一種外掛式3D打印斷絲檢測裝置

張歡 余麗

摘要： 為了解決普通3D打印機因吐絲間斷造成的打印件質量不高問題，設計了一種外掛式3D打印斷絲檢測裝置。打印中，該裝置檢測電路能及時發現打印機吐絲間斷現象并發出報警，通過擋塊終止打印，以便在斷絲現象排除后銜接打印，保證打印件質量。

關鍵詞： 3D打印;斷絲檢測;外掛式

中圖分類號： TP334.8?? ?文獻標識碼： A?? ?文章編號： 1672-9129（2018）09-0049-01

Abstract： ?In order to solve the problem of low quality of printed parts caused by wire breakage in ordinary 3D printers， an external 3D printing broken wire detecting device was designed. During printing， the device detection circuit can detect the phenomenon of printer wire breakage and issue an alarm in time， and terminate the printing through the stopper， so as to connect the printing after the wire breakage phenomenon is eliminated， and the quality of the print piece is ensured.

Keywords： 3D printing;broken wire detection;external type

3D打印作為一種快速成形技術，它以數字模型文件為基礎，運用特殊蠟材、塑料絲盤或金屬粉末等可粘合材料，通過逐層打印粘合材料來制造出三維物體。其中FDM（熔融沉積式）的打印機使用最為廣泛，其打印耗材為固態塑料絲，通過打印噴嘴加熱變為液態后，逐層鋪疊在工作平臺上，再冷凝為固態。在打印過程中要求塑料絲連貫送入打印噴嘴，以確保打印產品質量。對于無斷絲檢測裝置的一般3D打印機，如果出現由于打印絲斷裂、進絲機構故障、噴嘴溫度不穩定等情況引起的噴嘴吐絲間斷現象，就會影響打印產品質量，輕則出現斷層裂縫，重則報廢。針對上述情況，為克服現有技術的缺陷，本文設計了一種外掛式3D打印斷絲檢測裝置，可方便的安裝于普通3D打印機上，震動緩沖效果好，在打印斷絲時，及時發現和阻止打印頭繼續噴出，在更換打印絲之后，可銜接之前的打印，保證打印效果。

1 斷絲檢測裝置結構

圖1所示為該外掛式3D打印斷絲檢測裝置的結構示意圖。該裝置外殼貫穿中部安裝有螺桿，螺桿位于外殼外側一端垂直固定有轉動桿，另一端固定有推板。外殼內側位于螺桿上下兩側均固定有固定套，固定套貫穿頂端中部與推板一側之間安裝有移動桿，移動桿一端與固定套內側一端之間連接有擠壓彈簧。推板一側設置有緊固板，兩者之間安裝有緩沖組件，另一側嵌有防滑墊。外殼內側的下部嵌有DC3-24蜂鳴器蜂鳴器，靠近蜂鳴器一端嵌有S2-2018紅外線測距儀，外殼內側另一端開設有空槽，空槽內固定有FD-24電動推桿，推桿一端固定有擋塊。紅外線測距儀、蜂鳴器和電動推桿均與市電電性連接，通過控制器控制，以便于其正常的工作。

如圖2所示的緩沖組件，中部安裝有限位套，限位套內側貫穿兩端均安裝有T型桿，兩根T型桿之間連接有緩沖彈簧，T型桿遠離限位套一端固定有緩沖墊。打印機工作過程中產生的震動先通過緩沖墊進行第一步緩沖，再通過緩沖彈簧進行進第二步的緩沖，以此減小震動給傳感器帶來的檢測誤差。

2 斷絲檢測裝置電路

圖3所示為斷絲檢測裝置的電路圖，包括信號頻率采集電路、比較放大電路、報警電路。其中信號頻率采集電路接收紅外線測距儀的檢測信號，經比較放大電路運用運放器AR1、AR2比較放大后輸入報警電路內，比較放大電路輸出的信號為報警電路的驅動信號。

信號頻率采集電路選用型號為UA306A的頻率采集器J1，采集的檢測信號經電感L1、L2和極性電容C2、C3組成的π型濾波電路濾波，有效的濾除了J1輸出信號中的雜波，穩定信號。由于信號頻率采集電路輸出的信號電位不高，不能驅動報警電路工作，因此電路中加入了運放器AR1、AR2，對檢測信號進行比較放大，提高信號強度。當信號異常時，三極管Q3導通，繼電器K1得電，繼電器K1的觸點1、2接觸變為觸點1、3接觸，報警器LS1工作報警，當信號正常時，繼電器K1不得電，報警器LS1不工作。

3 斷絲檢測裝置使用

安裝時，先將該裝置套在打印頭處，轉動轉動桿，帶動防滑墊與打印頭外側接觸，以此來固定在打印頭上。使用時，先將打印機正常工作時打印絲與傳感器的標準距離數值輸入到控制器內，紅外線測距儀進行工作后，不斷將所測得的實時距離傳遞給控制器內，通過與之前的輸入值進行對比，當其差值大于允許誤差值時，報警電路接通，蜂鳴器工作，同時控制器控制電動推桿進行伸縮，帶動擋塊移動至打印噴嘴底端，阻止噴嘴繼續出絲。

通過安裝該外掛式3D打印斷絲檢測裝置，普通3D打印機也可以具備斷絲檢測功能。其安裝方便，震動緩沖效果好，在打印斷絲時，能夠通過斷絲檢測電路及時發出報警，并通過擋塊及時阻止打印頭繼續噴出，有效的解決了噴嘴斷續吐絲，影響打印產品質量的問題。