CN104742373A - 基于fdm的3d打印设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于FDM的3D打印设备，包括：可升降的工作台、跨接于工作台的机床基座以及通过XY轴运动系统安装在机床基座上并配置成可在XY轴平面内移动的挤出机构，其中，挤出机构设置有挤出存料口，并且挤出机构的喷头朝向工作台开设，其中，机床基座还设置有侧位加料机构，侧位加料机构的出料口与挤出存料口可选择地连通。以减轻挤出机构的重量，从而提高打印速度和效率。

Description

基于FDM的3D打印设备

技术领域

本发明涉及一种3D打印设备，主要应用于打印铸造模具。

背景技术

国内现有FDM打印设备原料形式主要为丝状料和粒料。其中丝状料因加料结构限制，导致打印成型尺寸较小，仅适用于桌面机；而粒料加料主要采用吹送方式，设备的粒料挤出机构较为笨重，影响打印速度及效率。

例如，申请号为201310229236.8的中国专利公开了一种轻型的3D打印设备，该3D打印设备仍然存在粒料挤出机构较为笨重，影响打印速度及效率的技术问题。

发明内容

针对相关技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于FDM的3D打印设备，以减轻挤出机构的重量，从而提高打印速度和效率。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于FDM的3D打印设备，包括：可升降的工作台、跨接于工作台的机床基座以及通过XY轴运动系统安装在机床基座上并配置成可在XY轴平面内移动的挤出机构，其中，挤出机构设置有挤出存料口，并且挤出机构的喷头朝向工作台开设，其中，机床基座还设置有侧位加料机构，侧位加料机构的出料口与挤出存料口可选择地连通。

根据本发明，XY轴运动系统包括X轴驱动装置和Y轴驱动装置，其中，X轴驱动装置和Y轴驱动装置位于同一平面内，并且平面与工作台的升降方向相垂直。

根据本发明，X轴驱动装置包括X轴电机、X轴丝杆和X轴线轨，Y轴驱动装置包括Y轴电机、Y轴丝杆和Y轴线轨，其中，Y轴驱动装置设置在位于机床基座中的横梁上，挤出机构与Y轴丝杆的丝母连接，挤出机构构造为：以通过Y轴电机驱动Y轴丝杆转动的方式，在Y轴线轨中沿Y轴方向移动，其中，横梁与X轴丝杆的丝母连接，挤出机构构造为：以通过X轴电机驱动X轴丝杆转动来带动横梁在X轴线轨中移动的方式，沿X轴方向移动。

根据本发明，挤出机构通过滑座与Y轴驱动装置的Y轴丝杆的丝母连接，其中，滑座与Y轴线轨可滑动地连接。

根据本发明，工作台与升降驱动装置连接，升降驱动装置由滑块、导轨、丝杆和抬升电机构成，工作台设置在滑块上，其中，通过抬升电机驱动丝杆转动以带动滑块沿导轨升降的方式，工作台接近或远离挤出机构的喷头。

根据本发明，挤出机构由挤出电机、减速机、挤出装置和喷头构成，其中，挤出电机与减速机连接，减速机与设置在挤出装置内部的挤出螺杆连接。

根据本发明，侧位加料机构的顶部设置有加料口，出料口设置在侧位加料机构的底部侧壁，其中，出料口处设置有第一料位检测装置。

根据本发明，挤出存料口中还设置有第二料位检测装置。

根据本发明，3D打印设备外部电连接有电控柜。

本发明的有益技术效果在于：

本发明通过侧位加料机构的出料口与挤出存料口可选择地连通的方式以实现侧位加料机构存储主要的打印原料，挤出机构仅存少量的打印原料，在打印时挤出存料口能够以间隔的方式从侧位加料机构取料，从而减轻了挤出机构的重量；同时，工作台通过升降驱动装置以上下升降的方式接近或远离挤出机构的喷头，代替了现有技术在挤出机构上安装的滑枕，从而避免了挤出机构的滑枕升降方式，进一步减轻挤出机构的重量，从而提高打印速度及效率。

附图说明

图1是本发明基于FDM的3D打印设备的结构示意图。

具体实施方式

现参照附图对本发明进行描述。具体地，在本发明优选的实施例中，如图1所示，本发明的一种基于FDM(熔融沉积成型)的3D打印设备包括可升降的工作台2、跨接于工作台2的机床基座1以及通过XY轴运动系统安装在机床基座1上并配置成可在XY轴平面内移动的挤出机构，其中，XY轴平面是指与工作台2的顶面平行的平面，XY轴运动系统优选为由电机驱动丝杆、丝杆与丝母相配合的系统，在其他可选的实施例中，可以使用导轨与滚轮、导轨与滑块等相配合的系统能够实现挤出机构可在XY轴平面同时沿X轴和Y轴运动的系统，其中，本文所指XY轴在图1中以参考标号X和Y示出。

其中，挤出机构设置有挤出存料口12，并且挤出机构的喷头17朝向工作台2开设；机床基座1还设置有侧位加料机构，侧位加料机构的出料口8与挤出存料口12可选择地连通，具体而言，可选择地连通是指当挤出存料口12中的料位检测装置检测到挤出存料口12中的打印原料的料位过低不足以继续打印时，挤出机构则移动到出料口8处使挤出存料口12与出料口8连通以获取打印原料，当打印原料加满挤出存料口12后，挤出机构则选择离开出料口8继续打印。也就是说，侧位加料机构的加料口7中储存大量的打印原料，而挤出存料口12每次从侧位加料机构只接受少量的打印原料用于打印，当挤出存料口12中的料位检测装置(未示出)检测到挤出存料口12中的打印原料不足时，则中断打印，挤出存料口12移动出料口8的下方加料，当挤出存料口12中的料位检测装置检测到打印原料加满后接着打印，周而复始，从而形成挤出存料口12以在时间上间隔的方式向出料口8受料的结构，以减少挤出机构在打印时的存料量，从而减轻挤出机构的重量。

继续参照图1，在本发明优选的实施例中，XY轴运动系统包括X轴驱动装置和Y轴驱动装置，其中，X轴驱动装置和Y轴驱动装置位于同一平面内，并且该平面即为XY轴平面，其与工作台2的升降方向Z相垂直，其中，升降方向Z在图1中以标号Z示出。

进一步，具体地，X轴驱动装置包括X轴电机9、X轴丝杆和X轴线轨，Y轴驱动装置包括Y轴电机10、Y轴丝杆11和Y轴线轨，其中，Y轴驱动装置设置在位于机床基座1中的横梁上，挤出机构与Y轴丝杆11的丝母连接，具体而言，挤出机构通过滑座13与Y轴驱动装置的Y轴丝杆11的丝母连接，同时滑座13与Y轴线轨可滑动地连接，以实现挤出机构以通过Y轴电机10驱动Y轴丝杆11转动的方式，在Y轴线轨中沿Y轴方向移动。换句话说，在本发明实际应用中，如果需要挤出机构在Y轴方向上移动时，Y轴电机10启动并驱动Y轴丝杆11旋转，挤出机构在Y轴丝杆11的转动作用下即可以在Y轴线轨中沿着Y轴方向移动。进一步，横梁与X轴丝杆的丝母连接，挤出机构构造为：以通过X轴电机9驱动X轴丝杆转动来带动横梁在X轴线轨中移动的方式，沿X轴方向移动。换句话说，挤出机构在X轴方向上的移动是通过横梁带动的，也就是说，X轴电机9启动会带动X轴丝杆旋转，从而使得横梁沿X轴方向移动，由此方式通过横梁的移动带动设置在横梁上的挤出机构沿X轴方向移动。

继续参照图1，在优选实施例中，可升降的工作台2具体构造为：工作台2与升降驱动装置连接，升降驱动装置由滑块3、导轨4、丝杆5和抬升电机6构成，工作台2设置在滑块3上，其中，通过抬升电机6驱动丝杆5转动以带动滑块3沿导轨4升降的方式，工作台2接近或远离挤出机构的喷头17。与以上关于X轴驱动装置和Y轴驱动装置的描述类似的，抬升电机6启动会带动丝杆5旋转，从而使得滑块3在丝杆5旋转作用的带动下沿导轨4移动，而滑块3的上升或下降则由丝杆5的正转或反转决定。由此方式，设置在滑块3上的工作台2可以进行上升或下降，即，实现工作台2接近挤出机构的喷头17或远离挤出机构的喷头17。

因此，通过工作台2的升降运动，代替了现有技术中挤出机构上安装滑枕以实现挤出机构Z轴升降的方式，从而进一步减轻了挤出机构的重量，提高了打印速度及效率。本发明的3D打印设备的打印速度可达36m/min，效率可达20kg/h，进一步推动了FDM三维打印技术在铸造模具领域的应用。

继续参照图1，在优选实施例中，挤出机构由挤出电机14、减速机15、挤出装置16和上述喷头17构成，其中，挤出电机14与减速机15连接，减速机15与设置在挤出装置16内部的挤出螺杆连接。具体而言，挤出装置16与挤出存料口12相连通，挤出电机14通过带动减速机15以驱动挤出装置16中的挤出螺杆，挤出螺杆将打印原料从安装在挤出装置16底部的喷嘴17挤出。其中，减速机15用于降低挤出电机16的转速，增大扭矩。被挤出的打印原料在工作台2上形成各种形状的打印产品。其中，打印原料为现有技术中丝状料和粒料等任何可实现基于FDM的3D打印的材料。

继续参照图1，在本发明的优选实施例中，侧位加料机构的顶部设置有加料口7，出料口8设置在侧位加料机构的底部侧壁，其中，出料口8处设置有第一料位检测装置(未示出)。第一料位检测装置用于检测侧位加料机构中打印原料的料位，也就是说，当侧位加料机构中打印原料的料位低于特定值时，第一料位检测装置发出信号给3D打印设备的控制系统以进行加料。当然应当理解，在侧位加料机构的顶部侧壁也可以设置其他料位检测装置，其可用于在侧位加料机构中打印原料加满时发出信号给3D打印设备的控制系统以停止加料。应当理解，上述料位检测装置可以为任何适用的诸如液位计的检测装置，这可以根据具体使用情况，本发明不局限于此。

在本发明优选的实施例中，挤出存料口12中还设置有第二料位检测装置(未示出)。第二料位检测装置的功能与第一检测装置的功能类似，用于检测挤出存料口12的料位高低以输出控制信号。

继续参照图1，在本发明的优选实施例中，3D打印设备外部电连接有电控柜18。上述3D打印设备的控制系统安装在电控柜18中，电控柜18中还导入有分层软件以生成轨迹运行代码。电控柜18与XY轴运动系统、挤出机构、侧位加料机构、升降机构电连接。具体而言，电控柜18与X轴电机9、Y轴电机10、挤出电机16、升降电机6以及侧位加料机构中的加料控制阀(未示出)电连接，用于精确控制各个电机的运转和加料控制阀的开关。

本发明的基于FDM的3D打印设备的工作过程为：首先，完成三维建模，并导入分层软件分层，生成轨迹运行代码到电控柜18中。向加料口7加料，加满后启动设备将挤出存料口12移至出料口8处加料；在挤出存料口12的料位检测装置检测到打印原料加满后停止加料。启动挤出电机16带动挤出减速机15，驱动挤出螺杆旋转挤压打印原料；同时运行程序代码，通过XY轴运动系统实现XY轴平面轨迹打印扫描，待产品的第一层打完后，程序运行控制升降机构，将工作台降低1个层厚，随及开始第二层打印。以后逐层打印，当挤出存料口12料位过低时，中断打印，挤出存料口12移至出料口8处加料，检测加满后接着打印。周而复始，间接加料，直至打印完毕。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于FDM的3D打印设备，其特征在于，包括：可升降的工作台(2)、跨接于所述工作台(2)的机床基座(1)以及通过XY轴运动系统安装在所述机床基座(1)上并配置成可在XY轴平面内移动的挤出机构，

其中，所述挤出机构设置有挤出存料口(12)，并且所述挤出机构的喷头(17)朝向所述工作台(2)开设，

其中，所述机床基座(1)还设置有侧位加料机构，所述侧位加料机构的出料口(8)与所述挤出存料口(12)可选择地连通。

2.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于，所述XY轴运动系统包括X轴驱动装置和Y轴驱动装置，

其中，所述X轴驱动装置和所述Y轴驱动装置位于同一平面内，并且所述平面与所述工作台(2)的升降方向(Z)相垂直。

3.根据权利要求2所述的3D打印设备，其特征在于，

所述X轴驱动装置包括X轴电机(9)、X轴丝杆和X轴线轨，所述Y轴驱动装置包括Y轴电机(10)、Y轴丝杆(11)和Y轴线轨，

其中，所述Y轴驱动装置设置在位于所述机床基座(1)中的横梁上，所述挤出机构与所述Y轴丝杆(11)的丝母连接，所述挤出机构构造为：以通过所述Y轴电机(10)驱动所述Y轴丝杆(11)转动的方式，在所述Y轴线轨中沿Y轴方向移动，

其中，所述横梁与所述X轴丝杆的丝母连接，所述挤出机构构造为：以通过所述X轴电机(9)驱动所述X轴丝杆转动来带动所述横梁在所述X轴线轨中移动的方式，沿X轴方向移动。

4.根据权利要求3所述的3D打印设备，其特征在于，

所述挤出机构通过滑座(13)与所述Y轴驱动装置的所述Y轴丝杆(11)的丝母连接，

其中，所述滑座(13)与所述Y轴线轨可滑动地连接。

5.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于，

所述工作台(2)与升降驱动装置连接，所述升降驱动装置由滑块(3)、导轨(4)、丝杆(5)和抬升电机(6)构成，所述工作台(2)设置在所述滑块(3)上，

其中，通过所述抬升电机(6)驱动所述丝杆(5)转动以带动所述滑块(3)沿所述导轨(4)升降的方式，所述工作台(2)接近或远离所述挤出机构的所述喷头(17)。

6.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于，

所述挤出机构由挤出电机(14)、减速机(15)、挤出装置(16)和所述喷头(17)构成，

其中，所述挤出电机(14)与所述减速机(15)连接，所述减速机(15)与设置在所述挤出装置(16)内部的挤出螺杆连接。

7.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于，

所述侧位加料机构的顶部设置有加料口(7)，所述出料口(8)设置在所述侧位加料机构的底部侧壁，

其中，所述出料口(8)处设置有第一料位检测装置。

8.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于，

所述挤出存料口(12)中还设置有第二料位检测装置。

9.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于，

所述3D打印设备外部电连接有电控柜(18)。