用于3D打印机的送丝装置及3D打印机的制作方法

本实用新型涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种用于3D打印机的送丝装置及3D打印机。

背景技术：

基于熔融沉积成型FDM工艺的3D打印技术是目前应用范围最广泛、使用最简便的增材制造技术之一，其工作原理是对丝状热塑性材料熔融后由喷头逐层喷涂堆积成型的增材制造技术。FDM工艺3D打印由于耗材成本较低(国外专有材料除外)、制造工艺简单、易于操作等特点，被广泛用于产品设计外观验证、内饰件快速原型模具等领域。

送丝机构和丝材运行监测机构是3D打印机的关键部件，现有3D打印机的送丝机构和丝材运行监测机构通常分立设置，且各自结构复杂，占用空间较大。对于现有的送丝机构来说，挤压并推动丝材运动的主动轮与从动轮的距离是依靠弹簧压力保障的，其压紧力难以准确调整，当打印过程中出现送丝不顺畅、堵丝等情况时，主动轮在较大的弹簧压力的作用下啮合挤压丝材，往往会导致丝材挤压处直径减小，甚至丝材折断的问题。而此时3D打印机传动机构继续运行，致使打印件成型质量较差，严重影响打印机的成型精度和稳定性。而现有单独的丝材运行监测机构的实时检测是依靠摩擦轮的转动实现的，而摩擦轮与丝材以及从动轮的相互挤压啮合会增加丝材输送的阻力，降低丝材输送的顺畅性。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提出一种用于3D打印机的送丝装置及3D打印机，能够兼顾3D打印工作过程的送丝和丝材运行监测功能，减少占用空间。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种用于3D打印机的送丝装置，包括：丝材输送机构和丝材运行监测机构，所述丝材输送机构用于驱动用于3D打印的丝材运动，所述丝材运行监测机构设置在所述丝材输送机构中，能够对所述丝材的运行状态进行监测，以便根据所述丝材的运行状态继续或停止所述丝材的输送。

进一步的，所述丝材输送机构包括：主动轮、从动轮和主动轮驱动部件，所述主动轮通过所述主动轮驱动部件进行驱动，所述主动轮与所述从动轮之间形成能够对所述丝材挤压的间隙，通过主动轮的转动来引导所述丝材运动。

进一步的，所述主动轮设有第一环形凹槽和所述从动轮上设有第二环形凹槽，所述主动轮上的第一环形凹槽和所述从动轮上的第二环形凹槽形成供所述丝材经过并能够对所述丝材实施挤压的间隙。

进一步的，所述主动轮驱动部件包括伺服电机和电机安装座，所述伺服电机安装在所述电机安装座上，并且所述主动轮与所述伺服电机的输出轴固定连接。

进一步的，所述丝材运行监测机构包括光电编码器，与所述从动轮的转轴固定连接，用于检测所述从动轮的转动信号。

进一步的，还包括支架，所述光电编码器固定连接在所述支架上，所述主动轮驱动部件包括伺服电机和电机安装座，所述伺服电机安装在所述电机安装座上，并且所述主动轮与所述伺服电机的输出轴固定连接，在所述支架和所述电机安装座之间设有位置调整结构，用于调整所述主动轮和从动轮之间的间距。

进一步的，所述位置调整结构包括：设置在所述支架和所述电机安装座之间的预紧力调整螺栓、转轴和预紧弹簧，所述支架能够通过所述转轴与所述电机安装座相对转动，所述预紧弹簧能够控制安装在所述光电编码器上的从动轮和安装在所述伺服电机上的主动轮之间的间距范围，所述预紧力调整螺栓能够调整所述预紧弹簧的预紧力。

进一步的，在所述主动轮上设有第一锁紧螺钉，能够在调整所述主动轮相对于所述伺服电机的输出轴的轴向位置后进行锁定；和/或在所述从动轮上设有第二锁紧螺钉，能够在调整所述从动轮相对于所述从动轮的转轴的轴向位置后进行锁定。

进一步的，还包括控制元件，与所述丝材运行监测机构连接，接收所述丝材运行监测机构检测到的所述丝材的运行状态信息，并根据所述丝材的运行状态信息判断是否停止送丝，并发出对应的控制指令。

进一步的，所述控制元件包括：丝材用量判断单元，用于根据所述丝材的运行状态信息判断所述丝材的使用量或剩余量；和/或堵丝判断单元，用于根据所述丝材的运行状态信息判断是否发生堵丝现象。

进一步的，还包括快换接头，安装在所述丝材输送机构中，用于接入和输出所述丝材。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种3D打印机，包括前述的送丝装置。

基于上述技术方案，本实用新型在送丝机构中集成了丝材输送机构和丝材运行监测机构，利用丝材运行监测机构对丝材输送机构所输送的丝材的运行状态进行监测，从而使送丝装置能够根据丝材的运行状态继续或停止丝材的输送。因此，本实用新型的送丝装置能够兼顾3D打印工作过程的送丝和丝材运行监测功能，减少占用空间。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型送丝机构的一实施例的安装结构示意图。

图2为本实用新型送丝机构实施例的另一个视角的安装结构示意图。

图3为图2实施例的爆炸分解示意图。

图4为本实用新型3D打印机的一实施例的控制原理示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

在前面背景技术部分已经提到，现有的3D打印机的送丝机构和丝材运行监测机构通常分立设置，而且各自结构复杂，因此存在占用空间较大的问题。因此为了克服这一问题，本实用新型设计了一种新型的用于3D打印机的送丝装置，包括：丝材输送机构和丝材运行监测机构，所述丝材输送机构用于驱动用于3D打印的丝材运动，所述丝材运行监测机构设置在所述丝材输送机构中，能够对所述丝材的运行状态进行监测，以便根据所述丝材的运行状态继续或停止所述丝材的输送。因此，本实用新型的送丝装置能够兼顾3D打印工作过程的送丝和丝材运行监测功能，减少占用空间。

下面结合图1-图3所示的实施例对本实用新型送丝机构的结构及功能进行详细的说明。在本实施例中，丝材输送机构包括：主动轮3、从动轮4和主动轮驱动部件，所述主动轮3通过所述主动轮驱动部件进行驱动，所述主动轮3与所述从动轮4之间形成能够对所述丝材5挤压的间隙，通过主动轮3的转动来引导所述丝材5运动。

从图1中可以看到，主动轮3上可以设置第一环形凹槽3.2，从动轮4上可以设置第二环形凹槽4.2，利用主动轮3上的第一环形凹槽3.2和从动轮4上的第二环形凹槽4.2能够形成供丝材5经过并能够对所述丝材5实施挤压的间隙。通过环形凹槽可以有效地对丝材进行约束，避免丝材相对于主动轮和从动轮错移而脱离压紧位置。

为了使主动轮3能够稳定而可靠的运行，主动轮驱动部件优选包括伺服电机6和电机安装座2，该伺服电机6安装在电机安装座2上，并且所述主动轮3与所述伺服电机6的输出轴固定连接，伺服电机6可以在控制器(例如单片机等)的控制指令下按照要求的转速和转动方向来驱动主动轮3转动。

丝材运行状态的检测可以有很多种实现方式，例如通过检测丝材的运送速度或位移、检测从动轮的转动情况等来判断丝材当前的实际运行状态，本实用新型提供了一种丝材运行监测机构的具体实现方式，即采用光电编码器7来监测从动轮的转动情况，以确定丝材的当前运行状态。具体来说，光电编码器7与所述从动轮4的转轴固定连接，用于检测所述从动轮4的转动信号。当主动轮3被驱动而转动时，由于主动轮3和从动轮4对丝材5的挤压作用，能够使丝材向远离进丝口的方向移动，同时丝材5通过摩擦力会带动从动轮4也随之转动，换句话说，从动轮4会随着丝材5的直线运动而发生对应的转动，在挤压力合适的情况下，从动轮4与丝材5之间为滚动摩擦，丝材5的运行距离与从动轮4的圆周成正比，而光电编码器7能够记录从动轮4的转动圈数，通过转动圈数可以推算出丝材5的移动距离和输送速度。当然光电编码器7也可以根据从动轮4的转动与否判断出是否出现堵丝而造成丝材5不能向前输送的情况。

在光电编码器7的安装方面，可以在送丝装置中进一步加入支架1，将光电编码器7固定连接在所述支架1上，而所述伺服电机6安装在所述电机安装座2上，并且所述主动轮3与所述伺服电机6的输出轴固定连接，这样在支架1和电机安装座2之间可以进一步设置位置调整结构，来调整所述主动轮3和从动轮4之间的间距。

对于在长度方向上截面尺寸存在不一致的丝材5来说，需要通过位置调整机构来使主动轮3和从动轮4之间的间距适应丝材5的粗细变化。具体来说，位置调整结构可以包括：设置在所述支架1和所述电机安装座2之间的预紧力调整螺栓11、转轴10和预紧弹簧12。

从图2中可以看到，支架1能够通过转轴10与电机安装座2相对转动，而通过限位结构可以将转轴10限制在电机安装座2上。为了安装转轴10，可以在电机安装座2上形成有U型结构，在该U型结构的两端分别设置通孔2.1，在支架1上也设置对应的通孔1.2，然后将一端具有限位结构的转轴10穿过通孔2.1和通孔1.2后，再通过另一个限位结构将其固定限位。具体可采用长螺栓作为转轴10，通过螺母9来实现转轴10的限位。

预紧弹簧12可设置在远离转轴10的另一侧，并能够对支架1和电机安装座2之间形成垂直于转轴10的轴线方向的作用力，以便使安装在光电编码器7上的从动轮4和安装在伺服电机6上的主动轮3之间的间距可根据丝材的粗细进行调整，当经过主动轮3和从动轮4的啮合部位的丝材5较粗时，丝材5会挤开主动轮3和从动轮4，此时预紧弹簧12被拉长，而当经过主动轮3和从动轮4的啮合部位的丝材5较细时，则预紧弹簧12能够收缩来适应该丝材5的尺寸。

为了使预紧弹簧12所实现的弹性力更加适合当前丝材5的截面尺寸，可以通过预紧力调整螺栓11调整所述预紧弹簧12的预紧力。以便当预紧弹簧12过紧而使丝材5有较大变形时，能够通过预紧力调整螺栓11将所述预紧弹簧12的预紧力调小，反之如果预紧弹簧12过松，难以有效的对丝材5实施挤压输送，则可以通过预紧力调整螺栓11将预紧弹簧12的预紧力调大。

图3中可以看到，在支架1上远离通孔1.2的一侧设有通孔1.1，而电机安装座2上设有对应的安装孔2.3，该安装孔2.3内可设置为阶梯孔，在靠外一侧孔径大于靠内一侧的孔径，靠内一侧的孔设有内螺纹，预紧力调整螺栓11穿过通孔1.1螺纹连接在安装孔2.3靠内一侧的孔中，而预紧弹簧12套设在预紧力调整螺栓11的螺杆上，一端安装在安装孔2.3靠外一侧的孔中，另一端抵靠着支架1。

在图1中，主动轮3上还可以进一步设置第一锁紧螺钉3.1，该螺钉与所述主动轮3螺纹连接，并能够通过对伺服电机6的输出轴施加挤压力，调松第一锁紧螺钉3.1后可以调整主动轮3相对于所述伺服电机6的输出轴的轴向位置，再拧紧该螺钉以实现锁定。

在从动轮4上也可以进一步设置第二锁紧螺钉4.1，该螺钉与所述从动轮4螺纹连接，并能够通过对从动轮4的转轴施加挤压力，调松第二锁紧螺钉4.1后可以调整从动轮4相对于所述从动轮4的转轴的轴向位置，再拧紧该螺钉以实现锁定。

从图3中还可以看到对应于丝材5进入位置的通孔和挤出位置的通孔2.4，在这些通孔中可以采用快换接头8.2和8.1进行安装，用于接入和输出所述丝材5。

为了响应丝材运行监测机构检测到的所述丝材5的运行状态信息，可以由3D打印机中的控制系统进行相应的控制，也可以在送丝机构中加入控制元件，与丝材运行监测机构连接，接收所述丝材运行监测机构检测到的所述丝材5的运行状态信息，并根据所述丝材5的运行状态信息判断是否停止送丝，并发出对应的控制指令。具体来说，控制元件可以包括：丝材用量判断单元，用于根据所述丝材5的运行状态信息判断所述丝材5的使用量或剩余量；和/或堵丝判断单元，用于根据所述丝材5的运行状态信息判断是否发生堵丝现象。根据丝材5的使用量或剩余量，和/或堵丝状态就可以控制3D打印机的相应部件进行待机等处理，或者发出报警信号，以便操作人员及时予以故障排除。

基于上述送丝装置的各个实施例，本实用新型还提供了包括上述送丝机构的3D打印机。图4示出了3D打印机的一实施例的控制原理示意图，在图4中从动轮4的转动能够被光电编码器7所采集，编码的信号送入到单片机后，可以进行上述丝材用量或者堵丝情况的判断，再由3D打印机进行相应的处理。

下面结合图1-图4以及前面对送丝装置实施例的结构的说明，进一步说明一下送丝装置的工作过程的实例。

丝材5穿过快换接头8.2后被主动轮3和从动轮4夹紧，伺服电机6带动主动轮3转动，使丝材5被挤出，实现送丝功能。通过旋转预紧力调整螺栓11来改变预紧弹簧12的预紧力，并使主动轮3和从动轮4两轮的间距合适，保证出丝顺畅。调节第一锁紧螺钉3.1和第二锁紧螺钉4.1，可以改变主动轮3、从动轮4相对于丝材5的位置，以使三者啮合良好，送丝顺畅。当需要更换丝材3或者发生断丝、堵丝时，通过松开预紧力调整螺栓11，即可换丝或处理故障。

从动轮4与光电编码器7连接，当从动轮4转动时，光电编码器7能够将从动轮的运行情况输出给单片机，以便实时检测丝材用量。单片机可以对该电信号进行数字处理，并判断是否需要停止送丝。单片机的其他电信号输入输出端可以与3D打印机的其它电气元件连接，如果出现堵丝现象，单片机可以发出待机信号，等待操作人员及时进行处理。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。