一种大-小尺寸快速切换的3d打印仓的使用方法及结构
阅读说明：本技术 一种大-小尺寸快速切换的3d打印仓的使用方法及结构 (Application method and structure of 3D printing bin capable of rapidly switching large size and small size ) 是由 陈维平 陈焕达 朱德智 付志强 于 2021-08-05 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种大-小尺寸快速切换的3D打印仓的使用方法及其结构,在大尺寸打印仓内通过隔板分隔出一个用于打印小尺寸物件的小尺寸打印仓；使用大尺寸打印仓时,主底板和副底板联动升降；使用小尺寸打印仓时,只有副底板升降；所述升降装置包括第一电机、第二电机、第一丝杠和第二丝杠,第一电机通过第一丝杠与主底板连接,第二电机通过第二丝杠与副底板连接；控制电路系统包括用于控制第二电机通断的第一开关、用于控制第一电机通断的第二开关和总开关,第一开关和第二开关分别设置在并联电路的两个支路上,总开关设置在主电路上。本发明可根据零件尺寸合理选用大或小尺寸打印仓,具有节省粉末、粉末利用率高、打印效率高、装卸方便等优点。(The invention provides a use method and a structure of a 3D printing bin with quick large-small size switching, wherein a small-size printing bin for printing small-size objects is separated from a large-size printing bin through a partition plate; when the large-size printing bin is used, the main bottom plate and the auxiliary bottom plate are lifted in a linkage manner; when the small-size printing bin is used, only the auxiliary bottom plate is lifted; the lifting device comprises a first motor, a second motor, a first lead screw and a second lead screw, the first motor is connected with the main bottom plate through the first lead screw, and the second motor is connected with the auxiliary bottom plate through the second lead screw; the control circuit system comprises a first switch for controlling the on-off of the second motor, a second switch for controlling the on-off of the first motor and a main switch, the first switch and the second switch are respectively arranged on two branches of the parallel circuit, and the main switch is arranged on the main circuit. The invention can reasonably select the large or small printing bin according to the size of the part, and has the advantages of powder saving, high powder utilization rate, high printing efficiency, convenient assembly and disassembly and the like.)
技术领域
本发明属于3D打印机领域，具体涉及一种大-小尺寸快速切换的3D打印仓的使用方法及结构。
背景技术
3D打印技术出现于上世纪80年代，是一种能够实现材料快速成形及增材制造技术，其最大的优点是摆脱了传统成形方法中复杂模具的束缚，能够使得复杂形状和结构的零件快速成形。根据打印原理的差异，目前主流的3D打印技术有熔融沉积成形(FDM)、粘结剂喷射3D打印(BJ3DP)、选择性激光烧结(SLS)、电子束熔化成形(EBM)等。
在3D打印领域，BJ3DP技术具有打印成形速度快、打印过程无需支撑材料、打印零件尺寸范围大、成本相对低廉等优势，在金属零件成形、砂型铸造、艺术品以及建筑领域应用广泛。其工作原理是通过粉末的分层粘结实现零部件成形。BJ3DP打印的具体工作方式是：铺粉装置中的刮刀将供粉仓的粉末平铺到成形仓中，多余的粉末被推入收粉仓中收集起来，接着打印喷头在计算机的控制下选择性地将粘结剂喷出；上一层粉末粘结完成，成形仓下降一定距离，供粉仓则上升一定高度，铺粉装置推出下一层粉末；如此反复，最终完成零部件的三维成形。
目前，BJ3DP打印使用的金属粉末由气雾化、水雾化或者电解法制备，制备成本高，导致粉末价格昂贵。并且，二次利用的金属粉末的纯度、氧含量以及表面活性都会受到影响，打印样品性能不如原始粉末。如果用大尺寸打印仓打印小尺寸样品时会导致大部分粉末需要回收，因此，设计一种能够实现大-小尺寸快速切换的3D打印仓结构对于实验室的研究试验工作具有十分重要意义。
中国专利《落地式3DP打印设备》(授权公告号：CN208993098U)公布的BJ3DP打印设备，包括构造组件、铺粉组件和喷墨组件。其中，构造组件包括工作箱与举升件，铺粉组件包括第一驱动件与铺粉件，喷墨组件包括第二驱动件与喷墨件。该设备的工作过程是：在第一驱动件带动下，铺粉件沿Y方向移动至另一端后返回至出发点，完成一次铺粉工作；此时喷墨件在第二驱动件的带动下，可沿X→Y→X→Y方向运动并返回至出发点，完成一次喷墨工作，此后工作箱的侧板在举升件的带动下上升一个层厚，依此循环，直至工作箱的侧板在举升件的作用下上升至最高点后完成整个打印过程。此设备占地面积小，安装高度低，提高了BJ3DP打印设备的安装便携性和打印效率。但是，当需要打印小尺寸样品，只需用到一部分打印仓空间时，该设备仍需要用到相当于整个打印仓容积的粉末，粉末消耗量大、利用率低、成本高。
中国专利《一种基于3DP工艺的桌面级3D打印机》(授权公告号：CN209126175U)公布的3D打印设备主要包括：主控机构、桁架、进给机构、打印机构、粉缸和升降机构。该设备的工作原理是，在主控机构控制下，铺粉时，成形缸粉体底板下降一个铺粉层厚的高度，而供粉缸底板则上升一个铺粉层厚的高度；Y轴进给机构驱动铺粉辊推出若干粉末，平铺在成形缸内并压实；X轴进给机构驱动打印喷头喷射粘结剂，完成一次打印工作，如此往复直到打印完成。该设备结构紧凑，占地面积小，但是打印仓空间无法根据需求进行调节，打印件的尺寸适应性不强。
发明内容
为了克服现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种大-小尺寸快速切换的3D打印仓。
本发明提供了一种大-小尺寸快速切换的3D打印仓，该打印仓结构简单且紧凑，可快速调节打印仓的结构和空间从而达到节省粉末的目的。
本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。
本发明提供的一种大-小尺寸快速切换的3D打印仓的的使用方法，包括以下步骤：
当需要打印大尺寸物件时，取出隔板，并将副底板的高度调至与主底板平齐；
接通总开关、第一开关和第二开关，第一电机驱动主底板，第二电机驱动副底板，使主底板与副底板同时同方向联动，完成大尺寸物件的打印成形；
当需要打印小尺寸物件时，把隔板安装在主底板上；
接通总开关和第一开关，第二电机驱动第二丝杠，使副底板上下运动，从而进行小尺寸物件的打印成形。
本发明还提供前述打印仓的具体结构。
本发明提供的一种大-小尺寸快速切换的3D打印仓，包括：大尺寸打印仓、隔板、主底板、副底板、升降装置和控制电路系统；
隔板设置在大尺寸打印仓内，用于将大尺寸打印仓分隔出小尺寸打印仓；
主底板和副底板可独立升降。使用大尺寸打印仓时，主底板和副底板联动升降；使用小尺寸打印仓时，只有副底板升降；
所述升降装置包括第一电机、第二电机、第一丝杠和第二丝杠，第一电机通过第一丝杠与主底板连接，第二电机通过第二丝杠与副底板连接；
控制电路系统包括用于控制第一电机通断的第二开关、用于控制第二电机通断的第一开关和总开关，第一开关和第二开关分别设置在并联电路的两个支路上，总开关设置在主电路上。
进一步地，当将总开关和第一开关同时接通，所述小尺寸打印仓单独工作以打印小尺寸物件；将总开关、第一开关和第二开关同时接通，第一电机驱动副底板以及第二电机驱动主底板同时同方向联动，实现大尺寸物件的成形。
进一步地，所述打印仓包括大尺寸成形仓和大尺寸供粉仓，所述成形仓和供粉仓均设置所述隔板以将内仓空间隔出一个用于打印小尺寸物件的小尺寸打印仓。
进一步地，所述大尺寸打印仓包括围拢使内部形成打印仓的外壁板，在大尺寸打印仓内设置有内隔板以将打印仓分隔成大尺寸成形仓和大尺寸供粉仓，所述主底板和副底板均分别与外壁板垂直设置。
进一步地，所述隔板包括竖直板、固定设置于竖直板底部的隔板底座以及设置在竖直板和隔板底座之间的加强筋，隔板底座可拆卸固定在主底板上，所述竖直板的两侧分别可拆卸固定在外壁板和内隔板上。所述加强筋设置在隔板中间位置。
进一步地，主底板上设置有多个底座定位销，所述底座定位销与隔板底座连接。
进一步地，在所述竖直板两侧设置两个吊耳，所述吊耳通过平头定位销和圆柱定位销分别与外壁板和内隔板连接。
进一步地，所述圆柱定位销也能由平头定位销替代使用。
进一步地，所述升降装置还包括用于对主底板的升降进行导向的第一导杆和用于对副底板的升降进行导向的第二导杆。
进一步地，打印仓底板包括主底板和副底板，所述主底板下方横向设置有两根导杆；所述两根导杆的中间位置，主底板重心处设置有丝杠；所述主底板靠近副底板一侧设置有两个底座定位销；所述底座定位销直径为5mm-20mm，高度为5mm-20mm，间距为60mm-90mm。
进一步地，所述丝杠由电机驱动，所述电机与丝杠通过带轮连接。
进一步地，所述副底板下方纵向设置有两根导杆；所述导杆中间位置，副底板重心处设置有丝杠。
进一步地，所述副底板的长度即为主底板的宽度；所述副底板的宽度为100mm-200mm。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
本发明提供的3D打印仓能够在一个3D打印机上实现打印大尺寸零件和小尺寸零件均有相匹配的打印仓，具有节省粉末，零件尺寸适应性好、空间利用率高、打印效率高、装卸方便和结构简单等优点；该3D打印仓避免了打印小尺寸零件时仍须使用大尺寸打印仓空间的缺点，可以满足不同使用场景下用户的需求。
附图说明
图1为实施例提供的3D打印仓结构的主视图；
图2为实施例提供的3D打印仓结构的俯视图；
图3为实施例提供的3D打印仓结构的左视图；
图4为实施例提供的3D打印仓隔板结构的主视图；
图5为实施例提供的3D打印仓隔板结构的左视图；
图6为实施例提供的3D打印仓隔板结构的俯视图；
其中，第一电机1；第一丝杠2；主底板3；外壁板4；吊耳5；隔板6；副底板7；底座定位销8；第二丝杠9；第一导杆10；第二电机11；第一开关12；第二开关13；总开关14；大尺寸成形仓15；大尺寸供粉仓16；圆柱定位销17；内隔板18；隔板底座19；加强筋20；平头定位销21；第二导杆22。
具体实施方式
以下结合实例对本发明的具体实施作进一步说明，但本发明的实施和保护不限于此。需指出的是，以下若有未特别详细说明之过程，均是本领域技术人员可参照现有技术实现或理解的。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，视为可以通过市售购买得到的常规产品。
本发明提供的一种大-小尺寸快速切换的3D打印仓，包括：大尺寸打印仓、隔板6、主底板3、副底板7、升降装置和控制电路系统。将打印仓底板设置成两部分，一部分为主底板3，另一部分为副底板7，目的是实现副底板7的独立运动。在主底板3和副底板7的分隔处设置隔板6，目的是缩小打印空间，用于打印小尺寸零部件。当需要打印小尺寸零件时，把隔板6安装在主底板3上，通过底座定位销8连接，设置在隔板6两侧的吊耳5通过平头定位销21与外壁板4连接，通过圆柱定位销17与内隔板18连接。接通总开关14和第一开关12，第二电机11驱动第二丝杠9，使副底板7上下运动，实现小尺寸零件的打印成形。当需要打印大尺寸零件时，拆除圆柱定位销17与平头定位销21，取出隔板6，将副底板7降至与主底板3平齐。接通总开关14、第一开关12和第二开关13，第一电机1驱动主底板3，第二电机11驱动副底板7，使主底板3与副底板7同时同方向联动，实现大尺寸零件的打印成形。该3D打印仓能够在一个3D打印机上实现打印大尺寸零件和小尺寸零件均有相匹配的打印仓，具有节省粉末、零件尺寸适应性好、粉末利用率高、打印效率高、装卸方便和结构简单等优点。避免了打印小尺寸零件时仍须使用大尺寸打印仓空间的缺点，满足不同应用场景下用户的需求。
图1为本发明其中一个实施例的结构示意图。如图1所示，一种大-小尺寸快速切换的3D打印仓，包括第一电机1、第一丝杠2、主底板3、外壁板4、吊耳5、隔板6、副底板7、底座定位销8、第二丝杠9、第一导杆10、第二电机11、第一开关12、第二开关13、总开关14、大尺寸成形仓15、大尺寸供粉仓16、圆柱定位销17、内隔板18、隔板底座19、加强筋20、平头定位销21、第二导杆22。为使供粉量足够铺满成形仓，供粉仓空间应略大于成形仓。成形仓与打印仓结构相同，仅对成形仓结构进行标注与说明。
第一电机1与第二电机11用于：为打印机的主底板3和副底板7的升降运动提供动力，以及控制打印层厚；
主底板3与副底板7用于：连接丝杠，支撑粉体；
外壁板4用于：支撑和固定隔板6，并使之连接成整体；
吊耳5的功能：垂直方向定位作用，使隔板6与大尺寸打印仓相连，便于隔板6拆卸时取出；
隔板6用于：缩小打印空间，用于打印小尺寸零部件，支撑粉体；
底座定位销8用于：与隔板底座19相连，水平方向定位作用；
第二丝杠9与第一丝杠2功能：连接底板与电机，传递动力；
第一导杆10与第二导杆22功能：连接和导向，使得底板能够上下垂直运动；
第一开关12与第二开关13功能：控制主底板3和副底板7的升降；
总开关14功能：控制总电路的通断；
大尺寸成形仓15用于：零部件打印成形；
大尺寸供粉仓16用于：装载粉末，为零部件打印提供粉末；
圆柱定位销17用于：将位于供粉仓内的隔板、位于成形仓内的隔板均与内隔板连接起来，起到定位、固定的作用。
内隔板18用于：将打印仓分隔成供粉仓与成形仓；
隔板底座19用于：连接主底板且起到支撑隔板的作用；
加强筋20用于：提高隔板的支撑强度；
平头定位销21用于：连接隔板6与外壁板4，防止打印过程中隔板6发生移动。
参照图1所示，本发明供的一种大-小尺寸快速切换的3D打印仓，包括：大尺寸打印仓、隔板6、主底板3、副底板7、升降装置和控制电路系统，箱体内设置有大尺寸打印仓；隔板6设置在大尺寸打印仓内，用于分隔出一个打印小尺寸物件的小尺寸打印仓；主底板3和副底板7可独立升降，使用大尺寸打印仓时，主底板3和副底板7联动升降；使用小尺寸打印仓时，只有副底板7升降。
所述升降装置包括：第一电机1、第二电机11、第一丝杠2和第二丝杠9，第一电机1通过第一丝杠2与主底板3连接，第二电机11通过第二丝杠9与副底板7连接；控制电路系统包括用于控制第一电机1通断的第二开关13、用于控制第二电机11通断的第一开关12和总开关14，第一开关12和第二开关13分别设置在并联电路的两个支路上，总开关14设置在主电路上。
具体的，在本发明其中一个实施例中，主底板3和副底板7组成打印仓底板，所述主底板3下方横向设置有两根第一导杆10；在两根第一导杆10的中间位置且位于主底板3的重心处设置有第一丝杠2，且第一丝杠2的顶端与主底板3连接，如图3所示；优选的，主底板下方的第一导杆10与第一丝杠2的间距为80mm-120mm，所述主底板3上且靠近副底板7一侧设置有两个底座定位销8；优选的，底座定位销8直径为5mm-20mm，高度为5mm-20mm，间距为60mm-90mm。
第一丝杠2由第一电机1驱动，第一电机1与第一丝杠2之间通过带轮的方式连接，动力由第一电机1传递到第一丝杠2，从而实现主底板3的升降运动。
在本发明其中一个实施例中，所述副底板7下方纵向设置有两根第二导杆22；在两第二导杆22的中间位置且位于副底板7的重心处设置有第二丝杠9，优选的，副底板7下方的第二导杆22与第二丝杠9的间距为60mm-100mm。
请参阅图2，两第一导杆10沿横向方向排布，两第二导杆22沿纵向方向排布，可以使打印仓结构紧凑，占地面积小。
所述副底板7的长度即为主底板3的宽度；优选的，副底板7的宽度为100mm-200mm。
在本发明其中一个实施例中，请参阅图4-图6，所述隔板6包括竖直板、固定设置于竖直板底部的隔板底座19以及设置在竖直板和隔板底座19之间的加强筋20，隔板底座19可拆卸固定在主底板3上，所述竖直板的两侧分别可拆卸固定在外壁板4和内隔板18上。优选地，加强筋20设置在隔板6的中间位置处，加强筋20的厚度为10mm-30mm。
在本发明其中一个实施例中，主底板3上设置有多个底座定位销8，所述底座定位销8与隔板底座19连接。
在本发明其中一个实施例中，隔板6的竖直板两侧设置两个吊耳5，吊耳5通过平头定位销21和圆柱定位销17分别与外壁板4和内隔板18连接。优选的，平头定位销21与圆柱定位销17公称直径为8mm-16mm，长度为20mm-40mm。
前述的一种大-小尺寸快速切换的3D打印仓的使用方法如下：
当需要打印大尺寸零件时，拆除平头定位销21与圆柱定位销17，接着取出隔板6，将副底板7降至与主底板3平齐；
接通总开关14、第一开关12和第二开关13，第一电机1驱动主底板3，第二电机11驱动副底板7，使主底板3与副底板7同时同方向联动，从而进行大尺寸零件的打印成形；
当需要打印小尺寸零件时，把隔板6安装在主底板3上，通过底座定位销8连接，隔板6两侧吊耳5通过平头定位销21与外壁板4连接，通过圆柱定位销17与内隔板18连接；
接通总开关14和第一开关12，第二电机11驱动第二丝杠9，使副底板7上下运动，从而进行小尺寸零件的打印成形，避免了打印小尺寸零件时仍须使用大尺寸打印仓空间的缺点，可以满足不同使用场景下用户的需求，具有节省粉末、粉末利用率高、打印效率高、装卸方便和结构简单等优点。
以上实施例仅为本发明较优的实施方式，仅用于解释本发明，而非限制本发明，本领域技术人员在未脱离本发明精神实质下所作的改变、替换、修饰等均应属于本发明的保护范围。