CN106965433B - 一种五轴3d打印机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种五轴3D打印机，包括连接框体、打印本体、打印座和驱动电机；所述打印本体和打印均连接在连接框体上，并分别与其对应的驱动电机连接，所述连接框体包括上框体和下框体；所述打印本体连接在上框体上，打印座连接在下框体上；所述上框体与下框体之间通过三个立柱连接，打印本体通过连接杆与三个立柱分别连接，并可相对立柱上下移动；所述打印本体上还连接有水平转动机构；通过本发明的3D打印实现五轴打印，解决了现有打印机设备打印效率低，打印结构复杂的模型时耗材高的问题，其结构简单，安装和使用便捷，打印灵活度高，大大提高了3D打印机的打印效率，降低了打印成本。

Description

一种五轴3D打印机

技术领域

本发明涉及3D打印设备技术领域，特别是一种五轴3D打印机。

背景技术

3D打印技术是近年来快速发展的一类快速成型制造技术，其以计算机技术为基础，通过软件分层离散和数控成型系统，利用高能激光束、热熔喷嘴等方式将金属、陶瓷粉末、塑料及细胞组织等材料进行逐层堆积粘结成型的制造方法。目前，在3D打印技术领域中使用最为广泛的是被称为熔融堆积成型，即FDM方式，其主要是将热塑性高分子线材输送到高温打印头，将线材融化并连续挤出熔融高分子，并在精确定位下通过逐层堆积的方式在打印机底座上构建三维形体。

现有3D打印机仅能实现打印机喷头沿X、Y、Z三个方向的移动，即仅有3轴，3轴打印存在着打印效率低的缺陷。当打印模型交复杂时，需要大量的支撑作为辅助，浪费大量打印材料。而通过增设合理装置，使传统3D打印机喷头具备沿Z轴、X轴的转动，可使得喷头实现侧向打印，这可减少复杂模型打印时的支撑材料，提高打印效率。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种五轴3D打印机，通过将传统打印机在X、Y、Z三个运动方向上增加以X轴为转动轴的水平转动机构和以Z轴为转动轴的转动机构，使得本发明的3D打印实现五轴打印，解决了现有打印机设备打印效率低，打印结构复杂的模型时耗材高的问题，其结构简单，安装和使用便捷，打印喷头可根据打印模型的不同位置结构进行相应的位置调整，并打印底座相互配合动作，打印灵活度高，大大提高了3D打印机的打印效率，降低了打印成本。

本发明采用的技术方案如下：

本发明的五轴3D打印机，包括连接框体、打印本体、打印座和驱动电机；所述打印本体和打印均连接在连接框体上，并分别与其对应的驱动电机连接，所述连接框体包括上框体和下框体；所述打印本体连接在上框体上，打印座连接在下框体上；所述上框体与下框体之间通过三个立柱连接，打印本体通过连接杆与三个立柱分别连接，并可相对立柱上下移动；所述打印本体上还连接有水平转动机构。

由于采用上述结构，三个立柱与打印连接，通过立柱上的滑块相对立柱的上下移动，实现了打印本体沿相对上框体在X、Y、Z三个方向上的移动，机形成了三轴打印动作，在打印本体上设置水平转动机构，使得打印本体上中的喷头能以水平轴X、Y中之一为转动中心转动，增加了打印喷头的一个水平转动自由度，而通过将打印底座设置为以Z轴为转动中心转动便使得当喷头转动时，了实现模型的侧向打印，从而形成本发明的3D打印机具备升级为五轴打印机，多方位对打印模型打印，打印本体与打印底座相互配合动作，大大提高了打印效率，同时在打印结构复杂的模型时，可以不需要支撑辅助材料便可直接进行打印，减少了打印机的打印耗材，避免了材料的浪费，大大降低了打印成本，其结构简单，可实施性强，具有良好的应用价值。

本发明的五轴3D打印机，所述立柱上设有滑块、传动带和滑轮；所述连接杆的一端与滑块连接，另一端与打印本体连接；所述滑块与传动带连接，传动带与立柱上下端设置的滑轮连接，并在滑轮的转动下带动滑块沿立柱上下移动；所述滑轮与电机一连接，电机一驱动滑轮转动。

由于采用上述结构，打印机依靠连接杆在滑块的作用下的不同的移动速度来获得X、Y、Z方向上的位置定位，当三个立柱上滑块的移动速度相同时，打印本体机沿Z轴方向运动，同理可知，改变不同的移动速度便可实现X轴和Y轴上的运动，立柱上的转动滑轮上均对应设置有驱动其转动的驱动电机，分别控制，保证打印本体的位置移动精确，打印机打印效果好、效率高。

本发明的五轴3D打印机，所述打印本体包括连接板、散热块、喷头座和打印喷头；所述连接板与连接杆连接；所述连接板、散热块和打印喷头从上至下依次连接；所述打印喷头上还设有喷头座，打印喷头通过喷头座与散热块连接；所述喷头座与水平转动机构连接；所述喷头座与打印喷头之间还设有加热块；所述连接板和加热块上均设有通孔，散热块内设有与通孔位置对应的导丝腔。

进一步地，所述散热块的下端为圆弧形端面；所述导丝腔由上端的柱形腔和下端的弧形腔组成；所述打印喷头在水平转动机构的作用沿下散热块的弧形端面转动。

更近一步地，所述柱形腔为圆柱形通孔结构，弧形腔为扇形腔；所述打印喷头的转动角度为0°-180°。

由于采用上述结构，打印本体整体结构紧凑，安装和使用方便，通过在打印喷头的上不连接机构连接板、散热块等上设置导丝机构，使得打印丝材能有效安装至打印喷头中，在加热块的作用下融化并连续从打印喷头中挤出堆积成所要打印构建的打印模型，而导丝腔的结构设置，避免了在打印喷头转动的过程中由于丝才穿导结构的变化为折断丝材，影响打印机的正常打印工作。

本发明的五轴3D打印机，所述所述加热块的通孔下端设有内螺纹，打印喷头上端设有与该内螺纹孔配合的外螺纹。

由于采用上述机构，螺纹连接便于拆卸，且其具有良好的密封效果，便于打印喷头的安装和拆卸清理等工作的操作。

本发明的五轴3D打印机，所述水平转动机构包括支撑架、转轴二和电机二；所述支撑架与连接板连接，支撑架上设有电机二；所述电机二通过转轴二与喷头座连接；所述转轴二与喷头座键连接，并穿过喷头座伸入散热块外壁上设置的连接凹槽内。

进一步地，所述水平转动机构设有两组，对称设置在喷头座的两侧；所述支撑架内侧壁上方还设有散热装置，散热装置有两组，对称设置在散热块的两侧。

由于采用上述结构，电机驱动转轴二转动，转轴带动与之相对固定连接的打印座转动，打印座沿散热块的弧形端面带动打印喷头转动，实现打印喷头相对散热块的稳定转动，打印机可通过打印喷头的转动实现侧向打印，从而不需要增设外部辅助打印材料就能打印出结构复杂的三维打印模型，节约了打印耗材，避免了材料浪费，减少了辅材安装的打印耗时，提高了打印效率。

本发明的五轴3D打印机，所述打印座包括底座、电机三和转轴一；所述底座通过转轴一与电机三连接，底座在电机三的作用下转动，电机三与下框体连接。

进一步地，所述转轴一通过锁紧螺钉与底座锁紧，电机三通过螺栓固定连接在下框体上。

由于采用上述结构，底座采用电机直接驱动，避免了复杂传动链导致底座上表面水平误差大的技术问题，锁紧螺钉将转轴与底座相对转动方向上的位置锁定，避免了转轴在驱动底座旋转时产生滑动，影响打印效果，电机三水平固定设置在下框上，保证了结构稳定性和打印出模型的质量。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明的五轴3D打印机，其结构简单，实现了打印机的五轴运动打印，大大提高了打印效率，其实用性强；

2、通过在打印喷头上设置水平翻转机构，使得打印喷头能在一定转动范围内转动，并与打印底座配合作用，实现侧向打印，当打印悬空结构时，无需借助外部辅助材料便能快速的打印出来，避免了打印材料的浪费；

3、打印本体的结构设计，使得打印喷头能灵活转动，且丝材不会折断，保证了打印的有序性和稳定性，打印机打印效果好；

4、打印底座直接采用电机驱动，避免了采用链传动带来的结构不稳定性，使得驱动简单，结构稳定；

5、打印机结构稳定性好，打印成本低。

附图说明

图1是五轴3D打印机的结构示意图；

图2是五轴3D打印机立柱的结构示意图；

图3是五轴3D打印机打印本体的主视图；

图4是五轴3D打印机打印本体的左视图；

图5是五轴3D打印机打印本体的剖视图；

图6是五轴3D打印机打印座的结构示意图；

图7是五轴3D打印机打印普通回转体时的状态图；

图8是五轴3D打印机打印悬空结构体时的状态图；

图中标记：1-上框体，2-立柱，3-滑块，4-连接杆，5-打印本体，6-电机一，7-传动带，8-打印座，81-底座，82-电机三，83-转轴一，84-锁紧螺钉，85-螺栓，9-下框体，10-滑轮，11-连接板，12-螺钉一、16-螺钉二、22-螺钉三，13-散热块，14-支撑架，15-散热装置，17-电机二，18-转轴二，19-喷头座，20-加热块，21-打印喷头，23-柱形腔，24-弧形腔，25-螺纹孔。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作详细的说明。

为了使发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1所示，一种五轴3D打印机，包括连接框体、打印本体5、打印座8和驱动电机；打印本体5和打印均连接在连接框体上，并分别与其对应的驱动电机连接，连接框体包括上框体1和下框体9；打印本体5连接在上框体1上，打印座8连接在下框体9上；上框体1与下框体9之间通过三个立柱2连接，打印本体5通过连接杆4与三个立柱2分别连接，并可相对立柱2上下移动；打印本体5上还连接有水平转动机构，水平转动机构可使得打印本体能以X、Y轴中任一轴水平一定角度的转动，实现悬空结构的侧向打印。如图2所示，立柱2上设有滑块3、传动带7和滑轮10；连接杆4的一端与滑块3连接，另一端与打印本体5连接；滑块3与传动带7连接，传动带7与立柱2上下端设置的滑轮10连接，并在滑轮10的转动下带动滑块3沿立柱2上下移动；滑轮10与电机一6连接，电机一6驱动滑轮10转动。如图6所示，打印座8包括底座81、电机三82和转轴一83；底座81通过转轴一83与电机三82连接，底座81在电机三82的作用下转动，电机三82与下框体9连接，转轴一83通过锁紧螺钉84与底座81锁紧，电机三82通过螺栓85固定连接在下框体9上，打印座8与打印本体5相辅相成，大大的提高了打印机的打印效率。

实施例2

如图3所示，一种基于实施例1的五轴3D打印机，其打印本体5包括连接板11、散热块13、喷头座19和打印喷头21；连接板11与连接杆4连接；连接板11、散热块13和打印喷头21从上至下依次连接；打印喷头21上还设有喷头座19，打印喷头21通过喷头座19与散热块13连接；喷头座19与水平转动机构连接；喷头座19与打印喷头21之间还设有加热块20；连接板11和加热块20上均设有通孔，散热块13内设有与通孔位置对应的导丝腔。散热块13的下端为圆弧形端面；如图5所示，导丝腔由上端的柱形腔23和下端的弧形腔24组成；打印喷头21在水平转动机构的作用沿下散热块13的弧形端面转动。柱形腔23为圆柱形通孔结构，弧形腔24为扇形腔；打印喷头21的转动角度为0°-180°。加热块20的通孔下端设有内螺纹，打印喷头21上端设有与该内螺纹孔25配合的外螺纹。

实施例3

如图3所示，一种基于实施例2的五轴3D打印机，其水平转动机构包括支撑架14、转轴二18和电机二17；支撑架14与连接板11连接，支撑架14上设有电机二17；电机二17通过转轴二18与喷头座19连接；转轴二18与喷头座19键连接，并穿过喷头座19伸入散热块13外壁上设置的连接凹槽内。水平转动机构设有两组，对称设置在喷头座19的两侧；支撑架14内侧壁上方还设有散热装置15，散热装置15有两组，对称设置在散热块13的两侧；如图4所示，水平翻转机构和散热装置15均通过螺钉一12、螺钉二16、螺钉三22相互连接，保证其连接位置的相对稳定性。

实施例4

如图7所示，一种基于上述实施例的3D打印机，当打印回转体零件时，其打印过程可以设置为：采用打印机底座81转动，打印喷头21仅沿垂直方向与水平方向移动的打印当时，可提高打印效率，底座81旋转，打印喷头21仅需要在水平方向移动一个回转体圆柱壁厚的距离，即完成了一层模型的打印，当打印完按一层模型后，打印喷头21则需在垂直方向移动一个层厚，又在水平方向移动一个壁厚的距离，如此循环即可完成回转体模型的打印，相比现有通过打印喷头21做圆周运动进行打印，本装置采用底座旋转的方式进行打印，打印速度更快。

实施例5

如图8所示，一种基于上述实施例的3D打印机，当模型带有图示中悬空的结构，传统的3D打印机只能从垂直于悬孔结构的底座81上开始增加支出结构，这样不仅会浪费大量的打印材料，而且增加了模型打印的时间。

本实施例采用的3D打印机由于打印机打印喷头21可以旋转，因此当遇到此类带有悬空结构的模型时，其打印过程可以设置为：通过水平转动机构调整打印喷头21角度，使打印喷头21与悬空的结构垂直，打印喷头21对融化的打印材料在水平方向产生一定的挤压力，使得融化的线材开粘附在已凝固的结构上，避免了支撑结构，节约打印材料与打印时间。可以在中间空间圆柱结构打印完成后，调整打印喷头21至水平方向，此时底座81保持旋转，打印喷头21将融化的线材挤出后，粘附在已凝固的圆柱外壁上，打印喷头21沿垂直方向运动，打印喷头21运动高度等于外伸结构的高度，当打印完一层厚，打印喷头21沿圆柱径向移动一个层高，如此循环往复直至完成模型的打印。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种五轴3D打印机，包括连接框体、打印本体（5）、打印座（8）和驱动电机；所述打印本体（5）和打印座（8）均连接在连接框体上，并分别与其对应的驱动电机连接，其特征在于：所述连接框体包括上框体（1）和下框体（9）；所述打印本体（5）连接在上框体（1）上，打印座（8）连接在下框体（9）上；所述上框体（1）与下框体（9）之间通过三个立柱（2）连接，打印本体（5）通过连接杆（4）与三个立柱（2）分别连接，并可相对立柱（2）上下移动；所述打印本体（5）上还连接有水平转动机构，所述水平转动机构使打印本体（5）以X、Y轴中任一轴水平一定角度的转动；

所述打印本体（5）包括连接板（11）、散热块（13）、喷头座（19）和打印喷头（21）；所述连接板（11）与连接杆（4）连接；所述连接板（11）、散热块（13）和打印喷头（21）从上至下依次连接；所述打印喷头（21）上还设有喷头座（19），打印喷头（21）通过喷头座（19）与散热块（13）连接；所述喷头座（19）与水平转动机构连接；所述喷头座（19）与打印喷头（21）之间还设有加热块（20）；所述连接板（11）和加热块（20）上均设有通孔，散热块（13）内设有与通孔位置对应的导丝腔；

所述散热块（13）的下端为圆弧形端面；所述导丝腔由上端的柱形腔（23）和下端的弧形腔（24）组成；所述打印喷头（21）在水平转动机构的作用沿下散热块（13）的弧形端面转动。

2.根据权利要求1所述的五轴3D打印机，其特征在于：所述立柱（2）上设有滑块（3）、传动带（7）和滑轮（10）；所述连接杆（4）的一端与滑块（3）连接，另一端与打印本体（5）连接；所述滑块（3）与传动带（7）连接，传动带（7）与立柱（2）上下端设置的滑轮（10）连接，并在滑轮（10）的转动下带动滑块（3）沿立柱（2）上下移动；所述滑轮（10）与电机一（6）连接，电机一（6）驱动滑轮（10）转动。

3.根据权利要求1所述的五轴3D打印机，其特征在于：所述柱形腔（23）为圆柱形通孔结构，弧形腔（24）为扇形腔；所述打印喷头（21）的转动角度为0°-180°。

4.根据权利要求1或3所述的五轴3D打印机，其特征在于：所述加热块（20）的通孔下端设有内螺纹孔（25），打印喷头（21）上端设有与该内螺纹孔（25）配合的外螺纹。

5.根据权利要求1所述的五轴3D打印机，其特征在于：所述水平转动机构包括支撑架（14）、转轴二（18）和电机二（17）；所述支撑架（14）与连接板（11）连接，支撑架（14）上设有电机二（17）；所述电机二（17）通过转轴二（18）与喷头座（19）连接；所述转轴二（18）与喷头座（19）键连接，并穿过喷头座（19）伸入散热块（13）外壁上设置的连接凹槽内。

6.根据权利要求5所述的五轴3D打印机，其特征在于：所述水平转动机构设有两组，对称设置在喷头座（19）的两侧；所述支撑架（14）内侧壁上方还设有散热装置（15），散热装置（15）有两组，对称设置在散热块（13）的两侧。

7.根据权利要求1或2或3所述的五轴3D打印机，其特征在于：所述打印座（8）包括底座（81）、电机三（82）和转轴一（83）；所述底座（81）通过转轴一（83）与电机三（82）连接，底座（81）在电机三（82）的作用下转动，电机三（82）与下框体（9）连接。

8.根据权利要求7所述的五轴3D打印机，其特征在于：所述转轴一（83）通过锁紧螺钉（84）与底座（81）锁紧，电机三（82）通过螺栓（85）固定连接在下框体（9）上。

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