一种基于FDM的3D打印机防护罩的制作方法

本发明属于机床防护技术领域，具体涉及一种基于FDM的3D打印机防护罩。

背景技术：

机床防护罩作为数控机床的重要功能部件，具有安全防护作用、精度保持作用、环境保护作用，越来越被机床制造厂商和机床使用用户所重视。常规机床防护罩是以机床底座为设计及安装的基准，机床防护罩安装后全部重量或者部分重量全部支撑在机床底座上，这会导致机床底座发生变形，进而使得机床上的精密滑动导轨产生变形或者位移，此种情况对于加工精度要求较低的常规机床影响相对较小，但是对于高精密机床，机床滑动导轨的变形或位移会对机床的加工精度产生极大的影响。此外，常规机床防护罩为单层钣金结构，主要起到安全防护、密封防漏的作用，而没有密封保温的作用。

目前熔融成形FDM设备在国内外迅速发展，桌面级的设备已进入市场，但是工业级的设备尚在研发阶段，应用还处于初级阶段。对于基于FDM技术的3D打印机，由于该类打印机主体通常为型材焊接后组装而成，因此该类打印机主体强度韧性较差，无法为防护罩提供足够的支撑强度，同时防护罩也无法直接与之安装，而需要通过过渡单元与打印机主体连接固定。但是为了将防护罩安装固定牢固，就需要较多过渡单元，这样就会使得打印机与防护罩之间连接过多，导致打印机主体因受防护罩的牵引而产生较大的变形，进而影响了打印机的打印精度。并且受限于打印机的主体结构所限，防护罩部分地方也无法通过过渡单元与打印机连接固定，只能通过防护罩相邻单元之间实现连接固定，这样就会出现防护罩部分单元支撑强度不足，防护罩更容易变形，同时也增加了打印机安全隐患。

基于FDM技术的3D打印机为了保证打印顺利进行，需要其防护罩内部温度保持在合适的范围内，并且要求防护罩内部温差变化较小。而实际上，由于打印机所处地域不同，所处季节不同，所处车间环境不同，所以其防护罩内部温度不易保持在一定的范围内，温差变化也会很大，这就会影响打印机正常工作，甚至造成打印机无法工作。

此外，常规机床防护罩通常是由各个防护子单元之间通过螺栓连接固定，安装时需要在防护罩内部完成安装，这种安装方式不易操作，实际作业效率低下，安装后部分防护罩不平齐，影响产品外观质量。

因此，一种既能保证打印机内部温度，又不影响打印机加工精度，自身还具有足够强度且便于快速安装的防护罩是迫切需要的。现有防护罩的安装支撑方式都会使得机床主体产生或多或少的变形，进而影响机床加工精度。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提供一种基于FDM的3D打印机防护罩，可以实现机床防护罩内部的保温功能，同时设置单独的防护安装框架支撑安装防护，将防护罩与机床完全独立，使得机床主体不因与机床防护罩连接而受牵引或挤压发生变形进而引发机床精密部件的变形或位移，可以保持其固有精度。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于FDM的3D打印机防护罩，包括：设置于地面上的安装支撑框架和设置于所述安装支撑框架上的多个防护罩子单元，其中，

所述安装支撑框架包括：多个独立的支撑框架、连接横梁和安装标准块，多个所述支撑框架之间通过所述连接横梁固定连接，所述安装标准块设置于所述支撑框架和所述连接横梁上，用于对所述防护罩子单元进行定位；

所述防护罩子单元包括：外侧护板、中间保温材料和内侧护板，所述外侧护板上设置有多个盛放所述中间保温材料的凹槽，所述外侧护板与所述内侧护板固定连接。

进一步，所述安装标准块包括：第一安装标准块和第二安装标准块，其中，

所述第一安装标准块设置于所述安装支撑框架上，所述第一安装标准模块的侧面与所述防护罩子单元抵接；

所述第二安装标准块设置于所述安装支撑框架与所述防护罩子单元的抵接处；

所述第一安装标准块和第二安装标准块均设置有安装孔，所述安装孔内设置有螺纹；

所述第一安装标准块和第二安装标准块的抵接面经过精加工处理。

进一步，所述支撑框架包括：左前支撑框架，右前支撑框架，左后支撑框架，右后支撑框架和顶部支撑框架；

所述连接横梁包括：前侧连接横梁，侧面连接横梁，后侧连接横梁，顶部连接横梁，前上支撑横梁和拐角支撑架；其中，

所述左前支撑框架与右前支撑框架通过前侧连接横梁连接固定，构成安装支撑框架的前支撑部；所述左后支撑框架与右后支撑框架通过后侧连接横梁连接固定，构成安装支撑框架的后支撑部；所述前支撑部和后支撑部通过侧面连接横梁连接固定，构成安装支撑框架的下支撑部；所述顶部支撑框架通过顶部支撑横梁与前上支撑横梁构成安装支撑框架的上支撑部；所述上支撑部通过拐角支撑架与下支撑部连接固定，构成整个安装支撑框架。

进一步，还包括：恒温加热器，所述防护罩内设置有所述恒温加热器；

所述恒温加热器有四个，分别设置于所述防护罩内的四个顶角处。

进一步，还包括：密封挡板，所述密封挡板设置于所述防护罩的底部，所述密封挡板的底部设置有密封海绵条，使所述密封挡板与所述地面间柔性接触。

进一步，还包括：可调支撑，所述可调支撑有四个，分别设置于所述安装支撑的顶部。

进一步，还包括：操作箱、报警灯和换气通道，其中，

所述滑动门与所述防护罩之间通过滑轨配合连接，所述滑动门与所述防护罩之间设置有密封条；

所述操作箱设置于所述防护罩外部并与所述3D打印机连接，所述报警灯设置在所述操作箱上；

所述换气通道设置于所述防护罩的顶部，所述换气通道间隔的对所述防护罩内部的空气进行流通更换。

进一步，所述外侧护板上设置有加筋，所述加筋呈U形。

进一步，还包括：滑动门，所述滑动门与所述防护罩之间通过滑轨配合连接，所述滑动门与所述防护罩之间设置有密封条。

进一步，还包括：玻璃视窗，所述玻璃视窗设置于所述防护罩上。

本发明的有益效果在于：

（1）本发明中的防护罩完全独立于打印机，因其与打印机完全独立，因而不会与打印机产生相互作用导致打印机发生变形，所以能够保持打印机的固有精度。

（2）本发明中的防护罩设置有热源，而且具有密封保温结构，因此能够保证打印机内部温度一直处于工作所需温度范围内。

（3）本发明中的防护罩可以全部在打印机外部完成安装及后续的调整维修，极大的提高了防护罩安装的可操作性、便捷性，有效提高了安装效率。

（4）本发明中的防护罩提供有高精度的安装基准和安装孔，可以保证防护罩安装后具有高质量的外观，特别是防护罩防护子单元之间的缝隙，非常均匀美观。

（5）本发明中的防护罩底部与地面实现柔性接触，即具有密封效果，又拥有美化功能。

（6）本发明中的防护罩设置有换气通道，可以间隔的对防护罩内部空气进行流通更换，保证周边施工环境的绿色健康。

附图说明

图1为本发明FDM技术的3D打印机示意图；

图2为本发明基于FDM技术的3D打印机具体结构示意图；

图3为本发明安装支撑框架示意图；

图4为本发明中安装支撑框架具体结构示意图；

图5-1为本发明右前支撑框架示意图；

图5-2为本发明右前支撑框架安装结构的局部放大图；

图6-1为本发明安装支撑框架侧视图；

图6-2为图6-1中A处的局部放大图；

图7为本发明的层和保温结构示意图；

图8为本发明防护罩防护子单元示意图；

图9-1为本发明外侧护板结构示意图；

图9-2为图9-1中F处的局部放大图；

图10为本发明防护罩子单元的截面示意图；

图11为本发明安装支撑框架与防护罩子单元连接结构示意图；

图12为本发明的防护罩结构示意图；

图13为本发明的可调支撑位置示意图；

图14为本发明密封挡板的结构示意图；

图15为本发明密封挡板与防护罩连接结构示意图；

其中，打印机1，防护罩2，安装支撑框架3，可调支撑4，外侧护板5，加筋5a，凹槽5b，中间保温材料6，内侧盖板7，密封挡板8，密封海绵条9，滑动门10，玻璃视窗11，操作箱12，报警灯13，恒温加热器14，换气通道15，支撑立柱1a，纵梁1b，横梁1c，主轴1d，进料斗1e，打印头1f, 托盘及打印工件1g，托盘运输辊道1h，旋转辊道1k，安装标准块3a，左前支撑框架3b，右前支撑框架3c，左后支撑框架3d，右后支撑框架3e，顶部支撑框架3f，前侧连接横梁3g，侧面连接横梁3h，后侧连接横梁3k，顶部连接横梁3m，前上支撑横梁3n、拐角支撑架3q，第一安装标准块3a1、第二安装标准块3a2，第一螺纹孔3a4、第二螺纹孔3a3，安装孔5c。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。请注意，下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

图1为本发明FDM技术的3D打印机示意图，如图1所示，基于FDM的3D打印机主体由型材组成，且结构相对简单，承重能力较差，所以打印机防护罩是无法支撑在打印机主体上，因此提供一个不用支撑在打印机主体上的防护罩是首要目标。

具体的，图2为本发明基于FDM技术的3D打印机具体结构示意图，如图2所示，所述打印机1包括：安装在地面上的支撑立柱1a，安装在支撑立柱1a上的纵梁1b，安装在纵梁1b上并可沿Y轴方向前后滑动的横梁1c，安装在横梁1b上并可沿X轴方向左右滑动的主轴1d，设置在主轴上端的进料斗1e，设置在主轴下端的打印头1f，设置在打印机中心位置的托盘及打印工件1g，托盘运输辊道1h，旋转辊道1k。所述支撑立柱1a共计6根，对称分布与打印机两侧，其底部设有可调支撑用于打印机的调平。所述纵梁1b上设置有滑动线规并通过风琴护罩1m防护，所述横梁1c上设置有滑动线规并通过风琴护罩1n防护。打印机工作时，通过上料机构将物料加入到进料斗1e，并通过主轴头传输到打印头1f，打印头1f的运动由于控制系统控制，当工件打印完成后，托盘带动工件经运输辊道1h转运到旋转辊道1k上。需要注意的是，虽然在所示实施例中使用的打印机为基于FDM的3D打印机1，但是本发明也适用于其他类型的打印机。

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种基于FDM的3D打印机防护罩，包括：包括：操作箱、报警灯、换气通道、滑动门、玻璃视窗、恒温加热器、设置于地面上的安装支撑框架和设置于所述安装支撑框架上的多个防护罩子单元，其中，所述安装支撑框架包括：多个独立的支撑框架、连接横梁和安装标准块，多个所述支撑框架之间通过所述连接横梁固定连接，所述安装标准块设置于所述支撑框架和所述连接横梁上，用于对所述防护罩子单元进行定位；所述防护罩子单元包括：外侧护板、中间保温材料和内侧护板，所述外侧护板上设置有多个盛放所述中间保温材料的凹槽，所述外侧护板与所述内侧护板固定连接。所述防护罩内设置有所述恒温加热器；具体而言，所述恒温加热器有四个，分别设置于所述防护罩内的四个顶角处；所述滑动门与所述防护罩之间通过滑轨配合连接，所述滑动门与所述防护罩之间设置有密封条；所述操作箱设置于所述防护罩外部并与所述3D打印机连接，所述报警灯设置在所述操作箱上；所述换气通道设置于所述防护罩的顶部，所述换气通道间隔的对所述防护罩内部的空气进行流通更换；所述滑动门与所述防护罩之间通过滑轨配合连接，所述滑动门与所述防护罩之间设置有密封条；所述玻璃视窗设置于所述防护罩上。

根据本发明的具体实施例，图3为本发明安装支撑框架示意图，如图2所示，通过设置一个完全独立于打印机1的安装支撑框架3，实现防护罩2与打印机1的完全隔离，这样既可以解决防护罩的安装支撑问题，也避免了打印机因与防护罩相连接而受其牵引或挤压发生变形，进而引发打印机精密部件的变形或位移，可以实现打印机固有精度的保持。所述防护罩安装支撑框架3具有足够的强度，能够将防护罩有力支撑起来而不使其发生变形。

根据本发明的具体实施例，图4为本发明中安装支撑框架具体结构示意图，如图4所示，所述安装支撑框架3包括：安装标准块3a，左前支撑框架3b，右前支撑框架3c，左后支撑框架3d，右后支撑框架3e，顶部支撑框架3f，前侧连接横梁3g，侧面连接横梁3h，后侧连接横梁3k，顶部连接横梁3m，前上支撑横梁3n、拐角支撑架3q。所述左前支撑框架3b与右前支撑框架3c通过前侧连接横梁3g连接固定，构成安装支撑框架的前支撑部；所述左后支撑框架3d与右后支撑框架3e通过后侧连接横梁3k连接固定，构成安装支撑框架的后支撑部；所述前支撑部和后支撑部通过侧面连接横梁3h连接固定，构成安装支撑框架的下支撑部；所述顶部支撑框架3f通过顶部支撑横梁3m与前上支撑横梁3n构成安装支撑框架的上支撑部；所述上支撑部通过拐角支撑架3q与下支撑部连接固定，构成整个安装支撑框架3。

根据本发明的具体实施例，图5-1为本发明右前支撑框架示意图，图5-2为本发明右前支撑框架安装结构的局部放大图，如图5-1和图5-2所示，以右前支撑框架为例，所述安装标准块3a分为两种：第一安装标准块3a1设置于安装支撑框架上，其侧面与防护罩子单元相互抵接；第二安装标准块3a2设置于安装支撑框架与防护罩子单元相互抵接处。所述第一安装标准块3a1和第二安装标准块3a2的抵接面全部进行精加工处理，目的是安装支撑框架全部进行焊接，焊后变形较大，通过精加工可以使焊接后误差较大的焊接件具有高精度安装面。图6-1为本发明安装支撑框架侧视图，图6-2为图6-1中A处的局部放大图，如图6-1和图6-2所示，在安装支撑框架的抵接面上加工有第一螺纹孔3a4和第二螺纹孔3a3，目的是为了提高安装支撑框架的连接精度及防护罩子单元与安装支撑框架的安装精度，避免外侧护板5上的安装孔5c与安装支撑框架3上的螺纹孔错位。

由此，本发明的安装支撑框架完全独立于打印机，不会与打印机产生相互作用，可以实现打印机的固有精度保持。通过安装支撑框架上设置的安装标准块，可以实现安装支撑框架的高精度配合连接，并最终构成防护罩安装支撑框架，其不仅具有足够的强度足以支撑防护罩，还可以实现防护罩全部在安装支撑框架外部完成安装与拆卸，极大的提高了防护的安装精度和安装效率。

根据本发明的具体实施例，所述安装支撑框架3上安装有多个防护罩子单元，每个防护罩子单元的型材与安装标准块3a经过先焊接后机加而成。机加目的一是将安装标准块3a与防护罩2安装的面，及安装标准块3a与相邻防护罩子单元安装的面进行精加工处理，使防护罩安装后其外形尺寸在误差允许范围内，为防护罩提供统一的安装基准；二是在每一个安装标准块3a上加工出高精度的螺纹孔，特别使多个螺纹孔的相对距离在误差允许范围内，并使得防护罩上的安装孔能与之对齐，不至于因安装孔错位而无法安装；三是实现防护罩2和安装支撑框架3之间的安装全部是在打印机外部完成，以提升防护罩的安装效率，便于防护罩的安装调整。

根据本发明的具体实施例，图7为本发明的层和保温结构示意图。防护罩2由多个防护罩子单元安装固定而成，通过将各个防护罩子单元设置为层合密封保温结构来实现防护罩的保温性能。所述层合密封保温结构由外侧护板5、中间保温材料6、内侧盖板7构成；外侧护板和内侧盖板由钣金制成，中间保温材料具有保温阻燃的特性。所述外侧护板5上设有加筋5a，可以提高其强度，所述外侧护板的内部空间分成多个小单元凹槽5b，作为盛放保温材料6的空间。

在本发明的一些具体的实施方式中，先将保温材料裁剪成与外侧护板上的小单元凹槽相等外形尺寸的小块，并将其置于外侧护板的凹槽中，然后将内侧护板盖上，并通过螺钉将其紧固在外侧护板上，最好可以将每一个防护罩子单元安装固定在防护罩安装支撑框架上。最后将密封挡板安装调整到合适位置，将防护罩与地面之间的缝隙进行密封。

在本发明的另一些实施方式中，图8为本发明防护罩防护子单元示意图，如图8所示，防护罩防护子单元为层合密封保温结构，层合密封保温结构包括：外侧护板5、中间保温材料6、内侧盖板7。图9-1为本发明外侧护板结构示意图，如图9所示，外侧护板5结构图，所述外侧护板5的主体由冷轧板一体折弯成型，具有较好的外形尺寸精度，为了提升外侧护板5的强度，在外侧护板的内腔设置若干加筋5a，所述加筋优选为U型。U型加筋5a在提升外侧护板5的强度的同时也将其内腔分割外若干小凹槽5b，所述小凹槽5b用于盛放保温材料6。图9-2为图9-1中F处的局部放大图，如图9-2所示，外侧护板5上设置有与安装支撑框架上对应的安装孔5c，可以实现防护罩从安装支撑框架外侧进行安装。图10为本发明防护罩子单元的截面示意图，如图10所示，所述中间保温材料6根据小凹槽5b大小进行剪裁，并将其置于小凹槽5b中，保温材料6与外侧护板5抵接一面带有单面腹胶，可以与外侧护板5实现精密贴合。将保温材料6盛放到外侧护板5各个小凹槽5b中后，将内层护板7通过螺钉5d将其与外侧护板连接固定，这样就构成了防护罩2的一个防护罩子单元。

根据本发明的具体实施例，图11为本发明安装支撑框架与防护罩子单元连接结构示意图，如图11所示，所述防护罩防护子单元通过螺钉与安装支撑框架连接，具体为：防护罩子单元内侧面的内侧盖板7与安装支撑框架上的安装标准块3a上的精加工面相互抵接，由螺钉、平垫、弹垫组成的连接组件从外侧护板5的安装孔5c和内侧盖板7穿过，并与安装标准块3a上的螺纹孔3a4连接固定。依次将防护罩2的各个防护子单元安装固定在安装支撑框架上，组成防护罩2，图12为本发明的防护罩结构示意图，如图12所示，防护罩安装完毕后，在其内顶部四个拐角设置有四个恒温加热器，用于为打印机加工提供热源。所述恒温加热器的温度可以通过监测打印机内部空间温度进行调节，以实现打印机内部温度的处于允许范围内。

根据本发明的具体实施例，图13为本发明的可调支撑位置示意图，安装支撑框架3的底部设置有可调支撑4，适于地面不平时对安装支撑框架3进行调平，在防护罩2底部设有上下可调的密封挡板8，用于将防护罩2底部和安装地面之间的缝隙密封。所述密封挡板8由钣金制成，其底部粘贴有密封海绵条9，使得密封挡板8和地面之间的接触为柔性接触，实现防护罩2与地面的完全封闭，以增加保温效果。

根据本发明的具体实施例，图14为本发明密封挡板的结构示意图，图15为本发明密封挡板与防护罩连接结构示意图，如图14和图15所示，密封海绵条9背部为单面腹胶，粘贴于密封挡板8底部，所述密封挡板8上部设置有若干半长条孔，连接螺钉组件可以穿过，并与外侧护板5上设置的螺纹孔连接，设置长条孔的目的是实现密封挡板8和密封海绵条9的上下调节，保证密封海绵条9与地面紧紧地贴合，实现密封。

根据本发明的具体实施例，首先，将可调支撑4分别安装在左前支撑框架、右前支撑框架、左后支撑框架、右后支撑框架上，并通过连接横梁将，顶部支撑框架及拐角支撑框架将上述四个支撑框架连接组成整体的安装支撑框架。其次，将中间保温材料根据外侧护板内部小凹槽的代销进行剪裁并粘贴于外侧护板上，在使用内侧护板将保温材料盖住，并与外侧护板通过螺钉紧固连接，组成防护罩防护子单元。第三步，将各个防护子单元通过螺钉与安装支撑框架上的安装标准块连接固定，组成防护罩。第四步，将密封海绵条粘贴于密封挡板底部后一起安装在防护罩底部，并根据地面情况，调整其上下高度，保证密封海绵条与地面紧贴。第五步，将恒温加热器安装于防护罩内部四角处，为打印机提供热源。

综上所述，安装支撑框架为防护罩提供安装支撑平台，并且完全独立于打印机，所以不会与打印机产生相互作用导致其产生变形，既不会影响打印机的加工精度，又能为防护罩提供足够支撑强度。恒温加热器首先为打印机提供了可靠的热源，并且可以根据防护罩内部温度调节恒温加热器的加热温度。此外，防护罩的层合保温结构和密封挡板为打印机提供了密封保温的功能，保证防护罩内部温度不会过快的外散，进而实现保温功能。最终，通过安装支撑框架和防护罩、密封挡板构成一个不影响打印机加工精度，又能够实现密封保温的防护装置，而且防护罩可以全部在打印机外侧高效率的完成安装。

在本发明的描述中，需要理解的是，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。

在本发明中，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发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，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” 可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，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发明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一个 或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，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以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。