3d打印機(jī)數(shù)控定位系統(tǒng)之四的制作方法
【專利摘要】3D打印機(jī)數(shù)控定位系統(tǒng)之四，本發(fā)明屬3D打印機(jī)數(shù)控定位系統(tǒng)的一個【技術(shù)領(lǐng)域】。為了簡化3D打印機(jī)的X軸和Y軸數(shù)控定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、消除滑動導(dǎo)軌磨損對打印精度的影響。本發(fā)明采取了如下技術(shù)措施：在搖臂9的一端固定安裝有工作臺驅(qū)動電機(jī)10和活動安裝有螺紋套11，工作臺驅(qū)動電機(jī)10的轉(zhuǎn)軸上裝有工作臺2，工作臺驅(qū)動電機(jī)10在計(jì)算機(jī)的控制下可驅(qū)動工作臺2轉(zhuǎn)動，搖臂9的另一端鉸接在支架1或活動安裝在Z軸導(dǎo)軌6上，搖臂驅(qū)動電機(jī)14通過彈簧片12和電機(jī)支架13裝在支架1上，搖臂驅(qū)動電機(jī)14的轉(zhuǎn)軸上裝有螺桿15等等；這樣做的好處是：由于本發(fā)明采用了磨損小，定位精度高的轉(zhuǎn)動替代導(dǎo)軌的直線滑動，消除了導(dǎo)軌滑動磨損所帶來的不良影響。
【專利說明】3D打印機(jī)數(shù)控定位系統(tǒng)之四

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬3D打印機(jī)數(shù)控定位系統(tǒng)的一個【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]市售的一般的熱熔堆積類3D打印機(jī)，由于結(jié)構(gòu)相對簡單，耗材價廉等原因而發(fā)展較快。熱熔堆積類3D打印機(jī)主要運(yùn)用了熱熔堆積等成形技術(shù)，使計(jì)算機(jī)上虛擬的三維圖像變成了現(xiàn)實(shí)的立體模型。這一類的3D打印機(jī)主要由X軸、Y軸和Z軸，三軸數(shù)控定位系統(tǒng)、控制電路和噴頭等組成。三軸數(shù)控定位系統(tǒng)根據(jù)切片軟件產(chǎn)生的數(shù)字切片打印數(shù)據(jù)和指令，不斷地改變噴咀與模型或工作臺之間的水平位置和相對高度，配合噴頭的動作就能實(shí)現(xiàn)熱熔材料的堆積成形。在這個過程中，X軸和Y軸數(shù)控定位系統(tǒng)的運(yùn)動最頻繁，而且運(yùn)動量也最大，同時它對打印精度的影響也最大。所以它是3D打印機(jī)中最重要的組成部份。
[0003]然而，現(xiàn)有技術(shù)下的這類3D打印機(jī)的三軸數(shù)控定位系統(tǒng)中，使用的都是直線滑動導(dǎo)軌。在3D打印過程中，X軸和Y軸不斷配合動作，才能形成模型中的各條曲線或直線。也就是說，3D打印過程中的各條曲線或直線的產(chǎn)生，都要導(dǎo)軌與滑臺之間產(chǎn)生滑動磨擦才能實(shí)現(xiàn)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員都知道，滑動導(dǎo)軌不但對零件的材質(zhì)、加工精度和安裝精度的要求非?？量蹋易盍钊祟^痛的是它在使用過程中會產(chǎn)生嚴(yán)重磨擦磨損，這種磨損是它的結(jié)構(gòu)所造成的。由于它的磨擦行程的幅度大，而且各部件都直接暴露在空氣中，使這種情況雪上加霜。在這樣的工作環(huán)境下，導(dǎo)軌上的潤滑劑極容易吸附空氣中的灰塵，這樣更加速了導(dǎo)軌的磨損。導(dǎo)軌的磨損影響最大的是三軸定位系統(tǒng)的定位和重復(fù)定位精度，它的表現(xiàn)為打印出來的平面表面粗糙。嚴(yán)重時，打印出來的模型的幾何形狀和尺寸也受影響。所以滑動導(dǎo)軌的使用，間接影響了打印精度和縮短了 3D打印機(jī)的使用壽命。另一方面，在設(shè)計(jì)和制造3D打印機(jī)的過程中，滑動導(dǎo)軌的長度必須要大于X軸和Y軸的工作行程，這樣就要求支撐導(dǎo)軌的支架更大更強(qiáng)。它必然導(dǎo)致使3D打印機(jī)的整機(jī)結(jié)構(gòu)非常龐大。而面對龐大的結(jié)構(gòu)，為保證剛度又不得不增加構(gòu)件的厚度。這樣就大大增整機(jī)的重量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了簡化3D打印機(jī)的X軸和Y軸數(shù)控定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、消除滑動導(dǎo)軌磨損對打印精度的影響，延長3D打印機(jī)的使用壽命，本發(fā)明采取了如下技術(shù)措施:在搖臂9的一端固定安裝有工作臺驅(qū)動電機(jī)10和活動安裝有螺紋套11，工作臺驅(qū)動電機(jī)10的轉(zhuǎn)軸上裝有工作臺2，工作臺驅(qū)動電機(jī)10在計(jì)算機(jī)的控制下可驅(qū)動工作臺2轉(zhuǎn)動，搖臂9的另一端鉸接在支架I或活動安裝在Z軸導(dǎo)軌6上，搖臂驅(qū)動電機(jī)14通過彈簧片12和電機(jī)支架13裝在支架I上，搖臂驅(qū)動電機(jī)14的轉(zhuǎn)軸上裝有螺桿15，螺桿15與螺紋套11螺紋連接在一起，搖臂驅(qū)動電機(jī)14在計(jì)算機(jī)的控制下可通過螺桿15、螺紋套11驅(qū)動搖臂9、工作臺驅(qū)動電機(jī)10和工作臺2 —起擺動(轉(zhuǎn)動)；搖臂9和支架I上裝有位置傳感器用于工作臺2和搖臂9的復(fù)位，位置傳感器連接計(jì)算機(jī)；工作臺驅(qū)動電機(jī)10和搖臂驅(qū)動電機(jī)14連接各自的電機(jī)控制器，電機(jī)控制器連接計(jì)算機(jī)。
[0005]這樣做的好處是:本發(fā)明把3D打印機(jī)工作時，運(yùn)動最頻繁、運(yùn)動量最大的X軸和Y軸的數(shù)控定位系統(tǒng)，由使用滑動導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)3D打印機(jī)的水平面的數(shù)控定位，改為通過搖臂9帶著工作臺2的平擺和工作臺2的自身旋轉(zhuǎn)，來實(shí)現(xiàn)3D打印機(jī)的水平面的數(shù)控定位。由于本發(fā)明采用了磨損小，定位精度高的轉(zhuǎn)動替代導(dǎo)軌的直線滑動(即取消了滑動導(dǎo)軌機(jī)構(gòu))，消除了導(dǎo)軌滑動磨損所帶來的不良影響。同時也大大簡化了結(jié)構(gòu)、提高了定位精度，降低了生產(chǎn)成本和提高了可靠性，延長了 3D打印機(jī)的使用壽命。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖，前側(cè)俯視面圖。
[0007]圖2是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖，后側(cè)面俯視圖。
[0008]圖中:支架1、工作臺2、噴頭3、耗材4、噴頭支架5、Z軸導(dǎo)軌6、Z軸驅(qū)動電機(jī)7、Z軸螺桿8、搖臂9、工作臺驅(qū)動電機(jī)10、螺紋套11、彈簧片12、電機(jī)支架13、搖臂驅(qū)動電機(jī)14、螺桿15。

【具體實(shí)施方式】
[0009]現(xiàn)有技術(shù)下的熱熔堆積類3D打印機(jī)的三軸(X軸、Y軸、Z軸)數(shù)控定位系統(tǒng)中，幾乎都采用了直線滑動導(dǎo)軌。在技術(shù)上，直線導(dǎo)軌的長度要大于工作行程，而且各導(dǎo)軌之間必須是相互垂直。因此，這類3D打印機(jī)的主體結(jié)構(gòu)大都為箱式，體積龐大而且笨重。在3D打印機(jī)過程中，驅(qū)動X軸和驅(qū)動Y軸的步進(jìn)電機(jī)在計(jì)算機(jī)的控制下不斷配合動作，形成模型斷層中的各條曲線或直線，即一個切片。因此它們的工作量大，磨損也嚴(yán)重。而Z軸只有層高有增加時才有動作，而且它的最大行程就是模型的高度。它打印一個模型才行走一次行程，所以Z軸的磨損是非常小的，它對3D打印機(jī)的精度和使用壽命的影響相對小得多?？梢赃m當(dāng)忽略。在3D打印機(jī)工作過程中，運(yùn)動最頻繁和運(yùn)動量是最大的是X軸和Y軸。而且在整個打印機(jī)結(jié)構(gòu)中，為了安置X軸和Y軸的滑動導(dǎo)軌，往往要把3D打印機(jī)做成箱式結(jié)構(gòu)。這就使3D打印機(jī)的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，同時為保證剛度不得不大大增加材厚度，使3D打印機(jī)的重量大大增加。所以在3D打印機(jī)的數(shù)控定位系統(tǒng)中，取代滑動導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)對3D打印機(jī)有著重大的意義。
[0010]本發(fā)明的實(shí)施例:為了簡化現(xiàn)有3D打印機(jī)X軸和Y軸構(gòu)成的平面數(shù)控定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、消除滑動導(dǎo)軌磨損對打印精度的影響和延長3D打印機(jī)的使用壽命。本發(fā)明主要采取了利用工作臺的旋轉(zhuǎn)和搖臂的水平搖擺，兩者的相互配合來替代X軸和Y軸的直線運(yùn)動。把模型數(shù)字切片的直線或曲線展現(xiàn)在噴頭的噴嘴面前，實(shí)現(xiàn)3D打??；其具體結(jié)構(gòu)是:在搖臂9的一端固定安裝有工作臺驅(qū)動電機(jī)10和活動安裝有螺紋套11，在螺紋套11上加工有內(nèi)螺紋。工作臺驅(qū)動電機(jī)10的轉(zhuǎn)軸上安裝有工作臺2。工作臺驅(qū)動電機(jī)(本申請所述的電機(jī)均為步進(jìn)電機(jī)或帶減速機(jī)構(gòu)的步進(jìn)電機(jī))10在計(jì)算機(jī)的控制下可驅(qū)動工作臺2旋轉(zhuǎn)。搖臂9的另一端鉸接在支架I或活動安裝在Z軸導(dǎo)軌6上。這里所述的活動安裝是指搖臂9可圍繞Z軸導(dǎo)軌6自由擺動(轉(zhuǎn)動)的安裝結(jié)構(gòu)。其效果與鉸接一樣，都是使搖臂9可左右水平自由擺動。搖臂驅(qū)動電機(jī)14通過彈簧片12和電機(jī)支架13安裝在支架I上。這種安裝結(jié)構(gòu)是為了減小系統(tǒng)的間隙，彈簧片13允許搖臂驅(qū)動電機(jī)14兩邊擺動，卻不允許搖臂驅(qū)動電機(jī)14前后移動，正好滿足這里的要求。搖臂驅(qū)動電機(jī)14的轉(zhuǎn)軸上裝有螺桿15，螺桿15與螺紋套11螺紋連接在一起。當(dāng)搖臂驅(qū)動電機(jī)14在計(jì)算機(jī)的控制下轉(zhuǎn)動時，可通過螺桿15和螺紋套11驅(qū)動搖臂9、工作臺2等一起水平擺動。這樣工作臺2既可擺動也可同時轉(zhuǎn)動，兩者在計(jì)算機(jī)的控制下配合運(yùn)動就可以在噴頭下完成各種直線或曲線軌跡。實(shí)現(xiàn)X軸和Y軸的精確數(shù)控定位。工作臺驅(qū)動電機(jī)10、搖臂驅(qū)動電機(jī)14連接各自的電機(jī)控制器，電機(jī)控制器連接計(jì)算機(jī)，搖臂9和支架I上安裝有復(fù)位傳感器用于工作臺2和搖臂9的復(fù)位，復(fù)位傳感器連接計(jì)算機(jī)。
[0011]本發(fā)明的工作過程是:當(dāng)使用者打開3D打印機(jī)電源時計(jì)算機(jī)系統(tǒng)復(fù)位后開始工作。跟著計(jì)算機(jī)通過電機(jī)控制器指令工作臺驅(qū)動電機(jī)10，驅(qū)動工作臺2向裝在搖臂9上的微動開關(guān)或復(fù)位傳感器的方向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)工作臺2的一個特定點(diǎn)觸及裝在搖臂上的微動開關(guān)或復(fù)位傳感器時，微動開關(guān)或復(fù)位傳感器向計(jì)算機(jī)發(fā)出工作臺2到位的信號。計(jì)算機(jī)收到此信號后向工作臺驅(qū)動電機(jī)10發(fā)出停機(jī)指令，工作臺2就停止在工作的起點(diǎn)的位置上，工作臺2復(fù)位成功。跟著計(jì)算機(jī)通過另一個電機(jī)控制器指令搖臂驅(qū)動電機(jī)14，通過螺桿15、螺紋套11驅(qū)動搖臂9、工作臺2等一起向裝在支架I上的微動開關(guān)或復(fù)位傳感器方向擺動(旋轉(zhuǎn))。當(dāng)搖臂9上的特定點(diǎn)觸及微動開關(guān)或復(fù)位傳感器時，微動開關(guān)或復(fù)位傳感器向計(jì)算機(jī)發(fā)出搖臂9到位的信號。計(jì)算機(jī)收到此信號后，向搖臂驅(qū)動電機(jī)14發(fā)出停機(jī)指令，搖臂9帶著工作臺2停止在工作起點(diǎn)的位置上，搖臂9復(fù)位成功。全系統(tǒng)的復(fù)位結(jié)果是使工作臺2上設(shè)定的工作起點(diǎn)對齊噴頭3的噴咀，噴頭3的噴咀距工作臺2有合適的高度。全系統(tǒng)復(fù)位完成后，計(jì)算機(jī)就可根據(jù)使用者輸入的模型切片數(shù)據(jù)，通過電機(jī)控制器驅(qū)動工作臺驅(qū)動電機(jī)10、搖臂驅(qū)動電機(jī)14配合動作，完成X軸和Y軸方向的水平移動定位任務(wù)。
[0012]當(dāng)3D打印機(jī)打印完一層切片后，計(jì)算機(jī)就會通過電機(jī)控制器控制Z軸電機(jī)7、Z軸螺桿8驅(qū)動裝在Z軸導(dǎo)軌6上并與Z軸螺桿8螺紋連接在一起的噴頭支架5上升，為打印下一個切片做準(zhǔn)備。如此循環(huán)就可打印全個模型。
【權(quán)利要求】
1.3D打印機(jī)數(shù)控定位系統(tǒng)之四，主要包括支架(I)、工作臺(2)、搖臂(9)、工作臺驅(qū)動電機(jī)(10)、螺紋套(11)、彈簧片(12)、電機(jī)支架(13)、搖臂驅(qū)動電機(jī)(14)、螺桿(15)，其特征在于:在搖臂(9)的一端固定安裝有工作臺驅(qū)動電機(jī)(10)和活動安裝有螺紋套(11)，工作臺驅(qū)動電機(jī)(10)的轉(zhuǎn)軸上裝有工作臺(2)，工作臺驅(qū)動電機(jī)(10)在計(jì)算機(jī)的控制下可驅(qū)動工作臺(2)轉(zhuǎn)動，搖臂(9)的另一端鉸接在支架(I)或活動安裝在Z軸導(dǎo)軌(6)上，搖臂驅(qū)動電機(jī)(14)通過彈簧片(12)和電機(jī)支架(13)裝在支架(I)上，搖臂驅(qū)動電機(jī)(14)的轉(zhuǎn)軸上裝有螺桿(15)，螺桿(15)與螺紋套(11)螺紋連接在一起，搖臂驅(qū)動電機(jī)(14)在計(jì)算機(jī)的控制下可通過螺桿(15 )、螺紋套(11)驅(qū)動搖臂(9 )、工作臺驅(qū)動電機(jī)(10 )和工作臺(2 ) —起擺動(轉(zhuǎn)動)；搖臂(9)和支架(I)上裝有位置傳感器用于工作臺(2)和搖臂(9)的復(fù)位，位置傳感器連接計(jì)算機(jī)；工作臺驅(qū)動電機(jī)(10)和搖臂驅(qū)動電機(jī)(14)連接各自的電機(jī)控制器，電機(jī)控制器連接計(jì)算機(jī)。
【文檔編號】B29C67/00GK104325646SQ201410713624
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月29日
【發(fā)明者】胡振邦, 胡達(dá)廣 申請人:胡達(dá)廣