一种新型的3D打印机自动调平装置

摘要

本发明公开了一种新型的3D打印机自动调平装置，包含水平模块、高度模块、固定板和喷嘴套；高度模块包含丝杠电机、丝杠、丝杠螺母、升降台、导向块、第一导向杆、第二导向杆、转盘和预压机构；水平模块包含打印平台安装座、球铰、锁紧螺柱、连接件、滑竿、舵机和连接杆。工作时，先进行高度调节，然后控制打印头离开中心位置在打印平台边缘运动一周，通过喷嘴套对打印平台施加的压力来使球铰产生微小转动，实现打印平台与3D打印机的x、y轴保持平行，最后通过舵机带动锁紧螺柱固定球铰球头。本发明能够实现3D打印机打印平台的自动调平，无需传感器，控制简单可靠。

权利要求

1.一种新型的3D打印机自动调平装置，其特征在于，包含水平模块、高度模块、固定板和喷嘴套；

所述高度模块包含丝杠电机、丝杠、丝杠螺母、升降台、导向块、第一导向杆、第二导向杆、转盘和预压机构；

所述升降台的下端面设有用于安装所述转盘的圆孔；

所述转盘设置在所述升降台的圆孔中，所述转盘和所述升降台转动相连，所述转盘能够相对升降台自由转动；

所述转盘的侧壁周向均匀设有若干垂直于转盘轴线的条状方槽，所述升降台的圆孔的侧壁上设有和所述转盘的条状方槽一一对应的半球状限位槽；

所述预压机构包含若干和所述转盘的条状方槽一一对应的预压单元；所述预压单元包含弹簧和钢珠，其中，所述弹簧一端和其对应转盘条状方槽远离升降台的一端相抵、另一端和所述钢珠相抵，呈压缩状态，将所述钢珠的一部分抵入与转盘条状方槽对应的半球状限位槽中；

所述丝杠螺母和所述转盘的下端面同轴固连，所述转盘的轴线处设有供所述丝杠穿过的通孔；

所述丝杠一端和所述丝杠螺母螺纹相连，另一端和所述丝杠电机的输出轴同轴固连；

所述导向块和所述丝杠电机的壳体固连，其上分别设有使第一导向杆、第二导向杆穿过的第一导向孔、第二导向孔；

所述第一导向杆、第二导向杆、丝杠平行设置；第一导向杆、第二导向杆的一端均和所述升降台的下端面固连，另一端分别穿过导向块上的第一导向孔、第二导向孔，使得升降台能够相对导向块沿着第一导向杆、第二导向杆自由滑动；

所述水平模块包含打印平台安装座、球铰、锁紧螺柱、连接件、滑竿、舵机和连接杆；

所述打印平台安装座用于安装3D打印机的打印平台，其下端和所述球铰的球头连杆垂直固连；

所述球铰的球铰支座固定在所述升降台上，且球铰支座的侧壁上设有和所述锁紧螺柱相匹配的螺纹通孔；

所述连接件为一端封闭、另一端开口的空心圆柱体，连接件的侧壁上设有对称的、平行于其轴线的滑槽、且滑槽内均设有能够自由滑动的滑块；

所述锁紧螺柱的一端和所述连接件的封闭端外端面的中心垂直固连，另一端和所述球铰支座侧壁上的螺纹通孔螺纹相连，用于锁定或松开所述球铰；

所述滑竿设置在所述连接件内，两端分别和连接件两侧滑槽内的滑块固连，且滑竿垂直于连接件的轴线；

所述舵机的壳体和所述升降台固连；

所述连接杆一端和所述滑竿的中心垂直固连，另一端和所述舵机的输出轴同轴固连；

所述固定板和所述导向块固连，用于将3D打印机自动调平装置和外界固定；

所述喷嘴套设置在3D打印机的喷嘴上，用于压迫3D打印机的打印平台时保护3D打印机的喷嘴使其不会直接和打印平台接触且能够正常工作。

2.根据权利要求1所述的新型的3D打印机自动调平装置，其特征在于，所述转盘的侧壁周向均匀设有4条垂直于转盘轴线的条状方槽。

说明书

一种新型的3D打印机自动调平装置

技术领域

[0001] 本发明涉及，尤其涉及一种新型的3D打印机自动调平装置。

背景技术

[0002] 3d打印技术日渐成熟，3d打印机也已经越来越普及。然而现在3D打印机的使用门槛仍然很高，在使用过程中需要注意的问题也很多，打印前的调平就是其中一个很关键的
问题，打印平台与XY轴的平行度直接关系到第一层的打印质量，进而影响到整个模型的打
印质量，而打印前调平的过程又非常的需要耐心和经验，给使用者增添了很多麻烦。网络上
已经有了一些自动调平的方法，但这些方法是利用传感器测量打印平台位姿，通过计算得
到正确的调整距离和角度，调平的效果取决于传感器精度和位姿调整算法的准确性，需多
次调整，调平时间较长，控制较为复杂。

发明内容

[0003] 本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种新型的3D打印机自动调平装置。

[0004] 本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

[0005] 一种新型的3D打印机自动调平装置，包含水平模块、高度模块、固定板和喷嘴套；

[0006] 所述高度模块包含丝杠电机、丝杠、丝杠螺母、升降台、导向块、第一导向杆、第二导向杆、转盘和预压机构；

[0007] 所述升降台的下端面设有用于安装所述转盘的圆孔；

[0008] 所述转盘设置在所述升降台的圆孔中、和所述升降台转动相连，能够相对升降台自由转动；

[0009] 所述转盘的侧壁周向均匀设有若干垂直于转盘轴线的条状方槽，所述升降台的圆孔的侧壁上设有和所述转盘的条状方槽一一对应的半球状限位槽；

[0010] 所述预压机构包含若干和所述转盘的条状方槽一一对应的预压单元；所述预压单元包含弹簧和钢珠，其中，所述弹簧一端和其对应转盘条状方槽远离升降台的一端相抵、另
一端和所述钢珠相抵，呈压缩状态，将所述钢珠的一部分抵入转盘条状方槽对应的半球状
限位槽中；

[0011] 所述丝杠螺母和所述转盘的下端面同轴固连、所述转盘的轴线处设有供所述丝杠穿过的通孔；

[0012] 所述丝杠一端和所述丝杠螺母螺纹相连、另一端和所述丝杠电机的输出轴同轴固连；

[0013] 所述导向块和所述丝杠电机的壳体固连，其上分别设有过第一导向杆、第二导向杆穿过的第一导向孔、第二导向孔；

[0014] 所述第一导向杆、第二导向杆、丝杠平行设置；第一导向杆、第二导向杆的一端均和所述升降台的下端面固连，另一端分别穿过导向块上的第一导向孔、第二导向孔，使得升
降台能够导向块沿着第一导向杆、第二导向杆自由滑动；

[0015] 所述水平模块包含打印平台安装座、球铰、锁紧螺柱、连接件、滑竿、舵机和连接杆；

[0016] 所述打印平台安装座用于安装3D打印机的打印平台，其下端和所述球铰的球铰轴垂直固连；

[0017] 所述球铰的球铰支座固定在所述升降台上，且球铰支座的侧壁上设有和所述锁紧螺柱相匹配的螺纹通孔；

[0018] 所述连接件为一端封闭、另一端开口的空心圆柱体，连接件的侧壁上设有对称的、平行于其轴线的滑槽、且滑槽内均设有能够自由滑动的滑块；

[0019] 所述锁紧螺柱的一端和所述连接件的封闭端外端面的中心垂直固连，另一端和所述球铰支座侧壁上的螺纹通孔螺纹相连，用于锁定或松开所述球铰；

[0020] 所述滑竿设置在所述连接件内，两端分别和连接件两侧滑槽内的滑块固连，且滑竿垂直于连接件的轴线；

[0021] 所述舵机的壳体和所述升降台固连；

[0022] 所述连接杆一端和所述滑竿的中心垂直固连，另一端和所述舵机的输出轴同轴固连；

[0023] 所述固定板和所述导向块固连，用于将3D打印机自动调平装置和外界固定；

[0024] 所述喷嘴套设置在3D打印机的喷嘴上，用于压迫3D打印机的打印平台、保护3D打印机的喷嘴使其不会直接和打印平台接触且能够正常工作。

[0025] 作为本发明一种新型的3D打印机自动调平装置进一步的优化方案，所述转盘的侧壁周向优先均匀设有4条垂直于转盘轴线的条状方槽。

[0026] 本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

[0027] 本发明能够实现3D打印机打印平台的自动调平，与现有的依靠传感器测量调平的方法不同，该装置主要依靠机械结构，无需传感器，控制简单可靠，调平快速，使用方便高
效。

附图说明

[0028] 图1是本发明的主视图；

[0029] 图2是本发明的侧视图；

[0030] 图3是本发明中升降台和转盘的剖视图。

[0031] 图中，1‑打印平台安装座，2‑球铰，3‑连接件，4‑连接杆，5‑舵机，6‑升降台、7‑导向块、8‑丝杠螺母、9‑丝杠电机、10‑固定板、11‑转盘、12‑钢珠、13‑弹簧。

具体实施方式

[0032] 下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

[0033] 本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范
围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。

[0034] 如图1所示，本发明公开了一种新型的3D打印机自动调平装置，包含水平模块、高度模块、固定板和喷嘴套。

[0035] 所述高度模块包含丝杠电机、丝杠、丝杠螺母、升降台、导向块、第一导向杆、第二导向杆、转盘和预压机构；

[0036] 所述升降台的下端面设有用于安装所述转盘的圆孔；

[0037] 所述转盘设置在所述升降台的圆孔中、和所述升降台转动相连，能够相对升降台自由转动；

[0038] 所述转盘的侧壁周向均匀设有若干垂直于转盘轴线的条状方槽，所述升降台的圆孔的侧壁上设有和所述转盘的条状方槽一一对应的半球状限位槽；

[0039] 如图3所示，所述预压机构包含若干和所述转盘的条状方槽一一对应的预压单元；所述预压单元包含弹簧和钢珠，其中，所述弹簧一端和其对应转盘条状方槽远离升降台的
一端相抵、另一端和所述钢珠相抵，呈压缩状态，将所述钢珠的一部分抵入转盘条状方槽对
应的半球状限位槽中；

[0040] 所述丝杠螺母和所述转盘的下端面同轴固连、所述转盘的轴线处设有供所述丝杠穿过的通孔；

[0041] 所述丝杠一端和所述丝杠螺母螺纹相连、另一端和所述丝杠电机的输出轴同轴固连；

[0042] 所述导向块和所述丝杠电机的壳体固连，其上分别设有过第一导向杆、第二导向杆穿过的第一导向孔、第二导向孔；

[0043] 所述第一导向杆、第二导向杆、丝杠平行设置；第一导向杆、第二导向杆的一端均和所述升降台的下端面固连，另一端分别穿过导向块上的第一导向孔、第二导向孔，使得升
降台能够导向块沿着第一导向杆、第二导向杆自由滑动。

[0044] 所述水平模块包含打印平台安装座、球铰、锁紧螺柱、连接件、滑竿、舵机和连接杆；

[0045] 所述打印平台安装座用于安装3D打印机的打印平台，其下端和所述球铰的球铰轴垂直固连；

[0046] 所述球铰的球铰支座固定在所述升降台上，且球铰支座的侧壁上设有和所述锁紧螺柱相匹配的螺纹通孔；

[0047] 所述连接件为一端封闭、另一端开口的空心圆柱体，连接件的侧壁上设有对称的、平行于其轴线的滑槽、且滑槽内均设有能够自由滑动的滑块；

[0048] 所述锁紧螺柱的一端和所述连接件的封闭端外端面的中心垂直固连，另一端和所述球铰支座侧壁上的螺纹通孔螺纹相连，用于锁定或松开所述球铰；

[0049] 所述滑竿设置在所述连接件内，两端分别和连接件两侧滑槽内的滑块固连，且滑竿垂直于连接件的轴线；

[0050] 所述舵机的壳体和所述升降台固连；

[0051] 所述连接杆一端和所述滑竿的中心垂直固连，另一端和所述舵机的输出轴同轴固连。

[0052] 如图2所示，所述固定板和所述导向块固连，用于将3D打印机自动调平装置和外界固定。

[0053] 所述喷嘴套设置在3D打印机的喷嘴上，用于压迫3D打印机的打印平台、保护3D打印机的喷嘴使其不会直接和打印平台接触且能够正常工作。

[0054] 所述转盘的侧壁周向优先均匀设有4条垂直于转盘轴线的条状方槽。

[0055] 水平模块用于保证打印平台与X、Y轴的平行度，其上可放置各类打印平台，水平模块在高度模块上安装；整个3D打印机自动调平装置通过固定板直接安装在3D打印机的Z轴
上，Z轴复位后用于控制打印平台到喷嘴的距离；喷嘴套在调平时装在喷嘴上，用于将喷嘴
与平台之间的间距控制在一个合适的值，并保护喷嘴和平台。

[0056] 转盘的每个条状方槽内的弹簧处于压缩状态，弹簧向外的一端顶着钢珠，将所述钢珠的一部分抵入转盘条状方槽对应的半球状限位槽中，限制转盘和升降台的相对转动。
通过弹簧刚度可以控制升降台能够抬升的最大重量：当升降台上负载的重量低于最大重量
时，丝杠转动，升降台会载着水平模块及其上的打印平台上升，当打印平台上升到目标高度
时，与打印头喷嘴上安装的喷嘴套接触，此时升降台继续上升，打印平台将会受到喷嘴套的
压迫，升降台承受的压力增大，超过最大重量，弹簧受力压缩，钢球随之缩回转盘的条状方
槽内，失去限制的转盘以及与转盘固连的丝杠螺母此后便会随着丝杠一同转动而不再上
升，打印平台的高度也不再变化，停留在目标高度。

[0057] 调平前，需要先在3D打印机喷嘴上安装喷嘴套，高度模块中的丝杠电机转动，控制打印平台下降到合适的位置，以防止发生碰撞。调平开始，3D打印机各运动轴先复位，然后
打印头水平移动至打印平台中心的正上方；丝杠电机转动，高度模块首先工作，待高度调节
完毕后，打印头离开中心位置在打印平台边缘运动一周，通过喷嘴套对打印平台施加的压
力来使球铰产生微小转动，喷头运动结束后打印平台与3D打印机的x、y轴保持平行，此时舵
机带动锁紧螺柱固定球铰球头，打印平台不再转动，打印机调平完成。

[0058] 在3D打印机开始打印之前，可以选择先执行打印机内部储存的的调平程序，打印机及自动调平装置将根据程序指令完整执行上述动作。在完成调平之后将此结构将完全锁
死，之后由打印机进行正常的工作，能够有效地保证打印的质量。

[0059] 3d打印机在科研人员和创客等群体中越来越热门，但是无论对熟练操作3D打印机的专业人士还是新手来说，调平都是一个烦人却又无法回避的问题，因为它对打印质量有
着至关重要的作用。这套自动调平装置可以安装在各类3D打印机上使用，能够大大提高3D
打印机的易用性，可以出售给3D打印机生产商，在广大3D打印机使用者中也有不错的市场。

[0060] 本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还
应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中
的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

[0061] 以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发
明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明
的保护范围之内。