具有用于在预设距离之间循环的作用杠杆的调节器机构的制作方法

1.本披露内容涉及一种在3d打印中使用的丝材进给设备。


背景技术：

2.在3d打印领域中，丝材的恰当进给对于保持高效且准确的打印过程至关重要。例如，在熔融丝材制造中，弦状丝材材料被进给到经加热的打印头，该打印头使丝材熔化并将熔化的丝材施加到正在构造的3d模型。然后，熔化的丝材材料冷却下来并转变回到固体，从而形成刚性3d结构。熔融丝材制造过程的准确性和速度部分地取决于打印头可以有多准确和有多快地移动并且部分地取决于丝材的特性以及如何将其进给到经加热的打印头中。丝材可以具有不同的材料、不同的直径并且以不同的硬度和表面特性为特征，这最终影响打印和进给过程。
3.当前的解决方案利用弹簧加载式驱动轮或驱动轮对，该驱动轮或驱动轮对通过使驱动轮旋转来挤压并向前进给丝材。这样的解决方案是适应性强的，因为相同的机构可以用于具有不同直径、硬度或表面特性的丝材。
4.然而，当前解决方案的问题在于，对于丝材材料、直径和表面特性的某些组合，驱动轮不能有效地进给弦状丝材。例如，因为驱动轮无法恰当地接合丝材，较软的丝材材料在它们经过驱动轮时可能变形，并且硬度较高的丝材材料可能无法被恰当地向前进给。


技术实现要素：

5.鉴于以上讨论的解决方案的缺点，需要一种丝材进给设备，该丝材进给设备可以适于有效且可重复地进给大量各种不同的丝材类型、尤其是不同材料的丝材。
6.本发明的目的是提供一种改进的且可调节的丝材进给设备，该丝材进给设备可以成功地用于大量各种丝材类型和丝材材料，同时还提供高水平的可重复性。
7.本发明由所附独立权利要求限定，在所附从属权利要求、以下描述和附图中阐述了实施例。
8.根据本发明构思的第一方面，提供了一种在3d打印中使用的丝材进给设备，其中，所述丝材进给设备包括：第一进给轮和第二进给轮，该第一进给轮被配置为随着第一旋转轴旋转，该第二进给轮被配置为随着第二旋转轴旋转，其中，所述第一进给轮和第二进给轮分开一定分离距离，以允许被接纳在所述第一进给轮与第二进给轮之间的丝材材料的进给。其中，所述丝材进给设备进一步包括调节器元件，该调节器元件被配置为通过使该第一旋转轴与凸轮曲线槽缝接合而使所述第一旋转轴相对于该第二旋转轴移动，该调节器元件能够在第一特殊位置与第二特殊位置之间移动，该第一特殊位置将所述分离距离设置为第一预定距离，该第二特殊位置将所述分离距离设置为第二预定距离，其中，该调节器元件分别在该第一特殊位置和该第二特殊位置使该第一旋转轴与该凸轮曲线槽缝中的相应第一位置和第二位置接合，并且其中，所述第二预定分离距离大于所述第一预定分离距离。
9.本发明至少部分地基于以下理解：通过将进给轮之间的距离设置为至少两个预定
分离距离之一，丝材进给设备可以有效地适于更好地适合丝材材料的类型。通过本发明，通过将调节器元件定位在该至少两个特殊位置(distinct positions)之一，可以准确且特殊地设置进给轮之间的分离距离。其中，每个特殊位置与预定分离距离相关联。因此，使用者可以根据调节器元件的特殊位置来明确地确定进给轮的分离距离。
10.例如，软的或大直径的丝材类型可能需要较大的分离距离，以避免在进给期间丝材变形，而小直径或硬度高的丝材类型可能需要较小的分离距离，以在进给期间与丝材恰当地接合。换句话说，本发明的丝材进给设备允许对进给轮如何接合丝材进行细调。与丝材接合可以包括用进给轮至少部分地穿透丝材。
11.此外，根据本发明的第一方面的丝材进给设备允许高度可重复性，因为可以将分离距离重复地且特殊地设置为所述至少两个预定分离距离中的任何一个。
12.在一个实施例中，进给轮分别与第一轴和第二轴同轴地布置。因此，第一进给轮可以随着第一轴旋转，并且第二进给轮可以随着第二轴旋转。
13.丝材进给设备可以适于例如通过调整进给轮的直径来进给任何直径的丝材类型。丝材进给设备可以适于进给直径为1.75mm的标准丝材类型或直径为2.85mm的标准丝材类型。
14.根据一些实施例，第一预定分离距离被确定为适合第一丝材类型，并且所述第二预定分离距离被确定为适合第二丝材类型。对于任何丝材类型，在确定该丝材类型的最合适的分离距离时将需要权衡。权衡可以在于丝材变形与使进给轮恰当地接合丝材之间。第一预定分离距离可以适合第一类型的丝材，而第二预定分离距离可以适合第二类型的丝材。一个预定分离距离被确定为适合两种或更多种丝材类型是可能的。为了恰当地进给第一类型的丝材材料，调节器元件可以优选地设置在第一特殊位置，这将进给轮设置在第一预定分离距离。为了恰当地进给第二类型的丝材类型，调节器元件可以优选地设置在第二特殊位置，这将进给轮设置在第二预定分离距离。类似地，可以对于一种或多种丝材类型确定调节器元件的特殊位置。
15.丝材的类型可以部分地基于丝材材料来确定。作为示例，确定哪个分离距离适合某种丝材材料可以包括确定仍然恰当地接合该材料的丝材的最大预定分离距离。作为进一步的示例，确定哪个分离适合某种丝材材料可以包括确定提供可接受水平的丝材变形的最小预定分离距离。
16.同样，不同的丝材类型或丝材材料可以以不同的表面特性为特征。示例性表面特性是表面粗糙度，这也可能影响哪个预定分离距离最适合该丝材类型。粗糙表面的丝材类型可能不需要像平滑表面的丝材类型所需要的小的分离距离。此外，不同的丝材类型可以以不同的制造公差为特征，制造公差可能引起丝材直径和截面形状的局部变化，这进而可能影响哪个分离距离最适合此类丝材类型。
17.丝材进给材料可以是可以在3d打印工艺中使用的任何类型的丝材材料。丝材材料可以是适合3d打印的任何类型的塑料、金属、陶瓷或生物材料。丝材材料例如可以选自下组，该组包括：pva，尼龙，abs，absi，hdpe，ppsf，pla，pc，ptfe，peek，asa，hips和petg。丝材材料可以进一步是两种或更多种材料的混合，比如金属粉末与合适的结合材料的混合。
18.根据一些实施例，第一进给轮和第二进给轮机械地联接到所述第一旋转轴和第二旋转轴。
19.机械地联接到每个进给轮的旋转轴可以允许丝材进给设备的有帮助的构造和设计。丝材进给设备可以作用在第一旋转轴上，以使第一旋转轴相对于第二旋转轴移动。当进给轮机械地联接到每个旋转轴时，进给轮之间的分离距离也可以随着第一旋转轴相对于第二旋转轴移动而改变。
20.而且，丝材进给设备的调节器元件可以适于在第一特殊位置将第一旋转轴设置在特殊轴位置。然后，当第一进给轮机械地联接到第一旋转轴时，第一旋转轴的特殊轴位置进而可以将分离距离设置为第一预定距离。调节器元件可以适于以类似方式设置第二旋转轴的位置。另外，调节器元件可以适于设置第一旋转轴和第二旋转轴两者的位置，以实现机械地联接到每个旋转轴的进给轮之间的对应预定分离距离。进给轮和旋转轴可以制成一体。
21.通过使旋转轴中的至少一个与设置在调节器元件中的凸轮曲线槽缝接合，可以通过将该至少一个旋转轴从凸轮曲线槽缝中的一个位置移位到该凸轮曲线槽缝中的另一个位置来设置旋转轴中的至少一个的定位。调节器元件可以被配置为在第一特殊位置设置中将一个旋转轴接合在凸轮曲线槽缝中的第一位置、并且在第二特殊位置设置中将该旋转轴接合在凸轮曲线槽缝中的第二位置。其中，设置在调节器元件中的凸轮曲线槽缝的布局以及该至少两个接合位置被配置为分别在第一特殊位置和第二特殊位置将分离距离设置为第一预定分离距离和第二预定分离距离。通过凸轮曲线槽缝，调节器元件可以用作凸轮张紧器机构，该凸轮张紧器机构迫使进给轮到达预定分离距离。调节器元件可以围绕丝材进给设备或丝材进给设备中包括的本体中的任何点枢转。
22.根据一些实施例，调节器元件使所述第一旋转轴与所述凸轮曲线槽缝接合，并且所述第二旋转轴以旋转方式固定到所述调节器元件。
23.第二旋转轴可以构成调节器元件的枢转点或支点。当使第一旋转轴与凸轮曲线槽缝接合并且围绕第二旋转轴以旋转方式固定的调节器元件处于特殊位置时，调节器元件可以机械地迫使旋转轴进入相应的特殊轴位置。当旋转轴机械地联接到相应的进给轮时，可以因此同时迫使分离距离成为预定距离之一。
24.根据一些实施例，第一进给轮机械地联接到：
25.第一驱动齿轮，并且
26.其中，所述第二进给轮机械地联接到：
27.第二驱动齿轮，
28.其中，所述第一驱动齿轮和第二驱动齿轮被配置为彼此接合，使得所述第一进给轮和第二进给轮以旋转方式联接。
29.以旋转方式联接进给轮具有附加的益处，即两个进给轮将基本上彼此同步地旋转。如果一个进给轮暂时与丝材材料脱离接合，则只要另一个进给轮旋转，该进给轮将继续旋转。应当理解，进给轮沿不同的方向旋转，比如适合于被接纳在进给轮之间的丝材的进给。
30.替代性地和/或附加地，第一驱动齿轮和第二驱动齿轮可以通过第一旋转轴和第二旋转轴机械地联接到每个驱动轮。在这样的实施例中，第一旋转轴和第二旋转轴进一步分别包括第一驱动齿轮和第二驱动齿轮，其中，所述第一驱动齿轮和第二驱动齿轮被配置为彼此接合，使得所述第一进给轮和第二进给轮以旋转方式联接。通过经由设置在每个旋转轴上的驱动齿轮将第一旋转轴和第二旋转轴以旋转方式联接，第一进给轮和第二进给轮
的旋转也可以以旋转方式联接。如果通过驱动装置主动驱动进给轮、旋转轴或驱动齿轮中的一个，则两个进给轮将与接合第一驱动齿轮和第二驱动齿轮同步地旋转。
31.根据一些实施例，丝材进给设备进一步包括至少一个驱动装置，该至少一个驱动装置机械地联接到所述第一进给轮和第二进给轮中的至少一个。
32.至少一个进给轮的旋转可以由至少一个驱动装置主动地驱动。主动地驱动至少一个驱动轮的旋转带来附加的益处，即进给材料可以以适当的速率来进给。驱动装置可以直接联接到进给轮中的一个或两个。驱动装置可以间接地联接到进给轮。作为示例，驱动装置可以联接到第一旋转轴和第二旋转轴中的一个或两个，该第一旋转轴和第二旋转轴然后分别机械地联接到第一进给轮和第二进给轮。
33.在示例性实施例中，驱动装置通过齿轮组件间接地以旋转方式联接到进给轮。示例性齿轮组件包括机械地连接到驱动装置的主驱动齿轮，其中，主驱动齿轮机械地连接到进给轮中的一个或两个。
34.驱动装置可以是步进马达或任何其他类型的电动马达。
35.根据一些实施例，丝材进给设备进一步包括分度弹簧元件(index spring element)，该分度弹簧元件可旋转地附接到第一旋转轴和第二旋转轴中的一个、并且适于邻接所述调节器元件，以将所述调节器元件可靠地(reliantly)固持在所述第一特殊位置或所述第二特殊位置。
36.将调节器元件可靠地固持在特殊的位置之一意味着可以在整个进给过程中保持预定分离距离。分度弹簧元件具有弹性特性，使得它可以被迫从处于第一特殊位置的调节器元件释放，允许调节器元件移动到第二特殊位置并且将调节器元件可靠地固持在第二特殊位置。
37.替代性地，可以使用闩锁或销孔机构将调节器元件可靠地固持在特殊位置，同时允许将调节器元件移动到另一个特殊位置。
38.根据一些实施例，调节器元件进一步适于将所述分离距离设置为某一数量的不同的预定分离距离，其中，所述不同的预定分离距离的数量为3个、4个、5个、6个、7个或8个。调节器元件可以进一步适于被放置在相同数量的特殊位置，其中，每个特殊位置与分离距离相关联。不同的预定分离距离可以均匀地间隔和分布。多个预定分离距离可以允许对进给轮如何接合丝材材料进行进一步细调。调节器元件的每个特殊位置以及从而每个预定分离距离可以被确定为适合至少一种相应的丝材类型。
39.最小分离距离与最大分离距离之间的差可以在0.1mm至0.7mm的范围内，或者优选地在0.3mm至0.5mm的范围内，或者最优选地为约0.4mm。均匀间隔间距可以被确定为最大分离距离和最小分离距离之间的长度差被特殊位置的数量减去一相除。作为示例，在最小分离距离与最大分离距离之间的差为0.4mm的情况下，如果调节器元件适于将分离距离设置为总共三个预定距离，则两个相邻的预定分离距离之间的均匀间隔间距可以为约0.2mm。类似地，如果调节器元件适于将分离距离设置为总共五个预定距离，则两个相邻的预定分离距离之间的均匀间隔间距可以为约0.1mm。
40.根据本发明的另一方面，提供了一种包括根据前述实施例中任一个所述的丝材进给设备(100)的3d打印机。
41.包括根据本发明的实施例的丝材进给设备的3d打印机具有与上述相同的与进给
相关的有益特征。丝材进给设备可以位于3d打印机外部或固定到3d打印机。
附图说明
42.现在将参照附图更详细地描述本发明的这些和其他方面，这些附图示出了本发明的示例性实施例，在附图中：
43.图1是从根据本发明的实施例的丝材进给设备的第一侧的示意性透视图。
44.图2是从根据本发明的实施例的丝材进给设备的第二侧的示意性透视图。
45.图3a是根据本发明的方面的丝材进给设备的截面视图，其中，分离距离被设置为第一预定距离。
46.图3b是根据本发明的方面的丝材进给设备的截面视图，其中，分离距离被设置为第二预定距离。
47.图4是根据本发明的实施例的丝材进给设备的透视图。
具体实施方式
48.在以下详细描述中，将描述本发明的一些实施例。然而，应当理解，除非特别指出任何其他内容，否则不同实施例的特征在实施例之间是可互换的、并且可以按不同方式进行组合。尽管在以下描述中，阐述了许多细节以提供对本发明的更透彻的理解，但是对于本领域技术人员来说清楚的是，可以在没有这些细节的情况下实践本发明。在其他实例中，没有详细描述公知的构造或功能，以免模糊本发明。
49.参考图1和图2，展示了根据本发明的实施例的丝材进给设备的示例性实施例。第一进给轮110和第二进给轮120各自分别被配置为随着第一旋转轴112和第二旋转轴122旋转。调节器元件130适于在第一特殊位置将分离距离设置为第一预定距离、并且在第二特殊位置将分离距离设置为第二预定分离距离。调节器元件130可以被配置为通过相对于丝材进给设备100中的固定点、比如丝材进给设备本体上的固定点仅使第一进给轮110移位、仅使第二进给轮120移位或两个进给轮110、120均移位来设置预定分离距离。
50.调节器元件130可以通过在第一特殊位置与第二特殊位置之间枢转而移动。替代性地，调节器元件130可以被配置为可滑动，使得调节器元件130可以至少在第一特殊位置与第二特殊位置之间滑动，并且以类似的方式将分离距离设置为第一预定距离和第二预定距离。
51.在本发明的一些实施例中，调节器元件130可以设置有长形杠杆部分(作用杠杆)，该长形杠杆部分适于由使用者操纵来将调节器元件130设置到所述第一位置或所述第二位置。
52.在本发明的一些实施例中，第一进给轮和第二进给轮110、120各自机械地联接到相应的第一旋转轴和第二旋转轴112、122。在这样的实施例中，调节器元件130的特殊位置可以被配置为将第一旋转轴与第二旋转轴112、122之间的轴分离距离设置为第一预定轴距离或第二预定轴距离，这进而将进给轮110、120之间的分离距离设置为对应的第一预定距离或第二预定距离。调节器元件130可以被配置为通过相对于丝材进给设备100中的固定点仅使第一旋转轴112移位、仅使第二旋转轴122移位或使两个旋转轴112、122移位来设置轴分离距离。丝材进给设备100的第一旋转轴和第二旋转轴112、122可以根据图1和图2平行于
第一轴线延伸，其中，进给轮110、120之间的分离距离位于垂直于第一轴线的平面中。
53.调节器元件130可以使第一旋转轴和第二旋转轴112、122中的至少一个与设置在调节器元件130中的凸轮曲线槽缝134接合。因此，调节器元件130可以围绕枢转点枢转，以改变第一旋转轴和第二旋转轴112、122中的至少一个接合在凸轮曲线槽缝的位置。调节器元件130和包括在其中的凸轮曲线槽缝134优选地适于将调节器元件130的一个特殊位置机械地链接到一个凸轮曲线槽缝位置、链接到进给轮110、120之间的一个预定距离。调节器元件的枢转点可以是任何点，例如，调节器元件的枢转点可以设置在包括在丝材进给设备100中的本体中，或者枢转点可以由第一旋转轴和第二旋转轴112、122中的一个构成。可认识到的是，调节器元件130可以针对每个旋转轴112、122包括一个凸轮槽缝，在这样的实施例中，调节器元件130可以是可滑动的，以改变旋转轴112、122之间的分离距离，从而改变进给轮110、120之间的分离距离。
54.丝材进给设备100可以进一步包括分度弹簧元件140，该分度弹簧元件适于将调节器元件130可靠地固持在该至少两个特殊的位置中的任何一个。分度弹簧元件140可以以旋转方式锚定到进给轮110、120或旋转轴112、122，或者锚定到包括在丝材进给设备100中的本体。替代性地，分度弹簧元件140可以通过其他装置来固定，使得调节器元件130可以在特殊状态之间移动，同时也相对于分度弹簧元件140移动。在一些实施例中，调节器元件130设置有凹痕132，这些凹痕适于在所述调节器元件130处于特殊位置时接纳分度弹簧元件140。优选地，调节器元件130包括针对调节器元件130的每个特殊位置和对应的预定分离距离用于接纳分度弹簧元件140的一个凹痕132。调节器元件130和包括在其中的凹痕132优选地适于与分度弹簧元件140一起将调节器元件130的一个特殊位置链接到用于接纳分度弹簧元件140的一个凹痕132和进给轮110、120之间的一个预定距离。调节器元件130优选地机械地联接到所述进给轮110、120，使得两个预定分离距离之间的分离差不必反映在其中分度弹簧元件140可靠地固持调节器设备130的两个对应的凹痕132之间的分离差中。
55.在一些实施例中，丝材进给设备可以包括配套调节器元件(supporting adjuster element)136，该配套调节器元件适于与调节器元件130一起在第一配套特殊位置(supporting distinct position)将分离距离设置为第一预定距离并且在第二配套特殊位置将分离距离设置为第二预定距离。配套调节器元件136可以包括凸轮曲线槽缝137，该凸轮曲线槽缝适于接合第一旋转轴和第二旋转轴112、122中的至少一个，作为调节器元件130的接合所述第一旋转轴和第二旋转轴112、122中的一个的凸轮曲线槽缝134的补充。配套调节器元件136适于与调节器元件130协作。配套调节器元件136可以适于完全地类似于调节器元件(130)如何接合和/或联接到旋转轴112、122中的任一个或两个而接合和/或联接到旋转轴112、122中的任一个或两个。配套调节器元件136可以与调节器元件130制成一体。替代性地，配套调节器元件136可以通过任何合适的固定装置而固定到调节器元件130或者与调节器元件130完全分离。
56.图2展示了机械地联接到第一进给轮110的第一驱动齿轮114和机械地联接到第二进给轮120的第二驱动齿轮124。第一驱动齿轮和第二驱动齿轮114、124被配置为彼此接合，使得与其机械地联接的进给轮110、120以旋转方式联接。在一些示例性实施例中，第一驱动齿轮114安装在第一旋转轴112上，并且第二驱动齿轮124安装在第二旋转轴122上。由于根据本发明的方面的调节器元件130适于直接或间接地改变进给轮110、120之间的分离距离
并且驱动齿轮114、124机械地联接到这些进给轮，因此驱动齿轮114、124可以优选地设置有齿轮齿，这些齿轮齿提供足够的工作深度，使得驱动齿轮114、124对于任何预定分离距离都保持接合。
57.在图2中，第一进给轮110与第二进给轮120之间的第一预定分离距离是可见的。调节器元件130处于相关联的第一特殊位置。
58.在图3a中，本发明的丝材进给设备100被展示为调节器元件130a处于第一特殊位置，而在图3b中，同一丝材进给设备100被展示为调节器元件130a处于第二特殊位置。图3a和图3b展示了，与当调节器元件处于第二特殊位置130b时第一进给轮与第二进给轮110b、120b之间的第二预定分离距离相比，当调节器元件处于第一特殊位置130a时第一进给轮与第二进给轮110a、120a之间的第一预定分离距离更小。丝材进给设备100的一些实施例进一步包括配套调节器元件136a、136b，该配套调节器元件适于在任何特殊位置以及在特殊位置之间的任何运动期间与调节器元件130a、130b协作。当处于第一特殊位置的调节器元件130a移动到第二特殊位置130b时，处于第一特殊位置的协作的配套调节器元件136a类似地移动到第二特殊位置136b。
59.根据图3a和图3b，丝材进给设备100可以进一步包括本体150，该本体适于通过适合于每个部件的预期功能的装置来固持设备的所有部件。作为示例，调节器元件130a、130b和配套调节器元件136a、136b能够相对于本体150枢转，以将分离距离设置为这些预定距离中的任何一个。进给轮110a、110b、120a、120b以旋转方式联接到本体150。第一进给轮和第二进给轮110a、110b、120a、120b中的一个或两个可相对于本体150进一步横向移位。
60.在示例性实施例中，调节器元件130a、130b可围绕第二旋转轴122以旋转方式枢转。然后，第二旋转轴122可以进而以旋转方式固定到本体150，而第一旋转轴112相对于所述本体150以旋转方式固定并且可至少在一个方向上横向移位、并且在凸轮曲线槽缝中接合调节器元件130a、130b。此外，配套调节器元件136a、136b可以优选地被配置为同样与第一旋转轴和第二旋转轴以及本体150相关。
61.图4展示了机械地联接到第一进给轮和第二进给轮110、120中的至少一个的驱动装置160的示例。驱动装置160可以直接联接到第一进给轮和第二进给轮110、120中的至少一个，或者驱动装置160可以经由机械地联接到第一进给轮和/或第二进给轮110、120的第一旋转轴和/或第二旋转轴112、122而间接地联接到第一进给轮和第二进给轮110、120中的至少一个。在示例性实施例中，驱动装置160可以联接到主驱动齿轮162，该主驱动齿轮机械地联接到第一进给轮和第二进给轮110、120中的至少一个。驱动装置160可以通过机械地联接到设置在每个旋转轴112、122上的驱动齿轮114、124中的至少一个而机械地联接到这两个进给轮110、120。驱动装置160可以包括在根据本发明的一些实施例的丝材进给设备中所包括的本体中。
62.参考如图1、图2和图4所展示的进给轮110、120的图示，进给轮110、120可以设置有沿着圆周设置的凹槽。与沿着圆周设置的平坦表面相比，随着与所接纳的丝材的接触面积增加，凹槽可以提供有帮助的进给特性。附加地或替代性地，进给轮110、120可以设置有沿着圆周设置的齿，这些齿适于接合丝材。当将进给轮以预定分离距离设置时，齿在某种程度上可以穿入丝材中。
63.本领域技术人员进一步认识到，本发明绝不限于上述实施例。所描述的实施例的
特征可以以不同的方式组合，并且在所附权利要求的范围内，许多修改和变化是可能的。在权利要求中，置于括号之间的任何附图标记都不应解释为对权利要求进行限制。词语“包括”不排除存在除权利要求中列出的元素或步骤之外的其他元素或步骤。在元素前的词语“一个”或“一种”并不排除存在多个此类元素。