CN104210104B - 一种位姿可调节的3d打印机装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种位姿可调节的3D打印机装置，主要由装置安装横板、回转轴、摆动轴、喷头组成。回转轴包括回转安装板驱动电机、回转安装板、回转安装板压板、摆动板电机侧安装支架、摆动板非电机侧安装支架。摆动轴包括摆动板驱动电机、摆动板、喷头、摆动板安装支撑轴。回转轴与摆动轴为二自由度空间串联结构，装置能够在其工作空间内实时调整喷头位姿，从而提高加工灵活性与加工效率。本发明3D打印机可以很方便得完成二次加工以及复杂曲面的加工，从而提高了3D打印机加工的灵活性。同时，当喷头需要在其可达的空间范围内做大量的往复运动时，可以由本发明装置驱动完成，从而提高了3D打印机的加工效率。

Description

一种位姿可调节的3D打印机装置

技术领域

本发明涉及的是一种打印机装置。

背景技术

3D打印机作为一种新兴的加工设备，具有越来越广阔的应用前景和市场潜力。目前，3D打印机喷头只能做X-Y-Z方向的平动。喷头通过三个方向的相对于底板的运动，实现一定的运动轨迹，进而完成加工。这种形式的3D打印机的喷头垂直于底板，只能相对于底板做平动。因此在零件二次加工以及一些复杂曲面加工方面有着局限性。

现有3D打印机的喷头的运动有限，影响了加工的灵活性以及加工的范围，另外，加工尺寸较小的零件时，喷头需要做大量的小位移回复运动，现有的3D打印机需要框架同时运动，因此影响了加工效率。

发明内容

本发明的目的在于提供可以实时调整喷头在一定空间范围内的位置和姿态的一种位姿可调节的3D打印机装置。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种位姿可调节的3D打印机装置，其特征是：包括喷头装置，喷头装置包括回转安装板驱动电机、横板、回转安装板、摆动板驱动电机、摆动板、喷头，横板和回转安装板上均设置通孔，回转安装板驱动电机固定在横板上，回转安装板驱动电机的电机轴穿过横板和回转安装板的通孔，回转安装板驱动电机的电机轴的端部安装使其与回转安装板相固定的回转安装板压板，回转安装板下方分别固定有摆动板电机侧安装支架和摆动板非电机侧安装支架，摆动板电机侧安装支架和摆动板非电机侧安装支架上均设置通孔，摆动板电机侧安装支架上安装摆动版驱动电机，摆动板非电机侧安装支架上安装摆动板安装支撑轴，摆动板驱动电机的电机轴穿过摆动板电机侧安装支架的通孔，摆动板安装支撑轴的轴端穿过摆动板非电机侧安装支架的通孔，摆动板上设置第一竖板和第二竖板，第一竖板和第二竖板上均设置通孔，摆动板驱动电机的电机轴和摆动板安装支撑轴的轴端分别穿过第一竖板和第二竖板且分别与第一竖板和第二竖板相固定，喷头固定在摆动板上。

本发明还可以包括：

1、还包括喷头运动支架、框架，所述框架为六面体结构框架，喷头运动支架包括连接块以及可沿六面体结构框架的X轴、Y轴、Z轴方向移动的X向运动支撑杆、Y向运动支撑杆、Z向运动支撑杆，X向运动支撑杆、Y向运动支撑杆穿过连接块，框架上设置供X向运动支撑杆、Y向运动支撑杆移动的滑槽以及供Z向运动支撑杆移动的通孔槽，X向运动支撑杆与Z向运动支撑杆相连。

本发明的优势在于：本发明的装置为喷头增加旋转与摆动两个运动自由度，从而使喷头在一定的空间范围内能够达到任意的位置和姿态。配合喷头的X-Y-Z三个方向的平动，3D打印机可以很方便得完成二次加工以及复杂曲面的加工，从而提高了3D打印机加工的灵活性。同时，当喷头需要在其可达的空间范围内做大量的往复运动时，可以由本发明装置驱动完成，从而提高了3D打印机的加工效率。

附图说明

图1为本发明喷头装置示意图；

图2为本发明的整体结构示意图；

图3为本发明的运动学原理图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～3，本发明主要由回转安装板驱动电机1、装置安装横板2、回转安装板3、回转安装板压板4、摆动板电机侧安装支架5、摆动板驱动电机6、摆动板7、喷头8、摆动板安装支撑轴9、摆动板非电机侧安装支架10等主要部分组成。

回转安装板驱动电机1固定在装置安装横板2上，装置安装横板2有通孔，回转安装板驱动电机1的电机轴可穿过通孔。回转安装板3通过回转安装板压板4与电机轴固连，回转安装板3与回转安装板压板4可随回转安装板驱动电机1的电机轴运动。摆动板电机侧安装支架5与摆动板非电机侧安装支架10均固定在回转安装板3上，二者随回转安装板3转动。摆动板驱动电机6安装在摆动板电机侧安装支架5上，摆动板电机侧安装支架5上有通孔，摆动板驱动电机6电机轴可穿过通孔。摆动板7分别与摆动板驱动电机6的电机轴和摆动板安装支撑轴9固连。摆动板7随摆动板驱动电机6的电机轴运动，并带动摆动板安装支撑轴9运动。喷头8固定在摆动板7上，随摆动板7运动。喷头装置整体11通过装置安装横板2固定在3D打印机13的喷头运动支架12上。喷头运动支架12由X向运动支撑杆14、Y向运动支撑杆15、Z向运动支撑杆17驱动完成X-Y-Z方向的平动。

如图1所示，摆动板7通过摆动板驱动电机6的电机轴与摆动板安装支撑轴9连接在摆动板电机侧安装支架5与摆动板非电机侧安装支架10上。喷头8固定在摆动板7上。摆动板驱动电机6驱动摆动板7相对于摆动板电机侧安装支架5与摆动板非电机侧安装支架10摆动，从而为喷头8提供了一个摆动自由度。摆动板电机侧安装支架5与摆动板非电机侧安装支架10均固定在回转安装板3上，回转安装板3与回转安装板驱动电机1的电机轴固连，回转安装板驱动电机1带动回转安装板3相对于装置安装横板2转动，从而提供了一个转动自由度。因此，喷头8相对于装置安装横板2具有一个转动自由度与摆动自由度。

如图2所示，喷头装置整体11通过装置安装横板2固定在喷头运动支架12上，喷头运动支架12由X向运动支撑杆14和Y向运动支撑杆15驱动做X-Y向平动，喷头装置整体11跟随喷头运动支架12做X-Y-Z向的平动。同时，喷头装置整体11能够为喷头8提供回转与摆动自由度。因此，喷头具有X-Y-Z向的平动自由度以及一个转动一个摆动自由度。

图3为装置运动学原理图。本装置为开式二自由度空间串联机构，回转安装板驱动电机1、回转安装板3、回转安装板压板4、摆动板电机侧安装支架5以及摆动板非电机侧安装支架10构成回转运动轴20。摆动板驱动电机6、摆动板7与摆动板安装支撑轴9构成摆动运动轴21。开式二自由度空间串联机构的机构学原理决定了本装置的工作空间，即摆动轴21末端可达的位置与姿态空间，也就是喷头8可达的位置与姿态空间。在工作空间内，回转运动轴20相对固定座22旋转一定角度，摆动运动轴21相对回转运动轴20旋转一定角度，则摆动运动轴21末端的位置与姿态唯一确定且可通过运动学正解求得。当确定摆动运动轴21末端位置时，则回转运动轴20与摆动运动轴21的角度可根据运动学反解求得。

下面对装置的工作过程做进一步的说明。本发明装置工作时，3D打印机首先根据加工需要计算得到的喷头运动支架12的X-Y-Z方向运动坐标值、喷头8的运动坐标值以及喷头8的姿态值。然后根据喷头8的位置和姿态值，通过运动学反解解算出回转安装板驱动电机3与摆动板驱动电机6的旋转角度。3D打印机首先驱动喷头运动支架12运动到计算的位置，然后驱动回转安装板驱动电机3与摆动板驱动电机6旋转到指定角度，则喷头到达指定位置和姿态点。

Claims (2)

1.一种位姿可调节的3D打印机装置，其特征是：包括喷头装置，喷头装置包括回转安装板驱动电机、横板、回转安装板、摆动板驱动电机、摆动板、喷头，横板和回转安装板上均设置通孔，回转安装板驱动电机固定在横板上，回转安装板驱动电机的电机轴穿过横板和回转安装板的通孔，回转安装板驱动电机的电机轴的端部安装使其与回转安装板相固定的回转安装板压板，回转安装板下方分别固定有摆动板电机侧安装支架和摆动板非电机侧安装支架，摆动板电机侧安装支架和摆动板非电机侧安装支架上均设置通孔，摆动板电机侧安装支架上安装摆动版驱动电机，摆动板非电机侧安装支架上安装摆动板安装支撑轴，摆动板驱动电机的电机轴穿过摆动板电机侧安装支架的通孔，摆动板安装支撑轴的轴端穿过摆动板非电机侧安装支架的通孔，摆动板上设置第一竖板和第二竖板，第一竖板和第二竖板上均设置通孔，摆动板驱动电机的电机轴和摆动板安装支撑轴的轴端分别穿过第一竖板和第二竖板且分别与第一竖板和第二竖板相固定，喷头固定在摆动板上。

2.根据权利要求1所述的一种位姿可调节的3D打印机装置，其特征是：还包括喷头运动支架、框架，所述框架为六面体结构框架，喷头运动支架包括连接块以及可沿六面体结构框架的X轴、Y轴、Z轴方向移动的X向运动支撑杆、Y向运动支撑杆、Z向运动支撑杆，X向运动支撑杆、Y向运动支撑杆穿过连接块，框架上设置供X向运动支撑杆、Y向运动支撑杆移动的滑槽以及供Z向运动支撑杆移动的通孔槽，X向运动支撑杆与Z向运动支撑杆相连。