一种3D打印机的加热平台及其控制系统的制作方法

一种3d打印机的加热平台及其控制系统
技术领域
1.本实用新型实施例涉及三维打印技术领域，尤其涉及一种3d打印机的加热平台及其控制系统。


背景技术：

2.3d打印技术由于具有节约原材料、降低生产成本和可以按需求进行个性化定制等优点，近年来逐渐走进公众的视野，从工业界逐步走进了各大中小学以及部分家庭，得到众多设计爱好者的好评，为3d打印技术的发展创造了良好的平台。其中，在fdm型3d打印机中，由于常用的耗材为pla、abs等材料，这些材料在高温挤出成型过程中会产生尺寸收缩的现象，这种现象会造成本应黏附在底板的3d打印件发生翘边甚至脱落的现象，造成打印失败。为了解决上述问题，3d打印机发展出了加热底板，对工件在成型过程中持续加热。如pla材料需要在底板60℃恒温打印，abs材料需要在底板100℃恒温打印，可大大减少发生翘边或者模型脱落的几率。
3.现有行业方案中第一种是使用铝基覆铜板做印刷电路板，利用电阻发热原理制成发热板，使用12v/24v安全电压进行供电。第二种是使用耐温印刷电路板，根据功率计算好电阻进行走线制成印刷电路板，利用电阻发热原理进行发热，使用12v/24v安全电压进行供电。根据功率公式p＝ui可知，在电压一定的情况下，增大发热功率p需要增大电流，这就导致整个加热系统负载能力小，电线直径大，导线成本增加，做大功率加热受到硬件限制。第三种方案为硅胶加热垫，采用两面硅胶一面生胶一面熟胶，中间为合金发热电路，利用电阻发热，这种加热板与铝基发热板相比厚度增大60％，成本增加几倍。


技术实现要素：

4.本实用新型实施例提供一种3d打印机的加热平台及其控制系统，以降低发热体厚度，节省材料，并增加发热功率。
5.第一方面，本实用新型实施例提供了一种3d打印机的加热平台，该加热平台包括：壳体、以及位于所述壳体内部依次层叠设置的第一聚酰亚胺膜、加热电路板和第二聚酰亚胺膜；所述壳体上包括出线孔位，所述加热平台还包括供电线路，所述供电线路与所述加热电路板连接，并通过所述出线孔位从所述壳体内部引出，用于为所述加热平台供电。
6.可选的，在所述第一聚酰亚胺膜与其相邻的壳体内壁之间还包括金属板。
7.可选的，所述加热平台还包括过温保护开关，所述过温保护开关串联在所述加热电路板上的加热电路中。
8.可选的，所述第二聚酰亚胺膜上预留有焊点孔位，所述过温保护开关通过所述焊点孔位焊接到所述加热电路板上。
9.可选的，所述第一聚酰亚胺膜热压在所述金属板上，所述第二聚酰亚胺膜热压在所述加热电路板上。
10.可选的，所述加热平台还包括保温棉层，所述保温棉层设置于所述第二聚酰亚胺
膜与其相邻的壳体内壁之间。
11.第二方面，本实用新型实施例还提供了一种3d打印机加热平台的控制系统，该控制系统包括本实用新型任意实施例所提供的加热平台。
12.可选的，该控制系统还包括：电压检测模块、控制模块、电源转换模块、打印机主板、光耦隔离模块和可控硅；其中，
13.所述电压检测模块与所述控制模块连接，用于接入外部电源，并向所述控制模块提供输入的电压值；
14.所述打印机主板与所述控制模块及所述电源转换模块连接，所述控制模块用于向所述打印机主板反馈所述电压值，所述电源转换模块用于接入所述外部电源，并在对所述外部电源进行电压转换后为所述打印机主板进行供电；
15.所述打印机主板还通过所述光耦隔离模块与所述可控硅连接，用于向所述可控硅输出控制信号以控制所述可控硅的导通，所述可控硅与所述加热平台连接，用于接入所述外部电源，并在所述控制信号的控制下为所述加热平台供电。
16.可选的，所述加热平台还包括热敏电阻，用于采集所述加热平台的温度，并反馈给所述打印机主板。
17.可选的，所述控制系统还包括短路保护电路、漏电保护电路、过流保护电路及过压保护电路中的至少一种，所述短路保护电路、所述漏电保护电路、所述过流保护电路及所述过压保护电路连接在所述外部电源与所述电压检测模块之间、所述外部电源与所述电源转换模块之间、以及所述外部电源与所述可控硅之间。
18.本实用新型实施例提供了一种3d打印机的加热平台，通过使用两面聚酰亚胺膜包裹加热电路制成的加热片，降低了发热体的厚度，节省了材料，同时由于聚酰亚胺的耐电压性能优异，提高了加热平台整体的耐电压强度，从而可以直接使用市电进行加热，增加了发热功率。
附图说明
19.图1为本实用新型实施例一提供的3d打印机的加热平台的结构示意图；
20.图2为本实用新型实施例一提供的3d打印机的加热平台的爆炸图；
21.图3为本实用新型实施例一提供的3d打印机的加热平台的装配图；
22.图4为本实用新型实施例一提供的另一种3d打印机的加热平台的爆炸图；
23.图5为本实用新型实施例一提供的另一种3d打印机的加热平台的爆炸图；
24.图6为本实用新型实施例二提供的3d打印机加热平台的控制系统的结构示意图；
25.图7为本实用新型实施例二提供的3d打印机的加热平台的爆炸图；
26.图8为本实用新型实施例二提供的另一种3d打印机加热平台的控制系统的结构示意图。
具体实施方式
27.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
28.实施例一
29.图1为本实用新型实施例一提供的3d打印机的加热平台的结构示意图，本实施例可适用于利用fdm型3d打印机打印模型的情况。如图1所示，该加热平台包括：壳体11、以及位于所述壳体11内部依次层叠设置的第一聚酰亚胺膜13、加热电路板14和第二聚酰亚胺膜15；所述壳体11上包括出线孔位111，所述加热平台还包括供电线路(图未示)，所述供电线路与所述加热电路板14连接，并通过所述出线孔位111从所述壳体11内部引出，用于为所述加热平台供电。
30.可选的，如图2所示，在所述第一聚酰亚胺膜13与其相邻的壳体内壁(具体可以是壳体11的上盖112)之间还包括金属板12，金属板12具有一定的厚度来保证结构强度，具体可以采用3毫米6061铝合金板等等。
31.进一步可选的，所述第一聚酰亚胺膜13热压在所述金属板12上，所述第二聚酰亚胺膜15热压在所述加热电路板14上。具体的，加热平台上层可以采用绝缘塑胶板作为壳体11的上盖112，以便于3d打印件粘附在上面，其下层设置具有一定厚度的金属板12，并可以在金属板12的背面将第一聚酰亚胺膜13用热压机热压上去，从而形成一层高强度的绝缘薄膜。接着放置加热电路板14，并在加热电路板14背面将第二聚酰亚胺膜15热压上去，再在第二聚酰亚胺膜15下层设置壳体11的下盖113即可，下盖113也可采用绝缘材料，其中的第一聚酰亚胺膜13和第二聚酰亚胺膜15可以采用0.08毫米的聚酰亚胺膜，以制成厚度约为0.2毫米的超薄发热体，从而节约材料，同时由于聚酰亚胺的耐电压性能优异，可以使得制作出来的加热平台整体耐电压强度大于4.5千伏。而壳体11可以防止用户误触加热平台造成烫伤，并可以起到支撑作用和连接作用等，在壳体11上，并具体可以是在壳体11的下盖113上预留有出线孔位111，加热电路板14可以通过供电线路16连接到外部的电源等，供电线路16可以通过出线孔位111从壳体11的内部引出，以为加热平台供电或传输数据等。
32.如图2和图3所示，壳体11的上盖112和下盖113的内侧可以包括互相配合的连接件，且金属板12、第一聚酰亚胺膜13、加热电路板14和第二聚酰亚胺膜15上的对应位置处可以包括安装孔位，则连接件可以通过各个安装孔位将各层结构很好的进行固定，从而完成装配。同时，第二聚酰亚胺膜15上可以预留有焊点孔位，供电线路16可以设置于第二聚酰亚胺膜15下方，并通过焊点孔位焊接到加热电路板14上，再通过出线孔位111引出即可。
33.在上述技术方案的基础上，可选的，如图4所示，所述加热平台还包括过温保护开关17，所述过温保护开关17串联在所述加热电路板14上的加热电路中。进一步可选的，所述第二聚酰亚胺膜15上预留有焊点孔位，所述过温保护开关17通过所述焊点孔位焊接到所述加热电路板14上。其中，加热电路具体可以是合金加热电路，具体的，加热电路可以利用电阻热效应发热，并可以通过加热电路的合理走线来控制阻值，其中可以在加热电路中串联一个常闭型的过温保护开关17，当温度达到过温保护开关17的目标值后，过温保护开关17中的合金片受热膨胀断开连接，并当温度下降后复位连接电路，从而起到温度保护作用，防止温度过高造成起火。具体可以在加热电路板14上预留相应的焊点，以通过第二聚酰亚胺膜15上预留的焊点孔位将过温保护开关17焊接到加热电路板14上。
34.在上述技术方案的基础上，可选的，如图5所示，所述加热平台还包括保温棉层18，所述保温棉层18设置于所述第二聚酰亚胺膜15与其相邻的壳体内壁(具体可以是壳体11的下盖113)之间。具体的，具有孔特征的保温棉层18放置于壳体11内，可以起到保温作用，防
止热量大幅散失，以降低能耗。
35.本实用新型实施例所提供的3d打印机的加热平台，通过使用两面聚酰亚胺膜包裹加热电路制成的加热片，降低了发热体的厚度，节省了材料，同时由于聚酰亚胺的耐电压性能优异，提高了加热平台整体的耐电压强度，从而可以直接使用市电进行加热，增加了发热功率。
36.实施例二
37.本实用新型实施例二提供了一种3d打印机加热平台的控制系统，本实施例可适用于利用fdm型3d打印机打印模型的情况，该控制系统包括本实用新型任意实施例所提供的加热平台，具备该加热平台相应的有益效果。
38.可选的，如图6所示，该控制系统还包括：电压检测模块21、控制模块22、电源转换模块23、打印机主板24、光耦隔离模块25和可控硅26；其中，所述电压检测模块21与所述控制模块22连接，用于接入外部电源27，并向所述控制模块22提供输入的电压值；所述打印机主板24与所述控制模块22及所述电源转换模块23连接，所述控制模块22用于向所述打印机主板24反馈所述电压值，所述电源转换模块23用于接入所述外部电源27，并在对所述外部电源27进行电压转换后为所述打印机主板24进行供电；所述打印机主板24还通过所述光耦隔离模块25与所述可控硅26连接，用于向所述可控硅26输出控制信号以控制所述可控硅26的导通，所述可控硅26与所述加热平台28连接，用于接入所述外部电源27，并在所述控制信号的控制下为所述加热平台28供电。
39.其中，控制模块22具体可以是单片机，可控硅26具体可以是双向可控硅，控制信号具体可以是脉冲宽度调制(pulse width modulation，pwm)信号。具体的，当接入外部电源27之后，首先电压检测模块21可以通过adc采样对外部电源27的输入进行检测，并将采集结果反馈给控制模块22，然后控制模块22可以根据采集结果得出输入的电压值，并将该电压值反馈给打印机主板24，打印机主板24在接收到结果后可以匹配不同的pwm控制脉宽，并可以在发出加热命令后通过光耦隔离模块25向可控硅26输出pwm控制信号，从而实现对可控硅26的功率控制，同时可控硅26接入外部电源27，在pwm控制信号的控制下即可为加热平台28进行供电，其中的光耦隔离模块25可以有效的对控制信号进行隔离，以防止低压的控制电路与高压的供电电路之间的连接所引起的干扰。通过电压检测模块21的检测以及不同pwm控制脉宽的匹配，实现了外部电压自适应，可以使得控制系统兼容不同的电源输入，并可以产生同样的功率效果，防止了设备发生不良现象的问题。其中，可选的，所述外部电源27为市电，包括110伏特交流市电或者220伏特交流市电，相应的，110伏特交流市电可以对应100％的控制脉宽，而220伏特交流市电可以对应25％的控制脉宽，通过使用市电接入直接加热，增大了加热功率，大幅减少了目标温度的加热时间。另一方面，外部电源27接入电源转换模块23，从而可以将110伏或220伏的交流市电转换为24伏的直流电源，并使用该直流电源对打印机主板24进行供电。
40.在上述技术方案的基础上，可选的，如图7所示，所述加热平台28还包括热敏电阻19，用于采集所述加热平台28的温度，并反馈给所述打印机主板24。具体的，热敏电阻19可以靠近加热电路板14，以准确测量当前实际产生的温度值，同时如图6所示，加热平台28可以与打印机主板24连接，以向打印机主板24反馈实时测量得到的温度值，从而使得打印机主板24根据当前的温度值对加热平台28进行闭环温度控制。
41.进一步可选的，所述第二聚酰亚胺膜15上预留有焊点孔位，所述热敏电阻19通过所述焊点孔位焊接到所述加热电路板14上。具体的，热敏电阻19的接线电路与加热电路的走线可以是相互独立的，为使热敏电阻19可以靠近加热电路板14，可以在加热电路板14上预留相应的焊点，并在第二聚酰亚胺膜15上预留焊点孔位，从而可以将热敏电阻19通过第二聚酰亚胺膜15上预留的焊点孔位焊接到加热电路板14上。
42.在上述技术方案的基础上，可选的，如图8所示，所述控制系统还包括短路保护电路、漏电保护电路、过流保护电路及过压保护电路中的至少一种(图8中以全部包括的保护电路29为例进行示出)，所述短路保护电路、所述漏电保护电路、所述过流保护电路及所述过压保护电路连接在所述外部电源27与所述电压检测模块21之间、所述外部电源27与所述电源转换模块23之间、以及所述外部电源27与所述可控硅26之间。通过增加各种保护电路，提高了整机的安全可靠性，从而保证了使用过程中设备和用户的安全。
43.本实用新型实施例所提供的3d打印机加热平台的控制系统，通过电压检测模块的检测以及不同pwm控制脉宽的匹配，实现了外部电压自适应，保证了在110伏市电和220伏市电下均可使用，从而增加了发热功率，大幅减少了目标温度的加热时间。
44.注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。