自动调平的3D打印机以及3D打印机的自动调平方法技术

本发明专利技术提供了自动调平的3D打印机以及3D打印机的自动调平方法，该3D打印机包括：一基台；一喷头，所述喷头相对于所述基台运动；以及一具有传感器的监测系统，建立一三维坐标系，检测所述基台的上表面在所述三维坐标系中的姿态数据，并根据所述姿态数据修正所述喷头在三维坐标系中的打印路径。本发明专利技术的3D打印机以及自动调平方法结构简单、调平快速，并且没有调节幅度限制，同时还有很高的准确度。

Automatic leveling 3D printers and automatic leveling methods for 3D printers

The invention provides an automatic leveling 3D printer and an automatic leveling method for a 3D printer, which comprises a base station, a sprinkler head, the sprinkler head moving relative to the base station, and a monitoring system with a sensor, establishing a three-dimensional coordinate system, and detecting the upper surface of the base station in the three-dimensional coordinate system. According to the attitude data, the print path of the nozzle in the three-dimensional coordinate system is corrected. The 3D printer and the automatic leveling method of the invention have the advantages of simple structure, fast leveling, no adjustment amplitude limit and high accuracy.

【技术实现步骤摘要】
自动调平的3D打印机以及3D打印机的自动调平方法
本专利技术涉及3D打印设备领域，尤其涉及一种自动调平的3D打印机以及3D打印机的自动调平方法。
技术介绍
3D打印(3DP)是即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。日常生活中使用的普通打印机可以打印电脑设计的平面物品，而所谓的3D打印机与普通打印机工作原理基本相同，只是打印材料有些不同，普通打印机的打印材料是墨水和纸张，而3D打印机内装有金属、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”，是实实在在的原材料，打印机与电脑连接后，通过电脑控制可以把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。通俗地说，3D打印机是可以“打印”出真实的3D物体的一种设备，比如打印一个机器人、打印玩具车，打印各种模型，甚至是食物等等。之所以通俗地称其为“打印机”是参照了普通打印机的技术原理，因为分层加工的过程与喷墨打印十分相似。这项打印技术称为3D立体打印技术。在3D打印过程中，打印喷头与平台的相对距离决定了打印模型的底部与平台的结合情况。距离过远会使喷头挤出的材料脱离平台最终导致打印失败；距离过近会使喷头与平台之间存在过大的压力，影响喷头移动与材料挤出最终导致电机失步；距离相差过大还会影响到模型的尺寸。理想情况下应该是喷头降到Z轴零点时X轴和Y轴在任何位置，其与平台的距离都是恒定且弱接触。所谓弱接触即喷头与平台之间不产生压力且距离最小。为达到最理想的打印效果，需要在打印之前调整喷头零点与平台的距离以及平台的水平。而现在的3D打印机通常会通过几项技术来实现：(1)调节Z轴限位开关来调整喷头与平台的距离。(2)通过平台下方调节螺母微调喷头与平台的距离，以及调节平台的水平。(3)增加传感器向用户反馈当前平台与喷头之间的距离和姿态，以提供更好的手工调平体验和调平准确度。(4)将调节螺母连接自动装置，如电机。与传感器配合以实现自动调平。相对而言，任意一款3D打印机可以使用上述一种或多种技术。若使用得少，则装置相对简单，对用户的使用经验有较高的要求，调平的效果也不佳；而使用上述所有技术之后，调平装置过于复杂，同时增加了装置成本与失效率。用户使用虽然容易，但是调平需要较长的时间。无论什么方案用户体验都不理想。另外，使用调节螺母的方案能够对平台进行调整的范围受螺母长度限制，通过不能进行较大幅度的调节。有鉴于此，专利技术人提供了一种自动调平的3D打印机以及3D打印机的自动调平方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供自动调平的3D打印机以及3D打印机的自动调平方法，克服了现有技术的困难，本专利技术结构简单、调平快速，并且没有调节幅度限制，同时还有很高的准确度。根据本专利技术的一个方面，提供一种自动调平的3D打印机，包括：一基台；一喷头，所述喷头相对于所述基台运动；以及一具有传感器的监测系统，建立一三维坐标系，检测所述基台的上表面在所述三维坐标系中的姿态数据，并根据所述姿态数据修正所述喷头在三维坐标系中的打印路径。优选地，所述传感器包括距离检测传感器、光线检测传感器、微动开关检测传感器、电平翻转检测传感器中的至少一种。优选地，所述监测系统记录所述喷头与所述基台弱接触时的三维坐标，来测得所述基台的上表面在所述三维坐标系中的姿态数据，并根据所述姿态数据修正所述喷头在三维坐标系中的打印路径。优选地，所述监测系统包括一检测电平翻转的电压检测单元和一供电单元，所述基台的上表面设有至少一个导电触点，所述电压检测单元电连接所述喷头，所述供电单元电连接每个所述导电触点。优选地，所述监测系统包括一检测电平翻转的电压检测单元和一供电单元，所述基台的上表面设有至少一个导电触点，所述电压检测单元电连接每个所述导电触点，所述供电单元电连接所述喷头。优选地，所述导电触点分别位于所述基台的上表面的边沿，且所述导电触点与所述基台的上表面平齐。优选地，包括四个所述导电触点，分别位于所述基台的上表面的四角。根据本专利技术的另一个方面，还提供一种3D打印机的自动调平方法，采用上述的自动调平的3D打印机，包括以下步骤：S110、建立一三维坐标系，包括相互垂直的X轴、Y轴和Z轴；S120、驱动所述喷头分别与至少三个所述导电触点弱接触，并记录弱接触时的三维坐标；S130、根据至少三个所述导电触点的三维坐标，建立所述基台的上表面在所述三维坐标系中的平面方程z’＝f(x，y)；以及S140、根据所述平面方程z’＝f(x，y)修正所述喷头在三维坐标系中的打印路径。优选地，所述步骤S130中所述平面方程的方程值为所述基台的上表面的每个投影点(x，y，0)与三维坐标系中零点的Z轴的高度差z’。优选地，所述步骤S140中包括根据所述喷头在三维坐标系中的打印路径的每个投影点(x，y，0)与零点的Z轴的高度差z’，来修正所述喷头在三维坐标系中的打印路径的每个点的坐标(x，y，z1)，其中z1＝z+z’。优选地，所述步骤S120中，所述弱接触为所述喷头靠近所述导电触点的进程中，发生电平翻转时刻的接触状态。优选地，在所述步骤S120中，每次所述喷头与所述导电触点弱接触的过程包括：所述喷头移动至所述导电触点上方；所述喷头向所述导电触点缓慢下降；直至检测到发生电平翻转时所述喷头停止下降，记录此时所述喷头的三维坐标；所述喷头上升。优选地，所述喷头下降的位移精度为0.001毫米。优选地，在所述步骤S120中，驱动所述喷头分别与所有所述导电触点弱接触。优选地，在所述步骤S120之间还包括步骤S100、驱动所述基台下降。优选地，所述步骤S130中的平面方程z’＝ax+by+c，其中，-0.5<a<0.5，-0.5<b<0.5，-10<c<10，且a、b、c均为有理数。由于采用了以上技术，本专利技术的自动调平的3D打印机以及3D打印机的自动调平方法结构简单、调平快速，并且没有调节幅度限制，同时还有很高的准确度。附图说明以下结合附图和具体实施例对本专利技术的技术方案进行详细的说明，以使本专利技术的特性和优点更为明显。图1为本专利技术的第一种自动调平的3D打印机的立体图；图2为本专利技术的第一种自动调平的3D打印机中基台的示意图；图3为本专利技术的第一种自动调平的3D打印机的调平电路的第一状态示意图；图4为本专利技术的第一种自动调平的3D打印机的调平电路的第二状态示意图；图5为本专利技术的第一种3D打印机的自动调平方法的流程图；图6至9为本专利技术的第一种自动调平的3D打印机工作原理示意图；图10为本专利技术的第二种自动调平的3D打印机中基台的示意图；以及图11为本专利技术的第三种自动调平的3D打印机中基台的示意图。附图标记1基台11第一导电触点12第二导电触点13第三导电触点14第四导电触点15第五导电触点16第六导电触点17第七导电触点18第八导电触点2喷头3监测系统31电压检测单元32供电单元4打印组件5底座6三维系统装置A开关器件B打印机内阻具体实施方式以下将对本专利技术的实施例给出详细的说明。尽管本专利技术将结合一些具体实施方式进行阐述和说明，但需要注意的是本专利技术并不仅仅只局限于这些实施方式。相反，对本专利技术进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本专利技术的权利要求本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自动调平的3D打印机，其特征在于，包括：一基台(1)；一喷头(2)，所述喷头(2)相对于所述基台(1)运动；以及一具有传感器的监测系统(3)，建立一三维坐标系，检测所述基台(1)的上表面在所述三维坐标系中的姿态数据，并根据所述姿态数据修正所述喷头在三维坐标系中的打印路径。

【技术特征摘要】
1.一种自动调平的3D打印机，其特征在于，包括：一基台(1)；一喷头(2)，所述喷头(2)相对于所述基台(1)运动；以及一具有传感器的监测系统(3)，建立一三维坐标系，检测所述基台(1)的上表面在所述三维坐标系中的姿态数据，并根据所述姿态数据修正所述喷头在三维坐标系中的打印路径。2.如权利要求1所述的自动调平的3D打印机，其特征在于：所述传感器包括距离检测传感器、光线检测传感器、微动开关检测传感器、电平翻转检测传感器中的至少一种。3.如权利要求1所述的自动调平的3D打印机，其特征在于：所述监测系统(3)记录所述喷头(2)与所述基台(1)弱接触时的三维坐标，来测得所述基台(1)的上表面在所述三维坐标系中的姿态数据，并根据所述姿态数据修正所述喷头在三维坐标系中的打印路径。4.如权利要求3所述的自动调平的3D打印机，其特征在于：所述监测系统(3)包括一检测电平翻转的电压检测单元(31)和一供电单元(32)，所述基台(1)的上表面设有至少一个导电触点，所述电压检测单元(31)电连接所述喷头(2)，所述供电单元(32)电连接每个所述导电触点。5.如权利要求3所述的自动调平的3D打印机，其特征在于：所述监测系统(3)包括一检测电平翻转的电压检测单元(31)和一供电单元(32)，所述基台(1)的上表面设有至少一个导电触点，所述电压检测单元(31)电连接每个所述导电触点，所述供电单元(32)电连接所述喷头(2)。6.如权利要求4或5所述的自动调平的3D打印机，其特征在于：所述导电触点分别位于所述基台(1)的上表面的边...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘敬华，刘海川，林进发，袁振国，吕林，
申请(专利权)人：磐纹科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31