CN204674034U - 一种3d打印机 - Google Patents

Abstract

本实用新型的目的在于提供一种3D打印机，包括一建模平台及一树脂容器；还包括：固定连接所述树脂容器的一托盘；一杠杆牵引装置；一端与杠杆牵引装置的一活动端铰接的一偏心结构；所述偏心结构的另一端与托盘的一侧形成一移动副。能够实现建模平台与树脂容器表面的胶膜的平稳分离，避免胶膜因受拉而容易损坏，保证打印的产品精度和质量。且长期使用也不会损坏3D打印机的整体结构。

Description

一种3D打印机

技术领域

本实用新型涉及三维打印技术领域，具体涉及一种3D打印机。

背景技术

激光立体打印机(Laser 3D Printer)，即3D打印机，在工作时，须用光敏树脂作为固化材料，采用的光敏树脂的液体浓度、粘度都比较高。在打印时，盛装光敏树脂的树脂容器及建模出产品的建模平台，两者处于需绝对平衡及绝对互贴平的状态。树脂容器的表面具有一层胶膜，当所述胶膜与建模平台贴平后激光才会对光敏树脂进行照射。因光敏树脂需逐层通过激光照射固化逐层成型，所以必须根据每一层需成型的厚度，将建模平台在Z轴方向向上升高，使要打印的产品有足够的空间去逐层固化成型。而要把原本绝对贴平的树脂容器的表面胶膜及建模平台向上垂直逐层拉高分离，需要很大的力量，由于光敏树脂固化后粘贴力仍相当高，加上光敏树脂本身浓度高，这就使树脂容器及建模平台之间产生很大的张力，由于要打印的产品大都有几百甚至几千层，如经过不断的重复竖直向上大力拉开的操作，有可能把树脂容器表面的胶模强行拉破，使打印失败，又或者令3D打印机因过度长期硬拉而造成结构损坏。为要解决以上张力问题确保3D打印机可长期使用，令打印的产品更易成功成为本技术领域内迫切需要解决的问题。

目前，本领域技术人员一般直接采用带有丝杆的步进电机，直接拉动建模平台，这种方式虽然可达到想要的分离效果，但由于步进电机在不同受力的情况下，很容易出现“走步”的情况，大大影响了打印的产品精度，同时也需经常调整及维护，给用户造成了相当的不便，另外由于长久使用上述结构，3D打印机的机械架构也会出现较大的变形，最终会导致连锁反应，使所打印出的产品也达不到要求的精度。除此之外，上述结构也只能适用于打印较小面积的产品，由于没法自行调整拉力，所以只能作一种设定。

另外，还有一些其他的本领域技术人员使用左右推动的方式，通过大幅度动作依靠瞬间推力将建模平台撞出，也同样能达到想要的分离效果，但由于动作幅度大而容易引致3D打印机的整体机械架构变形及连接件的松脱，大大增加维修成本，而盛装在树脂容器内的光敏树脂也容易溢出，增加树脂容器的破损机率以及浪费光敏树脂原料。

如上所述，虽然业内技术人员已尝试各种方式解决前述的问题，但都不能够达到理想的效果。

实用新型内容

针对上述技术问题，及现阶段本领域技术人员所采取的技术手段的不足，本实用新型的目的在于提供一种3D打印机，能够实现建模平台与树脂容器表面的胶膜的平稳分离，避免胶膜因受拉而容易损坏，保证打印的产品精度和质量。且长期使用也不会损坏3D打印机的整体结构。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案是：

一种3D打印机，包括一建模平台及一树脂容器；

还包括：固定连接所述树脂容器的一托盘；一杠杆牵引装置；一端与杠杆牵引装置的一活动端铰接的一偏心结构；所述偏心结构的另一端与托盘的一侧形成一移动副。

进一步地，所述杠杆牵引结构包括一动力装置、一传动结构及一执行结构。

进一步地，所述动力装置为步进电机、伺服电机、直流电机、交流电机、气动马达中的一种。

进一步地，所述传动结构为一齿轮传动结构，所述齿轮传动结构包括与动力装置的输出端连接的一主动齿轮及与所述主动齿轮啮合的一从动齿轮。

进一步地，所述执行结构包括一连接杆、一固定架、一杠杆；所述从动齿轮的中心铰接于固定架；所述连接杆的一端铰接于偏近从动齿轮中心处以获得较大的扭力；所述杠杆的一端与连接杆的另一端铰接，所述杠杆的支点铰接于固定架，所述杠杆的另一端作为杠杆牵引装置的活动端。

进一步地，所述偏心结构为一不等边三角板，所述不等边三角板的一端具有一铰支点，与杠杆牵引装置的活动端铰接，另一端具有至少两个导杆或滑块，可移动地安装于固定机架的一侧的滑槽或导轨内。

进一步地，所述不等边三角板的三个角的位置关系是根据所述托盘的长度、树脂的液体浓度、粘度及齿轮传动结构的位置关系决定的。

进一步地，还包括用以支撑托盘的多个固定轴。

通过采取上述结构，本实用新型的3D打印机的杠杆牵引装置能够通过杠杆原理将托盘下拉，进而使树脂容器下降，再通过偏心结构使下降后的树脂容器与建模平台之间产生左右摆动，从而使建模平台与树脂容器表面的胶膜分离再上升，从动齿轮、连接杆、固定架的支点及杠杆的一端实际上构成一连杆机构，步进电机驱动主动齿轮再带动从动齿轮转动一周为一个完整的行程，该行程中，杠杆随着从动齿轮牵引不等边三角板，先下拉托盘再在受胶膜与建模平台表面张力和粘力作用下带动托盘左右晃动，建模平台与胶膜分离上升后，完成一整个行程，杠杆回复初始位置，同时带动不等边三角板，再拖动托盘回复水平状态。利用简单的机械结构，即可实现建模平台与胶膜的平稳分离，保证了打印的产品的精度，且不会产生大的冲击，在分离过程中，杠杆牵引装置和偏心结构配合能够起到“卸力”缓冲的作用，避免因反复的大力牵引而对3D打印机的整体结构造成损坏。

附图说明

图1为本实用新型的3D打印机的一方向的组成示意图，其中，省略了带有丝杠用以调节建模平台9在固定平面上下滑动的Z轴。

图2为本实用新型的3D打印机的另一方向的局部透视处理的组成示意图。

图3为本实用新型的3D打印机的另一方向的局部透视处理的组成示意图，可以淸楚看见步进电机18的位置。

图4(a)为本实用新型的3D打印机的又一方向的剖面示意图，其中，建模平台和树脂容器处于平行状态。

图4(b)为本实用新型3D打印机的的又一方向的的剖面示意图，其中，建模平台和树脂容器之间具有一定角度的倾斜。

附图标记说明：6-托盘；7-压板；8-树脂容器；9-建模平台；11-不等边三角板；12-杠杆；13-表面胶膜；14-连接杆；15-主动齿轮；16-从动齿轮；17-固定架；18-步进电机；19-固定轴。

具体实施方式

为使本实用新型的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图作详细说明如下。

本实用新型的3D打印机采用中轴偏离与杠杆摇摆卸力分离相结合的技术，其具体的工作原理及结构介绍如下：

如图1至图3及图4(a)、图4(b)所示，SLA(Stereo lithography Appearance)立体光固化成型法及DLP(Digital Light Processing)数字光处理器3D打印机的工作原理是运用激光进行分层照射液态光敏树脂，使树脂容器8中的光敏树脂逐层固化在垂直Z轴上的建模平台9表面。每次要进行下一层打印时，建模平台9就需要带动前一层已刚刚固化的光敏树脂与树脂容器8的表面胶膜13分离，再升高到已设定的下一层高度让激光再向建模平台9照射于液态光敏树脂以固化另一层，如此类推，经多层固化，产品方可成型，有的产品可能经过高达过万层的固化。

当每层打印时建模平台9与树脂容器8的表面胶膜13垂直分离时会因光敏树脂的粘力及两平面贴平而产生巨大张力。

但上文已提及过，建模平台9与树脂容器8两者必为绝对水平贴合才可精确地打印，却又必须经过多次的逐层分离再打印的步骤，要成功离合而不破损树脂容器8的表面胶膜13,并可完成打印是本实用新型的核心目的。

以下结合附图对本实用新型的3D打印机的结构及工作过程做详细地介绍：

本实用新型的3D打印机的结构：包括建模平台9及树脂容器8；还包括：固定连接树脂容器8的托盘6；杠杆牵引装置；一端与杠杆牵引装置的一活动端铰接的一偏心结构；所述偏心结构的另一端与托盘6的一侧形成一移动副(表示任何两个构件一直保持相互接触，且可在一个方向上互相移动)。所述杠杆牵引结构包括作为动力装置的步进电机18、一传动结构及一执行结构。所述传动结构为一齿轮传动结构，所述齿轮传动结构包括与步进电机18的输出端连接的主动齿轮15及从动齿轮16。所述执行结构包括连接杆14、固定架17、杠杆12；从动齿轮16的中心铰接于固定架17；连接杆14的一端铰接固定于接近从动齿轮16中心处，具体设计时，保证从动齿轮16及相关齿轮轴不会发生断裂损坏的前提下，将前述铰接点尽可能靠近从动齿轮16的轴心位置。杠杆12的一端与连接杆14的另一端铰接，杠杆12的支点铰接于固定架17，杠杆12的另一端作为杠杆牵引装置的活动端。

所述偏心结构为不等边三角板11，其一端具有一铰支点，与杠杆牵引装置的活动端铰接，另一端具有至少两个导杆，可移动地安装于固定机架的一侧的滑槽内。不等边三角板11是用以扭动托盘6的底板的,因此不等边三角板11上边的长度不可太短，以托盘为2mm厚不锈钢为例，大约为6:1,即不等边三角板11上边的长度是托盘6的底板的大约1/6。不等边三角板11的三个角的位置关系是取决于要拉下托盘6的长度及需要的拉力(此拉力取决于光敏树脂的液体浓度、粘度及齿轮传动结构的位置关系。举例而言，其中一种设计下,假设3D打印机可适用于一般常用的光敏树脂,左面的角大约为45°,右面的角大约为32°,下面的角大约为103°。但要注意的是上述的设计只是其中一种设计，仼何以不等边三角板11用以拉动托盘6的底板的设计均在本实用新型的保护范围之内。

本实用新型的3D打印机的工作过程：

1.树脂容器8必须与垂直Z轴上的建模平台9作每层分离、升高、然后再贴合打印下一层的动作。

2.如升高每一层,必需靠带有丝杠的Z轴通过步进电机13配合推动,让建模平台9可向上逐层精确地升高。

3.要把建模平台9与树脂容器8分离时所产生的巨大张力卸走，要靠树脂容器8下面的一组零件压板7,托盘6,不等边三角板11,杠杆12,固定架17,连接杆14,从动齿轮16,主动齿轮15，步进电机18及固定轴19共同作用来达成。

4.树脂容器8通过多个压板7压贴在承托树脂容器8的托盘6上。

5.要轻易把树脂容器8拉下可通过步进电机18驱动主动齿轮15,再带动从动齿轮16及托盘6之间的组件不等边三角板11,杠杆12,连接杆14和固定架17组成连杆机构,令该连杆机构发挥杠杆原理，便能轻易把托盘6往下拉，令树脂容器8与建模平台9形成角度分离。

6.由于每个产品都有着不同的轮廓，会导致每层固化时产生的张力及粘力都有所不同,要让树脂容器8可完全轻松地脱离建模平台9,则要倚靠不等边的三角板11把整个托盘6向下拉再左右牵引摆动，令已固化在建模平台9上的产品与树脂容器8的表面胶膜13轻柔地分离。

7.不等边三角板11能把整个托盘6向下拉再左右牵引产生摆动,是因为因它安装在托盘6的一边的中心点，而不等边三角板11由于其位于托盘6的滑槽中的两个销轴与不等边三角板11与杠杆12的铰接点构成的三角形的两边为不等比例结构,令托盘6被拉至某力度时，上述三角不等比例结构会发挥左右卸力反应，从而把托盘6一起左右摆动拉下，完成分离动作后，再在杠杆12的作用下，使让托盘6及树脂容器8自动反回原位，令每次打印完的固化层都能准确地再与树脂容器8的表面胶膜13绝对水平贴合再继续打印至完成为止。

上述工作过程中，定位轴19的作用是加强保障，如不等边三角板11与杠杆12之间的连接断开,定位轴19可以用来承托托盘6和树脂容器8,以二者倒下。另外，定位轴19与托盘6的连接位具有一定的间隙，可以供托盘6有适当的空间左右摆动。

本实用新型制作出步进电机18,主动齿轮15,从动齿轮16,连接杆14,固定架17,杠杆12,不等边三角板11,压板7、固定轴19和托盘6多个配件,即可组装，主要用步进电机来驱动产生杠杆拉力令建模平台9被拉下,不等边三角板11可左右摆动,令建模平台9摆动与树脂容器8分离。本实用新型已完成多项实际测试及应用，打印及分离的效果良好，能够使打印精确度达每层0.01mm。从经验所得,出错机会以现有技术有明显进步，当然，本实用新型公布上述结构的基础上，具体的测试过程对本领域技术人员应是公知的，且根据前文叙述的具体工作原理，本领域技术人员应能轻易理解，通过上述结构必然能够达到上述的打印精度及减少出错机会。故此对于具体的实际测试及应用流程与打印对应的具体产品不再赘述介绍。

本实用新型主要是利用杠杆原理来牵引出拉力，以使其产生自然物理反应现象的一种原理，有效地化解树脂容器8的表面胶膜13与建模平台9间所产生的张力及粘力。本实用新型是基于使用电机(如步进电机)经过传动装置带动杠杆12,产生拉力拉动不等边三角板11,这牵引力令不等边三角板11产生自然摆动，当拉力足以令建模平台9及刚刚固化的光敏树脂与表面胶膜13分离,只会产生上下适当的拉力，但当上下拉力不足以令建模平台9及刚固化的光敏树脂与胶膜13分离时不等边三角板11自然地相互受到下拉拉力而继续向下拉动，运行的同时由于是不等比三角结构,在向下的拉力作用下，自然会将拉力缷向比列较少的一边，再拉动固定的托盘，再产生相应的内应力，并使托盘6产生非平均性的弯曲，根据树脂容器8表面胶膜与建模平台9间所产生的张力及粘贴力的程度不同,会产生相应不同程度的弯曲，最终以达至抵销相关的张力及粘贴力，令树脂容器8表面的胶膜与建模平台9间完全不被破损并有效地分开，与此同时又不构成机械架构性的变形及破坏，对其加工出的产品也能达至最佳的精度，完成打印。

综上，本实用新型利用物理自然现象，杠杆原理达致在不同的张力、粘力情况下，自动根据不同张力及粘贴力度产生物理应力变化，从而化解高张力及粘力以达到预期的效果。

由于本实用新型的结构主要是运用自然物理现象来设计，其制作及安装简单，非常耐用损耗极少，成本低、功效大，可应对不同张力及拉力，维护极易，市场认受性极高。对各业界用户来说，该技术可大大提高打印生产速度，减少用户常因膜被拉破而导致打印失败的情况，大大减少用户在时间、金钱上的损失。绝对可帮助未来巨大的3D打印市场发展。且本实用新型的3D打印机的分离结构几乎不需维护，可长久使用，制作成本低，其在技术上完全集多种优点于一身。

需说明的是，托盘6可选用金属材质，也可以选用其他适用的硬质材质，本实用新型对此不作限定。

上文中的不等边三角板11仅用来说明偏心结构，本实用新型并不仅限于采用此结构的偏心结构，根据实际工况，还可以通过其他方式设计偏心结构，如可不采用三角板结构，直接使用三根不等长的刚性杆首尾依次连接制作偏心结构。总之，偏心的结构并不限定于特定的几何形状构件，偏心结构与托盘的移动副也不仅限于通过导杆和滑槽实现，还可通过设置滑块和导轨的方式实现。总之，只要采用的偏心结构为一端与杠杆牵引装置的活动端铰接，另一端与托盘的一侧中心处形成一移动副，且该移动副的移动方向上的一边与铰接点构成一不等边三角形，则都在本实用新型的保护范围之内。

上文中的组件：步进电机18、主动齿轮15、从动齿轮16、杠杆12、连接杆14和固定架17仅用来说明杠杆牵引装置，本实用新型并不仅限于采用此结构的杠杆牵引装置，根据实际工况，除步进电机外，还可以采用例如伺服电机，直流电机，交流电机，气动马达等提供动力，本实用新型对此并不做限定。传动形式也不限于齿轮传动，还可以采用带传动、链传动或蜗轮蜗杆等传动方式。连杆结构中相当于摇杆的从动齿轮也可通过其他方式实现，如改为一刚性杆，或一凸轮结构，只要能够带动连接结构完成一完整的行程，本实用新型对此不作限定。杠杆的结构，包括力臂的长度、比例及相互之间的夹角，均根据实际3D打印机的机构确定，由于涉及的知识均为机械领域的公知常识，因此不再赘述。

总之，以上结构和原理仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照上述结构和原理对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，在本实用新型说明书公布内容的基础上，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案和权利要求的精神和范围。这样的修改或者等同替换都在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种3D打印机，包括一建模平台及一树脂容器；其特征在于，还包括：

固定连接所述树脂容器的一托盘；一杠杆牵引装置；一端与杠杆牵引装置的一活动端铰接的一偏心结构；所述偏心结构的另一端与托盘的一侧形成一移动副。

2.如权利要求1所述的3D打印机，其特征在于，所述杠杆牵引结构包括一动力装置、一传动结构及一执行结构。

3.如权利要求2所述的3D打印机，其特征在于，所述动力装置为步进电机、伺服电机、直流电机、交流电机、气动马达中的一种。

4.如权利要求2所述的3D打印机，其特征在于，所述传动结构为一齿轮传动结构，所述齿轮传动结构包括与动力装置的输出端连接的一主动齿轮及与所述主动齿轮啮合的一从动齿轮。

5.如权利要求4所述的3D打印机，其特征在于，所述执行结构包括一连接杆、一固定架、一杠杆；所述从动齿轮的中心铰接于固定架；所述连接杆的一端铰接于接近从动齿轮中心处；所述杠杆的一端与连接杆的另一端铰接，所述杠杆的支点铰接于固定架，所述杠杆的另一端作为杠杆牵引装置的活动端。

6.如权利要求5所述的3D打印机，其特征在于，所述偏心结构为一不等边三角板，所述不等边三角板的一端具有一铰支点，与杠杆牵引装置的活动端铰接，另一端具有至少两个导杆或滑块，可移动地安装于固定机架的一侧的滑槽或导轨内。

7.如权利要求6所述的3D打印机，其特征在于，所述不等边三角板的三个角的位置关系是根据所述托盘的长度、树脂的液体浓度、粘度及齿轮传动结构的位置关系决定的。

8.如权利要求1所述的3D打印机，其特征在于，所述树脂容器通过若干压板固定于所述托盘。

9.如权利要求1所述的3D打印机，其特征在于，还包括与所述托盘连接的多个固定轴，用以支撑托盘。

10.如权利要求8所述的3D打印机，其特征在于，所述固定轴与托盘连接处具有空隙。