基于霍尔原理实现自动调平的3D打印机及其调平方法

摘要

本发明公开了一种基于霍尔原理实现自动调平的3D打印机及其调平方法，3D打印机包括打印平台和机头，机头包括壳体和打印组件，打印组件底部设有打印头，壳体通过一弹片固定打印组件，打印组件顶部固定一霍尔传感器，霍尔传感器顶侧的壳体上固定一磁铁，霍尔传感器和磁铁位于同一垂直方向上。调平方法是在打印平台上确定N个坐标点，控制打印头在Z轴方向上分别去触碰打印平台的N个坐标点，打印平台会对打印头施加一个反作用力，导致打印头发生轻微变形，磁铁与霍尔传感器之间的距离会产生轻微变化；霍尔传感器感应到该变化，在打印过程中进行打印补偿。本发明实现了3D打印机的自动调平，无需人工调平操作，调平精度高，操作便捷。

说明书

技术领域

本发明涉及打印机及其调平方法，尤其涉及一种基于霍尔原理实现自动调平的3D打印机及其调平方法。

背景技术

现有的FDM 3D打印机，打印平台需要平整(平面度小于0.2mm)，否则将导致打印效果不良，打印成功率低。现有的调平方案，大多数通过人为即手动的形式，通过机械结构去实现。会存在以下几个问题：1：人为因素较多，精度差。2：受结构限制，不方便操作。3：包装运输，会导致平台的平面度误差增大。4：打印平台为机加工件，本身平面度就一定的误差。5：在组件过程，所有零件装配起来会有装配的累计误差。因此，研发一种基于霍尔原理实现自动调平的3D打印机，成为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明是为了解决上述不足，提供了一种基于霍尔原理实现自动调平的3D打印机及其调平方法。

本发明的上述目的通过以下的技术方案来实现：一种基于霍尔原理实现自动调平的3D打印机，包括打印平台和机头，所述机头包括壳体和打印组件，打印组件底部设有打印头，壳体通过一弹片固定打印组件，打印组件顶部固定一霍尔传感器，霍尔传感器顶侧的壳体上固定一磁铁，所述霍尔传感器和磁铁位于同一垂直方向上。

本发明的一种基于霍尔原理实现自动调平的3D打印机的调平方法，包括以下步骤：在打印平台上确定N个坐标点，控制打印头在Z轴方向上分别去触碰打印平台的N个坐标点，此时，打印平台会对打印头施加一个反作用力，导致打印头发生轻微变形，变形后，磁铁与霍尔传感器之间的距离会产生轻微变化；霍尔传感器感应到该变化，在坐标系上标定为Z轴的0点位置，以此类推，3D打印机在打印平台上确定N个0点位置，3D打印机再将N个0点位置耦合成一个虚拟的平面；在打印过程中，3D打印机能够计算出虚拟的打印平面与真实平面之间的距离，并对Z轴进行补偿，从而实现免调平的目的。

进一步地，所述坐标点的采点数量为9个、16个或25个，甚至更多，采点数量根据实际需要而定。

进一步地，所述霍尔传感器的信号采集板嵌入式软件源代码如下：

本发明与现有技术的优点是：本发明实现了3D打印机的自动调平，无需人工调平操作，调平精度高，确保产品的平面度，操作便捷。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明中机头在打印头处的Y轴向剖面图。

图3是本发明中机头在霍尔传感器处的X轴向剖面图。

图4是本发明中打印平台上标记坐标点的示意图。

图5是本发明中霍尔传感器接收板的设计原理图。

图6是本发明中霍尔传感器的信号采集板的设计原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步详述。

如图1、图2及图3所示，一种基于霍尔原理实现自动调平的3D打印机，包括打印平台1和机头2，所述机头2包括壳体201和打印组件202，打印组件202底部设有打印头203，壳体201通过一弹片5固定打印组件202，打印组件202顶部固定一霍尔传感器3，霍尔传感器3顶侧的壳体201上固定一磁铁4，所述霍尔传感器3和磁铁4位于同一垂直方向上。

本发明的一种基于霍尔原理实现自动调平的3D打印机的调平方法，包括以下步骤：在打印平台1上确定N个坐标点，控制打印头在Z轴方向上分别去触碰打印平台1的N个坐标点，此时，打印平台1会对打印头施加一个反作用力，导致打印头发生轻微变形，变形后，磁铁4与霍尔传感器3之间的距离会产生轻微变化；霍尔传感器3感应到该变化，在坐标系上标定为Z轴的0点位置，以此类推，3D打印机在打印平台1上确定N个0点位置，3D打印机再将N个0点位置耦合成一个虚拟的平面；在打印过程中，3D打印机能够计算出虚拟的打印平面与真实平面之间的距离，并对Z轴进行补偿，从而实现免调平的目的。

进一步地，所述坐标点的采点数量为9个、16个或25个，甚至更多，采点数量根据实际需要而定。

进一步地，所述霍尔传感器的信号采集板嵌入式软件源代码如下：

具体实施方法：

首先，打印平台1的平面度会随着装配公差，加工来料等因素影响，有可能会大于0.2mm(对于3D打印机，打印平台1平面度大于0.2mm会造成打印不良，打印成功率低下)。在打印平台1上取N个坐标点，如图4所示：取9个坐标点：P1，P2，P3，P4，P5，P6，P7，P8，P9。

如图2、图3及图4所示，以坐标点P1为例，控制3D打印机打印头移动到坐标点P1，打印头受到反作用力，弹片发生形变，使得霍尔传感器3与磁铁4之间的距离D发生变化，霍尔传感器3感应到磁场的变化，霍尔传感器3的输出电压变随之改变。此时，霍尔板将电压信号传输到主板，主板接收到信号后，判断此空间位置为坐标点P1的Z轴方向上的0点位置Z1。以此类推，可以得到Z2，Z3，Z4，Z5，Z6，Z7，Z8，Z9。图5所示为霍尔传感器接收板的设计原理图，图6所示为霍尔传感器的信号采集板的设计原理图。

从理论上，这9个点将打印平台1解耦成4个正方形，即：P1，P2，P4，P5组成一个正方形；P2，P3，P5，P6组成一个正方形；P4，P5，P7，P8组成一个正方形；P5，P6，P8，P9组成一个正方形。那么，每个小正方形的平面度会随着尺寸的缩小而缩小，在实际应用中，只要每个小正方形的平面度小于0.2mm即可。因此，取坐标点的数量，取决于每一个小正方形的平面度，在小正方形满足平面度小于0.2mm的基础上，坐标点越少越好，这样可以尽量减小自动调平的时间，简化调平过程。

工作时，可以设置任意点为打印平台1的0点位置，例如：以中心点P5为打印平台1原点，当进行打印任务时，如果打印头由P5移动到P4，3D打印机会首先计算Z4与Z5之间的高度差б，并在移动过程中，进行Z轴方向的补偿-б,从而实现成功打印。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。