CN104260345A - 一种3d打印机的传动机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种3D打印机的传动机构。2根垂直设在底板前部的Z向导杆与前滑块滑动连接，2根方杠与2根丝杠垂直设在底板后部，方杠穿过后支座上设有的方孔带轮，丝杠与后支座螺接；前滑块通过Y向导杆与后支座连接，两侧的Y向导杆通过Y向滑块与喷头支架连接并构成H形框架；Y向滑块与绕在前滑块上的前带轮与方孔带轮上的喷头同步带连接；Z向步进电机、Y向步进电机固定在底板上面；Z向步进电机通过同步带驱动丝杠转动并驱动后支座沿丝杠运动，带动H形框架作Z向运动；Y向步进电机通过同步带驱动方杠转动，方杠通过喷头同步带带动喷头支架沿Y向导杆作Y向运动。本发明由电机控制喷头完成上下前后左右方向的运动，使性能更加稳定。

Description

一种3D打印机的传动机构

技术领域

本发明涉及一种3D打印机的传动机构。 

背景技术

FDM技术是通过将丝状或粒状的塑料加热到熔融状态，同时三维喷头在计算机的控制下，根据截面轮廓信息，将材料选择性地涂敷在工作平面，打印出平面轮廓，一层打印结束后，工作台下降一个层厚或喷头上升一个层厚，逐层打印最终完成整体造型。FDM技术主要应用于小型的塑料产品。 

目前市场上出现的FDM3D打印机是将喷头固定装在X轴滑块上，X轴滑块安装在X轴方向导轨上，X轴导轨固定固定连接在Y轴滑块上，Y轴滑块安装在Y轴方向导轨上，X轴电机安装Y轴滑块上，Y轴电机装在机器右框架上，X、Y轴电机分别通过同步带传动带动X轴滑块的X轴方向运动与Y轴方向运动，从而实现喷头的左右前后运动。Z轴电机安装于底部，丝杠与电机直接相连，丝杠位于打印机的后部正中央，丝杠上的螺母与工作台支架相连，从而通过Z轴电机转动带动工作台上下运动。 

由于工作台较重，所以所需的电机扭矩较大，运动也不太平稳。同时X轴电机和Y轴电机均装在工作台以上可见面，电机线裸露，易损坏且有触电危险，对框架的精度要求也较高。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种3D打印机的传动机构。 

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种3D打印机的传动机构，包括底板、Z向步进电机、Y向步进电机、带轮、Z向同步带、丝杠、 2根Z向导杆、两根方杠、2个前滑块、2个后支座、两根Y向导杆、Y向滑块、Y向同步带、喷头同步带、喷头、喷头支架； 

Z向步进电机、Y向步进电机固定在底板上面； 

2根Z向导杆分别垂直设在底板前部的左右两侧； 

2根方杠分别垂直设在底板后部的左右两侧，每根方杠的截面为正方形； 

2根丝杠垂直设在底板后部且位于左右两侧的方杠的后方，丝杆的下部固定有一只带轮； 

2个前滑块分别与左右两侧的Z向导杆滑动连接；2个前滑块均设有一向后开口的凹槽，凹槽内设有一前带轮； 

2个后支座均设有一向前开口的凹槽，凹槽内设有一方孔带轮，方孔带轮中间设有与方杠的正方形截面相适配的方孔；2根方杠分别穿过方孔带轮中间的方孔； 

2个后支座的后部均设有螺孔；2根丝杠分别与后支座后部的螺孔通过螺纹连接； 

位于左侧的前滑块与后支座与一根Y向导杆的两端连接，位于右侧的前滑块与后支座与另一根Y向导杆的两端连接；位于左右两侧的Y向导杆上各设有一个可沿Y向导杆移动的Y向滑块；Y向滑块分别与喷头支架的两端固接； 

喷头同步带绕在方孔带轮和前带轮上且与Y向滑块连接； 

位于左右两侧的Y向导杆通过位于中间的喷头支架固定连接为一H形框架；喷头固定在喷头支架上； 

Y向步进电机通过Y向同步带驱动方杠转动，方杠通过方孔带轮和喷头同步带驱动Y向滑块沿Y向导杆运动，从而带动喷头支架沿Y向运动； 

Z向步进电机的输出轴通过Z向同步带驱动丝杠下部的带轮驱动2根丝杠同步转动，每根丝杠分别带动位于两侧的后支座沿丝杆作上下运动，从而带动H形框架沿Z向运动。 

作为优选，方孔带轮的中间嵌有方孔铜套，方孔铜套中间设有与方杠相适配的方孔，方杠穿过方孔。 

作为优选，还包括直线轴承；直线轴承装在Y向滑块上且与Y向导杆滑动连接。 

作为优选，还包括涨紧轮；涨紧轮分别设在底板上用于增加Y向同步带和Z向同步带的预紧力和增大皮带包角。 

本发明的有益效果是： 

由电机直接控制喷头完成上下前后左右方向的运动，不仅克服了现有传动机构的缺点，而且通过布局使电机都不装在工作台上面，而装在工作台下方的底板上面，不仅大大减少传统运动方式上布线复杂、易触电和电线易损坏的缺点。而且连接电机和主板的电线变短，避免了很多信号干扰，使性能更加稳定。 

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。 

图1是本发明3D打印机的传动机构实施例的立体结构示意图。 

图2是本发明3D打印机的传动机构实施例的主视图 

图3是本发明3D打印机的传动机构实施例的左视图 

图4是本发明3D打印机的传动机构实施例的俯视图 

图5是图3中后支座处的局部放大示意图。 

图中，1-钣金底板，2-同步带轮，3-丝杠，4-螺母，5-后支座，6-前顶部调节块，7-深沟球轴承，8-方杠，9-方孔带轮，10-同步带轮，11-前底部调节块，12-Z向步进电机，13-Z向同步带，14-涨紧轮，15-Y向滑块，16-喷头同步带，17-Y向导杆，18-Z向导杆，19-后底部调节块，20-后顶部调节块，21-Y向同步带，22-铜套，23-塑料套管，24-皮带固定块，25-直线轴承，26-前带轮，27-Y向步进电机，28-前滑块，29-喷头支架，30-喷头步进电机。 

具体实施方式

图1是FDM3D打印机喷头的传动机构，由钣金底板1、Z向步进电机12、Y向步进电机27、带轮2、Z向同步带13、2根丝杠3、2根Z向导杆18、两根方杠8、2个前滑块28、2个后支座5、两根Y向导杆17、Y向滑块15、Y向同步带21、喷头同步带16、喷头支架29组成。 

作为3D打印机的传动机构，本实施例由电机控制喷头实现沿Z轴方向、Y轴方向和X轴方向的三个方向的运动。 

Z向步进电机12、Y向步进电机27分别通过四根塑料套固定在钣金底板1上面。Z向步进电机12、Y向步进电机27的输出端各安装一个直径为5mm的同步带轮。 

为能够清楚表达结构，在图2中的位于左侧的丝杠没有画出，可以看到2根Z向导杆18分别垂直设在钣金底板1前部的左右两侧； 

2根方杠8分别垂直设在钣金底板1后部的左右两侧，每根方杠8的截面为正方形；2根方杠的下部各装有一个直径为8mm的同步带轮10。 

2根丝杠3垂直设在钣金底板1后部且位于左右两侧的方杠8的后方，丝杆3的下部固定有一只带轮； 

在图3中，2个前滑块28内部装有直线轴承，前滑块28通过直线轴承分别与左右两侧的Z向导杆18滑动连接。 

2个前滑块28均设有一向后开口的凹槽，凹槽内设有一前带轮26； 

2个后支座5的中部均设有一向前开口的凹槽，凹槽内设有一方孔带轮9，方孔带轮的中间嵌有铜套22，方孔带轮9与铜套22通过紧定螺钉进行连接。铜套外径为8mm，中间设有5×5mm的方孔，2根方杠8的截面为5×5mm，分别穿过方孔带轮10中间的方孔。 

在图5中，方杠8穿过后支座5中部的凹槽上下两侧开有两个内径为7mm的圆孔，穿过圆孔的方杠8上分别穿过1个内径为10mm长度为2mm的塑料套、 一个外圆内方的铜套22、一个内径为8mm的同步带轮9、一个内径为10mm长度为2mm的塑料套23，同步带轮9和铜套22通过紧定螺钉进行固定。塑料套主要起定位作用。 

2个后支座5的后部均固定设有铜螺母4；2根丝杠3分别与后支座后部的铜螺母4通过螺纹连接。 

位于左侧的前滑块28与后支座5分别与一根Y向导杆17的两端连接，位于右侧的前滑块与后支座与另一根Y向导杆的两端连接。位于左右两侧的Y向导杆17上各设有一个可沿Y向导杆移动的Y向滑块15，Y向滑块上装有前后2个直线轴承25、一个皮带固定块24和一个皮带压块。Y向滑块通过直线轴承25与Y向导杆17滑动连接。Y向滑块15分别与喷头支架29的两端固接。 

在前后的方孔带轮10和前带轮26之间通过一根S2M的喷头同步带16进行连接，并通过皮带固定块24固定在Y向滑块15上。皮带压块用于调节喷头同步带的长度，使其保持适当的张紧力。 

如图4所示，位于左右两侧的Y向导杆通过位于中间的喷头支架29固定连接为一H形框架。 

另外在图4中，可以看清Y向、Z向和X向的传动结构。 

Y向步进电机27通过Y向同步带21驱动方杠8转动，方杠通过方孔带轮10和喷头同步带16驱动Y向滑块15沿Y向导杆17运动，从而带动喷头支架29沿Y向运动，而喷头则由喷头电机30驱动沿喷头支架29上的横向齿条作X向运动。 

装在Z向步进电机12输出轴上的同步带轮通过Z向同步带13驱动位于左右两侧的丝杠3下部的2个带轮2带动2根丝杠3同步转动，每根丝杠分别带动位于两侧的后支座5沿丝杆3作上下运动，从而带动H形框架沿Z向运动。 

同时在钣金底板1上靠近Z向步进电机12的位置安装两个可调节的涨紧轮14，另外在靠近Y向步进电机27的位置也装有两个可调节的涨紧轮。用于增加Y向同步带和Z向同步带的预紧力和增大皮带包角。 

为便于调节Z向导杆、方杠和丝杠的相互位置及垂直度，还专门设置了调节机构。 

调节机构的具体做法就是在钣金底板1和外壳顶板上的相应位置处开有直槽，并在直槽中分别嵌入前底部调节块19、前顶部调节块20、后底部调节块11和后顶部调节块6。其中前底部调节块和前顶部调节块分别用来安装Z向导杆，即在前底部调节块19和前顶部调节块20上设有深沟球轴承7，Z向导杆18的上端和下端分别与前底部调节块19和前顶部调节块20上的深沟球轴承7连接。后底部调节块11和后顶部调节块6用于安装方杠8和丝杠3，即在后底部调节块11和后顶部调节块6上分别设有前后2个深沟球轴承，方杠8和丝杠3的下端和上端分别与后底部调节块19和后顶部调节块20上前后2个深沟球轴承连接。 

工作过程： 

当3D打印机接通电源后，Z向步进电机12通电，固定于Z向步进电机输出轴上的同步带轮开始转动，通过Z向同步带13驱动固定于丝杠3上的同步带轮2转动，从而带动丝杠3转动，由于丝杠3转动，带动固定在后支座5上的铜螺母4做上下直线运动，从而使后支座5沿上下方向作Z向运动。 

装在Y向步进电机27输出轴上的同步带轮由Y向步进电机27驱动其转动，由Y向同步带21带动方杠8下部的同步带轮转动，同步带轮中间嵌有一个外圆内方的铜套，铜套与同步带轮通过紧定螺钉进行连接，铜套中穿过与之相配合的方杠8，当同步带轮转动时，通过铜套带动丝杠3转动。由于方杠8穿过设在后支座5上的、同样是外圆内方的铜套22。方杠转动从而带动后支座5上的铜套22转动。由于铜套22与方孔带轮9通过螺钉固定，从而带动后支座5上直径为8mm的方孔带轮9转动，方孔带轮9通过喷头同步带16连接到Y向滑块15，在方孔带轮9的驱动下沿Y向导杆17进行往复直线运动，实现安装于Y向滑块15上的喷头支架作前后运动，从而使得喷头同步运动。 

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明 的权利要求保护范围之内。 

Claims (6)

1.一种3D打印机的传动机构，其特征在于：包括底板、Z向步进电机、Y向步进电机、带轮、Z向同步带、丝杠、2根Z向导杆、两根方杠、2个前滑块、2个后支座、两根Y向导杆、Y向滑块、Y向同步带、喷头同步带、喷头、喷头支架；

所述Z向步进电机、Y向步进电机固定在底板上面；

2根Z向导杆分别垂直设在底板前部的左右两侧；

2根方杠分别垂直设在底板后部的左右两侧，每根方杠的截面为正方形；

2根丝杠垂直设在底板后部且位于左右两侧的方杠的后方，丝杆的下部固定有一只带轮；

2个前滑块分别与左右两侧的Z向导杆滑动连接；2个前滑块均设有一向后开口的凹槽，凹槽内设有一前带轮；

2个后支座均设有一向前开口的凹槽，凹槽内设有一方孔带轮，方孔带轮中间设有与方杠的正方形截面相适配的方孔；2根方杠分别穿过方孔带轮中间的方孔；

2个后支座的后部均设有螺孔；2根丝杠分别与后支座后部的螺孔通过螺纹连接；

位于左侧的前滑块与后支座与一根Y向导杆的两端连接，位于右侧的前滑块与后支座与另一根Y向导杆的两端连接；位于左右两侧的Y向导杆上各设有一个可沿Y向导杆移动的Y向滑块；Y向滑块分别与喷头支架的两端固接；

所述喷头同步带绕在方孔带轮和前带轮上且与Y向滑块连接；

位于左右两侧的Y向导杆通过位于中间的喷头支架固定连接为一H形框架；所述喷头固定在喷头支架上；

所述Y向步进电机通过Y向同步带驱动方杠转动，方杠通过方孔带轮和喷头同步带驱动Y向滑块沿Y向导杆运动，从而带动喷头支架沿Y向运动；

所述Z向步进电机的输出轴通过Z向同步带驱动丝杠下部的带轮驱动2根丝杠同步转动，每根丝杠分别带动位于两侧的后支座沿丝杆作上下运动，从而带动所述H形框架沿Z向运动。

2.根据权利要求1所述的3D打印机的传动机构，其特征在于：所述方孔带轮的中间嵌有方孔铜套，所述方孔铜套中间设有与方杠相适配的方孔，方杠穿过方孔。

3.根据权利要求1所述的3D打印机的传动机构，其特征在于：还包括直线轴承；所述直线轴承装在Y向滑块上且与Y向导杆滑动连接。

4.根据权利要求1所述的3D打印机的传动机构，其特征在于：还包括涨紧轮；所述涨紧轮分别设在底板上用于增加Y向同步带和Z向同步带的预紧力和增大皮带包角。

5.根据权利要求1所述的3D打印机的传动机构，其特征在于：所述底板设有直槽，直槽嵌入前底部调节块，前底部调节块中间设有轴承；所述Z向导杆与轴承连接。

6.根据权利要求1所述的3D打印机的传动机构，其特征在于：所述底板设有直槽，直槽嵌入后底部调节块，后底部调节块前后设有2个轴承；所述方杠和丝杠分别与前后的轴承连接。