CN104859148B - 3d打印机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种3D打印机，其中，该3D打印机包括：圆形托盘；托盘底座，设置于3D打印机框架上，用于支撑圆形托盘；第一驱动装置，设置于所述托盘底座上，且与圆形托盘连接，用于驱动圆形托盘以托盘圆心为旋转中心进行旋转；第二驱动装置，设置于3D打印机框架上，且与托盘底座连接，用于驱动托盘底座在水平方向上做直线运动，使托盘底座带动圆形托盘在水平方向上做直线运动。根据本发明的方案，托盘的运动方式更加灵活且多样化；运动方式灵活且多样化的圆形托盘可以使3D打印机实现基于线性方式画圆，从而避免了基于积分方式画圆所带来的3D建模难度高且打印周期长等问题；最终本发明提供的技术方案例提高了3D打印机的打印性能。

Description

3D打印机

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，尤其是涉及一种3D打印机。

背景技术

3D打印机是一种将金属、陶瓷、树脂、塑料或者砂等打印原材料通过层层叠加的方式，最终使智能电子设备(如计算机或者服务器等)中的设计蓝图变成实物的设备。通俗的说，3D打印机是能够打印出真实的3D物体的一种设备。利用3D打印机打印出的3D物体可以具体为模具、玩具以及机器零件等等，有些3D打印机甚至可以打印出食物。

基于熔融沉积的3D打印机是目前使用较为广泛的一种3D打印机，现有的基于熔融沉积的3D打印机的部分结构如图1所示。

图1示出的3D打印机的部分结构主要包括：传送带1、螺丝拉杆2、步进电机3、支架4、电热熔头5以及托盘6；其中，托盘6通常为矩形托盘(如托盘6的上下表面为形状大小均相同的矩形)，且一部分3D打印机的托盘6采用固定设置方式，即托盘6不能移动，该种类型的3D打印机依靠电热熔头5前后左右上下(即在水平x方向、水平y方向以及垂直z方向)移动实现3D打印；而另一部分3D打印机的托盘6可以在步进电机的作用下沿水平方向前后移动，该种类型的3D打印机依靠电热熔头5上下左右移动和托盘6前后移动相配合实现3D打印。

发明人在实现本发明过程中发现，对于一些设计形状而言，现有的3D打印方式会存在一定的问题；例如，在打印圆柱形时，无论是基于电热熔头的前后左右上下的移动实现3D打印，还是基于电热熔头的上下左右移动以及托盘的前后移动配合实现3D打印，由于这样的3D打印是基于积分方式画圆而不是基于线性方式画圆，因此，现有的3D打印不但会增加3D建模难度，而且还会使3D打印周期较长。

发明内容

本发明的目的是提供一种3D打印机。

根据本发明的一个方面，提供一种3D打印机，包括：圆形托盘；托盘底座，设置于3D打印机框架上，用于支撑所述圆形托盘；第一驱动装置，设置于所述托盘底座上，且与所述圆形托盘连接，用于驱动所述圆形托盘以托盘圆心为旋转中心进行旋转；第二驱动装置，设置于3D打印机框架上，且与所述托盘底座连接，用于驱动所述托盘底座在水平方向上做直线运动，使所述托盘底座带动所述圆形托盘在水平方向上做直线运动。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明通过设置圆形托盘，并利用两个驱动装置使该圆形托盘一方面可以以托盘圆心为旋转中心做自旋转运动，另一方面可以沿水平方向做直线运动，使托盘的运动方式更加灵活且多样化；相对于现有的3D打印机中的矩形托盘而言，由于本发明实施例的圆形托盘能够进行自旋转运动，因此，在3D建模过程中可以引入对圆形托盘的旋转控制，并利用该旋转控制解决现有的3D打印存在的一些问题，例如，在打印圆柱形时，由于本发明的圆形托盘可以旋转并可以沿水平方向进行直线运动，使圆柱形的打印可以基于线性方式画圆，避免了基于积分方式画圆所带来的3D建模难度高且打印周期长等问题；从而本发明提供的技术方案例提高了3D打印机的3D打印性能。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为现有的3D打印机的部分结构示意图；

图2为本发明一个实施例的3D打印机的部分结构示意图。

附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。

具体实施方式

在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，这里所公开的具体结构以及功能细节仅仅是代表性的，并且是用于描述本发明的示例性实施例的目的。但是本发明可以通过许多替换形式来具体实现，并且不应当被解释成仅仅受限于这里所阐述的实施例。

应当理解的是，虽然在这里可能使用了术语“第一”、“第二”等等来描述各个单元，但是这些单元不应当受这些术语限制。使用这些术语仅仅是为了将一个单元与另一个单元进行区分。举例来说，在不背离示例性实施例的范围的情况下，第一单元可以被称为第二单元，并且类似地第二单元可以被称为第一单元。这里所使用的术语“和/或”包括其中一个或更多所列出的相关联项目的任意和所有组合。

应当理解的是，当一个单元被称为“连接”或者“耦合”到另一个单元时，其可以直接连接或者耦合到所述另一单元，或者可以存在一中间单元。与此相对，当一个单元被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一单元时，则不存在一中间单元。应当按照类似的方式来解释被用于描述单元之间的关系的其他类似词语(例如“处于...之间”相比于“直接处于...之间”，“与...邻近”相比于“与...直接邻近”等等)。

这里所使用的术语仅仅是为了描述具体实施例而不意图限制示例性实施例。除非上下文明确地另有所指，否则，这里所使用的单数形式“一个”、“一项”还意图包括复数。还应当理解的是，这里所使用的术语“包括”和/或“包含”规定所陈述的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在，而不排除存在或添加一个或者更多其他特征、整数、步骤、操作、单元、组件和/或其组合。

本实施例的3D打印机主要包括：圆形托盘、托盘底座、第一驱动装置以及第二驱动装置。下面对3D打印机中的上述各部件分别进行说明。

本实施例的圆形托盘主要用于承载3D打印标的物。该圆形托盘通常为上下表面均为圆形的托盘；例如，该圆形托盘为扁圆柱体形状；再例如，该圆形托盘为扁圆锥体形状，即圆形托盘上表面的直径大于其下表面的直径。另外，该圆形托盘的侧表面可以为带有一定弧度的侧表面。还有，本实施例的圆形托盘的上表面的外沿通常与圆心位置相平，当然，本实施例也不排除圆形托盘的上表面的外沿略高出圆心位置的现象。

本实施例的圆形托盘的材质可以为金属、玻璃、合金、树脂、木质或者塑料等，本实施例不限制圆形托盘所采用的具体材质。

本实施例的托盘底座设置于3D打印机框架上，如托盘底座设置于3D打印机框架中的用于引导圆形托盘沿直线运动的导轨(如滑轨等)上；该托盘底座还与圆形托盘连接，使圆形托盘通过该托盘底座而设置于3D打印机框架上。

托盘底座主要用于支撑圆形托盘，并在第二驱动装置的作用下带动圆形托盘在水平方向上做直线运动。另外，该托盘底座还可以用于固定第一驱动装置，使第一驱动装置安装于其上。本实施例中的托盘底座可以具体为外部形状呈现为圆柱形或者矩形等形状的托架。本实施例不限制托盘底座的具体形状。

在托盘底座设置于3D打印机框架的导轨上的情况下，该托盘底座在第二驱动装置的作用下，带动圆形托盘沿滑轨做水平方向上的直线运动。

本实施例的托盘底座的材质可以为金属、玻璃、合金、树脂、木质或者塑料等，本实施例不限制托盘底座的具体材质。

第一驱动装置固定安装于托盘底座上，且第一驱动装置还与圆形托盘连接，以便于第一驱动装置可以驱动圆形托盘以托盘圆心为旋转中心进行旋转。

第一驱动装置可以具体包括：旋转件以及第一电机；其中的旋转件固定设置于圆形托盘上，且该旋转件主要用于在第一电机的作用下带动圆形托盘以托盘圆心为旋转中心进行旋转；第一电机固定设置于托盘底座上，且第一电机与旋转件连接。第一电机主要用于带动旋转件旋转，从而通过旋转件的旋转带动圆形托盘以托盘圆心为旋转中心进行旋转。本实施例中的第一电机可以采用步进电机，如42步进电机(即外径为42mm×42mm的步进电机)。

本实施例中的旋转件可以有多种实现方式，下面例举三种实现方式。

方式一、旋转件由连轴器实现。该连轴器固定设置于圆形托盘的托盘圆心处，且该连轴器与第一电机中的电机轴(即转子电机轴)连接，如带有键槽的电机轴与带有键槽的连轴器插接并固定。第一电机的电机轴的旋转带动连轴器旋转，连轴器带动圆形托盘旋转。

方式二、旋转件由电机轴实现。该电机轴固定设置于圆形托盘的托盘圆心处，且该电机轴与第一电机中的连轴器(即转子连轴器)连接，如带有键槽的电机轴与带有键槽的连轴器插接并固定。第一电机的连轴器的旋转带动电机轴旋转，电机轴带动圆形托盘旋转。

方式三、旋转件由第一传送轴和第一传送带实现。第一传送轴固定设置于圆形托盘的托盘圆心处，第一传送带套接在第一传送轴和第一电机中的电机轴上，第一电机的电机轴的旋转带动第一传送带运动，第一传送带的运动会带动第一传送轴旋转，第一传送轴的旋转带动圆形托盘以托盘圆心为旋转中心进行旋转。为了保证第一传送带与第一传送轴和第一电机的电机轴的良好接触，第一传送轴和第一电机的电机轴上可以设置有齿(可以为尖齿，也可以为沟槽形式的齿)，在第一传送带采用传送链条的情况下，第一传送轴和第一电机的电机轴分别通过其上的齿与链条上的齿槽啮合；在第一传送带采用皮带的情况下，皮带的一侧设置有齿(通常为沟槽形式的齿)，第一传送轴和第一电机的电机轴分别通过其上的齿与皮带上的齿咬合。需要特别说明的是，本实施例中的皮带并不是指专指皮质材料的带子，可以为橡胶等材质的带子。

第二驱动装置固定安装于3D打印机框架上，且第二驱动装置还与托盘底座固定连接，以便于第二驱动装置可以通过驱动托盘底座沿水平方向做直线运动，而使圆形托盘沿水平方向做直线运动；例如，第二驱动装置通过驱动托盘底座沿3D打印机框架上的导轨做前后/左右运动，而使圆形托盘沿着该导轨做前后/左右运动。

本实施例中的第二驱动装置可以有多种实现方式，下面例举两种实现方式。

方式一、第二驱动装置由第二传送轴、第二电机、第二传送带以及固定连接件实现。第二传送轴和第二电机分别设置于3D打印机框架上相对的两端；第二传送带套接在第二传送轴和第二电机的电机轴上；固定连接件将托盘底座和第二传送带固定连接，即固定连接件将托盘底座固定在第二传送带的某一位置处。第二电机通过其电机轴的转动而带动第二传送带在第二传送轴和第二电机的电机轴上运动，从而与第二传送带固定连接的托盘底座会随着第二传送带的运动而在第二传送轴与第二电机的电机轴之间做前后/左右直线运动，最终使圆形托盘随着托盘底座在第二传送轴与第二电机的电机轴之间做前后/左右直线运动。

为了保证第二传送带与第二传送轴和第二电机的电机轴的良好接触，第二传送轴和第二电机的电机轴上可以设置有齿(可以为尖齿，也可以为沟槽形式的齿)，在第二传送带采用传送链条的情况下，第二传送轴和第二电机的电机轴分别通过其上的齿与链条上的齿槽啮合；在第二传送带采用皮带的情况下，皮带的一侧设置有齿(通常为沟槽形式的齿)，第二传送轴和第二电机的电机轴分别通过其上的齿与皮带上的齿咬合。需要特别说明的是，本实施例中的皮带并不是专指指皮质材料的带子，可以为橡胶等材质的带子。

方式二、第二驱动装置丝杠、螺母以及第二电机实现。丝杠设置于3D打印机框架上，该丝杠上设置有外螺纹，且该丝杠可以通体设置外螺纹，也可以部分设置外螺纹。螺母与丝杠螺接，螺母可以通过丝杠自身的旋转而实现其在丝杠长度方向做直线运动。该螺母还与托盘底座固定连接，这样，在螺母沿丝杠长度方向上做直线运动时，托盘底座可以随螺母一起沿丝杠长度方向上做直线运动，从而使圆形托盘随托盘底座一起沿丝杠长度方向上做直线运动。第二电机设置于3D打印机框架上，第二电机与丝杠连接，第二电机主要用于驱动丝杠以其横截面的圆心为旋转中心进行自旋转，第二电机可以通过其连轴器与丝杠连接，第二电机也可以采用其他方式与丝杠连接。

本实施例中的第二电机可以采用步进电机，如42步进电机(即外径为42mm×42mm的步进电机)。

下面结合附图对本发明的一个实际应用进行说明。

图2为基于熔融沉积的3D打印机的部分结构示意图，图2中示出的3D打印机的部分结构主要包括：传送带1、两个螺丝拉杆2(即丝杠)、两个步进电机3、支架4、电热熔头5以及圆形托盘7；其中，圆形托盘7通过托盘底座(图2中未示出)固定于3D打印机框架的相应位置处。

电热熔头5可以在传送带1的作用下进行左右移动，电热熔头5还可以在两个步进电机3的作用下沿螺丝拉杆2的长度方向上进行上下移动。

圆形托盘7一方面可以在第一驱动装置(图2中未示出)的作用下进行自旋转，另一方面可以在第二驱动装置(图2中未示出)的作用下在水平方向上进行前后直线运动(即沿水平y方向移动)。

本实施例中的3D打印机通过依靠电热熔头5的左右上下(即水平x方向和垂直z方向)移动，并配合圆形托盘7的旋转以及前后(即水平y方向)移动实现3D打印；例如，在打印圆柱形或者葫芦形状的花瓶时，由于圆形托盘7可以在第一驱动装置的作用下旋转并可以在第二驱动装置的作用下由托盘底座带动沿水平方向进行直线运动，使圆柱形或者葫芦形状的花瓶的打印可以基于线性方式画圆，避免了基于积分方式画圆所带来的3D建模难度高且打印周期长等问题。

对于本领域技术人员而言，显然，本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一方面来看，均应该将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明来限定，因此，旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应该将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。系统权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一以及第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

虽然前面特别示出并且描述了示例性实施例，但是本领域技术人员将会理解的是，在不背离权利要求书的精神和范围的情况下，在其形式和细节方面可以有所变化。这里所寻求的保护在所附权利要求书中做了阐述。

Claims (9)

1.一种3D打印机，其中，所述3D打印机包括：

圆形托盘；

托盘底座，设置于3D打印机框架上，用于支撑所述圆形托盘；

第一驱动装置，设置于所述托盘底座上，且与所述圆形托盘连接，用于驱动所述圆形托盘以托盘圆心为旋转中心进行旋转；

第二驱动装置，设置于3D打印机框架上，且与所述托盘底座连接，用于驱动所述托盘底座在水平方向上做直线运动，使所述托盘底座带动所述圆形托盘在水平方向上做直线运动；

所述第二驱动装置包括：

第二传送轴，设置于3D打印机框架上；

第二电机，与所述第二传送轴相对设置于3D打印机框架的两端；

第二传送带，套接在所述第二传送轴和第二电机的电机轴上；

固定连接件，用于将所述托盘底座和所述第二传送带固定连接；

所述第二电机通过其电机轴带动第二传送带运行，且所述第二传送带通过固定连接件和托盘底座带动所述圆形托盘沿水平方向做直线运动。

2.根据权利要求1所述的3D打印机，其中，所述第一驱动装置包括：

旋转件，设置于所述圆形托盘上；

第一电机，设置于所述托盘底座上，且与所述旋转件连接；

所述第一电机通过带动旋转件旋转而驱动所述圆形托盘以托盘圆心为旋转中心进行旋转。

3.根据权利要求2所述的3D打印机，其中，所述旋转件包括：

连轴器，固定设置于所述圆形托盘的托盘圆心处，且所述连轴器与所述第一电机的电机轴连接；或者

所述旋转件包括：

电机轴，固定设置于所述圆形托盘的托盘圆心处，且所述电机轴与所述第一电机的连轴器连接。

4.根据权利要求2所述的3D打印机，其中，所述旋转件包括：

第一传送轴，固定设置于所述圆形托盘的托盘圆心处；

第一传送带，套接在所述第一传送轴和所述第一电机的电机轴上，所述第一传送带在第一电机的作用下带动第一传送轴旋转，且所述第一传送轴带动所述圆形托盘以托盘圆心为旋转中心进行旋转。

5.根据权利要求4所述的3D打印机，其中，所述第一传送带包括：传送链条或者一侧设置有齿的皮带，且所述第一传送轴和所述第一电机的电机轴上设置有齿，所述第一传送轴和电机轴分别通过其上的齿与所述第一传送带啮合。

6.根据权利要求2-5中的任何一项所述的3D打印机，其中，所述第一电机包括：第一步进电机。

7.根据权利要求1所述的3D打印机，其中，所述第二传送带包括：传送链条或者一侧设置有齿的皮带，且所述第二传送轴和第二电机的电机轴上均设置有齿，所述第二传送轴和第二电机的电机轴通过其上的齿与所述第二传送带啮合。

8.根据权利要求1所述的3D打印机，其中，所述第二驱动装置包括：

丝杠，设置于3D打印机框架上；

螺母，与所述丝杠螺接，且所述螺母还与托盘底座固定连接；

第二电机，设置于3D打印机框架上，且与所述丝杠连接，用于驱动所述丝杠旋转；

所述螺母在旋转的丝杠的作用下带动所述托盘底座和圆形托盘沿丝杠的长度方向做直线运动。

9.根据权利要求1或7或8所述的3D打印机，其中，所述第二电机包括：第二步进电机。