CN103878976A - 基于fdm技术的便携式3d打印机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于FDM技术的便携式3D打印机，包括打印装置，打印装置包括挤出打印头、连接架、送料机构，挤出打印头与支撑座下部连接；所述挤出打印头包括打印头、打印耗材导向套，打印头上部与加热器连接，加热器设有温度传感器，温度传感器与控制器连接，加热器上部设有隔热垫，隔热垫上部与隔热套连接，隔热套上部与隔热板连接，隔热板与上部的打印头连接板连接，打印头连接板与连接架下部连接，打印头内部设有容纳打印耗材熔融体的打印头腔体，加热器、隔热套、打印头连接板设有轴向通孔，加热器的轴向通孔与打印头腔体连通，打印耗材导向套与隔热套连接。结构散热性好，延长连接架及安装在上面的零部件的使用可靠性和寿命。

Description

基于FDM技术的便携式3D打印机

技术领域

本发明涉及3D打印机技术领域，特别涉及一种基于FDM技术的便携式3D打印机。 

背景技术

三维打印机是新兴的技术发展产业，有着越来越广泛的用途和庞大的市场需求，同时三维DIY人群日益增多，但是由于用三维打印机打印零配件成本高、效率低，同时由于现有技术的3D打印机结构比较复杂，体积比较大、结构不紧凑，采购及使用维护费用比较高，限制了消费者的使用市场和规模。 

发明内容

本发明的目的就是为解决现有技术存在的上述问题，提供一种基于FDM技术的便携式3D打印机；本发明结构简单、紧凑，体积小，制作成本低，通用性高，满足了当今日益增长的3D打印机的消费需求。 

本发明解决技术问题的技术方案为： 

一种基于FDM技术的便携式3D打印机，包括机架、底座、X轴移动系统、Y轴移动系统、Z轴移动系统、打印装置，所述机架包括左右两侧的左立柱、右立柱及下连接板、上连接板，所述下连接板、上连接板分别与左立柱、右立柱连接，底座与下连接板连接，上连接板与打印耗材连接架连接，打印耗材连接架上设有打印耗材固定盘，所述打印装置与X轴移动系统连接，所述X轴移动系统与Z轴移动系统连接，所述左立柱、右立柱设有立柱导轨，Z轴移动系统与立柱导轨连接，Y轴移动系统与底座连接，所述X轴移动系统设有打印装置移动的X轴移动导轨,所述底座底部设有相连接的电源、控制器，控制器与电源连接， 所述控制器与X轴移动系统、Y轴移动系统、Z轴移动系统、打印装置连接，所述打印装置包括挤出打印头、连接架、送料机构，所述连接架包括支撑座，支撑座与左侧支撑臂、右侧支撑臂连接，左侧支撑臂、右侧支撑臂与X轴移动导轨连接、沿X轴移动导轨轴向移动，送料机构安装在支撑座上，挤出打印头与支撑座下部连接；所述挤出打印头包括打印头、打印耗材导向套，打印头上部与加热器连接，加热器设有温度传感器，温度传感器与控制器连接，加热器上部设有隔热垫，隔热垫上部与隔热套连接，隔热套上部与隔热板连接，隔热板与上部的打印头连接板连接，打印头连接板与连接架下部连接，打印头内部设有容纳打印耗材熔融体的打印头腔体，所述加热器、隔热套、打印头连接板设有轴向通孔，加热器的轴向通孔与打印头腔体连通，打印耗材导向套穿过打印头连接板的轴向通孔后与隔热套连接，打印耗材从打印耗材驱动轮与从动轮之间穿过后、从打印耗材导向套的内孔中穿过，到达加热器的轴向通孔后进行预热、然后进入打印头腔体熔融，所述连接架下部与打印头连接板在垂直方向设有预定的距离，打印头连接板与加热器通过隔热套在轴向隔开预定的距离，所述打印头上部设有外螺纹，加热器设有内螺纹，打印头与加热器二者通过内外螺纹配合连接，隔热套上部设有法兰盘，隔热板包括上隔热板、下隔热板，所述上隔热板、下隔热板采用铝板等散热性好的材料，法兰盘与两侧的上隔热板、下隔热板通过金属螺栓连接，上隔热板与打印头连接板连接，上隔热板与打印头连接板之间设有长的金属螺母，金属螺母与下螺栓、上螺栓连接，上隔热板、下隔热板、隔热套法兰通过下螺栓与金属螺母的下部连接，支撑座、打印头连接板通过上螺栓与金属螺母上部连接，支撑座的下端面、打印头连接板的上端面设有与上螺栓配合的锁紧螺母，通过锁紧螺母调整连接架与打印头连接板的距离并锁紧固定。 

所述底座、支撑座、左侧支撑臂、右侧支撑臂采用透明的聚甲基丙烯酸甲酯材料制作。 

所述送料机构包括第四数控电机、主动轮轴、从动轮轴，第四数控电机输出轴上设有第一齿轮，主动轮轴上设有第二齿轮，第一齿轮与第二齿轮啮合，支撑座沿前后方向的中间部位设有上下贯通的支撑座槽孔，主动轮轴通过轴承与支撑座前后两侧连接，主动轮轴的中间设有打印耗材驱动轮，从动轮轴中间设有从动轮，打印耗材驱动轮、从动轮设于支撑座槽孔内，支撑座前后两侧设有长槽孔，从动轮轴通过两侧的支撑轴端部与长槽孔连接，支撑轴端部沿径向设有与从动轮轴垂直贯通的水平导向孔，所述导向孔的轴线与从动轮轴轴线在水平面内垂直相交，连接架上设有从动轮水平位置调节螺丝连接孔，调节螺丝与从调节螺丝连接孔连接，调节螺丝连接孔轴线与导向孔的轴线重合，打印耗材通过设于调节螺丝上的第二压缩弹簧压紧于打印耗材驱动轮、从动轮之间，第一种压紧方式是：主动轮轴轴承安装孔与长槽孔通过长槽孔与主动轮轴轴承安装孔之间的侧面隔开，调节螺丝的细的末端从导向孔伸出后、与第三压缩弹簧配合，第三压缩弹簧的一端与长槽孔侧面连接、一端与调节螺丝末端后部的台阶配合，所述调节螺丝上设有调节螺母、锁紧螺母，连接架上还设有与长槽孔贯通的调整孔，所述调节螺母、锁紧螺母设于调整孔位置，通过锁紧螺母将调节螺丝与连接架固定，第二压缩弹簧设于支撑轴端与调节螺母之间的调节螺丝上；第二种压紧方式是：主动轮轴轴承安装孔与长槽孔是连通的结构，调节螺丝的末端与导向孔配合，所述调节螺丝上设有调节螺母、锁紧螺母，连接架上设有与长槽孔贯通的调整孔，所述调节螺母、锁紧螺母设于调整孔位置，通过锁紧螺母将调节螺丝与连接架固定，第二压缩弹簧设于支撑轴端与调节螺母之间的调节螺丝上，通过第二压缩弹簧的弹力将打印耗材压紧在打印耗材驱动 轮与从动轮之间。 

本发明的有益效果： 

1.通过设置隔热套、隔热板、打印头连接板、及金属螺栓、螺母连接，使加热器传导或者辐射到上方的热量被吸收和散发，从而减少上部的连接架及所安装的其他零部件因为接收热量多造成的变形和损坏，延长连接架及安装在上面的零部件的使用可靠性和寿命. 

2.由于结构散热性好，可以减少打印头与连接架的垂直距离、减少整机的高度尺寸，同时因为连接架处的温度低、变形小，连接架可以采用塑料等质量轻的工程材料制作，减轻整机质量。 

3.底座、支撑座、左侧支撑臂、右侧支撑臂采用透明的聚甲基丙烯酸甲酯材料制作，能够清楚地看到与这些结构配合、或者连接的零部件的配合及运动状态，便于直观地理解它们之间的位置及连接关系和运动状态，如果出现运动故障、能够及时看到并采取相应措施，防止相配合零部件的损坏；同时这种透明结构直观性强，特别适合于在学校或者公共场合对公众进行演示、宣传3D产品和知识，有利于科普推广，对于在学校通过工程试验实习的学生加深对相关知识的认知和印象，对增强创造力和学习效果有极大的帮助。 

4.本发明安装、调整卸方便，使用时打印耗材从支撑座槽孔、进入打印耗材驱动轮与从动轮之间的间隙并穿过，从动轮可以采用轴承空套在，主动轮轴的轴线、从动轮轴的轴线与第四数控电机的输出轴线在同一个水平面支撑轴上，通过移动调节螺母在调节螺丝上的位置、调整第二压缩弹簧的弹力，使得打印耗材在打印耗材驱动轮、从动轮之间受到不同的夹紧力，保持打印耗材可靠、连续地供应到打印头；通过在连接架两侧设有连接架长槽孔、调节螺母、水平导向孔、从动轮水平位置调节螺丝连接孔、与长槽孔贯通的调整孔等结构，能 够方便地调节从动轮的位置，保持从动轮与打印耗材驱动轮的适当距离、使打印耗材受到适宜的摩擦力、并以适宜的速率向下导入打印头内，水平导向孔实现了从动轮轴的轴向固定，避免了其它轴向固定和紧固方式存在的结构复杂、安装及拆卸不便以及调整繁琐的问题，同时减少了机架的尺寸、机架结构更紧凑：7.通过第一种压紧方式，在松开第二压缩弹簧后，在第三压缩弹簧的弹力作用下，从动轮与打印耗材脱离接触，可以方便地手工调节打印耗材的进退；通过第二种压紧方式，省略第三压缩弹簧，在打印耗材驱动轮与从动轮外表面之间的间隙小于打印耗材的直径尺寸，结构更紧凑，体积更小。 

附图说明

图1为本发明的结构示意图； 

图2是图1的C局部放大图； 

图3是图1的A-A第一种实施方式的剖视图； 

图4是图1的A-A第二种实施方式的剖视图。 

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合附图来详细解释本发明的实施方式。 

如图1至图4所示，一种基于FDM技术的便携式3D打印机，包括机架1、底座2、X轴移动系统3、Y轴移动系统4、Z轴移动系统5、打印装置6，所述机架1包括左右两侧的左立柱101、右立柱102及下连接板103、上连接板104，所述下连接板103、上连接板104分别与左立柱101、右立柱102连接，底座2与下连接板103连接，上连接板104与打印耗材连接架7连接，打印耗材连接架7上设有打印耗材固定盘701，所述打印装置6与X轴移动系统3连接，所述X轴移动系统3与Z轴移动系统5连接，所述左立柱101、右立柱102设有立柱导轨，Z轴移动系统5与立柱导轨连接，Y轴移动系统4与底座2连接，所述X 轴移动系统3设有打印装置移动的X轴移动导轨302,所述底座2底部设有相连接的电源、控制器，控制器与电源连接，所述控制器与X轴移动系统3、Y轴移动系统4、Z轴移动系统5、打印装置6连接，所述打印装置6包括挤出打印头601、连接架602、送料机构603，所述连接架602包括支撑座606，支撑座606与左侧支撑臂604、右侧支撑臂605连接，左侧支撑臂604、右侧支撑臂605与X轴移动导轨302连接、沿X轴移动导轨轴向移动，送料机构603安装在支撑座606上，挤出打印头601与支撑座606下部连接。所述控制器采用单片机。 

所述挤出打印头601包括打印头6011、打印耗材导向套6012，打印头6011上部与加热器6013连接，加热器6013设有温度传感器6014，温度传感器6014与控制器连接，加热器6013上部设有隔热垫6016，隔热垫6021上部与隔热套6015连接，隔热套6015上部与隔热板连接，隔热板与上部的打印头连接板6017连接，打印头连接板6017与连接架602下部连接，打印头6011内部设有容纳打印耗材熔融体的打印头腔体，所述加热器6013、隔热套6015、打印头连接板6017设有轴向通孔，加热器6013的轴向通孔与打印头腔体连通，打印耗材导向套6012穿过打印头连接板6017的轴向通孔后与隔热套6015连接，打印耗材从打印耗材驱动轮与从动轮之间穿过后、从打印耗材导向套的内孔中穿过，到达加热器的轴向通孔后进行预热、然后进入打印头腔体熔融，所述连接架下部与打印头连接板6017在垂直方向设有预定的距离，打印头连接板6017与加热器6013通过隔热套6015在轴向隔开预定的距离，所述打印头6011上部设有外螺纹，加热器6013设有内螺纹，打印头与加热器二者通过内外螺纹配合连接，隔热套6015上部设有法兰盘6018，隔热板包括上隔热板6019、下隔热板6020，所述上隔热板6019、下隔热板6020采用铝板等散热性好的材料，法兰盘与两侧的上隔热板6019、下隔热板6020通过金属螺栓连接，上隔热板6019与打印头连接板连接，上隔热板 6019与打印头连接板6017之间设有长的金属螺母6023，金属螺母6023与下螺栓6022、上螺栓6021连接，上隔热板6019、下隔热板6020、隔热套6015法兰通过下螺栓6022与金属螺母6023的下部连接，支撑座606、打印头连接板6017通过上螺栓6021与金属螺母6023上部连接，支撑座606的下端面、打印头连接板6017的上端面设有与上螺栓6021配合的锁紧螺母6024，通过锁紧螺母6024调整连接架602与打印头连接板的距离并锁紧固定。通过设置隔热套、隔热板、打印头连接板、及金属螺栓、螺母连接，使加热器传导或者辐射到上方的热量被吸收和散发，从而减少上部的连接架及所安装的其他零部件因为接收热量多造成的变形和损坏，延长连接架及安装在上面的零部件的使用可靠性和寿命，同时可以减少打印头与连接架的垂直距离，减少整机的高度尺寸，从而连接架可以采用塑料凳轻型材料，以减轻整机质量。 

所述底座2、支撑座606、左侧支撑臂604、右侧支撑臂605采用透明的聚甲基丙烯酸甲酯材料制作，采用聚甲基丙烯酸甲酯材料，能够清楚地看到与这些结构配合、或者连接的零部件的配合及运动状态，便于直观地理解它们之间的位置及连接关系和运动状态，如果出现运动故障、能够及时看到并采取相应措施，防止相配合零部件的损坏。同时这种透明结构直观性强，特别适合于在学校或者公共场合对公众进行演示、宣传高科技产品和知识，有利于科普推广，对于在学校通过工程试验实习的学生加深对相关知识的认知和印象，对增强创造力和学习效果有极大的帮助。 

所述送料机构603包括第四数控电机6031、主动轮轴6032、从动轮轴6033，第四数控电机输出轴上设有第一齿轮6034，主动轮轴6032上设有第二齿轮6035，第一齿轮6034与第二齿轮6035啮合，支撑座606沿前后方向的中间部位设有上下贯通的支撑座槽孔6036，主动轮轴6032通过与主动轮轴轴承安装孔6049配合的 主动轮轴轴承与支撑座前后两侧连接，主动轮轴6032的中间设有打印耗材驱动轮6037，从动轮轴6033中间设有从动轮6038，打印耗材驱动轮6037、从动轮6038设于支撑座槽孔6036内，打印耗材驱动轮6037表面滚花或者齿轮结构以增加传动的摩擦力，支撑座前后两侧设有长槽孔6039，从动轮轴6033通过两侧的支撑轴端部与长槽孔6039连接，支撑轴端部沿径向设有与从动轮轴垂直贯通的水平导向孔6040，所述导向孔6040的轴线与从动轮轴6033轴线在水平面内垂直相交，连接架上设有从动轮水平位置调节螺丝连接孔，调节螺丝6041与从调节螺丝连接孔连接，调节螺丝连接孔轴线与导向孔6040的轴线重合，打印耗材通过设于调节螺丝6041上的第二压缩弹簧6045压紧于打印耗材驱动轮6037、从动轮6038之间，其中：一种结构是，主动轮轴轴承安装孔6049与长槽孔6039通过长槽孔6039与主动轮轴轴承安装孔6049之间的侧面6048隔开，调节螺丝6041的细的末端从导向孔6040伸出后、与第三压缩弹簧6046配合，第三压缩弹簧6046的一端与长槽孔6039侧面6048连接、一端与调节螺丝6041末端后部的台阶6047配合，所述调节螺丝6041上设有调节螺母6042、锁紧螺母6043，连接架上还设有与长槽孔贯通的调整孔6044，所述调节螺母6042、锁紧螺母6043设于调整孔位置，通过锁紧螺母6043将调节螺丝6041与连接架固定，第二压缩弹簧6045设于支撑轴端与调节螺母之间的调节螺丝上，这样在松开第二压缩弹簧6045后，在第三压缩弹簧6046的弹力作用下，从动轮6038与打印耗材脱离接触，可以方便地手工调节打印耗材的进退；另一种结构是，主动轮轴轴承安装孔6049与长槽孔6039是连通的结构，调节螺丝6041的末端与导向孔6040配合，从而省略第三压缩弹簧6046，在打印耗材驱动轮6037与从动轮6038外表面之间的间隙小于打印耗材的直径尺寸，所述调节螺丝6041上设有调节螺母6042、锁紧螺母6043，连接架上还设有与长槽孔贯通的调整孔6044，所述调节螺母6042、锁紧螺母6043设于 调整孔位置，通过锁紧螺母6043将调节螺丝6041与连接架固定，第二压缩弹簧6045设于支撑轴端与调节螺母之间的调节螺丝上，通过第二压缩弹簧6045的弹力将打印耗材压紧在打印耗材驱动轮6037与从动轮6038之间。使用时，打印耗材从支撑座槽孔6036、进入打印耗材驱动轮6037与从动轮6033之间的间隙并穿过，从动轮可以采用轴承空套在从动轮轴上，主动轮轴的轴线、从动轮轴的轴线与第四数控电机的输出轴线在同一个水平面支撑轴上，通过移动调节螺母6042在调节螺丝6041上的位置、调整第二压缩弹簧6045的弹力，使得打印耗材在打印耗材驱动轮6037、从动轮6038之间受到不同的夹紧力，保持打印耗材可靠、连续地供应到打印头。通过在连接架两侧设有连接架长槽孔6039、调节螺母6042、水平导向孔6040、从动轮水平位置调节螺丝连接孔、与长槽孔贯通的调整孔6044等结构，能够方便地调节从动轮的位置，保持从动轮与打印耗材驱动轮的适当距离、使打印耗材受到适宜的摩擦力、并以适宜的速率向下导入打印头内，而且通过水平导向孔实现了从动轮轴的轴向固定，避免了其它轴向固定和紧固方式存在的结构复杂、安装及拆卸不便以及调整繁琐的问题，同时减少了机架的尺寸、机架结构更紧凑。 

上述虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。 

Claims (3)

1.一种基于FDM技术的便携式3D打印机，其特征是，包括机架、底座、X轴移动系统、Y轴移动系统、Z轴移动系统、打印装置，所述机架包括左右两侧的左立柱、右立柱及下连接板、上连接板，所述下连接板、上连接板分别与左立柱、右立柱连接，底座与下连接板连接，上连接板与打印耗材连接架连接，打印耗材连接架上设有打印耗材固定盘，所述打印装置与X轴移动系统连接，所述X轴移动系统与Z轴移动系统连接，所述左立柱、右立柱设有立柱导轨，Z轴移动系统与立柱导轨连接，Y轴移动系统与底座连接，所述X轴移动系统设有打印装置移动的X轴移动导轨,所述底座底部设有相连接的电源、控制器，控制器与电源连接，所述控制器与X轴移动系统、Y轴移动系统、Z轴移动系统、打印装置连接，所述打印装置包括挤出打印头、连接架、送料机构，所述连接架包括支撑座，支撑座与左侧支撑臂、右侧支撑臂连接，左侧支撑臂、右侧支撑臂与X轴移动导轨连接、沿X轴移动导轨轴向移动，送料机构安装在支撑座上，挤出打印头与支撑座下部连接；所述挤出打印头包括打印头、打印耗材导向套，打印头上部与加热器连接，加热器设有温度传感器，温度传感器与控制器连接，加热器上部设有隔热垫，隔热垫上部与隔热套连接，隔热套上部与隔热板连接，隔热板与上部的打印头连接板连接，打印头连接板与连接架下部连接，打印头内部设有容纳打印耗材熔融体的打印头腔体，所述加热器、隔热套、打印头连接板设有轴向通孔，加热器的轴向通孔与打印头腔体连通，打印耗材导向套穿过打印头连接板的轴向通孔后与隔热套连接，打印耗材从打印耗材驱动轮与从动轮之间穿过后、从打印耗材导向套的内孔中穿过，到达加热器的轴向通孔后进行预热、然后进入打印头腔体熔融，所述连接架下部与打印头连接板在垂直方向设有预定的距离，打印头连接板与加热器通过隔热套在轴向隔开预定的距离，所述打印头上部设有外螺纹，加热器设有内螺纹，打印头与加热器二者通过内外螺纹配合连接，隔热套上部设有法兰盘，隔热板包括上隔热板、下隔热板，所述上隔热板、下隔热板采用铝板等散热性好的材料，法兰盘与两侧的上隔热板、下隔热板通过金属螺栓连接，上隔热板与打印头连接板连接，上隔热板与打印头连接板之间设有长的金属螺母，金属螺母与下螺栓、上螺栓连接，上隔热板、下隔热板、隔热套法兰通过下螺栓与金属螺母的下部连接，支撑座、打印头连接板通过上螺栓与金属螺母上部连接，支撑座的下端面、打印头连接板的上端面设有与上螺栓配合的锁紧螺母，通过锁紧螺母调整连接架与打印头连接板的距离并锁紧固定。

2.如权利要求1所述的基于FDM技术的便携式3D打印机，其特征是，所述底座、支撑座、左侧支撑臂、右侧支撑臂采用透明的聚甲基丙烯酸甲酯材料制作。

3.如权利要求1或者2所述的基于FDM技术的便携式3D打印机，其特征是，所述送料机构包括第四数控电机、主动轮轴、从动轮轴，第四数控电机输出轴上设有第一齿轮，主动轮轴上设有第二齿轮，第一齿轮与第二齿轮啮合，支撑座沿前后方向的中间部位设有上下贯通的支撑座槽孔，主动轮轴通过轴承与支撑座前后两侧连接，主动轮轴的中间设有打印耗材驱动轮，从动轮轴中间设有从动轮，打印耗材驱动轮、从动轮设于支撑座槽孔内，支撑座前后两侧设有长槽孔，从动轮轴通过两侧的支撑轴端部与长槽孔连接，支撑轴端部沿径向设有与从动轮轴垂直贯通的水平导向孔，所述导向孔的轴线与从动轮轴轴线在水平面内垂直相交，连接架上设有从动轮水平位置调节螺丝连接孔，调节螺丝与从调节螺丝连接孔连接，调节螺丝连接孔轴线与导向孔的轴线重合，打印耗材通过设于调节螺丝上的第二压缩弹簧压紧于打印耗材驱动轮、从动轮之间，第一种压紧方式是：主动轮轴轴承安装孔与长槽孔通过长槽孔与主动轮轴轴承安装孔之间的侧面隔开，调节螺丝的细的末端从导向孔伸出后、与第三压缩弹簧配合，第三压缩弹簧的一端与长槽孔侧面连接、一端与调节螺丝末端后部的台阶配合，所述调节螺丝上设有调节螺母、锁紧螺母，连接架上还设有与长槽孔贯通的调整孔，所述调节螺母、锁紧螺母设于调整孔位置，通过锁紧螺母将调节螺丝与连接架固定，第二压缩弹簧设于支撑轴端与调节螺母之间的调节螺丝上；第二种压紧方式是：主动轮轴轴承安装孔与长槽孔是连通的结构，调节螺丝的末端与导向孔配合，所述调节螺丝上设有调节螺母、锁紧螺母，连接架上设有与长槽孔贯通的调整孔，所述调节螺母、锁紧螺母设于调整孔位置，通过锁紧螺母将调节螺丝与连接架固定，第二压缩弹簧设于支撑轴端与调节螺母之间的调节螺丝上，通过第二压缩弹簧的弹力将打印耗材压紧在打印耗材驱动轮与从动轮之间。

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