阅读说明：本技术 3d打印机自动换料装置及自动换料方法 (Automatic material changing device and automatic material changing method for 3D printer ) 是由 刘辉林 唐京科 敖丹军 陈春 严罗林 于 2020-06-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种3D打印机自动换料装置及自动换料方法,其中装置包括挤出机构、切换机构；挤出机构包括主动轮、第一从动轮组、第二从动轮组、第一旋转夹、第二旋转夹以及拉伸弹簧,第一旋转夹和第二旋转夹的一端均与盖体铰接,第一旋转夹和第二旋转夹的另一端通过拉伸弹簧连接；切换机构包括与挤出底座转动连接的切换杆,及与切换杆固定连接的切换手柄；第一旋转夹近于拉伸弹簧的一端固定连接有第一限位柱,第二旋转夹近于拉伸弹簧的一端固定连接有第二限位柱；切换手柄处于初始状态时,切换杆的两端分别抵接于第一限位柱和第二限位柱,以使得第一从动轮组和第二从动轮组均与主动轮分离。本发明自动化程度高,提升了工作效率,节约了人力成本。(The invention discloses an automatic material changing device and an automatic material changing method for a 3D printer, wherein the device comprises an extrusion mechanism and a switching mechanism; the extruding mechanism comprises a driving wheel, a first driven wheel set, a second driven wheel set, a first rotating clamp, a second rotating clamp and an extension spring, one end of each of the first rotating clamp and the second rotating clamp is hinged with the cover body, and the other end of each of the first rotating clamp and the second rotating clamp is connected through the extension spring; the switching mechanism comprises a switching rod which is rotatably connected with the extrusion base and a switching handle which is fixedly connected with the switching rod; one end of the first rotating clamp close to the extension spring is fixedly connected with a first limiting column, and one end of the second rotating clamp close to the extension spring is fixedly connected with a second limiting column; when the switching handle is in an initial state, two ends of the switching rod are respectively abutted to the first limiting column and the second limiting column, so that the first driven wheel set and the second driven wheel set are both separated from the driving wheel. The invention has high automation degree, improves the working efficiency and saves the labor cost.)

3D打印机自动换料装置及自动换料方法

技术领域

本发明涉及3d打印领域，更具体地说是一种3D打印机自动换料装置及自动换料方法。

背景技术

在3D打印过程中，利用挤出机带动料丝进入喷头，然后将熔融的料丝从喷嘴挤出进行打印。但是在打印途中会出现料丝用完的情况，需要操作人员长时间坚守在打印机旁进行手动换料，如果没有及时更换料盘，打印就会失败，极大降低了工作效率和料丝利用率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供3D打印机自动换料装置及自动换料方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：3D打印机自动换料装置，包括盖体、挤出机构、切换机构、电机；所述盖体内设有一安装腔，所述挤出机构、切换机构均安装于安装腔内；所述挤出机构包括主动轮、第一从动轮组、第二从动轮组、第一旋转夹、第二旋转夹以及拉伸弹簧；所述第一旋转夹和第二旋转夹的一端均与盖体铰接，所述第一旋转夹和第二旋转夹的另一端通过所述拉伸弹簧连接；所述主动轮位于第一旋转夹和第二旋转夹之间；所述电机的输出轴与主动轮连接；所述切换机构包括与盖体转动连接的切换杆，及与切换杆固定连接的切换手柄；所述第一旋转夹近于拉伸弹簧的一端固定连接有第一限位柱，所述第二旋转夹近于拉伸弹簧的一端固定连接有第二限位柱；所述切换手柄向靠近于第一从动轮组转动时，所述第一从动轮组与所述主动轮啮合，所述切换手柄向靠近于第二从动轮组转动时，所述第二从动轮组与所述主动轮啮合。

其进一步技术方案为：所述第一从动轮组包括第一切换齿轮和第一挤出轴承；所述第一切换齿轮安装于第一挤出轴承的上方，所述第一切换齿轮上设有第一凸起；所述第二从动轮组包括第二切换齿轮和第二挤出轴承；所述第二切换齿轮安装于第二挤出轴承的上方，所述第二切换齿轮上设有第二凸起。

其进一步技术方案为：所述切换杆的一端还设有第一阻挡部，所述切换杆的另一端还设有第二阻挡部。

其进一步技术方案为：所述切换杆的一端设有第一内凹弧形面，所述第一内凹弧形面构成与第一限位柱抵接的导向面；所述切换杆的另一端设有第二内凹弧形面，所述第二内凹弧形面构成与第二限位柱抵接的导向面。

其进一步技术方案为：所述盖体包括挤出底座，及与挤出底座连接的挤出盖；所述挤出底座上设有所述安装腔，所述通孔位于所述挤出底座上，所述电机固定于所述挤出底座的底部，且电机的输出轴穿过通孔与所述主动轮连接。

其进一步技术方案为：所述第一切换齿轮和挤出底座上均设有第一拉簧柱，所述第二切换齿轮和挤出底座上均设有第二拉簧柱，所述第一切换齿轮和挤出底座的两个第一拉簧柱之间连接有第一弹簧，所述第二切换齿轮和挤出底座的两个第二弹簧柱之间连接有第二弹簧。

其进一步技术方案为：还包括第一进料管、第二进料管、第一出料管以及第二出料管；所述第一进料管和第一出料管分别位于所述第一从动轮组与主动轮中间的两端，所述第二进料管和第二出料管分别位于所述第二从动轮组与主动轮中间的两端。

其进一步技术方案为：所述挤出底座设有用于固定第一进料管的第一固定孔，用于固定第一出料管的第二固定孔，用于固定第二进料管的第三固定孔，以及用于固定第二出料管的第四固定孔；所述第一固定孔和第二固定孔位于同一轴心上，所述第三固定孔和第四固定孔位于同一轴心上；所述安装腔内还设有用于支撑第一进料管和第二进料管的支撑板，所述支撑板上开设有与第一进料管直径相适应的第一支撑孔，以及与第二进料管直径相适应的第二支撑孔；所述第一支撑孔和第二支撑孔并排设置。

其进一步技术方案为：还包括电机安装板；所述电机安装板固定于所述挤出底座的底部，所述电机与所述电机安装板固定连接。

一种采用上述的3D打印机自动换料装置的自动换料方法，所述方法包括以下步骤：

对正在进行工作的送料通道进行监测；

判断正在进行工作的送料通道是否发生断料情况；

若是，则通过控制电机带动主动轮反向旋转，以将该送料通道中的残留料丝退出，以及在该送料通道所对应的从动轮组对切换杆的作用力下，使该送料通道所对应的从动轮组与主动轮分离，使另外一送料通道所对应的从动轮组与主动轮啮合。

本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明提供的3D打印机自动换料装置，通过切换手柄来控制从动轮组与主动轮之间啮合和分离，利用电机的反向转动，实现送料通道的自动切换，从而完成自动换料，不需要人为监控、换料，自动化程度高，提升了工作效率，节约了人力成本。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明技术手段，可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征及优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，详细说明如下。

附图说明

图1为本发明3D打印机自动换料装置具体实施例的组装图；

图2为本发明3D打印机自动换料装置具体实施例的分解图；

图3为本发明3D打印机自动换料装置具体实施例中安装腔内部件的安装结构示意图；

图4为本发明3D打印机自动换料装置具体实施例中安装腔内部件的安装结构示意图(未画出挤出底座)；

图5为本发明3D打印机自动换料装置具体实施例中安装腔内部分部件的安装结构示意图；

图6为本发明3D打印机自动换料装置具体实施例中挤出底座的结构示意图；

图7为本发明3D打印机自动换料装置具体实施例中切换机构的结构示意图；

图8为本发明3D打印机自动换料装置具体实施例中第一从动轮组的结构示意图。

附图标记

1、盖体；11、挤出盖；12、挤出底座；121、安装腔；122、第一拉簧柱；1221、第一弹簧；123、第二拉簧柱；1231、第二弹簧；124、第一固定孔；125、第二固定孔；126、第三固定孔；127、第四固定孔；128、支撑板；1281、第一支撑孔；1282、第二支撑孔；129、通孔；2、电机安装板；3、电机；4、第一旋转夹；41、第一从动轮组；411、第一切换齿轮；412、第一凸起；413、第一挤出轴承；42、第一限位柱；43、拉伸弹簧；5、第二旋转夹；51、第二从动轮组；52、第二限位柱；6、切换机构；61、切换杆；611、第一内凹弧形面；612、第一阻挡部；613、第二内凹弧形面；614、第二阻挡部；62、切换手柄；7、主动轮；8、第一进料管；9、第一出料管；10、第二进料管；20、第二出料管；30、第一送料通道；40、第二送料通道。

具体实施方式

为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步介绍和说明，但不局限于此。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，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。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

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之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，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”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，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应理解为必须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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，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进行结合和组合。

实施例一

本发明提出了一种3D打印机自动换料装置，请参见图1-5、8，该装置包括盖体1、挤出机构、切换机构6、电机3、第一进料管8、第二进料管10、第一出料管9以及第二出料管20；盖体1包括挤出底座12，及与挤出底座12连接的挤出盖11；挤出底座12设有一安装腔121，挤出机构、切换机构6、进料管和出料管均安装于安装腔121内；挤出机构包括主动轮7、第一从动轮组41、第二从动轮组51、第一旋转夹4、第二旋转夹5以及拉伸弹簧43；第一旋转夹4和第二旋转夹5的一端均与挤出底座12铰接，第一旋转夹4和第二旋转夹5的另一端通过拉伸弹簧43连接；第一旋转夹4近于拉伸弹簧43的一端固定连接有第一限位柱42，第二旋转夹5近于拉伸弹簧43的一端固定连接有第二限位柱52；主动轮7位于第一旋转夹4和第二旋转夹5之间，挤出底座12开设有一通孔129，位于挤出底座12下方的电机3的输出轴穿过通孔129与主动轮7连接；第一从动轮组41包括第一切换齿轮411和第一挤出轴承413；第一切换齿轮411安装于第一挤出轴承413的上方，第一切换齿轮411上设有第一凸起412；第二从动轮组51包括第二切换齿轮和第二挤出轴承；第二切换齿轮安装于第二挤出轴承的上方，第二切换齿轮上设有第二凸起；切换机构6包括与挤出底座12转动连接的切换杆61，及与切换杆61固定连接的切换手柄62；切换杆61的一端设有第一阻挡部612，切换杆61的另一端还设有第二阻挡部614；切换杆61的一端还设有第一内凹弧形面611，第一内凹弧形面611构成与第一限位柱42抵接的导向面；切换杆61的另一端还设有第二内凹弧形面613，第二内凹弧形面613构成与第二限位柱52抵接的导向面。第一切换齿轮41反向旋转时，第一凸起412将与第一阻挡部612接触，且切换手柄62向远离于第一从动轮组41的方向转动，切换杆61的第一内凹弧形面611与第一限位柱42接触，用于阻止第一旋转夹4向主动轮7方向靠近，以使得第一切换齿轮411与主动轮7分离，第二切换齿轮与主动轮7啮合；第二切换齿轮反向旋转时，第二凸起将与第二阻挡部614接触，且切换手柄62向远离于第二从动轮组51的方向转动，切换杆61的第二内凹弧形面613与第二限位52柱接触，用于阻止第二旋转夹向主动轮方向靠近，以使得第二切换齿轮与主动轮7分离，第一切换齿轮411与主动轮7啮合。第一切换齿轮411和挤出底座12上均设有第一拉簧柱122，第二切换齿轮和挤出底座12上均设有第二拉簧柱123，第一切换齿轮411和挤出底座12的两个第一拉簧柱122之间连接有第一弹簧1221，第二切换齿轮和挤出底座12的两个第二弹簧1231柱之间连接有第二弹簧1231；切换手柄62处于初始状态时，切换杆61的两端分别抵接于第一限位柱42和第二限位柱52，以使得第一从动轮组41和第二从动轮组51均与主动轮7分离，且第一从动轮组41的第一挤出轴承413与主动轮7的分离空间构成第一送料通道30，第一进料管8和第一出料管9分别位于第一送料通道30的两端，第二挤出轴承与主动轮7的分离空间构成第二送料通道40，第二进料管10和第二出料管20分别位于第二送料通道40的两端；切换手柄62向靠近于第一从动轮组41转动时，第一从动轮组41的第一切换齿轮411与主动轮7啮合，切换手柄62向靠近于第二从动轮组51转动时，第二从动轮组51的第二切换齿轮与主动轮7啮合；可通过控制电机3的输出轴正向旋转或者反向旋转。具体的，本装置能够实现自动换料的原理如下：

第一旋转夹4和第二旋转夹5的一端均是与挤出底座12铰接的，另一端则是通过拉伸弹簧43连接，因此，拉伸弹簧43会给第一旋转夹4和第二旋转夹5两者靠拢的拉力，切换手柄62在初始位置时(切换手柄62未发生向左或者向右转动时)，切换杆61的两端分别与第一旋转夹4和第二旋转夹5上分别设置的第一限位柱42和第二限位柱52是抵接的，由于抵接的作用，切换杆61能够抗衡拉伸弹簧43产生的拉力，使得切换手柄62在初始位置时第一从动轮组41和第二从动轮组51均与主动轮7是分离的，从而第一从动轮组41的第一挤出轴承413与主动轮7之间形成第一送料通道，第二从动轮组51的第二挤出轴承与主动轮7之间形成第二送料通道，上料时，将料丝加入进料管穿入送料通道即可完成上料。

当两个送料通道上料完成之后，则可以开始3D打印过程，具体的，例如，先让第一送料通道30开始工作，则需要旋转切换手柄62，使切换杆61向第二限位柱42的方向转动，转动之后，切换杆61原本与第一限位柱42抵接的一端便不再构成抵接(此时第二限位柱52与切换杆61的另一端仍然保持抵接关系)，而是两者分开，分开之后又由于在拉伸弹簧43的拉力下，会使得第一从动轮组41的第一挤出轴承413和主动轮7的距离缩小，通过电机3带动主动轮7正向旋转，主动轮7驱动第一从动轮组41的第一挤出轴承413运动(由于第一挤出轴承413是有内外两圈的，第一从动轮组41的第一切换齿轮411与第一挤出轴承413的内圈安装在一起，实际主动轮7带动第一从动轮组41的第一挤出轴承413的外圈运动，因此切换齿轮是不运动。又由于切换杆61的端部为内凹弧形面，因此切换杆61不会阻碍到第一从动轮组41正向转动)，将料丝挤压至第一出料管9，经加热后由喷嘴挤出。

若检测到第一送料通道30缺料时，则电机3会驱动主动轮7反向旋转，主动轮7带动第一从动轮组41的第一挤出轴承413反向转动时，会将残留在第一送料通道30的料丝退出(由于料丝退出后，第一从动轮组41的第一挤出轴承413与主动轮之间没有料丝，使得第一从动轮组41的第一切换齿轮411与主动轮7齿合)，料丝退出后，主动轮7带动第一切换齿轮411运动，第一切换齿轮411运动时，第一切换齿轮411上的第一凸起412将与切换杆61上的第一阻挡部612接触，第一凸起412迫使切换杆61向远离于第一从动轮组41的方向运动，切换杆61与第一限位柱42抵接，切换杆61会给第一限位柱52一定的阻力，阻止第一从动轮组41靠近主动轮7，从而使得第一切换齿轮411与主动轮7分离，同时第二从动轮组51与主动轮7的距离缩小，以此来实现了自动换料，不需要人为监控、换料，自动化程度高，提升了工作效率，节约了人力成本。另外，检测送料通道缺料的方式有很多，例如，可以通过送料通道设置传感器来检测送料通道是否缺料，当传感器检测到缺料时，通过控制电机3的输出轴反向旋转。

另外，两个第一拉簧柱122之间连接的第一弹簧1221，以及两个第二拉簧柱123之间连接的第二拉簧1231能够在从动轮与主动轮7分开时，给予从动轮的切换齿轮约束力，使从动轮与主动轮7保持分离状态。

请参考图6、挤出底座12设有用于固定第一进料管8的第一固定孔124，用于固定第一出料管9的第二固定孔125，用于固定第二进料管10的第三固定孔126，以及用于固定第二出料管20的第四固定孔127；第一固定孔124和第二固定孔125位于同一轴心上，第三固定孔126和第四固定孔127位于同一轴心上。安装腔121内还设有用于支撑第一进料管8和第二进料管10的支撑板128，支撑板128上开设有与第一进料管8直径相适应的第一支撑孔1281，以及与第二进料管10直径相适应的第二支撑孔1282；第一支撑孔1281和第二支撑孔1282并排设置。

在某些实施例中，比如在本实施例中，请参见图1、2，该装置还包括电机安装板2；电机安装板2固定于挤出底座12的底部，电机3与电机安装板2固定连接。

实施例二

本发明还提出了一种3D打印机自动换料装置的自动换料方法的自动换料方法，该方法是采用上述实施例一的3D打印机自动换料装置，具体的，该方法包括以下步骤：

第一步：对正在进行工作的送料通道进行监测；

第二步：判断正在进行工作的送料通道是否发生断料情况；

第三步：若是，则通过控制电机带动主动轮反向旋转，以将该送料通道中的残留料丝退出，以及在该送料通道所对应的从动轮对切换杆的作用力下，使该送料通道所对应的从动轮组与主动轮分离，使另外一送料通道所对应的从动轮与主动轮的距离缩小；若否，则继续执行第一步。

通过对送料通道进行监测，当发生断料的情况时，利用电机的反向转动，实现送料通道的自动切换，从而完成自动换料，不需要人为监控、换料，自动化程度高，提升了工作效率，节约了人力成本。

上述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。