一種具有曲面加工特性的3d打印機的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種具有曲面加工特性的3D打印機，屬于數字化加工技術領域。本實用新型解決了工件設計工程中懸臂以及空心結構造成的重力限制問題，并可以實現曲面3D打印其結構包括固定框架，工作平臺，并聯桿移動噴頭，步進電機，同步帶。工作平臺通過步進電機與同步帶實現傾斜。本實用新型的3D打印機通過機座平臺傾斜，以及3D打印機主體上噴嘴的移動，對工件懸臂和空腔曲面打印件進行無需支撐物的打印。對于中空多面體、多層蜂窩結構工件和曲面工件，本實用新型可以進行直接打印，提高3D打印的效率。
【專利說明】
一種具有曲面加工特性的3D打印機
技術領域
[0001 ]本發(fā)明屬于數字化加工技術領域。
【背景技術】
[0002]3D打印是一種以數字化模型為基礎，通過對數字模型進行切片處理，利用熔融擠出技術、激光燒結技術或者光固化技術逐層打印的方式來完成物體的制作。
[0003]現有的3D打印機，為了克服重力影響，在對有懸臂以及空腔的部件進行打印時都需要進行支撐處理。所以一些有懸臂或者空腔的結構，又不允許添加內部支撐結構的打印件就無法用3D打印進行制作。更普遍一點的曲面打印問題，目前的3D打印機打印曲面過程十分繁瑣，需要增加大量的支撐結構，后處理過程也十分難以解決。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明提出一種工作平臺可傾斜的3D打印機以解決工件設計工程中，懸臂以及空心結構造成的重力限制問題，并且可以直接打印曲面結構，提高3D打印的效率。
[0005]—種具有曲面加工特性的3D打印機，主要包括底座1、電機固定板2、步進電機3、下夾具塊6、行程擋塊7、工作平臺8、支架9、同步帶10、光杠11、第一支撐桿12、第二支撐桿15、上夾具塊13、滑塊14以及嗔頭結構；
[0006]底座I為三角形，所述底座I和支架9組成三棱柱形框架;底座I的數量為兩個，分別位于框架頂端和低部;六條光杠11分別固定于兩個底座I之間；
[0007]所述的步進電機3數量為六個，分別固定在一個電機固定板2上，所述電機固定板2分別固定在三棱柱形框架六個頂點所對應的底座I上；
[0008]下夾具塊6與上夾具塊13的數量均為三個，分別位于三棱柱形框架的每一側的上部和下部;每一側的下夾具塊6與上夾具塊13均分別固定在一個滑塊14上，并且在該側上下兩個步進電機3與同步帶10的帶動下在光杠11上運動；
[0009]所述的行程擋塊7固定在滑塊14上，滑塊14固定在光杠11上，每一側的同步帶10均有上下兩條，行程擋塊7上有兩個固定軸將上下兩條同步帶10分開，并且限制上夾具塊13與下夾具塊6的運動軌跡，確定上夾具塊13與下夾具塊6的運動行程；
[0010]工作平臺8通過六條第二支撐桿15與三個下夾具塊6相連接，六條第二支撐桿15中每兩條并聯組成三桿并聯機構，第二支撐桿15與工作平臺8和下夾具塊6的連接方式均為鉸鏈連接，所述的工作平臺8通過三個下夾具塊6的直線運動產生傾斜或上下移動；
[0011]所述噴頭結構為三角洲式打印機噴頭結構，噴頭結構通過球頭與六條第一支撐桿12連接，第一支撐桿12的另外一端插入上夾具塊13的凹槽中，六條第一支撐桿12中每兩條并聯組成三桿并聯機構。
[0012]本發(fā)明優(yōu)選方式中還包括控制裝置4，所述控制裝置4通過控制步進電機3工作狀態(tài)實現對打印機位置的控制；并且通過對噴頭結構控制以控制打印進度與打印速度的控制。
[0013]本發(fā)明優(yōu)選方式中還包括液晶顯示屏5，所述液晶顯示屏5與控制裝置4連接，用于在打印機工作時顯示打印進度與打印速度。
[0014]本發(fā)明優(yōu)選方式中所述行程擋塊7上兩個固定軸外表面有對于同步帶10的定位結構，可防止同步帶10在工作過程中從正面脫出。
[0015]本發(fā)明優(yōu)選方式中第二支撐桿15與工作平臺8過盈配合，第二支撐桿15與下夾具塊6也過盈配合連接，可防止打印機工作過程中工作平臺8與第二支撐桿15有圓柱滑動。
[0016]本發(fā)明的有益效果:
[0017]1、當打印工件結構設計過程中出現懸臂、空腔以及蜂窩結構時，打印過程中可以通過控制平臺傾斜從而達到減少或消除某些設計工件內對于加工過程中不利于后期處理的支撐材料或者支撐結構，提高了打印精度和打印效率。
[0018]2、一種具有曲面加工特性的3D打印機可以通過改變工作平臺傾斜角度一次性打印具有曲面結構，中空、蜂窩狀結構的打印件。并且在打印部分具有弧度頂端打印件時，可以避免頂端拉絲不均勻或者發(fā)絲失敗的現象。
[0019]3、一種具有曲面加工特性的3D打印機采用三桿并聯機構鏈接工作平臺，巧妙的利用和回避了并聯機構在精度和剛性方面存在的不足。
[0020]4、行程擋塊可以確定上夾具塊與下夾具塊的行程，從而確定工作平臺傾斜角度。在打印準備階段可以按照打印件結構確定工作平臺在打印過程中最大和最小傾斜角度，從而固定行程擋塊位置來調節(jié)工做平臺滑塊行程。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明的總體結構示意圖。
[0022]圖2是本發(fā)明的工作平臺的帶傳動結構主視圖。
[0023]圖3是本發(fā)明的工作平臺的帶傳動結構側視圖
[0024]圖4是本發(fā)明的運動平臺結構示意圖。
【具體實施方式】
[0025]下面以具體實施例的方式對本發(fā)明技術方案做進一步解釋和說明。
[0026]實施例1
[0027]本發(fā)明的總體結構如圖1所示，一種具有曲面加工特性的3D打印機，主要包括底座
1、電機固定板2、步進電機3、下夾具塊6、行程擋塊7、工作平臺8、支架9、同步帶10、光杠11、第一支撐桿12、第二支撐桿15、上夾具塊13、滑塊14以及噴頭結構。
[0028]底座I為三角形，所述底座I和支架9組成三棱柱形框架，用以支撐整個系統(tǒng)部件。底座I的數量為兩個，分別位于框架頂端和低部;六條光杠11分別固定于兩個底座I之間。
[0029]所述的步進電機3數量為六個，分別固定在一個電機固定板2上，所述電機固定板2分別固定在三棱柱形框架六個頂點所對應的底座I上。
[0030]下夾具塊6與上夾具塊13的數量均為三個，分別位于三棱柱形框架的每一側的上部和下部;每一側的下夾具塊6與上夾具塊13均分別固定在一個滑塊14上，并且在該側上下兩個步進電機3與同步帶10的帶動下在光杠11上運動。
[0031]所述的行程擋塊7固定在滑塊14上，滑塊14通過螺釘從側邊固定在光杠11上，每一側的同步帶10均有上下兩條，行程擋塊7上有兩個固定軸將上下兩條同步帶10分開，并且限制上夾具塊13與下夾具塊6的運動軌跡，確定上夾具塊13與下夾具塊6的運動行程，限制工作平臺8和噴頭結構的行程，并且為了防止同步帶10滑出加工有凸出部分。
[0032]工作平臺8通過六條第二支撐桿15與三個下夾具塊6相連接，六條第二支撐桿15中每兩條并聯組成三桿并聯機構，第二支撐桿15與工作平臺8和下夾具塊6的連接方式均為鉸鏈連接，所述的工作平臺8通過三個下夾具塊6的直線運動產生傾斜或上下移動。
[0033]第二支撐桿15與工作平臺8過盈配合，第二支撐桿15與下夾具塊6也過盈配合連接，可防止打印機工作過程中工作平臺8與第二支撐桿15有圓柱滑動。
[0034]工作平臺8、第二支撐桿15、下夾具塊6、滑塊14和同步帶10共同組成運動工作臺，工作平臺8實現垂直方向移動和傾斜的工作原理是:步進電機3帶動同步帶10旋轉，同步帶10繞在下夾具塊6上，下夾具塊6固定在滑塊14上，而滑塊14套在光杠11上，這樣，可將同步帶10的旋轉運動轉化為下夾具塊6的直線往復運動，下夾具塊6上連接有第二支撐桿15，下夾具塊6上下移動帶動第二支撐桿15移動，而工作平臺8完全依靠第二支撐桿15支撐，這樣第二支撐桿15移動就能相應使工作平臺8實現垂直方向移動和傾斜。
[0035]控制裝置4通過控制步進電機3工作狀態(tài)實現對打印機位置的控制;并且通過對噴頭結構控制以控制打印進度與打印速度的控制;液晶顯示屏5與控制裝置4連接，并且液晶顯示屏5安裝在與底座I平齊的控制裝置4上，用來在打印機工作時顯示打印進度與打印速度。
[0036]所述噴頭結構為三角洲式打印機噴頭結構，噴頭結構通過球頭與六條第一支撐桿12連接，第一支撐桿12的另外一端插入上夾具塊13的凹槽中，六條第一支撐桿12中每兩條并聯組成三桿并聯機構。
[0037]噴頭結構的X、Y、Z三個方向的運動由第一支撐桿12、上夾具塊13、滑塊14、同步帶1和噴頭結構共同實現，
[0038]其具體的實施原理是:步進電機3帶動同步帶10旋轉，同步帶10繞在上夾具塊13上，將同步帶10的旋轉運動轉化為上夾具塊13的直線往復運動，上夾具塊13再帶動第一支撐桿12運動，第一支撐桿12最終帶動噴頭結構實現Χ、Υ、Ζ三個方向的運動。
[0039]本發(fā)明的帶傳動結構如圖2和圖3所示，噴頭結構的帶傳動結構和工作平臺8的一樣，這里只截取了本發(fā)明的下半部分，即工作平臺8的帶傳動結構，包括步進電機3、電機固定板2、光杠11、同步帶10、滑塊14、下夾具塊6和行程擋塊7。步進電機3固定板固定在底座I上，步進電機3的電機軸末端裝有帶齒的圓盤，同步帶10上也有齒，安裝時將同步帶10剪斷，安裝方式如圖2所示，步進電機3帶動同步帶10旋轉，同步帶10另一端固定在行程擋塊7上，可以帶動下夾具塊6與滑塊14整體上下往復直線運動，從而實現工作平臺8的垂直方向移動和傾斜。
[0040]本發(fā)明的運動平臺結構如圖4所示，使工作平臺8實現垂直方向移動和傾斜的第二支撐桿15有三對，每一對的兩根第二支撐桿15相對安裝，一端插入工作平臺8的凹槽中，另外一端插入下夾具塊6的凹槽中，這樣通過夾持的方式連接工作平臺8與下夾具塊6，使下夾具塊6的運動傳給工作平臺8，實現工作平臺8的垂直方向移動和傾斜。
【主權項】
1.一種具有曲面加工特性的3D打印機，其特征在于，主要包括底座(I)、電機固定板(2)、步進電機(3)、下夾具塊(6)、行程擋塊(7)、工作平臺(8)、支架(9)、同步帶(10)、光杠(11)、第一支撐桿(12)、第二支撐桿(15)、上夾具塊(13)、滑塊(14)以及噴頭結構； 底座(I)為三角形，所述底座(I)和支架(9)組成三棱柱形框架;底座(I)的數量為兩個，分別位于框架頂端和低部;六條光杠(11)分別固定于兩個底座(I)之間； 所述的步進電機(3)數量為六個，分別固定在一個電機固定板(2)上，所述電機固定板(2)分別固定在三棱柱形框架六個頂點所對應的底座(I)上； 下夾具塊(6)與上夾具塊(13)的數量均為三個，分別位于三棱柱形框架的每一側的上部和下部;每一側的下夾具塊(6)與上夾具塊(13)均分別固定在一個滑塊(14)上，并且在該側上下兩個步進電機(3)與同步帶(10)的帶動下在光杠(11)上運動； 所述的行程擋塊(7)固定在滑塊(14)上，滑塊(14)固定在光杠(11)上，每一側的同步帶(10)均有上下兩條，行程擋塊(7)上有兩個固定軸將上下兩條同步帶(10)分開，并且限制上夾具塊(13)與下夾具塊(6)的運動軌跡，確定上夾具塊(13)與下夾具塊(6)的運動行程；工作平臺(8)通過六條第二支撐桿(15)與三個下夾具塊(6)相連接，六條第一支撐桿(12)中每兩條并聯組成三桿并聯機構，第二支撐桿(15)與工作平臺(8)和下夾具塊(6)的連接方式均為鉸鏈連接，所述的工作平臺(8)通過三個下夾具塊(6)的直線運動產生傾斜或上下移動； 噴頭結構通過球頭與六條第一支撐桿(12)連接，第一支撐桿(12)的另外一端插入上夾具塊(13)的凹槽中，六條第一支撐桿(12)中每兩條并聯組成三桿并聯機構。2.根據權利要求1所述的具有曲面加工特性的3D打印機，其特征在于，所述噴頭結構為三角洲式打印機噴頭結構。3.根據權利要求1所述的具有曲面加工特性的3D打印機，其特征在于，所述行程擋塊(7)上兩個固定軸外表面有對于同步帶(10)的定位結構。4.根據權利要求1所述的具有曲面加工特性的3D打印機，其特征在于，第二支撐桿(15)與工作平臺(8)過盈配合，第二支撐桿(15)與下夾具塊(6)也過盈配合連接。5.根據權利要求1所述的具有曲面加工特性的3D打印機，其特征在于，其還包括控制裝置(4)，所述控制裝置(4)通過控制步進電機(3)工作狀態(tài)實現對打印機位置的控制;并且通過對噴頭結構控制以控制打印進度與打印速度的控制。6.根據權利要求1至5中任意一項所述的具有曲面加工特性的3D打印機，其特征在于，其還包括液晶顯示屏(5)，所述液晶顯示屏(5)與控制裝置(4)連接，用于在打印機工作時顯示打印進度與打印速度。
【文檔編號】B29C67/00GK205674491SQ201620473637
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年5月23日 公開號201620473637.7, CN 201620473637, CN 205674491 U, CN 205674491U, CN-U-205674491, CN201620473637, CN201620473637.7, CN205674491 U, CN205674491U
【發(fā)明人】孫慧超, 閆龍威, 曲興田, 周偉, 徐明旭
【申請人】吉林大學