СИСТЕМА ПРОЦЕССА АВТОМАТИЧЕСКОЙ КАЛИБРОВКИ РАСПОЛОЖЕНИЯ ПЛАТФОРМЫ ТРЕХМЕРНОГО ПРИНТЕРА

Заявляемая полезная модель относится к элементам управления и контроля трехмерных (3D) принтеров по технологии FDM (Fused Deposition Modeling - моделирование методом осаждения расплавленной нити), но также применима и к другим технологиям, где важно обеспечить одинаковое расстояние между печатающим органом печатной головки и плоскостью начала печати.
Известен персональный портативный 3D-принтер Up!Plus2 разработанный компанией PP3DP , в котором используется калибровка расположения платформы в ручном и в автоматическом режиме. При автоматическом режиме используется программное обеспечение, при ручном режиме - датчик калибровки с магнитом устанавливаемый в специальное гнездо на задней стенке принтера.
К недостаткам данной системы можно отнести обязательное демонтирование датчика после окончания процесса калибровки платформы.
Наиболее близким устройством того же назначения, который принят за прототип, является 3D-принтер с FDM (Fused Deposition Modeling - моделирование методом осаждения расплавленной нити) технологией печати открытого проекта RepRap (http://reprapologv.info/archive/1545/tochki-nad-vo%ce%9bo/) в котором используется автоматическая калибровка расположения платформы, например функции «bed autoleveling» или «auto bed leveling» прошивки Marlin 1.0.
К недостаткам данной автокалибровки является то, что:
- в случае применения механических датчиков, они должны быть съемными, чтобы не мешать процессу печати после завершения калибровки;
- датчики, автоматически убираемые с помощью миниатюрных сервоприводов, ухудшают повторяемость автокалибровки поскольку имеют не жесткую конструкцию;
- в случае применения бесконтактных датчиков, они должны быть стойкими к повышенной температуре в зоне их размещения, особенно в случае нагреваемого основания («heat bed») то есть плоскости начала печати;
- автокалибровкой отслеживается положение плоскости начала печати относительно датчика, хотя наиболее важным является отслеживание расстояние между этой плоскостью и нижней точкой сопла.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемая полезная модель, является обеспечение надежности автоматической калибровки расположения плоскости платформы 3D-принтера, определяющееся более точным заданием или регистрацией положения эктрузионной головки, в частности нижней точки сопла, относительно плоскости начала печати и, как следствие, корректная печать 3D-модели.
Указанная техническая задача решается общим с прототипом наличием платформы-основания 3D-принтера, датчика, термопечатающей головки, состоящей из стационарной части, перемещающейся по линейным направляющим (перемещение по осям X и Y), соединенной посредством пары скольжения или качения с экструзионной головкой, содержащей сопло, нагревательную камеру, радиатор.
Для достижения указанного результата тело датчика крепится на стационарную часть термопечатающей головки, а воздействующий элемент, обеспечивающий срабатывание датчика, устанавливается на экструзионной головке, имеющей не более двух степеней свободы (перемещение вдоль оси Ζ и вращение вокруг нее). Геометрия воздействующего элемента может быть различной, необходимым условием является обеспечение срабатывания датчика.
Срабатывание датчика настраивается в пределах рабочего хода экструзионной головки и составляет расстояние h между воздействующим элементом при крайнем нижнем положении сопла и точкой попадания воздействующего элемента в зону чувствительности датчика. Использование воздействующего элемента, установленного на экструзионной головке позволяет отдалить само тело датчика от плоскости платформы, температура которой может достигать +120°С и тем самым негативно влиять на стабильность его работы. Поскольку срабатывание датчика происходит при одном и том же значении h, отпадает необходимость контроля размера сопел экструзионной головки, а значит, возможна их замена без ущерба калибровки расположения плоскости платформы. Дополнительной возможностью данной компоновки является использование датчика как дополнительного или единственного датчика нулевого положения по оси Ζ (положение «Home» оси Ζ).
При недостаточной массе экструзионной головки для ее гарантированного крайнего нижнего положения, соосно паре скольжения (качения), устанавливается пружина.
В качестве датчика может быть использован оптический щелевой, бесконтактный емкостной, индуктивный или любой другой датчик, с возможностью регистрирования приближения воздействующего элемента, установленного на экструзионной головке. Выбор типа и конкретной модели датчика определяется исходя из требуемой точности процесса печати на каждой конкретной модели 3D-принтера.
Так же в качестве датчика может быть использовано электрическое замыкание двух контактов, один из которых закреплен на стационарной части печатающей головки, а другой на экструзионной головке, в том числе, если один или оба контакта датчика являются частью токопроводящих деталей соответствующих элементов.
На фиг. 1 - общий вид системы автоматической калибровки расположения плоскости платформы 3D-принтера.
Система (фиг. 1) содержит платформу-основание 1, печатающую головку, состоящую из стационарной части 2, соединенной посредством пары скольжения или качения 3 с экструзионной головкой, содержащей сопло 4, нагревательную камеру 5, радиатор 6, датчик 7, воздействующий элемент 8, пружину 9.
Калибровка плоскости платформы осуществляется следующим образом.
Для осуществления срабатывания датчика выполняется несколько этапов: подъем плоскости платформы 1 до касания нижней точки сопла 4; дальнейший подъем платформы вместе с экструзионной головкой на расстояние h, необходимое для срабатывания датчика. Расстояние h обеспечивается конструктивно и должно быть не больше длины хода экструзионной головки. Использование пружины 9 обосновано, в случае если масса экструзионной головки мала.
Для установления нулевого значения координаты Ζ с помощью того же датчика достаточно установить плоскость платформы (плоскость начала печати) в положение срабатывания датчика (экструзионная головка поднята на высоту h, координата Ζ=0 -h), а затем опустить экструзионную головку (увеличить координату Z) на величину h. Величина h должна быть известна и, как правило, ее значение заносится в прошивку 3D-принтера.
Благодаря данной схеме процесса калибровки расположения платформы, датчик не подвергается нагреву, точность калибровки плоскости платформы увеличивается, даже при использовании различных размеров сопел в экструзионной головке.