CN104385594B - 一种快速成型设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速成型设备，包括箱体，箱体的底部设有可沿Z轴升降的打印面板，箱体内打印面板的上方设有打印头以及带动打印头沿X轴和Y轴方向运动的移动机构，打印头可拆卸安装在移动机构上，箱体的顶端设有供打印面板升出箱体的开口以及用于遮挡开口的活动天窗。本发明打印头可拆卸安装在移动机构上，用户能够根据需求选择相应的打印头，实现多种材料的打印，适用性更强；打印面板上铺设有硅胶膜，升降机构在打印完成后能自动将产品送出至箱体外，这样设计使得产品能够非常方便的从工作面板上取下；打印头的壳体和固定件卡接固定，能够可拆卸安装在Y向滑轨，用户可以根据需要更换打印头，适用性更强。

Description

一种快速成型设备

技术领域

本发明属于制造技术领域，具体涉及一种快速成型设备。

背景技术

快速成形技术是在现代CAD/GAM技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上集成发展起来的一项先进的制造技术。

快速成形系统可以在无需任何模具、刀具和工装卡具的情况下，直接接受产品设计(CAD)数据，快速制造出新产品的样件、模具或模型。其成型过程主要为：首先建立目标件的三维计算机辅助设计(CAD 3D)模型，然后对该实体模型在计算机内进行模拟切片分层，沿同一方向(比如Z轴)将CAD实体模型离散为一片片很薄的平行平面；把这些薄平面的数据信息传输给快速成形系统中的工作执行部件，将所用的成型原材料有规律地一层层复现原来的薄平面，并层层堆积形成实际的三维实体，最后经过处理成为实际零件。因此，快速成形系统的推广应用可以大大缩短新产品研制周期、确保新产品上市时间，降低开发成本、节省了大量的开模费用，提髙幵发质量。

如授权公告号为CN101706655B的专利文献公开了一种快速成形系统,包括相连接的成型设备和控制装置，成型设备包括有成型室、成型室内部的工作台和用于零件造型的执行部件，控制装置用于处理待造型零件的图形文件、设置加工参数、控制成型设备进行零件造型，快速成形系统还包括有监控装置，监控装置包括有设置在成型设备上的用于观测成型室内部状态的观测单元和位于成型室外用于显示该观测单元观测到的图像的显示单元，该快速成形系统加装的监控装置，可以在造型过程中对成型室内部状态进行监视以便及时处理实时产生的各种问题。

如申请公布号为CN 103786342 A的专利文献公开了一种机体可倾斜的3D打印机，包括：机座部分和3D打印机主体部分，机座部分有机座平台、旋转平台，分别驱动机座平台偏转和驱动旋转平台旋转的蜗轮蜗杆马达装置；3D打印主机部分有安装在机座旋转平台上的3D打印机主体，y轴板上安装的可偏转喷嘴和固定喷嘴，驱动可偏转喷嘴的伺服机构，可升降工作台；依据加工工件的悬臂和空腔曲面倾斜状况打印机通过机座旋转平台旋转和机座偏转面偏转，以及3D打印机主体上可偏转喷嘴偏转，对工件悬臂和空腔曲面进行无需支撑物的打印，从而可加工中空多面体、球体和多层蜂窝结构工件。

目前基于熔融沉积法的3D打印机种类非常广泛，但是根据应用领域的不同，绝大多数可归入工业级或桌面级。其中工业级型3D打印机为满足极高的精度需求，其机械装置结构复杂，整体体积普遍很大；而桌面级3D打印机目标群体是个人应用，精度相对较低，结构比较简单，但是整体体积依然较大，使其局限于室内应用，无法携带，极大地制约了其使用推广。

申请公布号为CN 103950198 A的专利文献公开了一种便携移动式3D打印机。包括储料装置、外壳、传动装置、出料装置、打印台、控制箱、操控装置和电源，传动装置为三轴协调传动，包括X轴传动机构、Y轴传动机构、Z轴传动机构，其中X轴传动机构和Y轴传动机构采用同步带传动，Z轴传动机构采用滚珠丝杠传动。该专利文献公开的便携移动式小型3D打印机，实现了便携可移动式的设计，但是该3D打印机只能利用单一原材料进行打印，诸如利用ABS、凝胶、细胞溶液等，无法实现同一台3D打印机装置的多原料打印；3D打印机打印出的产品仍然在3D打印机的内部空间，不利于打印产品从打印面板上脱落。目前的对于以ABS为原材料的打印机在打印结束后，成型模型难以从工作面板上取下。用小型铲子铲下模型时会损坏面板，对于3D打印机的持续利用产生不利影响。

发明内容

本发明针对上述问题，提出了一种快速成型设备。解决了现有技术只能利用单一原材料进行打印，无法实现同一台3D打印机装置的多原料打印的问题，以及打印的产品特别是以ABS为原材料的产品不易从打印面板上脱落的问题。

本发明采取的技术方案如下：

一种快速成型设备，包括箱体，所述箱体的底部设有可沿Z轴升降的打印面板，箱体内打印面板的上方设有打印头以及带动所述打印头沿X轴和Y轴方向运动的移动机构，所述Z轴方向为竖直方向，所述X轴、Y轴、Z轴两两相互垂直，所述打印头可拆卸安装在移动机构上，所述箱体的顶端设有供打印面板升出箱体的开口以及用于遮挡所述开口的活动天窗。

为减小对于环境的依赖程度，作为优选，所述箱体为密封结构。产品打印完成后，活动天窗打开，打印面板通过开口升出至箱体外，这样设计能够方便产品从打印面板上脱落。打印头可拆卸安装在移动机构使得用户能够根据需求选择相应的打印头，实现多种材料的打印。

作为优选，所述打印面板上铺设有硅胶膜。

目前的对于以ABS为原材料的成型设备在打印结束后，成型模型难以从工作面板上取下，用小型铲子铲下模型时会损坏面板，对于成型设备的持续利用产生不利影响。本发明通过在打印面板上铺设有硅胶膜能够很好的解决这个问题。

作为优选，所述活动天窗包括：

滑板，与箱体的顶端滑动配合，用于遮挡所述开口；

齿条，与滑板相互固定；

齿轮，轴接在箱体上且与齿条配合带动滑板运动；

驱动电机，安装在箱体上用于驱动所述齿轮运动。

在打印时滑板遮挡所述开口，当打印完成后，通过驱动电机使滑板移动，使打印面板带着产品通过开口升出至箱体外。

作为优选，包括带动所述打印面板沿Z轴升降的升降机构，所述升降机构包括：

导向杆，竖直固定在箱体的底端；

带齿轮丝杠，竖直转接在箱体上；

Z轴步进电机，驱动所述带齿轮丝杠旋转；

Z向滑动座，套设在导向杆和带齿轮丝杠上，Z向滑动座具有供所述导向杆通过的通孔以及与所述带齿轮丝杠配合的螺纹孔；

所述打印面板与所述Z向滑动座相互固定。

升降机构在打印的时候控制打印面板和打印头之间的距离，打印完成后能自动将产品送出至箱体外。

作为优选，所述移动机构包括：

两根X向滑轨，分别固定在箱体的两个相对侧壁上；

两个X向滑动座，分别滑动设置在对应的X向滑轨上；

X轴步进电机，通过X向皮带同步驱动两个X向滑动座；

两根Y向滑轨，固定在两个X向滑动座之间，所述打印头滑动设置在Y向滑轨上；

Y轴驱动电机，通过Y向皮带驱动所述打印头。

所述打印头为固体材料打印头或液体材料打印头。

所述固体材料打印头包括：

第一壳体，底部具有与所述Y向滑轨配合的第一上凹槽；

第一固定件，与第一壳体卡接固定，第一固定件的顶部具与所述第一上凹槽配合的第一下凹槽，第一上凹槽与第一下凹槽配合构成供所述Y向滑轨通过的第一通孔；

所述第一壳体内设有：

进料孔，设置在第一壳体顶部，用于通过所述固体材料；

限位管，用于通过所述固体材料；

两个进料轮，外壁相对设置在限位管的上端，用于挤压所述固体材料进入所述限位管，两个进料轮其中一个为主动轮；

进料电机，用于驱动所述主动轮转动；

第一出料头，上端与所述限位管的下端连通，下端分别穿过第一壳体和第一固定件；

加热元件，用于加热第一出料头内的固体材料。

第一壳体和第一固定件卡接固定，能够可拆卸安装在Y向滑轨，用户可以根据需要更换打印头，适用性更强。

作为优选，所述第一壳体的底部和第一固定件的顶部还具有供所述Y向皮带通过的第一通过孔，第一固定件的底部设有与第一通过孔连通的第一螺纹孔，第一固定件还包括与所述第一螺纹孔配合，锁紧所述Y向皮带的第一紧固螺栓。

通过第一紧固螺栓可以将Y向皮带和固体材料打印头相对固定。

所述液体材料打印头包括：

第二壳体，内部具有容纳液体材料的腔体，第二壳体的底部具有与所述Y向滑轨配合的第二上凹槽；

第二固定件，与第二壳体卡接固定，第二固定件的顶部具与所述第二上凹槽配的第二下凹槽，第二上凹槽与第二下凹槽配合构成供所述Y向滑轨通过的第二通孔；

第二出料头，上端与所述腔体连通，下端分别穿过第二壳体和第二固定件；

所述箱体内还设有使液体材料从第二出料头喷出的空气泵，所述空气泵通过导管与所述腔体连通。

第二壳体和第二固定件卡接固定，能够可拆卸安装在Y向滑轨，用户可以根据需要更换打印头，适用性更强。

作为优选，所述第二壳体的底部和第二固定件的顶部还具有供所述Y向皮带通过的第二通过孔，第二固定件的底部设有与所述第二通过孔连通的第二螺纹孔，第二固定件还包括与所述第二螺纹孔配合，锁紧所述Y向皮带轮的第二紧固螺栓。

通过第二紧固螺栓可以将Y向皮带和液体材料打印头相对固定。

所述固体材料打印头可以为ABS材料打印头等，所述液体材料打印头可以为凝胶打印头或生物细胞打印头等。

本发明的有益效果是：打印头可拆卸安装在移动机构上，用户能够根据需求选择相应的打印头，实现多种材料的打印，适用性更强；打印面板上铺设有硅胶膜，升降机构在打印的时候控制打印面板和打印头之间的距离，打印完成后能自动将产品送出至箱体外，这样设计使得产品能够非常方便的从工作面板上取下；活动天窗的设计，使得在打印产品时，箱体为密封结构，减小快速成型设备对于环境的依赖程度，当产品打印完成时能自动打开，使产品通过开口升出至箱体外；打印头的壳体和固定件卡接固定，能够可拆卸安装在Y向滑轨，用户可以根据需要更换打印头，适用性更强。

附图说明：

图1是本发明快速成型设备的结构示意图；

图2是图1的侧视图；

图3是图2的A-A剖视图；

图4是固体材料打印头的爆炸图；

图5是液体材料打印头的爆炸图。

图中各附图标记为：

1、带齿轮丝杠，2、导向杆，3、X向皮带，4、X向滑轨，5、X向滑动座，6、打印头，7、Y向滑轨，8、开口，9、滑板，10、Y向皮带，11、箱体，12、驱动电机，13、空气泵，14、ABS材料固定件，15、打印面板，16、中间面板，17、Z向滑动座，18、传动带，19、Z轴步进电机，20、齿条，21、齿轮，22、X轴步进电机，23、第一壳体，24、第一卡槽，26、进料孔，27、第一通过孔，28、第一上凹槽，29、散热片，30、第一出料头，31、从动轮，32、限位管，33、主动轮，34、第一卡头，35、第一下凹槽，36、第一紧固螺栓，37、第一固定件，38、密封盖，39、第二卡槽，40、第二上凹槽，41、腔体，42、第二出料头，43、第二通过孔，44、第二紧固螺栓，45、第二下凹槽，46、第二卡头，47、第二壳体，48、第二固定件，49、活动门。

具体实施方式：

下面结合各附图，对本发明做详细描述。

如图1、2、3所示，一种快速成型设备，包括密封结构的箱体11，箱体一个侧壁为活动门49，箱体的底部设有可沿Z轴升降的打印面板15，打印面板上铺设有硅胶膜，箱体内打印面板的上方设有打印头6以及带动打印头沿X轴和Y轴方向运动的移动机构，本实施例中，Z轴方向为竖直方向，X轴、Y轴、Z轴两两相互垂直，打印头6可拆卸安装在移动机构上，箱体的顶端设有供打印面板升出箱体的开口8以及用于遮挡开口的活动天窗。

活动天窗包括：

滑板9，与箱体的顶端滑动配合，用于遮挡开口8；

齿条20，与滑板9相互固定；

齿轮21，轴接在箱体上且与齿条配合带动滑板运动；

驱动电机12，安装在箱体上用于驱动齿轮21运动。

箱体11内还设有带动打印面板沿Z轴升降的升降机构，升降机构包括：

导向杆2，竖直固定在箱体的底端；

带齿轮丝杠1，竖直转接在箱体上，带齿轮丝杠的底端具有一传动齿轮；

Z轴步进电机19，通过与传动齿轮配合的传动带18驱动带齿轮丝杠1旋转；

Z向滑动座17，套设在导向杆2和带齿轮丝杠1上，Z向滑动座具有供导向杆通过的通孔以及与带齿轮丝杠配合的螺纹孔，打印面板15与Z向滑动座17相互固定。

移动机构包括：

两根X向滑轨4，分别固定在箱体11的两个相对侧壁上；

两个X向滑动座5，分别滑动设置在对应的X向滑轨4上；

X轴步进电机22，通过X向皮带3同步驱动两个X向滑动座5，每根X向滑轨的两端均转接有X向皮带轮，X向皮带安装在对应的两个X向皮带轮上，X轴步进电机22通过驱动X向皮带轮带动X向皮带3运动；

两根Y向滑轨7，固定在两个X向滑动座之间，打印头6滑动设置在Y向滑轨上；

Y轴驱动电机，通过Y向皮带10驱动打印头，Y向滑轨的两端转接有两个Y向皮带轮，Y向皮带10安装在两个Y向皮带轮上，Y轴步进电机通过驱动Y向皮带轮带动Y向皮带10运动。

本实施例打印头6为固体材料打印头或液体材料打印头。

如图4所示，固体材料打印头包括：

第一壳体23，底部具有与Y向滑轨7配合的第一上凹槽28，第一壳体两个相对侧壁设有第一卡槽24；

第一固定件37，两个相对侧壁设有与第一卡槽24配合的第一卡头34，第一固定件通过相互配合的第一卡槽和第一卡头，与第一壳体卡接固定，第一固定件的顶部具与第一上凹槽28配合的第一下凹槽35，第一上凹槽与第一下凹槽配合构成供Y向滑轨7通过的第一通孔；

第一壳体23内设有：

进料孔26，设置在第一壳体顶部，用于通过固体材料；

限位管32，用于通过固体材料；

两个进料轮，外壁相对设置在限位管的上端，用于挤压固体材料进入限位管32，两个进料轮其中一个为主动轮33，另一个为从动轮31，本实施例中主动轮的外壁具有凸齿。

进料电机，用于驱动主动轮转动；

第一出料头30，上端与限位管的下端连通，下端分别穿过第一壳体和第一固定件；

加热元件，用于加热第一出料头内的固体材料；

散热片29，设置在第一出料头与限位管之间。

第一壳体的底部和第一固定件的顶部还具有供Y向皮带通过的第一通过孔27，第一固定件的底部设有与第一通过孔连通的第一螺纹孔，第一固定件还包括与第一螺纹孔配合，锁紧Y向皮带的第一紧固螺栓36。

如图5所示，液体材料打印头包括：

第二壳体47，具有容纳液体材料的腔体41以及密封腔体41的密封盖38，第二壳体的底部具有与Y向滑轨7配合的第二上凹槽40，第二壳体两个相对侧壁设有第二卡槽39；

第二固定件48，两个相对侧壁设有与第二卡槽39配合的第二卡头46，第二固定件通过相互配合的第二卡槽和第二卡头，与第二壳体卡接固定，第二固定件的顶部具与第二上凹槽配的第二下凹槽45，第二上凹槽与第二下凹槽配合构成供Y向滑轨通过的第二通孔；

第二出料头42，上端与腔体41连通，下端分别穿过第二壳体和第二固定件；

箱体内还设有使液体材料从第二出料头喷出的空气泵13，空气泵通过导管与腔体41连通。

第二壳体的底部和第二固定件的顶部还具有供Y向皮带通过的第二通过孔43，第二固定件的底部设有与第二通过孔连通的第二螺纹孔，第二固定件还包括与第二螺纹孔配合，锁紧Y向皮带轮的第二紧固螺栓44。

本实施例中，固体材料打印头为ABS材料打印头，箱体11的侧壁还设有用于绕置材料的ABS材料固定件14；本实施例中液体材料打印头为凝胶打印头或生物细胞打印头。

本实施例中，箱体11内中间位置还设有一中间面板16，该中间面板16将箱体内分成上下两个部分，下面的部分用来放置电源、电路板、以及控制设备，通过设置中间面板能够防止用户在使用过程中与安置在下面部分元器件发生触碰等。

本发明打印头可拆卸安装在移动机构上，用户能够根据需求选择相应的打印头，实现多种材料的打印，适用性更强；打印面板上铺设有硅胶膜，升降机构在打印的时候控制打印面板和打印头之间的距离，打印完成后能自动将产品送出至箱体外，这样设计使得产品能够非常方便的从工作面板上取下；活动天窗的设计，使得在打印产品时，箱体为密封结构，减小快速成型设备对于环境的依赖程度，当产品打印完成时能自动打开，使产品通过开口升出至箱体外；打印头的壳体和固定件卡接固定，能够可拆卸安装在Y向滑轨，用户可以根据需要更换打印头，适用性更强。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此即限制本发明的专利保护范围，凡是运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种快速成型设备，包括箱体，所述箱体的底部设有可沿Z轴升降的打印面板，箱体内打印面板的上方设有打印头以及带动所述打印头沿X轴和Y轴方向运动的移动机构，所述Z轴方向为竖直方向，所述X轴、Y轴、Z轴两两相互垂直，其特征在于，所述打印头可拆卸安装在移动机构上，所述箱体的顶端设有供打印面板升出箱体的开口以及用于遮挡所述开口的活动天窗；

所述移动机构包括：

两根X向滑轨，分别固定在箱体的两个相对侧壁上；

两个X向滑动座，分别滑动设置在对应的X向滑轨上；

X轴步进电机，通过X向皮带同步驱动两个X向滑动座；

两根Y向滑轨，固定在两个X向滑动座之间，所述打印头滑动设置在Y向滑轨上；

Y轴驱动电机，通过Y向皮带驱动所述打印头；

所述打印头为固体材料打印头或液体材料打印头；

所述固体材料打印头包括：

第一壳体，底部具有与所述Y向滑轨配合的第一上凹槽；

第一固定件，与第一壳体卡接固定，第一固定件的顶部具与所述第一上凹槽配合的第一下凹槽，第一上凹槽与第一下凹槽配合构成供所述Y向滑轨通过的第一通孔；

所述第一壳体内设有：

进料孔，设置在第一壳体顶部，用于通过所述固体材料；

限位管，用于通过所述固体材料；

两个进料轮，外壁相对设置在限位管的上端，用于挤压所述固体材料进入所述限位管，两个进料轮其中一个为主动轮；

进料电机，用于驱动所述主动轮转动；

第一出料头，上端与所述限位管的下端连通，下端分别穿过第一壳体和第一固定件；

加热元件，用于加热第一出料头内的固体材料；

所述第一壳体的底部和第一固定件的顶部还具有供所述Y向皮带通过的第一通过孔，第一固定件的底部设有与第一通过孔连通的第一螺纹孔，第一固定件还包括与所述第一螺纹孔配合，锁紧所述Y向皮带的第一紧固螺栓；

所述液体材料打印头包括：

第二壳体，内部具有容纳液体材料的腔体，第二壳体的底部具有与所述Y向滑轨配合的第二上凹槽；

第二固定件，与第二壳体卡接固定，第二固定件的顶部具与所述第二上凹槽配的第二下凹槽，第二上凹槽与第二下凹槽配合构成供所述Y向滑轨通过的第二通孔；

第二出料头，上端与所述腔体连通，下端分别穿过第二壳体和第二固定件；

所述箱体内还设有使液体材料从第二出料头喷出的空气泵，所述空气泵通过导管与所述腔体连通；

所述第二壳体的底部和第二固定件的顶部还具有供所述Y向皮带通过的第二通过孔，第二固定件的底部设有与所述第二通过孔连通的第二螺纹孔，第二固定件还包括与所述第二螺纹孔配合，锁紧所述Y向皮带轮的第二紧固螺栓。

2.如权利要求1所述的快速成型设备，其特征在于，所述打印面板上铺设有硅胶膜。

3.如权利要求1所述的快速成型设备，其特征在于，所述活动天窗包括：

滑板，与箱体的顶端滑动配合，用于遮挡所述开口；

齿条，与滑板相互固定；

齿轮，轴接在箱体上且与齿条配合带动滑板运动；

驱动电机，安装在箱体上用于驱动所述齿轮运动。

4.如权利要求1所述的快速成型设备，其特征在于，包括带动所述打印面板沿Z轴升降的升降机构，所述升降机构包括：

导向杆，竖直固定在箱体的底端；

带齿轮丝杠，竖直转接在箱体上；

Z轴步进电机，驱动所述带齿轮丝杠旋转；

Z向滑动座，套设在导向杆和带齿轮丝杠上，Z向滑动座具有供所述导向杆通过的通孔以及与所述带齿轮丝杠配合的螺纹孔；

所述打印面板与所述Z向滑动座相互固定。