CN106313502B - 一种工业双横梁分区域型3d打印机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种工业双横梁分区域型3D打印机，属于数字化加工技术领域，针对目前的打印机存在打印空间有限，成型速度慢，无法进行多材料打印以及不能多区域同时打印的缺陷。有电机滚珠丝杠驱动，直线滑轨和滑块定位，实现稳定快速的打印操作，机身上附加CNC、激光雕刻喷头等模块，丰富拓展机器的功能，做到一机多用。工业级大幅面FDM 3D打印机的开发能够极大满足市场上大型工业产品设计成型和艺术品设计成型的空白，快速一体等比例成型能够极大缩短设计实现的进程，节约了大量的时间、金钱等成本，而且机器本身成本相对低、集成化程度高，市场可推广性及实用性极强。
Description
技术领域
本发明属于数字化加工技术领域。
背景技术
3D打印技术是一种以数字模型文件为基础，通过软件对模型进行切片，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印，层层堆积的方式来制造模型的技术。
工业级大规格FDM 3D打印机的开发能够极大满足市场上大型工业产品设计成型和艺术品设计成型的空白，双横梁双喷头快速一体等比例成型能够极大缩短设计实现的进程，节约了大量的时间、经费等成本，而且机器本身成本相对较低、集成化程度相对较高，市场可推广性及实用性极强。但是目前的打印机存在打印空间有限，成型速度慢，无法进行多材料打印以及不能多区域同时打印的缺陷。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种工业双横梁分区域型3D打印机，主要由框架2、打印平台3、运动机构和喷头机构组成；
框架2为立方体，中间部分设有支撑梁，打印平台3水平固定安装于框架2的底面上；为保证工作时打印平台水平框架2底部使用若干个脚杯1支撑水平立于地面上；
所述的运动机构具体结构如下：
框架2顶部X轴方向两侧分别固定有直线导轨9，滚珠丝杠5通过滚珠丝杠支撑座4固定于直线导轨9的上方；与滚珠丝杠5相配合，直线导轨9上安装有两组双横梁机构，两组双横梁机构之间留有一定距离，所述的双横梁机构通过底部设置的承重滑块11安装在直线导轨9上；双横梁机构通过固定在双横梁机构上的法兰螺母座将法兰螺母7和双横梁机构固定连接在一起；滚珠丝杠5一端设置有步进电机13，滚珠丝杠5和步进电机13之间通过联轴器12连接，步进电机13固定安装在同侧的滚珠丝杠支撑座4上；
所述双横梁机构主要由两根沿Y轴方向平行放置的横梁、在横梁上下两端的直线导轨9和滚珠丝杠5组成；滚珠丝杠5通过滚珠丝杠支撑座4固定于直线导轨9的上方，直线导轨9上的法兰螺母7与滚珠丝杠5相配合；直线导轨9上安装有Z轴运动机构，上侧的直线导轨9上安装有螺母座滑块6，螺母座滑块6通过固定在螺母座滑块6上的法兰螺母座与法兰螺母7固定连接在一起，下侧的直线导轨9上安装有承重滑块11；Z轴运动机构通过角铁10分别与螺母座滑块6和承重滑块11固定连接在一起；滚珠丝杠5一端设置有步进电机13，滚珠丝杠5和步进电机13之间通过联轴器12连接，步进电机13固定安装在同侧的滚珠丝杠支撑座4上；
所述的Z轴运动机构主要由一根竖直放置的立柱8、直线导轨9以及滚珠丝杠5构成，直线导轨9固定在立柱8的左右两侧沿竖直方向上，滚珠丝杠5通过滚珠丝杠支撑座4固定于直线导轨9的一侧，法兰螺母7与滚珠丝杠5相配合，与滚珠丝杠5同侧的直线导轨9安装有两个螺母座滑块6，两个螺母座滑块6的一侧通过固定在螺母座滑块6上的法兰螺母座与法兰螺母7固定连接在一起，两个螺母座滑块6的另一侧与双横梁机构上的角铁10固定连接；与滚珠丝杠5异侧的直线导轨9安装有两个承重滑块11，两个承重滑块11与双横梁机构上的角铁10固定连接；滚珠丝杠5一端设置有步进电机13，滚珠丝杠5和步进电机13之间通过联轴器12连接，步进电机13固定安装在同侧的滚珠丝杠支撑座4上；Z轴运动机构下端通过喷头连接块15与喷头机构连接。
所述喷头机构包括挤出电机14和挤出装置16，挤出装置16安装在喷头连接块15上，挤出电机14连接在挤出装置16上，挤出电机14为挤出装置16提供挤出动力。所述挤出装置16优选可控制挤出直径的可控大口径喷头挤出装置，可以在打印构件时采用大口径喷头，喷头移动时转换成小口径喷头。
优选地，同一个轴向上的两个步进电机13同侧放置，并根据步进电机13的接线规则并联接线，这样就实现了步进电机13的同步运行。
所述的滚珠丝杠支撑座4为BF滚珠丝杠支撑座。
本发明可附加数控机床(CNC)、激光雕刻喷头等模块，丰富拓展机器的功能，做到一机多用，具体附加方式为：对挤出装置16与喷头连接块15接合处进行可更换易拆卸式设计，与机器相适应的其他模块，譬如数控机床(CNC)、激光雕刻喷头等，也采用与挤出装置16相同的接口设计，在具体的更换操作中，只需将原模块从喷头连接块15上拆除，并更换其他所需模块即可。
本发明的有益效果：
1、对于结构运动当中Z轴方向上运动产生震颤问题，采用双横梁结构将Z轴方向上的立柱架起，通过其约束以及两侧滑轨约束保证机构运行的稳定性。
2、由于结构装置的重量过大，运动过程中频率过快产生齿形带回弹等因素的干扰，结构采用滚珠丝杠进行传动，并且将同方向轴电机串联，保障丝杠的运动同步。
3、本发明采用可控制挤出直径的可控大口径喷头挤出装置。可以在打印构件时采用大口径喷涂，喷头移动时转换成小口径喷头。防止在运动过程中产生运材料的泄露。
4、所述的大型双横梁工业3D打印机，其特征在于，所述两组双横梁结构不但在各自区域同时自独立工作又可以单独打印整个区域。既可以完成多材料多颜色同时打印又可以完成单材料单颜色快速打印。
5、所述的大型双横梁工业3D打印机，其特征在于，当打印中空、悬臂以及蜂窝结构时，由于打印材料与填充材料密度不同，可以实现一组双横梁打印构件主体部分一组双横梁打印填充部分。即可增加打印精度又可提高打印速度。
6、可附加数控机床(CNC)、激光雕刻喷头等模块，丰富拓展机器的功能，做到一机多用。
附图说明
图1为本发明工业双横梁分区域型3D打印机的主视图；
图2为本发明中双横梁机构与Z轴运动机构连接的局部放大图；
图3为本发明喷头位置的局部放大图；
图4为本发明工业双横梁分区域型3D打印机的俯视图；
图5为本发明工业双横梁分区域型3D打印机的轴测图。
具体实施方式
实施例1
一种工业双横梁分区域型3D打印机，主要由框架2、打印平台3、运动机构和喷头机构组成；
框架2为立方体，中间部分设有支撑梁，打印平台3水平固定安装于框架2的底面上；为保证工作时打印平台水平框架2底部使用若干个脚杯1支撑水平立于地面上；
所述的运动机构具体结构如下：
框架2顶部X轴方向两侧分别固定有直线导轨9，滚珠丝杠5通过滚珠丝杠支撑座4固定于直线导轨9的上方；与滚珠丝杠5相配合，直线导轨9上安装有两组双横梁机构，两组双横梁机构之间留有一定距离，所述的双横梁机构通过底部设置的承重滑块11安装在直线导轨9上；双横梁机构通过固定在双横梁机构上的法兰螺母座将法兰螺母7和双横梁机构固定连接在一起；滚珠丝杠5一端设置有步进电机13，滚珠丝杠5和步进电机13之间通过联轴器12连接，步进电机13固定安装在同侧的滚珠丝杠支撑座4上；
所述双横梁机构主要由两根沿Y轴方向平行放置的横梁、在横梁上下两端的直线导轨9和滚珠丝杠5组成；滚珠丝杠5通过滚珠丝杠支撑座4固定于直线导轨9的上方，直线导轨9上的法兰螺母7与滚珠丝杠5相配合；直线导轨9上安装有Z轴运动机构，上侧的直线导轨9上安装有螺母座滑块6，螺母座滑块6通过固定在螺母座滑块6上的法兰螺母座与法兰螺母7固定连接在一起，下侧的直线导轨9上安装有承重滑块11；Z轴运动机构通过角铁10分别与螺母座滑块6和承重滑块11固定连接在一起；滚珠丝杠5一端设置有步进电机13，滚珠丝杠5和步进电机13之间通过联轴器12连接，步进电机13固定安装在同侧的滚珠丝杠支撑座4上；
所述的Z轴运动机构主要由一根竖直放置的立柱8、直线导轨9以及滚珠丝杠5构成，直线导轨9固定在立柱8的左右两侧沿竖直方向上，滚珠丝杠5通过滚珠丝杠支撑座4固定于直线导轨9的一侧，法兰螺母7与滚珠丝杠5相配合，与滚珠丝杠5同侧的直线导轨9安装有两个螺母座滑块6，两个螺母座滑块6的一侧通过固定在螺母座滑块6上的法兰螺母座与法兰螺母7固定连接在一起，两个螺母座滑块6的另一侧与双横梁机构上的角铁10固定连接；与滚珠丝杠5异侧的直线导轨9安装有两个承重滑块11，两个承重滑块11与双横梁机构上的角铁10固定连接；滚珠丝杠5一端设置有步进电机13，滚珠丝杠5和步进电机13之间通过联轴器12连接，步进电机13固定安装在同侧的滚珠丝杠支撑座4上；Z轴运动机构下端通过喷头连接块15与喷头机构连接。
所述喷头机构包括挤出电机14和挤出装置16，挤出装置16安装在喷头连接块15上，挤出电机14连接在挤出装置16上，挤出电机14为挤出装置16提供挤出动力。所述挤出装置16优选可控制挤出直径的可控大口径喷头挤出装置，可以在打印构件时采用大口径喷头，喷头移动时转换成小口径喷头。
同一个轴向上的两个步进电机13同侧放置，并根据步进电机13的接线规则并联接线，这样就实现了步进电机13的同步运行。本实施例中的滚珠丝杠支撑座4采用BF滚珠丝杠支撑座。
两组双横梁机构在框架2上做X轴方向运动的原理是:框架2上的步进电机13通过联轴器12带动滚珠丝杠5实现其可控制转动，与其相配合的法兰螺母7固连在双横梁两端。这样就实现了双横梁与步进电机13之间旋转运动与直线运动的转变。由于结构体积较大，运动过程中通过固定在双横梁上的承重滑块11与直线导轨9相配合实现双横梁在运动中的直线定位。
Z轴运动机构在双横梁机构上做Y方向运动的原理是:固定在双横梁机构上的两个步进电机13分别通过联轴器12带动两根滚珠丝杠5实现其可控制转动，与滚珠丝杠5相配合的法兰螺母7分别通过法兰螺母座与双横梁机构上配合在直线导轨9上的承重滑块11相固连。最终，通过丝杠—螺母副传递运动，滑块—导轨定位，使得Z轴运动机构沿着Y方向做可精确控制的直线运动。
Z轴运动机构做Z方向运动的原理是:在Z轴运动机构立柱8的右侧步进电机13通过联轴器12带动滚珠丝杠5实现其转动，与滚珠丝杠5相配合的两个法兰螺母7通过法兰螺母座固定在螺母座滑块6上，螺母座滑块6在直线导轨9上滑动，并通过角铁10与双横梁上配合在直线导轨9上的承重滑块11相固连，在Z轴运动机构立柱8的左侧有承重滑块11配合在直线导轨9上并通过角铁10与双横梁上配合在直线导轨9上的承重滑块11相固连。最终，通过丝杠—螺母副传递运动，通过滑块—导轨定位，使得Z轴运动机构沿着Z方向做可精确控制的直线运动。
双横梁机构在框架2上做Y方向运动及Z轴运动机构在双横梁机构上做X方向运动都是由两个步进电机13分别驱动两个平行放置滚珠丝杠5来实现，其同步运行原理是:将一个方向上两个有相同动力输出的步进电机13根据步进电机的接线规则实现并联，再将并联后的控制线接入电机驱动器的信号输出端，这样就实现了步进电机13的同步运行，进而实现了两根滚珠丝杠5的同步运行及所驱动部分的平稳运行。
双横梁分区域3D打印机在运行过程中分为单材料单色打印与多材料多色打印，其中但材料单色打印又分为分区域快速打印和打印材料支撑材料分开打印。在打印多材料多颜色打印时，两组双横梁结构中的喷头结构分别填充不同材料或不同颜色的打印材料。当机构打印一种材料时，另一组双横梁在框架2右上角原点位置并且处于待打印加热状态，当需要打印另一种材料时，主打印喷头回到左下角另一个打印原点，待打印喷头就开始进行另一种材料的打印。
双横梁分区域3D打印机进行分区域快速打印时，切片软件将打印模型分成两个区域，两组双横梁结构分别在各自区域进行打印，左侧主喷头负责打印两区域的拼接部分。这样可以避免后期拼接粘贴的过程。
双横梁分区域3D打印机进行高精度打印时，两组双横梁结构的喷头分别打印主体材料和填充材料。当打印主体材料时，打印填充材料的双横梁结构在打印原点位置处于待打印加热状态。当需要打印填充材料时，主体打印喷头快速回到打印原点。由填充喷头打印填充材料。
除本实施例外，本发明框架2上可附加数控机床(CNC)、激光雕刻喷头等模块，丰富拓展机器的功能，做到一机多用。具体附加方式为：对挤出装置16与喷头连接块15接合处进行可更换易拆卸式设计，与机器相适应的其他模块，譬如数控机床(CNC)、激光雕刻喷头等，也采用与挤出装置16相同的接口设计，在具体的更换操作中，只需将原模块从喷头连接块15上拆除，并更换其他所需模块即可。
Claims (5)
1.一种工业双横梁分区域型3D打印机，主要由框架（2）、打印平台（3）、运动机构和喷头机构组成；
框架（2）为立方体，中间部分设有支撑梁，打印平台（3）水平固定安装于框架（2）的底面上；框架（2）底部使用若干个脚杯（1）支撑水平立于地面上；
其特征在于，所述的运动机构具体结构如下：
框架（2）顶部X轴方向两侧分别固定有直线导轨（9），滚珠丝杠（5）通过滚珠丝杠支撑座（4）固定于直线导轨（9）的上方；与滚珠丝杠（5）相配合，直线导轨（9）上安装有两组双横梁机构，两组双横梁机构之间留有一定距离，所述的双横梁机构通过底部设置的承重滑块（11）安装在直线导轨（9）上；双横梁机构通过固定在双横梁机构上的法兰螺母座将法兰螺母（7）和双横梁机构固定连接在一起；滚珠丝杠（5）一端设置有步进电机（13），滚珠丝杠（5）和步进电机（13）之间通过联轴器（12）连接，步进电机（13）固定安装在同侧的滚珠丝杠支撑座（4）上；
所述双横梁机构主要由两根沿Y轴方向平行放置的横梁、在横梁上下两端的直线导轨（9）和滚珠丝杠（5）组成；滚珠丝杠（5）通过滚珠丝杠支撑座（4）固定于直线导轨（9）的上方，直线导轨（9）上的法兰螺母（7）与滚珠丝杠（5）相配合；直线导轨（9）上安装有Z轴运动机构，直线导轨（9）的上侧上安装有螺母座滑块（6），螺母座滑块（6）通过固定在螺母座滑块（6）上的法兰螺母座与法兰螺母（7）固定连接在一起，直线导轨（9）的下侧上安装有承重滑块（11）； Z轴运动机构通过角铁（10）分别与螺母座滑块（6）和承重滑块（11）固定连接在一起；滚珠丝杠（5）一端设置有步进电机（13），滚珠丝杠（5）和步进电机（13）之间通过联轴器（12）连接，步进电机（13）固定安装在同侧的滚珠丝杠支撑座（4）上；
所述的Z轴运动机构主要由一根竖直放置的立柱（8）、直线导轨（9）以及滚珠丝杠（5）构成，直线导轨（9）固定在立柱（8）的左右两侧沿竖直方向上，滚珠丝杠（5）通过滚珠丝杠支撑座（4）固定于直线导轨（9）的一侧，法兰螺母（7）与滚珠丝杠（5）相配合，与滚珠丝杠（5）同侧的直线导轨（9）安装有两个螺母座滑块（6），两个螺母座滑块（6）的一侧通过固定在螺母座滑块（6）上的法兰螺母座与法兰螺母（7）固定连接在一起，两个螺母座滑块（6）的另一侧与双横梁机构上的角铁（10）固定连接；与滚珠丝杠（5）异侧的直线导轨（9）安装有两个承重滑块（11），两个承重滑块（11）与双横梁机构上的角铁（10）固定连接；滚珠丝杠（5）一端设置有步进电机（13），滚珠丝杠（5）和步进电机（13）之间通过联轴器（12）连接，步进电机（13）固定安装在同侧的滚珠丝杠支撑座（4）上；Z轴运动机构下端通过喷头连接块（15）与喷头机构连接。
2.根据权利要求1所述的工业双横梁分区域型3D打印机，其特征在于，所述喷头机构包括挤出电机（14）和挤出装置（16），挤出装置（16）安装在喷头连接块（15）上，挤出电机（14）连接在挤出装置（16）上，挤出电机（14）为挤出装置（16）提供挤出动力。
3.根据权利要求2所述的工业双横梁分区域型3D打印机，其特征在于，所述挤出装置（16）为可控制挤出直径的可控大口径喷头挤出装置。
4.根据权利要求1所述的工业双横梁分区域型3D打印机，其特征在于，同一个轴向上的两个步进电机（13）同侧放置，并根据步进电机（13）的接线规则并联接线，这样就实现了步进电机（13）的同步运行。
5.根据权利要求1所述的工业双横梁分区域型3D打印机，其特征在于，所述的滚珠丝杠支撑座（4）为BF滚珠丝杠支撑座。
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- 2016-10-22 CN CN201610924679.2A patent/CN106313502B/zh not_active Expired - Fee Related
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| CN106313502A (zh) | 2017-01-11 |
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