CN103991218B - 一种极坐标多打印头熔丝成形装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种极坐标多打印头熔丝成形装置，由工作台、八个打印架和八个打印头组成，工作台可沿Z方向上下运动，同时可沿其轴心转动，打印头安装在打印架上，可在打印架上沿着极径ρ方向自由运动，打印头自身可沿Z方向上下运动，通过极坐标运动方式，可实现多个打印头配合联动熔融沉积成形非金属材料，提高成形质量和成形效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种熔丝成形装置，尤其涉及一种极坐标多打印头熔丝成形装置。
背景技术
现有的熔融沉积成型设备大都是在笛卡尔坐标系下建立的，由于工作台在X、Y方向可以由计算机控制做微小位移，从而使得打印成型系统在插补运算的基础上可以加工各种曲线、曲面。但是，这样的加工方法存在两个方面的问题：其一是所加工的圆弧表面是近似值，而非理论值。其二是对于加工某些曲线如：阿基米德螺线、渐开线、摆线等更适合于用极坐标参数描述的曲线来讲，用X、Y方向位移做插补，其运算量非常大。从技术上讲每次移动都包括启动、加速、匀速直线运动、减速、停止几个阶段。由于期望所加工的圆弧尽可能的符合理论值，因此X、Y方向的伺服电机每次工作的时间都非常短。特别是当移动部件的体积、惯量比较大时，短时间内频繁的启停对机械、电气装置的要求便非常高。如果能够以极坐标的方式进行加工，则插补运算的量将非常小，工作台会减少大量的短时间内频繁启动、停止。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通过极坐标运动方式，能够实现多个打印头配合联动打印非金属材料，提高成形质量和成形效率的极坐标多打印头熔丝成形装置。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括能沿Z轴方向上下运动并能沿轴心自由转动的圆形工作台，在工作台上沿圆心均布有八个打印架和八个打印头，打印架为固定横梁结构，打印头安装在打印架上，打印头在打印架上能够沿着极径ρ方向自由运动，打印头自身能够沿Z方向上下运动。
所述的工作台表面平面度在0.05mm以内。
采用极坐标成形方式加工某些适合采用极坐标参数描述的曲线如：阿基米德螺线、渐开线，螺旋线等，其控制方法简单，加工精度相对比较高；当被加工零件的圆心与回转轴同心时，理论上就比直角坐标机床有更高的加工精度；加工二次曲线，如椭圆、抛物线、双曲线等形式的零件时，具有工件定位方便，加工精度高等特点。多打印头熔融沉积成型科技极大的提高零件成形效力，对于外形轮廓主要以回转、球面等为主，很适宜采用多打印头极坐标方式成型，因此，本发明可以有效地提高外形轮廓为曲面的零件的成形质量和成形效率。
本发明的的特点和产生的有益效果是：
1、本发明采用极坐标成形方式加工外形轮廓为曲面的成形件，可以大大减小因台阶效应产生的加工误差，提高成形质量。
2、本发明采用多打印头成形附件零件，通过工艺参数的匹配和打印头、工作台运动状态参数的选择，多打印头同时工作，大大提高成形效率。
3、本发明结构紧凑，控制精确，有利于复杂件的成形。
附图说明：
图1.本发明的结构原理图
图2.本发明的侧视图
图中：1.工作台；2.Ⅵ号打印架；3.Ⅴ号打印架；4.Ⅴ号打印头；5.Ⅵ号打印头；6.Ⅶ号打印头；7.Ⅳ号打印头；8.Ⅲ号打印头；9.Ⅳ号打印架；10.Ⅲ号打印架；11.Ⅱ号打印架；12.Ⅱ号打印头；13.Ⅷ号打印头；14.Ⅰ号打印架；15.Ⅰ号打印头；16.打印零件；17.Ⅷ号打印架；18.Ⅶ号打印架。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明：
如图1、2所示，本发明由工作台1、八个打印架和八个打印头组成。工作台1为圆形，表面平面度在0.05mm以内，目的是保证打印头熔丝成形过程中与工作台1的距离始终保持一定，有利于提高打印零件16的成形质量。工作台1可沿着Z轴方向上下运动，同时工作台1可沿轴心自由转动。工作台1表面被八个打印架划分为八个区域，分别是打印区Ⅰ、打印区Ⅱ、打印区Ⅲ、打印区Ⅳ、打印区Ⅴ、打印区Ⅵ、打印区Ⅶ和打印区Ⅷ。打印架为固定横梁结构，打印头安装在打印架上，打印头可在打印架上沿着极径ρ方向自由运动，打印头自身可沿Z方向上下运动。八个打印架分别为Ⅰ号打印架14、Ⅱ号打印架11、Ⅲ号打印架10、Ⅳ号打印架9、Ⅴ号打印架3、Ⅵ号打印架2、Ⅶ号打印架18和Ⅷ号打印架17。八个打印头分别为Ⅰ号打印头15、Ⅱ号打印头12、Ⅲ号打印头8、Ⅳ号打印头7、Ⅴ号打印头4、Ⅵ号打印头5、Ⅶ号打印头6和Ⅷ号打印头13。通过八个不同的打印头在各自打印架上沿极径ρ方向的运动、工作台1沿Z轴方向的运动和工作台1沿轴心的转动，可实现在极坐标运动方式下打印零件16的逐层熔融沉积成型。打印头可沿Z轴上下运动，通过不同打印头打印次序和上下高度的控制，保证打印零件16的成形质量和成形效率。
本发明的工作过程：基于熔融沉积成型工艺，首先对打印零件16的三维模型进行二维离散，然后再用二维离散数据堆积成三维实物。选择打印零件16截面尺寸较大且内部支撑材料较少的位置为工作原点，通过工艺路径优化，生成不同时刻打印头工作状态和工作台工作状态数据，保证成形路径无干涉。通过控制工作台1沿Z轴上下升降，调整工作台1与处于工作状态的打印头之间的距离约为一张纸的厚度，其它打印头距离工作台1的距离为0.4mm以上，保证工作过程中处于非工作状态的打印头触碰打印零件16表面，避免产生成形误差。打印首先在打印区Ⅰ进行，Ⅰ号打印头首先开始工作，根据成形零件16的二维离散片层数据，工作台1从位置a转动到位置b，Ⅰ号打印头15沿Ⅰ号打印架14运动，成形轮廓曲线，工作台转动一定的角度θ后，Ⅱ号打印头12开始运动，此后根据工艺参数各个打印头匹配运动，通过与工作台1沿轴心的转动匹配联动，实现成形零件16的二维片层截面的成形。第一层成形完成后，工作台1下降一个打印层厚的距离，按照工艺参数和扫描工艺路径，最终逐层熔融沉积成形打印零件16。
Claims (2)
1.一种极坐标多打印头熔丝成形装置，其特征在于：包括能沿Z轴方向上下运动并能沿轴心自由转动的圆形工作台(1)，在工作台(1)上沿圆心均布有八个打印架和八个打印头，打印架为固定横梁结构，打印头安装在打印架上，打印头在打印架上能够沿着极径ρ方向自由运动，打印头自身能够沿Z方向上下运动；
工作台(1)表面被八个打印架划分为打印区(Ⅰ)、打印区(Ⅱ)、打印区(Ⅲ)、打印区(Ⅳ)、打印区(Ⅴ)、打印区(Ⅵ)、打印区(Ⅶ)和打印区(Ⅷ)，八个打印架分别为Ⅰ号打印架(14)、Ⅱ号打印架(11)、Ⅲ号打印架(10)、Ⅳ号打印架(9)、Ⅴ号打印架(3)、Ⅵ号打印架(2)、Ⅶ号打印架(18)和Ⅷ号打印架(17)，八个打印头分别为Ⅰ号打印头(15)、Ⅱ号打印头(12)、Ⅲ号打印头(8)、Ⅳ号打印头(7)、Ⅴ号打印头(4)、Ⅵ号打印头(5)、Ⅶ号打印头(6)和Ⅷ号打印头(13)，通过八个不同的打印头在各自打印架上沿极径ρ方向的运动、工作台(1)沿Z轴方向的运动和工作台(1)沿轴心的转动，实现在极坐标运动方式下打印零件(16)的逐层熔融沉积成型；
基于熔融沉积成型工艺，首先对打印零件(16)的三维模型进行二维离散，然后再用二维离散数据堆积成三维实物，选择打印零件(16)截面尺寸较大且内部支撑材料较少的位置为工作原点，通过工艺路径优化生成不同时刻打印头工作状态和工作台工作状态数据，保证成形路径无干涉；控制工作台(1)沿Z轴上下升降，调整工作台(1)与处于工作状态的打印头之间的距离，保证打印过程中处于非工作状态的打印头触碰打印零件(16)的表面；打印首先在打印区(Ⅰ)进行，Ⅰ号打印头(15)首先开始工作，根据成形零件(16)的二维离散片层数据，工作台(1)从位置a转动到位置b，Ⅰ号打印头(15)沿Ⅰ号打印架(14)运动，成形轮廓曲线，工作台转动一定的角度θ后，Ⅱ号打印头(12)开始运动，此后根据工艺参数各个打印头匹配运动，通过与工作台(1)沿轴心的转动匹配联动，实现成形零件(16)的二维片层截面的成形，第一层成形完成后，工作台(1)下降一个打印层厚的距离，逐层熔融沉积成形打印零件(16)。
2.根据权利要求1所述的极坐标多打印头熔丝成形装置，其特征在于：所述的工作台(1)表面平面度在0.05mm以内。
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