一种3D打印机喷头机构的检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种3D打印机喷头机构的检测装置及方法，所述检测装置包括但不限于以下部件：挤出系统、压力测试机构、控制系统，所述挤出系统用于将打印线材线材输送、熔融、挤出；所述压力测试机构与挤出系统相连，以测量线材挤出压力；所述控制系统与挤出系统和压力测试机构均相连。采用该装置对喷头机构进行检测，可以不同的打印速度、打印温度、回抽距离等参数进行3D打印线材的熔融挤出，测试并表征挤出压力、出口温度、挤出胀大、喷嘴漏料等挤出行为，对测试数据进行统计分析，可以评估测试线材和喷头机构的适配性，找到线材最佳的使用条件。

A detection device and method of 3D printer nozzle mechanism

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印机喷头机构的检测装置及方法
本专利技术涉及3D打印
，具体涉及一种3D打印机喷头机构的检测装置及方法。
技术介绍
FDM(FusedDepositionModeling)工艺熔融沉积制造是一种常见的3D打印技术，它的材料一般是热塑性材料，如PLA、ABS、尼龙等，以线状供料，材料在喷头内被加热熔化。喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动，同时将熔化的材料挤出，材料迅速凝固，并与周围的材料凝结成型。材料是3D打印技术的核心，而喷头是FDM型3D打印机的核心部件，打印温度和打印速度是材料在打印机上工作的核心参数，但是现阶段没有一套成熟的设备和方法可以对材料和喷头结构进行快速的测试以验证参数是否匹配。一般只能通过实际3D打印特定的模型，然后根据模型的打印质量来反馈，这个过程中干扰因素过多，且测试周期较长。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种3D打印机喷头机构的检测装置及方法，该装置可实现当前存在的设备不能测试的方面，包括线材挤出压力的测量、材料从喷嘴处挤出瞬间温度的测量、材料从喷嘴处挤出时“挤出胀大”的测量及材料从喷嘴处挤出停止后“喷嘴溢料”的测量。本专利技术是这样实现的：一种3D打印机喷头机构的检测装置，包括：挤出系统，所述挤出系统用于将打印线材线材输送、熔融、挤出；压力测试机构，所述压力测试机构与挤出系统相连、用于支撑挤出系统，以测量线材挤出压力；控制系统，所述控制系统与挤出系统和压力测试机构相连。作为一种优选方案，所述挤出系统包括线材输送机构，所述线材输送机构用于输送打印线材。详细的说，所述线材输送机构为包含齿轮、轴、皮带、辊轮、电机中的一种运动机构或多种；所述电机与控制系统相连。详细的说，所述挤出系统还包括线材加热机构，所述线材加热机构包括喷嘴和与控制系统相连的加热块，所述加热块位于喷嘴外侧，用于加热并熔融打印线材；所述线材加热机构位于线材输送机构下方，用于承接线材输送机构传输下来的打印线材。更详细的说，所述线材加热机构还包括与控制系统相连的热电偶、加热棒和温控器，所述热电偶和加热棒设置在加热棒并与温控器相连。进一步的，所述挤出系统还包括与控制系统相连的计米机构，所述计米机构设置在线材输送机构上方，用于测量打印线材移动的长度。进一步的，所述计米机构为电子计米器。更进一步的，所述检测装置还包括与控制系统相连的光学影像系统。作为一种优选方案，所述光学影像系统为可见光影像系统或/和红外光影像系统，其与喷嘴相邻、以对喷嘴的出口进行拍摄。作为一种优选方案，还包括与控制系统相连的喷头擦嘴机构，所述喷头擦嘴机构与喷嘴相邻，用于擦拭喷嘴的出口。作为一种优选方案，所述喷头擦嘴机构包括步进电机和喷头擦块，步进电机带动喷头擦块往复转动，使喷头擦快擦拭喷嘴；所述步进电机与控制系统相连。作为一种优选方案，所述压力测试机构包括至少含一个拉压力传感器，与所有拉压力传感器相连的读取压力数值的拉压力传感器仪表；其中拉压力传感器一端固定，另一端悬空、以支撑喷嘴；压力传感器及拉压力传感器仪表均与控制系统相连。作为一种优选方案，，所述拉压力传感器包括但不限于S型拉压力传感器、L型高拉压力传感器、U型拉压力传感器。作为一种优选方案，所述线材输送机构位于拉压力传感器上方，且线材输送机构上设有供打印线材通行的管道。作为一种优选方案，所述线材加热机构中设有与线材输送机构中管道同轴的输送管道，两管道间距不大于10mm；当线材尺寸为1.75mm时，两管道内径为1.75mm～2.5mm；当线材尺寸为2.85mm时，两管道内径为2.85mm～3.5mm。同时，本专利技术还提供了了使用上述检测装置来对3D打印机喷头机构进行检测的方法。本方法是这样实现的：一种利用上述装置检测3D打印机喷头机构参数的方法，包括以下步骤：A、安装好检测装置并预热，将3D打印线材穿过线材输送机构的管道后插入喷嘴中；B、启动装置，对线材进行熔融挤出；C、测试和表征材料的在设备上的挤出行为。作为一种优选方案，所述挤出行为包括挤出压力、挤出胀大、出口温度和喷嘴漏料中的一种或多种。详细的说，具体包括以下步骤：A、手动将打印线材穿过计米机构，插入线材输送机构；打印线材运动时带动计米机构上的轮子旋转，该机构记录线材被输送的实际长度；B、线材输送机构输送线材进入喷嘴，被线材加热机构加热熔融后从喷嘴出口被挤出；过程中，线材会向下压迫喷嘴，使拉压力传感器工作，测得“挤出压力”；C、稳定挤出过程中，线材在喷嘴处被挤出成更细的丝状线材；通过光学影像系统拍摄挤出的材料，得到挤出胀大和喷嘴漏料的影像；D、稳定挤出过程中，所述红外影像系统可测得材料在喷嘴处被挤出后瞬间的出口温度。采用本专利技术的检测装置对3D打印机挤出机构参数进行检测的的方法和原理如下：1.手动将线材穿过计米机构，插入线材输送机构。线材运动时带动计米机构上的轮子旋转，该机构记录线材被输送的实际长度。2.由控制系统控制线材输送机构，输送线材进入线材加热机构，线材在线材加热机构内部加热熔融后从喷嘴被挤出。过程中，线材会向下压迫喷嘴，压力传递至压力测试机构，测得的该压力就是线材的“挤出压力”。3.稳定挤出过程中，线材在喷嘴处被挤出成更细的丝状线材，由于高分子材料的本身特性，一些材料在经过一个小孔中被熔融挤出时，挤出后的线材的尺寸一般会大于这个小孔的尺寸，在该处表现为丝状线材的直径会比喷嘴出口的内径偏大，这个就是“挤出胀大”行为。4.在某一设定时刻，控制系统控制喷头擦嘴机构对喷嘴处挤出的材料进行清除，同时线材输送机构停止输送。5.停留在线材加热机构中的线材，因受持续加热的作用，线材粘度降低甚至降解，外加材料本身受热膨胀和重力作用等因素的多重影响，材料会从喷嘴漏出，这就是“喷嘴漏料”行为。6.整个测试过程中光学影像系统对喷嘴区域进行可见光影像和红外光影像的记录。7.用软件对可见光影像进行处理。1)测得“挤出胀大”行为中丝状线材的直径，用该直径表征“挤出胀大”的程度。2)测得“喷嘴漏料”行为中从清除喷嘴处挤出的材料开始到“喷嘴漏料”行为发生的时间，用该段无漏料时间表征“喷嘴漏料”的程度。8.用软件对红外光影响进行处理，测得材料在喷嘴处被挤出后瞬间的实际温度。这就是“出口温度”。9.对测得的“挤出压力”、“挤出胀大”程度、“喷嘴漏料”程度、“出口温度”进行统计分析，评估线材和喷头机构是否适配。本专利技术的有益效果是：(1)采用本专利技术的检测装置及方法，可以实现当前存在的设备不能测试的方面，如通过压力测试机构实现对线材挤出压力的测量，通过红外影像系统实现材料从喷嘴处挤出瞬间温度的测量，通过光学影像系统实现材料从喷嘴处挤出时“挤出胀大”及从喷嘴处挤出停止后“喷嘴溢料”的测量。(2)本专利技术装置可用于在线监测并记录打印温度、挤出压力、流量、材本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种3D打印机喷头机构的检测装置，其特征在于，包括：/n挤出系统，所述挤出系统用于将打印线材(9)线材输送、熔融、挤出；/n压力测试机构，所述压力测试机构与挤出系统相连、用于支撑挤出系统，以测量线材挤出压力；/n控制系统，所述控制系统与挤出系统和压力测试机构相连。/n

【技术特征摘要】
1.一种3D打印机喷头机构的检测装置，其特征在于，包括：
挤出系统，所述挤出系统用于将打印线材(9)线材输送、熔融、挤出；
压力测试机构，所述压力测试机构与挤出系统相连、用于支撑挤出系统，以测量线材挤出压力；
控制系统，所述控制系统与挤出系统和压力测试机构相连。


2.根据权利要求1所述的一种3D打印机喷头机构的检测装置，其特征在于，所述挤出系统包括线材输送机构(11)，所述线材输送机构向压力测试机构输送打印线材(9)。


3.根据权利要求2所述的一种3D打印机喷头机构的检测装置，其特征在于，所述线材输送机构(11)为包含齿轮、轴、皮带、辊轮、电机中的一种运动机构或多种；所述电机与控制系统相连。


4.根据权利要求2或3所述的一种3D打印机喷头机构的检测装置，其特征在于，所述挤出系统还包括线材加热机构(13)，所述线材加热机构包括喷嘴(12)、加热块和与控制系统相连的热电偶、加热棒和温控器，所述加热块位于喷嘴外侧，用于加热并熔融打印线材(9)。


5.根据权利要求4所述的一种3D打印机喷头机构的检测装置，其特征在于，所述线材加热机构(13)位于线材输送机构(11)下方，用于承接线材输送机构(11)输送下来的打印线材(9)。


6.根据权利要求5所述的一种3D打印机喷头机构的检测装置及方法，其特征在于，所述挤出系统还包括与控制系统相连的计米机构()，所述计米机构设置在线材输送机构(11)上方，用于测量打印线材(9)移动的长度。


7.根据权利要求6所述的一种3D打印机喷头机构的检测装置，其特征在于，所述计米机构为电子计米器。


8.根据权利要求5～7任意一项所述的一种3D打印机喷头机构的检测装置，其特征在于，还包括与控制系统相连的光学影像系统(6)。


9.根据权利要求8所述的一种3D打印机喷头机构的检测装置，其特征在于，所述光学影像系统为可见光影像系统或/和红外光影像系统，其与喷嘴(12)相邻、以对喷嘴的出口进行拍摄。


10.根据权利要求9所述的一种3D打印机喷头机构的检测装置，其特征在于，还包括与控制系统相连的喷头擦嘴机构(2)，所述喷头擦嘴机构与喷嘴(12)相邻，用于擦拭喷嘴的出口。


11.根据权利要求5所述的一种3D打印机喷头机构的检测装置，其特征在于，所述喷头擦嘴机构(2)包括步进...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋铭波，黄宇立，杨振安，罗小帆，
申请(专利权)人：苏州聚复高分子材料有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32