127的一端与弹簧槽126的侧壁抵接，另一端与棘齿卡槽132的侧壁抵接；通过扭簧127对棘齿125进行复位，确保棘齿125能够及时对伸缩筒140进行限位。

支架肋板122上开设有连接孔128，壳体110侧壁上与有连接孔128相对的位置开设有控制孔112，棘齿轴124穿插在连接孔128与控制孔112中，棘齿滑座131置于连接孔128与控制孔112之间；

控制孔112中开设在壳体110为平面的侧壁上。方便工作人员对本装置进行操作。

可选的，在一些实施例中，棘齿轴124远离壳体110为平面的侧壁的一端固接有限位背帽129；棘齿轴124另一端螺纹连接有旋钮113。

可选的，在一些实施例中，旋钮113与棘齿轴124螺纹连接的一端穿插入控制孔112内，并于棘齿125抵接。

可选的，在一些实施例中，连接孔128为腰形孔，连接孔128与控制孔112结构相同；

连接孔128内穿插有2个棘齿轴124；2个棘齿滑座131通过张紧弹簧133连接；

棘齿轴124上还套接有滑块，滑块一端与限位背帽129抵接，另一端与棘齿滑座131抵接；滑块嵌设在连接孔128内。

可选的，在一些实施例中，调平辅助压头200包括圆筒状的本体210和圆锥状的头体220；本体210和头体220固接；

本体210侧壁上开设有若干个螺孔；通过螺孔将本体套接在喷头上；

头体220顶部开设有球形的滚珠槽221，滚珠槽221内嵌设有滚珠222。

本示例实施方式中还提供熔融沉积3D打印热床调平装置的使用方法，具体按照以下步骤实施：

1.调平装置安装：

将调平辅助压头200套设在喷头上，通过螺纹连接；

将4个高度调节装置100放置在热床的4个角处，通过热床螺纹孔153内的螺栓将高度调节装置100与热床连接；通过底座螺纹孔111内的螺栓将底座与高度调节装置100连接；

2.调平标记：

将热床的4个角，沿顺时针依次记为：a角、b角、c角和d角；

将调平辅助压头200调节至热床a角上方，记为初始位置；调平辅助压头200下压，即Z轴下降，直至调平辅助压头200的滚珠222与a角接触，此时，滚珠222与a角接触的点，记为起始点；

3.调平实施步骤：

滚珠222沿热床边缘顺时针运动，依次扫过热床的三个边后停止，此时判断滚珠222是否与d角接触；

若滚珠222未与d角接触，则调平辅助压头200下压，直至滚珠222与d角接触；

滚珠222与d角接触后，滚珠222沿热床边缘顺时针运动，依次扫过热床的三个边后停止，此时判断滚珠222是否与c角接触；

若滚珠222未与c角接触，则调平辅助压头200下压，直至滚珠222与c角接触；

滚珠222与c角接触后，述滚珠222沿热床边缘顺时针运动，依次扫过热床的三个边后停止，此时判断滚珠222是否与b角接触；

若滚珠222未与b角接触，则调平辅助压头200下压，直至滚珠222与b角接触；

滚珠222与b角接触后，滚珠222沿热床边缘顺时针运动，依次扫过热床的三个边后停止，此时判断滚珠222是否回到起始点；

若滚珠222未回到起始点，则调平辅助压头下压，重复调平实施步骤；

若滚珠222回到起始点，则表示热床已经调平；调平辅助压头200回到初始位置，调平工作结束。

需要理解的是，上述描述中的术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开实施例的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本公开实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本公开实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

在本公开实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。