CN105365222A - 一种同轴送粉粉末粘结3d打印机及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于粉末粘结成型的3D打印机，包括运动控制组件以及设置在机架组件上X向运动组件、Y向运动组件、Z向运动组件和喷头组件；所述运动控制组件采用PC+PCI控制卡的方式控制各个运动组件按指定方式运动；所述X向运动组件上设有可沿X向来回移动的X向移动座；所述Y向运动组件固定在所述X向移动座上，所述Y向运动组件上设有可沿Y向来回移动的Y向移动座；所述喷头组件固定在所述Y向移动座上，随所述X向移动座和Y向移动座在X向和Y向来回运动；所述Z向运动组件上设有可沿Z向来回移动的移动成型室。

Description

一种同轴送粉粉末粘结3D打印机及其控制方法

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，具体涉及一种同轴送粉粉末粘结3D打印机及其控制方法。

背景技术

3D打印技术是一种增材制造技术。利用该技术将物体的数字模型（STL、CLI）切割成若干层，再规划每一轮廓层的打印轨迹，利用运动控制单元控制打印头或者是激光头按照预先规划好的轨迹逐层打印出零部件。目前3D打印工艺主要分为两大类：一类是将成型材料预先准备到成型位置，包括预先铺好粉末材料或装好光敏树脂或预先铺好层状材料，如选择性激光烧结（SLS）、选择性激光熔化（SLM）、立体光固化成型（SLA）、分层实体制造（LOM）等；另一类即是不必预先铺放好成型材料，如熔融沉积成型（FDM）、微滴注射成型（Microdropletjetting）。铺粉装置增加了设备结构的复杂性，铺粉与成型相互独立，降低了打印速度，双缸铺粉结构虽提高了铺粉速度，但减小了有效成型空间；而FDM工艺只适用于具有良好韧性和快速固化的丝材，同时因为丝材直径的影响，成型零部件存在台阶效应。两类工艺始终不能很好地结合，减缓了3D打印技术的发展。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种能够实现送粉与成型同步进行的同轴送粉粉末粘结3D打印机及其控制方法。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种同轴送粉粉末粘结3D打印机，包括运动控制组件以及设置在机架组件上X向运动组件、Y向运动组件、Z向运动组件和喷头组件。所述基于PC+PCI运动控制卡控制各个运动组件按指定方式运动；所述X向运动组件上设有可沿X向来回移动的X向移动座；所述Y运动组件固定在所述X向移动座上，所述Y向运动组件上设有可沿Y向来回移动的Y向移动座；所述喷头组件固定在所述Y向移动座上，随所述X向移动座和Y向移动座在X向和Y向来回运动；所述Z向运动组件上设有可沿Z向来回移动的成型室，实现零部件在竖直方向的快速成型。

所述X向运动组件包括X向步进电机，X向步进电机与X向滚珠丝杠通过X向联轴器连接，X向滚珠丝杠上的X向滚珠丝杠螺母带动X向移动座，X向移动座穿过两根X向光滑导杆，X向光滑导杆上的X向直线轴承变滑动摩擦为滚动摩擦，X向滚珠丝杠和X向光滑导杆均安装在X向后端轴承支座上，X向后端轴承支座配合X向滚珠丝杠轴承实现了X向滚珠丝杠的平稳转动，X向滚珠丝杠的平稳转动带动X向移动座沿着X方向来回移动。

所述Y向运动组件连接在X向移动座上实现X方向的运动，所述Y向运动组件包括Y向步进电机支座，安装在Y向步进电机支座上的Y向步进电机，Y向滚珠丝杠通过Y向联轴器与Y向步进电机连接在一起，Y向滚珠丝杠带动与Y向丝杠螺母固连一起的Y向移动座，Y向滚珠丝杠的一端与安装在Y向轴承支座里的Y向滚珠丝杠轴承过盈配合，Y向轴承支座同时固定了Y向光滑导杆，Y向光滑导杆穿过与Y向移动座固定的Y向直线轴承并支撑在Y向导杆支座上，稳定了Y向移动座，这样Y向步进电机即可通过Y向滚珠丝杠带动Y向移动座在Y向稳定来回移动。

所述Z向运动组件固定在Z向运动组件支架上，Z向运动组件包含Z向伺服电机支座，固定在Z向伺服电机支座上的Z向伺服电机，连接Z向蜗杆与Z向伺服电机的Z向联轴器，Z向蜗杆与Z向涡轮配合，Z向涡轮固连在Z向滚珠丝杠螺母和涡轮连接套上，涡轮连接套安装在Z向角接触轴承内圈里起到固定旋转作用，Z向角接触轴承过盈安装在Z向轴承支座里，这样与Z向伺服电机连接的Z向蜗杆带动Z向涡轮做旋转运动，涡轮的旋转运动带动与之刚性连接的Z向滚珠丝杠螺母旋转运动，从而带动Z向滚珠丝杠上下移动，带动成型室的支撑面的上下移动，实现Z向来回运动。

所述运动控制组件包括人机交互界面，与人机交互界面进行信号通信的基于PC+PCI的运动控制卡，基于PC+PCI的运动控制卡发出脉冲信号给X向电机驱动器、Y向电机驱动器、Z向电机驱动器和喷头螺杆电机驱动器，经过细分调节X向电机驱动器、Y向电机驱动器、Z向电机驱动器和喷头螺杆电机驱动器分别将脉冲信号分别发送到X向步进电机、Y向步进电机、Z向伺服电机和喷头螺杆电控制电机按预先设定的规律运动，实现零件的成型。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是Y向运动组件的结构图。

图3是Z向运动组件的结构图。

图4是运动控制示意图。

图中标记：1为底部支架，2为竖直支架，3为Z向运动组件支架，4为成型室支架，5为X向运动组件支架，6为X向滚珠丝杠轴承，7为Z向伺服电机支座，8为Z向伺服电机，9为Z向运动组件，10为Z向运动组件支撑板，11为Z向滚珠丝杠，12为Y向运动组件，13为X向运动组件，14为X向步进电机，15为X向联轴器，16为X向前端轴承支座，17为X向滚珠丝杠，18为X向光滑导杆，19为X向移动座，20为X向直线轴承，21为X向滚珠丝杠螺母，22为X向后端轴承支座，23为Y向步进电机支座，24为Y向步进电机，25为Y向联轴器，26为Y向滚珠丝杠，27为Y向丝杠螺母，28为Y向移动座，29为Y向轴承支座，30为Y向滚珠丝杠轴承，31为Y向直线轴承，32为Y向光滑导杆，33为Y向导杆支座，34为Z向轴承支座，35为Z向角接触轴承，36为涡轮连接套，37为Z向滚珠丝杠螺母，38为Z向涡轮，39为Z向蜗杆，40为Z向联轴器，41为人机交互界面，42为基于PC+PCI的运动控制卡，43为X向电机驱动器，44为Y向电机驱动器，45为Z向电机驱动器，46为喷头螺杆电机驱动器，47为喷头螺杆电机。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。

参照图1，一种同轴送粉粉末粘结3D打印机及其控制方法，包括运动控制组件以及设置在机架组件上X向运动组件13、Y向运动组件12、Z向运动组件9和喷头组件。所述基于PC+PCI运动控制卡控制各个运动组件按指定方式运动；所述X向运动组件12上设有可沿X向来回移动的X向移动座19；所述Y运动组件12固定在所述X向移动座19上，所述Y向运动组件12上设有可沿Y向来回移动的Y向移动座28；所述喷头组件43固定在所述Y向移动座28上，随所述X向移动座19和Y向移动座28在X向和Y向来回运动；所述Z向运动组件9上设有可沿Z向来回移动的成型室。

参照图1,所述X向运动组件13包括X向步进电机14，X向步进电机14与X向滚珠丝杠17通过X向联轴器15连接，X向滚珠丝杠17上的X向滚珠丝杠螺母21带动X向移动座19，X向移动座19穿过两根X向光滑导杆18，X向光滑导杆18上的X向直线轴承20变滑动摩擦为滚动摩擦，X向滚珠丝杠17和X向光滑导杆18均安装在X向后端轴承支座22上，X向后端轴承支座22配合X向滚珠丝杠轴承6实现了X向滚珠丝杠17的平稳转动，X向滚珠丝杠17的平稳转动带动X向移动座19沿着X方向来回移动。

参照图1、图2，所述Y向运动组件13连接在X向移动座19上实现X方向的运动，所述Y向运动组件13包括Y向步进电机支座23，安装在Y向步进电机支座23上的Y向步进电机24，Y向滚珠丝杠26通过Y向联轴器与Y向步进电机25连接在一起，Y向滚珠丝杠26带动与Y向丝杠螺母27固连一起的Y向移动座28，Y向滚珠丝杠26的一端与安装在Y向轴承支座29里的Y向滚珠丝杠轴承30过盈配合，Y向轴承支座29同时固定了Y向光滑导杆32，Y向光滑导杆32穿过与Y向移动座28固定的Y向直线轴承31并支撑在Y向导杆支座33上，稳定了Y向移动座28，这样Y向步进电机24即可通过Y向滚珠丝杠26带动Y向移动座28在Y向稳定来回移动。

参照图1、图3，所述Z向运动组件9固定在Z向运动部件支架3上，Z向运动组件9包含Z向伺服电机支座7，固定在Z向伺服电机支座7上的Z向伺服电机8，连接Z向蜗杆39与Z向伺服电机8的Z向联轴器40，Z向蜗杆39与Z向涡轮38配合，Z向涡轮38固连在Z向滚珠丝杠螺母37和为涡轮连接套36上，涡轮连接套36安装在Z向角接触轴承35内圈里起到固定旋转作用，Z向角接触轴承35过盈安装在Z向轴承支座34里，这样与Z向伺服电机8连接的Z向蜗杆39带动Z向涡轮38做旋转运动，涡轮38的旋转运动带动与之刚性连接的Z向滚珠丝杠螺母37旋转运动，从而带动Z向滚珠丝杠11上下移动，带动成型室的支撑面的上下移动，实现Z向来回运动。

参照图1、图4，所述运动控制组件包括人机交互界面41，与人机交互界面41进行信号通信的基于PC+PCI的运动控制卡42，基于PC+PCI的运动控制卡42发出脉冲信号给X向电机驱动器43、Y向电机驱动器44、Z向电机驱动器45和喷头螺杆电机驱动器46，经过细分调节X向电机驱动器43、Y向电机驱动器44、Z向电机驱动器45和喷头螺杆电机驱动器46分别将脉冲信号分别发送到X向步进电机14、Y向步进电机24、Z向伺服电机8和喷头螺杆电控制电机按预先设定的规律运动，实现零件的成型。

Claims (5)

1.一种同轴送粉粉末粘结3D打印机及其控制方法，其特征在于：包括运动控制组件以及设置在机架组件上X向运动组件（13）、Y向运动组件（12）、Z向运动组件（9）和喷头组件；所述X向运动组件（12）上设有可沿X向来回移动的X向移动座（19）；所述Y向运动组件（12）固定在所述X向移动座（19）上，所述Y向运动组件（12）上设有可沿Y向来回移动的Y向移动座（28）；所述喷头组件固定在所述Y向移动座（28）上，随所述X向移动座（19）和Y向移动座（28）在X向和Y向来回运动；所述Z向运动组件（9）上设有可沿Z向来回移动的成型室。

2.根据权利要求1，所述X向运动组件（13）特征在于：X向步进电机（14）与X向滚珠丝杠（17）通过X向联轴器（15）连接，X向滚珠丝杠（17）上的X向滚珠丝杠螺母（21）带动X向移动座（19），X向移动座（19）穿过两根X向光滑导杆（18），X向光滑导杆（18）安装在X向直线轴承（20）上，X向滚珠丝杠（17）和X向光滑导杆（18）均安装在X向后端轴承支座（22）上，X向后端轴承支座（22）安装X向滚珠丝杠轴承（6），X向滚珠丝杠（17）带动X向移动座（19）沿着X方向来回移动。

3.根据权利要求1和权利要求2，所述Y向运动组件（13）特征在于：X向移动座（19）带动Y向运动组件（13）实现X方向的运动，所述Y向运动组件（13）包括Y向步进电机支座（23），Y向步进电机（24）安装在Y向步进电机支座（23）上，Y向滚珠丝杠（26）通过Y向联轴器（25）与Y向步进电机（24）连接在一起，Y向滚珠丝杠（26）带动与Y向丝杠螺母（27）固连一起的Y向移动座（28），Y向滚珠丝杠（26）的一端与安装在Y向轴承支座（29）里的Y向滚珠丝杠轴承（30）过盈配合，Y向轴承支座（29）固定Y向光滑导杆（32），Y向光滑导杆（32）穿过与Y向移动座（28）固定的Y向直线轴承（31）。

4.根据权利要求1，所述Z向运动组件（9）特征在于：固定在Z向运动组件支架（3）上，Z向运动组件（9）包含Z向伺服电机支座（7），固定在Z向伺服电机支座（7）上的Z向伺服电机（8），Z向联轴器（40）连接Z向蜗杆（39）和Z向伺服电机（8），Z向蜗杆（39）与Z向涡轮（38）之间啮合传动，Z向涡轮（38）固连在Z向滚珠丝杠螺母（37）和涡轮连接套（36）上，涡轮连接套（36）安装在Z向角接触轴承（35）内圈里，Z向角接触轴承（35）过盈安装在Z向轴承支座（34）里。

5.根据权利要求1，所述运动控制组件特征在于：包括人机交互界面（41），与人机交互界面（41）进行信号通信的基于PC+PCI的运动控制卡（42），基于PC+PCI的运动控制卡（42）发出脉冲信号给X向电机驱动器（43）、Y向电机驱动器（44）、Z向电机驱动器（45）和喷头螺杆电机驱动器（46），X向电机驱动器（43）、Y向电机驱动器（44）、Z向电机驱动器（45）和喷头螺杆电机驱动器（46）分别将脉冲信号发送到X向步进电机（14）、Y向步进电机（24）、Z向伺服电机（8）和喷头螺杆电控制电机（46）。