一种3D打印机的冷却型载物台装置

一种3d打印机的冷却型载物台装置
技术领域
1.本发明属于3d打印设备技术领域，尤其涉及一种3d打印机的冷却型载物台装置。


背景技术：

2.3d打印是快速成型技术的一种，又称为增材制造，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3d打印常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造。随着 3d打印设备技术的长足发展，市场上出现了多种结构形式的3d打印机设备。3d打印设备一般包括机架、打印喷头和打印喷头的驱动装置，在驱动装置的驱动作用下，打印喷头将打印常用材料在载物台上层层叠加起来，以增材的方式将模型转变成实物。
3.载物台是3d打印设备的基本组成装置，打印头在载物台上进行模型的打印，具体地可分为固定式载物台和升降式载物台两种形式：固定式载物台是指在打印机内不移位，打印头自身作三维运动以完成打印，升降式载物台是指在打印机内升降移动，打印头自身作二维运动并与载物台配合以完成打印。3d增材式打印其打印材料在打印头上熔融后排出，因此打印得到的模型具有较高的温度，在打印的过程中以及打印完毕之后通常需要对模型进行降温处理。现有3d打印机设备的降温通常采用对设备内部空间进行整体降温的方式，然而在打印过程中，通过对模型的特定位置进行可控地降温，将有助于提升模型成型的品质，此外对于特定模型来说，在打印成型的过程中对重点位置进行降温也是打印程序的要求之一，现有的3d打印机并不具备前述精细化、可控式的模型冷却降温功能，需要开发设计。


技术实现要素：

4.本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种结构设计合理、具备精细化和可控方式冷却降温功能的3d打印机的冷却型载物台装置。
5.本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种3d打印机的冷却型载物台装置包括支撑平台，在支撑平台上安装有扁平且密闭的载物平台箱，在载物平台箱内安装有水冷组件并且填充有导热介质，水冷组件的水路连接端口位于载物平台箱的外部并且与冷却水供应组件连接，在支撑平台的后部安装有左右两个风冷组件；风冷组件包括与支撑平台固定连接的、具备可控回转驱动功能的回转平台组件，在回转平台组件上安装有具备可控调整功能的姿态调整组件，在姿态调整组件上安装有喷口朝向可控变化的冷气喷头组件，冷气喷头组件通过波纹管与冷气供应组件连接。
6.优选地：回转平台组件包括与支撑平台固定的回转基座，在回转基座的顶部安装有蜗轮外壳且在内部安装有蜗轮，在蜗轮外壳的外壁上设有蜗杆外壳且在内部安装有蜗杆，蜗轮与蜗杆传动连接，在蜗轮的上方安装固定有回转转盘，还包括驱动蜗杆转动的回转驱动电机。
7.优选地：姿态调整组件包括调整基座，在调整基座的顶部通过簧板安装有顶部平
台，在调整基座与顶部平台之间安装有拉簧机构；在调整基座上还设有成等腰直角三角形布置的三个轴孔且在三个轴孔内分别安装有第一顶动机构、第二顶动机构和第三顶动机构，三个顶动机构的上端均与顶部平台的下表面接触，还包括驱动第一顶动机构的第一调整电机、驱动第二顶动机构的第二调整电机和驱动第三顶动机构的第三调整电机，在顶部平台的中部设有导气孔。
8.优选地：第一顶动机构、第二顶动机构和第三顶动机构三者的结构相同，均包括螺纹安装在所在轴孔内的外套管以及位于外套管内腔下部的驱动杆，驱动杆的下端与相应调整电机的输出轴对接连接，在外套管的内腔上部还设有顶动杆，驱动杆的上端带有外螺纹，顶动杆的下端设有螺纹孔，驱动杆与顶动杆两者螺纹连接。
9.优选地：拉簧机构包括拉簧，在拉簧的上端和下端均设有端部杆体，在调整基座与顶部平台上的相应位置设有簧孔并且在调整基座的簧孔下端以及顶部平台的簧孔上端各自设有收纳凹槽，拉簧机构的上下两个端部杆体分别落入两个收纳凹槽内。
10.优选地：在回转平台组件的回转转盘上的相应位置设有过孔，姿态调整组件的调整基座的底部与回转转盘固定连接，三个调整电机的主体部分均位于回转转盘的下方并且壳体与回转转盘固定连接、输出轴穿过相应的过孔。
11.优选地：冷气喷头组件包括后端带有法兰盘的固定喷管以及位于固定喷管上部的活动喷管，法兰盘与顶部平台固定连接且导气孔与固定喷管贯通，在固定喷管的侧部通过基座板安装有摆动电机，活动喷管的侧壁与摆动电机的输出轴固定连接。
12.优选地：水冷组件包括上下两个盘管基板，在两个盘管基板上均安装有换热盘管，还包括带有接头的进水盒和带有接头的回水盒，两个换热盘管的入口与进水盒连接，两个换热盘管的出口与回水盒连接；在两个盘管基板的边缘还设有支撑在载物平台箱的顶壁与底壁之间的多个支撑立柱。
13.优选地：在支撑平台的前部设有前部窗口、后部设有左右两个后部窗口，载物平台箱位于前部窗口的上方，两个风冷组件分别安装在两个后部窗口的上方；在支撑平台的两侧下方设有侧部立板、后部下方设有后部立板，在支撑平台的后部中间位置设有后部横板。
14.优选地：在后部横板上安装有丝母，在后部立板的左右两侧安装有带有导向孔的导向滑块。
15.本发明的优点和积极效果是：
16.本发明提供了一种结构设计合理的3d打印机的冷却型载物台装置，与现有的打印机载物台装置相比，本发明中的载物台装置在载物平台箱内设置了水冷组件、在支撑平台的后部设置了左右两个风冷组件，因而本载物台装置具备水冷及风冷两种冷却功能，是一种冷却型的载物台装置，整个载物台装置自成单元，易于以整体的形式向3d打印机设备内进行安装使用。
17.水冷组件用于对打印成型的模型低区进行水冷冷却，两个风冷组件分别用于对打印成型的模型中区、高区进行风冷冷却，因而提升了对打印模型的冷却效率和冷却效果。通过令风冷组件由回转平台组件、姿态调整组件和冷气喷头组件构成，实现了对冷气喷头组件进行回转驱动和姿态调整的功能，同时冷气喷头组件的喷口朝向可控地变化，因而能够对左右两个风冷组件的冷却气流朝向进行可控调节，令本冷却型载物台装置具备精细化及可控化的模型冷却能力，提升模型的打印品质。
附图说明
18.图1是本发明的俯视结构示意图；
19.图2是本发明的立体结构示意图，去掉后部的风冷组件；
20.图3是图1中水冷组件的结构示意图；
21.图4是图1中回转平台组件的结构示意图；
22.图5是图1中姿态调整组件的结构示意图，上部视角；
23.图6是图1中姿态调整组件的结构示意图，去掉平台基座，上部视角；
24.图7是图1中冷气喷头组件的结构示意图。
25.图中：
26.1、支撑平台；1-1、前部窗口；1-2、后部窗口；1-3、后部横板；1-4、后部立板；1-5、安装耳板；1-6、侧部立板；2、载物平台箱；3、水冷组件；3-1、盘管基板；3-2、连接孔； 3-3、换热盘管；3-4、进水盒；3-5、回水盒；3-6、支撑立柱；4、回转平台组件；4-1、回转基座；4-2、蜗轮外壳；4-3、蜗杆外壳；4-4、回转转盘；4-5、过孔；5、姿态调整组件组件；5-1、调整基座；5-2、收纳凹槽；5-3、导气孔；5-4、顶部平台；5-5、簧板；5-6、接线端子；5-7、第一调整电机；5-8、第二调整电机；5-9、第三调整电机；5-10、第一顶动机构；5-11、第二顶动机构；5-12、第三顶动机构；5-13、拉簧机构；6、冷气喷头组件； 6-1、法兰盘；6-2、基座板；6-3、固定喷管；6-4、活动喷管；6-5、摆动电机；7、导向滑块；8、丝母。
具体实施方式
27.为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹举以下实施例详细说明。
28.请参见图1和图2，本发明的3d打印机的冷却型载物台装置包括支撑平台1，支撑平台1作为附属部件的安装平台使用，当本冷却型载物台装置作为固定式载物台使用时，支撑平台1直接向3d打印机设备的内部底部进行固定安装，当本冷却型载物台装置作为升降式载物台使用时，支撑平台1向3d打印机设备内部的升降驱动装置进行安装。
29.本实施例中，在支撑平台1的前部设有前部窗口1-1、后部设有左右两个后部窗口1-2，在支撑平台1的两侧下方设有侧部立板1-6、后部下方设有后部立板1-4，在支撑平台1 的后部中间位置设有后部横板1-3，其中侧部立板1-6用于提升支撑平台1的整体结构强度，后部横板1-3和后部立板1-4两者用于安装附属部件使用。如图中所示，侧部立板1-6 为三角形形状，后部横板1-3为梯形形状，后部立板1-4为矩形形状，为了降低支撑平台 1的整体重量，在后部立板1-4和侧部立板1-6上通过切割板材形成镂孔。
30.支撑平台1采用金属板经切割、折弯等步骤加工而成，具体地：采用同一块金属板在激光切割机上切割得到展开形状，之后将两侧的侧部立板1-6向下进行直角弯折，将后部的后部立板1-4向下进行直角弯折，在对后部立板1-4进行弯折时保留后部横板1-3为水平状态(也就是不向下进行弯折)。
31.本实施例中，在后部横板1-3上安装有丝母8，在后部立板1-4的左右两侧安装有带有导向孔的导向滑块7。设置丝母8和导向滑块7的作用是令本冷却型载物台构成升降式载物台装置，其中导向滑块7用于与打印机设备的导向杆配合，提升升降移动时的稳定性，丝母8用于与打印机设备的升降驱动丝杠配合，在升降驱动电机的驱动作用下，载物台装置作出与打印头组件适配的升降移动。
32.在支撑平台1上安装有扁平且密闭的载物平台箱2，在载物平台箱2内安装有水冷组件3并且填充有导热介质，水冷组件3的水路连接端口位于载物平台箱2的外部并且与冷却水供应组件连接。
33.3d打印机的打印头组件直接在载物平台箱2的表面进行模型打印，因而打印后模型的低区能够与载物平台箱2内的导热介质换热，模型低区的温度降低，导热介质的温度升高，水冷组件3内的循环式导热介质将前述热量转移到外部。载物平台箱2内的导热介质可以选取为酒精、导热油等，水冷组件3内的循环导热介质通常选取为冷却水。
34.如图中所示，载物平台箱2位于前部窗口1-1的上方，这样载物平台箱2在升降移动的过程中，其底部能够与下方的气流相互作用，进一步提升对模型进行冷却降温的能力。载物平台箱2采用铝合金板或者不锈钢板密封焊接而成，保证整体的结构强度并保证顶部平面的平整度，为了便于对导热介质进行注入和排出，可以在载物平台箱2的侧部安装带有密封盖的介质注入管和介质排出管。
35.载物平台箱2采用四角位置的螺栓与支撑平台1固定连接，因而能够根据需要对载物平台2进行拆装。具体地，在载物平台箱2的四角处一体焊接安装连接套管(在载物平台箱2的顶壁、底壁的四角位置开设连接孔并且连接套管置入连接孔内，连接套管的上端和下端分别与顶壁和底壁密封焊接固定)。
36.请参见图3，可以看出：
37.水冷组件3包括上下两个盘管基板3-1，在两个盘管基板3-1上均安装有换热盘管3-3，还包括带有接头的进水盒3-4和带有接头的回水盒3-5，两个换热盘管3-3的入口与进水盒3-4连接，两个换热盘管3-3的出口与回水盒3-5连接。盘管基板3-1的作用是对换热盘管3-3进行固定和支撑，提升换热盘管3-3的结构强度，如图中所示，在盘管基板3-1 上沿着换热盘管3-3的延伸方向切割得到容纳轮廓，将换热盘管3-3置入容纳轮廓内并且将盘管基板3-1与换热盘管3-3焊接固定。
38.外置的进水管路与进水盒3-4上的接头连接，将导热介质向进水盒3-4内注入，之后冷却水源分为两路分别进入两个换热盘管3-3内，之后两路冷却水源从换热盘管3-3的末端进入回水盒3-5，回水盒3-5将汇集的冷却水经外置的回水管路输送至冷却水发生组件。
39.本实施例中，在两个盘管基板3-1的边缘还设有支撑在载物平台箱2的顶壁与底壁之间的多个支撑立柱3-6，两个换热盘管3-3的端部从载物平台箱2的侧壁穿出并密封焊接。各支撑立柱3-6将盘管基板3-1及其换热盘管3-3支撑在载物平台箱2的内腔中部。
40.如图中所示，水冷组件3设置有两组，两组水冷组件3各自的进水盒3-4和回水盒3-5 分别位于载物平台箱2的左右两侧。
41.在支撑平台1的后部安装有左右两个风冷组件，如图中所示，两个风冷组件分别安装在两个后部窗口1-2的上方。左右两个风冷组件分别用于对打印模型的中区和高区进行风冷式冷却降温。
42.风冷组件包括与支撑平台1固定连接的、具备可控回转驱动功能的回转平台组件4，在回转平台组件4上安装有具备可控调整功能的姿态调整组件5，在姿态调整组件5上安装有喷口朝向可控变化的冷气喷头组件6，冷气喷头组件6通过波纹管与冷气供应组件连接。其动作模式为：回转平台组件4对姿态调整组件5及冷气喷头组件6提供回转转动效果，姿态调整组件5对冷气喷头组件6提供姿态调整效果(向不同方向进行倾斜)，冷气喷头组件
6自身的喷口朝向可控地变化，因而两个风冷组件的冷却气流朝向能够进行精细化的调节和设定，保证对打印模型的风冷冷却降温效果。
43.请参见图4，可以看出：
44.回转平台组件4包括与支撑平台1固定的回转基座4-1，在回转基座4-1的顶部安装有蜗轮外壳4-2且在内部安装有蜗轮，在蜗轮外壳4-2的外壁上设有蜗杆外壳4-3且在内部安装有蜗杆，蜗轮与蜗杆传动连接，在蜗轮的上方安装固定有回转转盘4-4，还包括驱动蜗杆转动的回转驱动电机(图中未示出)。回转驱动电机驱动蜗杆作正向或者反向转动，因而蜗轮带着回转转盘4-4作正向或者反向转动。
45.本实施例中，在回转基座4-1的底部设有带有连接孔的四个固定支脚，在后部窗口1-2 内侧的相应位置设置有带有连接孔的安装耳板1-5，回转平台组件4采用四个螺栓向支撑平台1上进行固定安装。
46.如图中所示，在回转转盘4-4上设有多个过孔4-5。
47.请参见图5和图6，可以看出：
48.姿态调整组件5包括l形的调整基座5-1，在调整基座5-1的顶部通过簧板5-5安装有顶部平台5-4，在调整基座5-1与顶部平台5-4之间安装有拉簧机构5-13。如图中所示，簧板5-5为l形形状，簧板5-5的一端采用螺钉与调整基座5-1固定连接、另一端采用螺钉与顶部平台5-4固定连接，簧板5-5将调整基座5-1与顶部平台5-4连接成为整体，当顶部平台5-4作升降移动时，簧板5-5发生扭转，避免顶部平台5-4与调整基座5-1完全脱离的基础上，对顶部平台5-4的复位提供一定的复位弹力。
49.本实施例中，拉簧机构5-13设置有左右两个。拉簧机构5-13包括拉簧，在拉簧的上端和下端均设有端部杆体(拉簧端部的环形部分套设在端部杆体的中部)，在调整基座 5-1与顶部平台5-4上的相应位置设有簧孔并且在调整基座5-1的簧孔下端以及顶部平台 5-4的簧孔上端各自设有收纳凹槽5-2，拉簧机构5-13的上下两个端部杆体分别落入两个收纳凹槽5-2内，拉簧的主体部分位于调整基座5-1和顶部平台5-4上簧孔内。拉簧机构 5-13的作用是为顶部平台5-4提供向下的复位弹力作用，当顶部平台5-4受到向上的顶动作用时，顶部平台5-4整体或者部分向上抬升，此时拉簧机构5-13的拉簧被拉伸，当施加在顶部平台5-4上的顶动作用消失时，在拉簧的复位弹力的作用下，顶部平台5-4向下复位，而且由于拉簧机构5-13的存在，顶部平台5-4与下方的顶动机构一直保持可靠接触。
50.在调整基座5-1上还设有成等腰直角三角形布置的三个轴孔且在三个轴孔内分别安装有第一顶动机构5-10、第二顶动机构5-11和第三顶动机构5-12，三个顶动机构的上端均与顶部平台5-4的下表面接触，还包括驱动第一顶动机构5-10的第一调整电机5-7、驱动第二顶动机构5-11的第二调整电机5-8和驱动第三顶动机构5-12的第三调整电机5-9。三个调整电机分别驱动三个顶动机构独立动作，因而能够通过控制特定的调整电机5-9动作实现对顶部平台5-4的姿态的调整，例如当处于中间位置的第二调整电机5-8驱动第二顶动机构5-11向上移动时，顶部平台5-4的直角部位向上抬升。
51.本实施例中，第一顶动机构5-10、第二顶动机构5-11和第三顶动机构5-12三者的结构相同，均包括螺纹安装在所在轴孔内的外套管以及位于外套管内腔下部的驱动杆，驱动杆的下端与相应调整电机的输出轴对接连接，在外套管的内腔上部还设有顶动杆，驱动杆的上端带有外螺纹，顶动杆的下端设有螺纹孔，驱动杆与顶动杆两者螺纹连接，顶动杆的
上端为半球形并且与顶部平台5-4的底面保持接触。当调整电机的输出轴正向转动时，驱动杆作回转转动，由于螺纹连接的关系，此时顶动杆沿着轴向方向向上移动，反之当调整电机的输出轴反向转动时，驱动杆作回转转动，由于螺纹连接的关系，此时顶动杆沿着轴向方向向下移动。
52.如前所述，在回转平台组件4的回转转盘4-4上的相应位置设有过孔4-5，姿态调整组件5的调整基座5-1的底部与回转转盘4-4固定连接，三个调整电机的主体部分均位于回转转盘4-4的下方并且壳体与回转转盘4-4固定连接、输出轴穿过相应的过孔4-5。如此结构的优点是：能够令风冷组件的结构更加紧凑，控制风冷组件的整体高度。
53.在顶部平台5-4的中部设有导气孔5-3，安装时，在顶部平台5-4的中部下方安装连接用于输送冷却气流的波纹管，波纹管的上端与导气孔5-3贯通。
54.请参见图7，可以看出：
55.冷气喷头组件6包括后端带有法兰盘6-1的固定喷管6-3以及位于固定喷管6-3上部的活动喷管6-4，法兰盘6-1与姿态调整组件5的顶部平台5-4固定连接且导气孔5-3与固定喷管6-3贯通，因而固定喷管6-3与用于输送冷却气流的波纹管贯通连接。
56.在固定喷管6-3的侧部通过基座板6-2安装有摆动电机6-5，活动喷管6-3的侧壁与摆动电机6-5的输出轴固定连接。摆动电机6-5动作时，固定喷管6-3不动，活动喷管6-4 整体向前或者向后摆动，因而活动喷管6-4的喷口朝向发生了变化。
57.如图5中所示，在姿态调整组件5的侧部还安装有接线端子5-6，接线端子5-6与调整基座5-1固定连接。回转平台组件4的回转驱动电机、姿态调整组件5的第一调整电机5-7第二调整电机5-8和第三调整电机5-9、冷气喷头组件6的摆动电机6-5均与接线端子 5-6连接，接线端子5-6通过线缆与3d打印机设备的控制器连接，在设备控制器内置控制规则。
58.运行方式：
59.本发明的冷却型载物台装置向3d打印机设备的内部安装，具体地，令打印机设备的升降驱动丝杠穿过丝母8，令两侧的导向杆穿过两个导向滑块7；
60.为打印机设备配置循环式冷却水供应组件以及冷气供应组件，将两个水冷组件3的进水盒3-4和回水盒3-5通过外置水管与冷却水供应组件连接，将冷气供应组件的波纹管向上依次穿过后部窗口1-2和回转转盘4-4的中部窗口，将波纹管的上端与顶部平台5-4的底部固定连接，这样波纹管输送的冷却气流通过导气孔5-3后再通过冷气喷头组件6排出，冷却气流向前方的打印模型移动产生风冷冷却的效果；
61.3d打印机设备根据打印模型的尺寸不同，对两个风冷组件的初始状态以及动态动作过程进行控制，具体地：初始状态如图1中所示，此时姿态调整组件5的顶部平台5-4处于水平状态，冷气喷头组件6的活动喷管6-4朝向上方，之后两个冷气喷头组件6的摆动电机6-5各自动作，其中一个活动喷管6-4的喷口方向朝向打印模型的中下部、另一个活动喷管6-4的喷口方向朝向打印模型的中上部；
62.执行冷却操作时，冷却水循环组件动作在水冷组件3内形成冷却水循环，冷气供应组件通过波纹管向两个风冷组件供应冷却气流；在此过程中，两个风冷组件的回转平台组件 4作往复小角度的转动动作，姿态调整组件5的三个调整电机依次动作(动作包括顶动机构上移、顶部平台5-4倾斜以及顶动机构下移、顶部平台5-4恢复水平)，在这样的复合式动作过程中，两个风冷组件的喷口在一定的空间区域内移动，因而对打印模型的中下部和中
上部都产生冷却降温效果，而不将冷却降温效果局限在特定的点位，保证了对模型的冷却效率和均匀冷却的效果。