CN104552943B - 多功能并联臂3d装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及打印机领域，特别是一种多功能并联臂3D装置。包括机械传动装置、电路控制装置，机械传动装置包括三棱柱骨架、安装在三棱柱顶部的送丝机构、安装在三棱柱底部的三个角的三个步进电机、安装在三棱柱上的三个滑轮组、连接在三个滑轮组上的三维移动机构，通过并联臂设计，大大加快了成型速度；集3D打印、激光雕刻、书写绘画、气动搬运于一身，实现一机多用；集成度高、结构强度高、成本低廉。
Description
技术领域
本发明涉及打印机领域，特别是一种多功能并联臂3D装置。
背景技术
3D打印机，即快速成形技术的一种机器，它是一种数字模型文件为基础，运用特殊蜡材、粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。常常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型或者用于一些产品的直接制造，意味着这项技术正在普及。所谓的3D打印机与普通打印机工作原理基本相同，只是打印材料有些不同，之所以通俗地称其为“打印机”是参照了普通打印机的技术原理，因为分层加工的过程与喷墨打印十分相似。这项打印技术称为3D立体打印技术。但是目前的3D立体打印机功能单一。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种集合打印模具、雕刻木材、书写绘画、气动搬运为一体的3D装置。
本发明所采用的技术方案是：多功能并联臂3D装置，包括机械传动装置、电路控制装置，机械传动装置包括三棱柱骨架、安装在三棱柱顶部的送丝机构、安装在三棱柱底部的三个角的三个步进电机、安装在三棱柱上的三个滑轮组、连接在三个滑轮组上的三维移动机构；每个滑轮组包括定滑轮、与定滑轮同轴的传动轮、一端固定在三棱柱上一端固定在定滑轮上的传动链、安装在传动链上的动滑轮、安装在动滑轮上的强磁机构，三维移动机构包括强磁机构、碳纤维棒、喷嘴固定座，碳纤维棒两端有内螺纹，喷嘴固定座上安装挤出机构、激光发射器、书写笔、搬运机构，强磁机构包括安装在动滑轮上的带盲孔强磁铁、带内螺纹的钢球、一端与钢球内螺纹配合另一端与碳纤维棒内螺纹配合的双头螺丝，喷嘴固定座上有六个盲孔，盲孔有内螺纹通过万向转动机构连接碳纤维棒，电路控制装置包括控制芯片、步进电机、送丝机构、挤出机构、激光发射器、书写笔、搬运机构。
作为一种优选方式：万向转动机构包括一端为与碳纤维棒内螺纹配合的外螺柱一端为钢球的转头、一端包裹转头另一端为与盲孔内螺纹配合的转体。
本发明有益效果是：通过并联臂设计，大大加快了成型速度；集3D打印、激光雕刻、书写绘画、气动搬运于一身，实现一机多用；集成度高、结构强度高、成本低廉。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的强磁机构示意图；
图3是本发明的喷嘴固定座示意图；
图4是本发明的滑轮组示意图；
图5是本发明的万向转动机构示意图；
其中，1、送丝机构，2、三棱柱骨架，3、滑轮组，4、碳纤维棒，5、步进电机，6、喷嘴固定座，31、传动轮，32、定滑轮，33、传动链，34、动滑轮，35、强磁机构安装座，61、盲孔，62、连接装置，71、带盲孔强磁铁，72、带内螺纹的钢球，73、双头螺丝，81、转体，82、转头。
具体实施方式
如图1所示，本发明由机械传动装置、电路控制装置以及控制软件组成，机械传动装置包括三棱柱骨架、安装在三棱柱顶部的送丝机构（采用现有3D打印机的送丝机构）、安装在三棱柱底部的三个角的三个步进电机、安装在三棱柱上的三个滑轮组、连接在三个滑轮组上的三维移动机构；如图4所示，每个滑轮组包括定滑轮、与定滑轮同轴的传动轮、一端固定在三棱柱上一端固定在定滑轮上的传动链、安装在传动链上的动滑轮、安装在动滑轮上的强磁机构，三维移动机构包括强磁机构、碳纤维棒、喷嘴固定座，碳纤维棒两端有内螺纹，如图3所示，喷嘴固定座上安装挤出机构、激光发射器、书写笔、搬运机构（根据打印、雕刻、书画和搬运等不同的需要通过喷嘴固定座的连接装置选择更换挤出机构、激光发射器、书写笔、搬运机构），如图2所示，强磁机构包括安装在动滑轮上的带盲孔强磁铁、带内螺纹的钢球、一端与钢球内螺纹配合另一端与碳纤维棒内螺纹配合的双头螺丝，喷嘴固定座上有六个盲孔，盲孔有内螺纹通过万向转动机构连接碳纤维棒，电路控制装置包括控制芯片、步进电机、送丝机构、挤出机构、激光发射器、书写笔、搬运机构，如图5所示万向转动机构包括一端为与碳纤维棒内螺纹配合的外螺柱一端为钢球的转头、一端包裹转头另一端为与盲孔内螺纹配合的转体。
本发明的控制芯片采用Arduino Mega2560，适合需要大量IO接口的设计，处理器核心是ATmega2560， 同时具有54路数字输入/输出口（其中16路可作为PWM输出），16路模拟输入，4路UART接口，一个16MHz晶体振荡器，一个USB口，一个电源 插座，一个ICSP header和一个复位按钮，主要作用是利用软件生成的G代码控制RAMPS1.4电机驱动器的高低电平，进而控制42步进电机的步进，步进电机通过皮带带动滑轮组的传动轮转动。
软件部分主要由Repetier-host软件、JDpaint软件、Inkscape软件组成。其中Repetier-host软件应用于3D打印、JDpaint软件应用于激光雕刻、Inkscape矢量绘图软件应用于书写。
上述的多功能并联臂3D打印机的使用方法在于：
3D打印功能：将要打印的3D模型文件（.STL）导入电脑（连接到控制芯片），软件对模型进行切片自动生成G代码，点击开始打印，挤出机构（现有的3D打印机上的挤出机构可以通用）将自动加热至195℃，加热完毕之后送丝机构（现有的3D打印机送丝机可以通用）开始送丝，混合式步进电机在归零之后开始进入打印模式，通过xyz三自由度的运动打印出三维模型。
激光雕刻功能：使用者通过JDpaint软件将图形生成G代码导入控制器，动平台在保持一定高度的平面运动，激光头对材料进行烧蚀达到雕刻效果。
书写绘画功能：使用者通过Inkscape矢量绘图软件进行矢量图形的绘制，之后安装动平台上的书画组件。导入G代码即可实现矢量图形的绘制。
气动搬运功能：本发明采用-65kpa气动搬运组件实现搬运功能。动平台上的吸盘通过压缩机制造真空吸起物体，通过42步进电机传动，把物体搬运至一旁，可用于教学演示。
本发明多功能并联臂3D打印机：
Ⅰ、并联臂多自由度架构：本发明基于Delta机器人技术，采用三并联臂设计相对传统的串联机构的3D打印机理论，打印速度可以达三倍以上。相比于传统的笛卡尔二维架构也可以达到二倍速度，大大缩减了成型时间，进而缩短了产品设计周期。并且在提高加工速度的同时加工精度并没有降低。
Ⅱ、动平台模块化设计：挤出机所在的动平台进行了强磁球连接设计，方便装配和以后实现诸如激光雕刻、书写、搬运功能等；另外，整个架构可以任意加长、加宽，以适应不同打印范围的需要。
本发明多功能并联臂3D打印机的优点在于：
Ⅰ、通过并联臂设计，大大加快了成型速度；
Ⅱ、集3D打印、激光雕刻、书写绘画、气动搬运于一身，实现一机多用；
Ⅲ、集成度高、结构强度高、成本低廉。
Claims (2)
1.多功能并联臂3D装置，其特征在于：包括机械传动装置、电路控制装置，机械传动装置包括三棱柱骨架、安装在三棱柱顶部的送丝机构、安装在三棱柱底部的三个角的三个步进电机、安装在三棱柱上的三个滑轮组、连接在三个滑轮组上的三维移动机构；每个滑轮组包括定滑轮、与定滑轮同轴的传动轮、一端固定在三棱柱上一端固定在定滑轮上的传动链、安装在传动链上的动滑轮、安装在动滑轮上的强磁机构，三维移动机构包括强磁机构、碳纤维棒、喷嘴固定座，碳纤维棒两端有内螺纹，喷嘴固定座上安装挤出机构、激光发射器、书写笔、搬运机构，强磁机构包括安装在动滑轮上的带盲孔强磁铁、带内螺纹的钢球、一端与钢球内螺纹配合另一端与碳纤维棒内螺纹配合的双头螺丝，喷嘴固定座上有六个盲孔，盲孔有内螺纹通过万向转动机构连接碳纤维棒，电路控制装置包括控制芯片、步进电机、送丝机构、挤出机构、激光发射器、书写笔、搬运机构。
2.根据权利要求1所述的多功能并联臂3D装置，其特征在于：万向转动机构包括一端为与碳纤维棒内螺纹配合的外螺柱一端为钢球的转头、一端包裹转头另一端为与盲孔内螺纹配合的转体。
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