CN105398053A - 3d打印系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种3D打印系统，包括：打印头，用于打印产品；和定位台，用于承载和定位被打印的产品。所述3D打印系统被构造成使得所述定位台能够相对于所述打印头沿相互垂直的第一方向、第二方向和第三方向移动以及能够相对于所述打印头绕所述第一、第二和第三方向中的至少两个方向转动。本发明的3D打印系统不仅可以调整打印头相对于定位台的空间位置，而且可以调整打印头相对于定位台的角度，因此，打印头能够相对于定位台沿三维曲面或三维曲线移动，从而能够完成复杂的三维曲面或三维曲线的打印。

Description

3D打印系统
技术领域
本发明涉及一种3D打印系统。
背景技术
在现有技术中，3D(三维)打印系统一般包括机器人和安装在所述机器人的末端执行器上的打印头。机器人根据程序设定的路径移动打印头，同时，物料从打印头喷出到定位台，以便在定位台上形成所需形状的产品。
3D打印方法不同于传统的机械加工方法，3D打印方法是通过添加物料来形成所需的产品，而机械加工方法是通过去除物料来形成所需形状的产品。
在现有技术中，用于操纵打印头的机器人只能沿相互垂直的X、Y、Z方向平移，并且用于承载物料的定位台是固定不动的。因此，在现有技术中，将待打印的产品沿Z方向分成多个二维水平层，然后机器人操纵打印头在由X和Y方向限定的水平面内移动，逐个地打印前述多个二维水平层，这样，通过沿Z方向逐个地叠加多个二维水平层，就可以获得整个产品。
这种现有的3D打印系统，由于仅能够沿相互垂直的X、Y、Z方向平移，因此，不能调整打印头相对于定位台的角度，只能调整打印头相对于定位台的空间位置，因此，这种现有的3D打印系统的打印头只能沿二维平面或二维曲线移动，而不能沿三维曲面或三维曲线移动，这使得其使用受到限制。
发明内容
本发明的目的旨在解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面。
本发明的一个目的在于提供一种3D打印系统，其打印头能够沿3D曲线或3D曲面移动。
根据本发明的一个方面，提供一种3D打印系统，包括：打印头，用于打印产品；和定位台，用于承载和定位被打印的产品。所述3D打印系统被构造成使得所述定位台能够相对于所述打印头沿相互垂直的第一方向、第二方向和第三方向移动以及能够相对于所述打印头绕所述第一、第二和第三方向中的至少两个方向转动。
根据本发明的一个实例性的实施例，所述3D打印系统包括用于操作所述定位台的第一移动机构，所述第一移动机构能够绕至少一个方向旋转所述定位台。
根据本发明的另一个实例性的实施例，所述打印头固定不动；并且所述第一移动机构能够沿相互垂直的第一方向、第二方向和第三方向移动所述定位台和能够绕第一方向、第二方向和第三方向中的至少两个方向旋转所述定位台。
根据本发明的另一个实例性的实施例，所述第一移动机构是具有至少五个自由度的第一机器人。
根据本发明的另一个实例性的实施例，所述打印头固定不动；并且所述第一移动机构能够沿相互垂直的第一方向、第二方向和第三方向移动所述定位台和能够绕第一方向、第二方向和第三方向旋转所述定位台。
根据本发明的另一个实例性的实施例，所述第一机器人为平面关节机器人、6-轴机器人、直角座标机器人、串联机器人、并联机器人或混合机器人。
根据本发明的另一个实例性的实施例，所述3D打印系统还包括用于操作所述打印头的第二移动机构，所述第二移动机构能够沿至少一个方向移动所述打印头和/或能够绕至少一个方向旋转所述打印头。
根据本发明的另一个实例性的实施例，所述第二移动机构为具有至少三个自由度的第二机器人。
根据本发明的另一个实例性的实施例，所述第二机器人能够沿相互垂直的第一方向、第二方向和第三方向移动所述打印头。
根据本发明的另一个实例性的实施例，所述第二机器人为平面关节机器人、6-轴机器人、直角座标机器人、串联机器人、并联机器人或混合机器人。
根据本发明的另一个实例性的实施例，所述第一移动机构为一个球面移动机构。
根据本发明的另一个实例性的实施例，所述定位台安装所述球面移动机构上；并且所述定位台能够绕第一方向旋转和能够绕与所述第一方向垂直的第二方向旋转。
根据本发明的另一个实例性的实施例，所述球面移动机构包括：第一旋转驱动器，其输出轴绕第一方向旋转；第二旋转驱动器，其输出轴绕与所述第一方向垂直的第二方向旋转；第一1/4圆弧板，其一端与所述第一旋转驱动器的输出轴连接；第二1/4圆弧板，其一端与所述定位台枢转地连接，其另一端与所述第一1/4圆弧板的另一端枢转地连接；和第三1/4圆弧板，其一端与所述第二旋转驱动器的输出轴连接，其另一端与所述定位台枢转地连接，其中，所述第一1/4圆弧板与所述第二1/4圆弧板的连接处的枢转轴线、所述第二1/4圆弧板与所述定位台的连接处的枢转轴线、所述第三1/4圆弧板与所述定位台的连接处的枢转轴线、所述第一旋转驱动器的输出轴的旋转轴线、以及所述第二旋转驱动器的输出轴的旋转轴线相互交汇于同一点。
根据本发明的另一个实例性的实施例，所述同一点位于所述定位台的几何中心。
根据本发明的另一个实例性的实施例，所述第一旋转驱动器和所述第二旋转驱动器分别固定在第一竖直安装板和第二竖直安装板上；并且所述第一竖直安装板和所述第二竖直安装板固定在基座上。
根据本发明的另一个实例性的实施例，所述第一移动机构为具有至少两个自由度的第一机器人。
根据本发明的另一个实例性的实施例，从所述打印头喷出的用于形成所述产品的物料由安装在所述第二机器人的末端执行器上的物料供应器提供。
根据本发明的另一个实例性的实施例，从所述打印头喷出的用于形成所述产品的物料由远离所述第二机器人的远程物料供应器提供。
根据本发明的另一个实例性的实施例，所述产品的全部通过所述3D打印系统打印形成。
根据本发明的另一个实例性的实施例，所述产品的一部分以非3D打印的方式预先形成为一个坯料，并且所述产品的其它部分通过所述3D打印系统以3D打印的方式形成在所述坯料上。
根据本发明的另一个实例性的实施例，所述第一移动机构和所述第二移动机构安装在基座上。
在根据本发明的各个实施例的3D打印系统中，定位台能够相对于打印头沿相互垂直的第一方向、第二方向和第三方向移动以及能够相对于打印头绕第一、第二和第三方向中的至少两个方向转动。因此，本发明的3D打印系统不仅可以调整打印头相对于定位台的空间位置，而且可以调整打印头相对于定位台的角度，因此，打印头能够相对于定位台沿三维曲面或三维曲线移动，从而能够完成复杂的三维曲面或三维曲线的打印。
通过下文中参照附图对本发明所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。
附图说明
图1显示根据本发明的一个实例性的实施例的3D打印系统的立体示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。
另外，在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。
根据本发明的一个总体技术构思，提供一种3D打印系统，包括：打印头，用于打印产品；和定位台，用于承载和定位被打印的产品。所述3D打印系统被构造成使得所述定位台能够相对于所述打印头沿相互垂直的第一方向、第二方向和第三方向移动以及能够相对于所述打印头绕所述第一、第二和第三方向中的至少两个方向转动。
第一实施例
图1显示根据本发明的一个实例性的实施例的3D打印系统的立体示意图。
如图1所示，在本发明的一个实例性的实施例中，3D打印系统主要包括机器人100、打印头200、定位台300和第一移动机构。
在图示的实施例中，如图1所示，机器人(或称为第二移动机构或第二机器人)100和第一移动机构(或称为第一机器人，稍后将详细说明)固定在基座10上。打印头200安装在机器人100的末端执行器上。定位台300安装在第一移动机构上。
在本发明的一个实例性的实施例中，机器人100具有至少三个自由度，其能够沿相互垂直的第一方向X、第二方向Y和第三方向Z移动打印头200，以便通过打印头200在定位台300上打印出所需的产品。
在图示的实施例中，如图1所示，第一方向X和第二方向Y限定水平平面，第三方向Z为垂直于水平平面的竖直方向。
在本发明的一个实例性的实施例中，第一移动机构可以具有至少一个自由度，其能够绕至少一个方向旋转定位台300，从而能够调整打印头200相对于定位台300的角度。这样，可以通过第一移动机构和机器人100的相互协作，使得打印头200能够相对于定位台300和/或定位台上物料的表面沿3D曲线或3D曲面移动。
在本发明的一个实例性的实施例中，机器人100可以为具有至少三个自由度的多自由度机器人。例如，机器人100可以为平面关节机器人、6-轴机器人、直角座标机器人、串联机器人、并联机器人或混合机器人。
在本发明的一个实例性的实施例中，如图1所示，第一移动机构为球面移动机构，定位台300安装在该球面移动机构上。
在图示的实施例中，如图1所示，定位台300能够绕第一方向X旋转和能够绕与第一方向X垂直的第二方向Y旋转。
请继续参见图1，在本发明的一个实例性的实施例中，球面移动机构主要包括：第一旋转驱动器510，其输出轴绕第一方向X旋转；第二旋转驱动器520，其输出轴绕与第一方向X垂直的第二方向Y旋转；第一1/4圆弧板501，其一端与第一旋转驱动器510的输出轴连接；第二1/4圆弧板502，其一端与定位台300枢转地连接，其另一端与第一1/4圆弧板501的另一端枢转地连接；和第三1/4圆弧板503，其一端与第二旋转驱动器520的输出轴连接，其另一端与定位台300枢转地连接。
如图1所示，在本发明的一个实例性的实施例中，第一1/4圆弧板501与第二1/4圆弧板502的连接处的枢转轴线、第二1/4圆弧板502与定位台300的连接处的枢转轴线、第三1/4圆弧板503与定位台300的连接处的枢转轴线、第一旋转驱动器510的输出轴的旋转轴线、以及第二旋转驱动器520的输出轴的旋转轴线相互交汇于同一点，即，交汇于定位台300的几何中心。
在图示的实施例中，如图1所示，第一旋转驱动器510和第二旋转驱动器520分别固定在第一竖直安装板11和第二竖直安装板11上；并且第一竖直安装板11和第二竖直安装板12固定在基座10上。
如图1所示，在本发明的一个实例性的实施例中，第一旋转驱动器510和第二旋转驱动器520可以为电机。
请注意，在本发明中，第一移动机构不局限于图示的球面移动机构，其还可以为具有至少两个自由度的多自由度机器人。
在本发明的一个实例性的实施例中，从打印头200喷出的用于形成产品的物料400可以由安装在机器人100的末端执行器上的物料供应器提供。只要该机器人100的末端执行器能够承载该物料供应器以及容纳在该物料供应器中的物料即可。
在本发明的另一个实例性的实施例中，从打印头200喷出的用于形成产品的物料400可以由远离机器人100的远程物料供应器提供。
在本发明的一个实例性的实施例中，所需的产品的全部可以都通过前述3D打印系统打印形成。
在本发明的另一个实例性的实施例中，所需的产品的一部分可以以非3D打印的方式预先形成为一个坯料，例如，通过铸造预先形成一个坯料，然后，再通过3D打印系统以3D打印的方式在该坯料上打印形成产品的其它部分。
在图1所示的实施例中，打印头200和定位台300都是可动的，分别由机器人100和球面移动机构移动。因此，通过机器人100和球面移动机构的相互协作，打印头能够相对于定位台的表面沿3D曲线或3D曲面移动。
第二实施例
尽管未图示，在本发明的第二实施例中，打印头固定不动。用于操纵定位台的第一移动机构能够沿相互垂直的第一方向X、第二方向Y和第三方向Z移动定位台和能够绕第一方向X、第二方向Y和第三方向Z中的至少两个方向旋转定位台。即，在第二实施例中，第一移动机构可以是具有至少五个自由度的机器人。
在本发明的一个实例性的实施例中，打印头固定不动。用于操纵定位台的第一移动机构能够沿相互垂直的第一方向X、第二方向Y和第三方向Z移动定位台和能够绕第一方向X、第二方向Y和第三方向Z旋转定位台，即，第一移动机构可以是具有六个自由度的机器人。
在本发明的一个实例性的实施例中，第一移动机构可以为平面关节机器人、6-轴机器人、直角座标机器人、串联机器人、并联机器人或混合机器人。
本领域的技术人员可以理解，上面所描述的实施例都是示例性的，并且本领域的技术人员可以对其进行改进，各种实施例中所描述的结构在不发生结构或者原理方面的冲突的情况下可以进行自由组合。
虽然结合附图对本发明进行了说明，但是附图中公开的实施例旨在对本发明优选实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本发明的一种限制。
虽然本总体发明构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。
应注意，措词“包括”不排除其它元件或步骤，措词“一”或“一个”不排除多个。另外，权利要求的任何元件标号不应理解为限制本发明的范围。

Claims (21)

1.一种3D打印系统，包括：
打印头(200)，用于打印产品；和
定位台(300)，用于承载和定位被打印的产品，
其特征在于：
所述3D打印系统被构造成使得所述定位台(300)能够相对于所述打印头(200)沿相互垂直的第一方向(X)、第二方向(Y)和第三方向(Z)移动以及能够相对于所述打印头绕所述第一、第二和第三方向(X、Y、Z)中的至少两个方向转动。
2.根据权利要求1所述的3D打印系统，其特征在于：
所述3D打印系统包括用于操作所述定位台(300)的第一移动机构，所述第一移动机构能够绕至少一个方向旋转所述定位台(300)。
3.根据权利要求2所述的3D打印系统，其特征在于：
所述打印头固定不动；并且
所述第一移动机构能够沿相互垂直的第一方向、第二方向和第三方向移动所述定位台(300)和能够绕第一方向、第二方向和第三方向中的至少两个方向旋转所述定位台。
4.根据权利要求3所述的3D打印系统，其特征在于：所述第一移动机构是具有至少五个自由度的第一机器人。
5.根据权利要求4所述的3D打印系统，其特征在于：所述第一移动机构能够绕第一方向、第二方向和第三方向旋转所述定位台。
6.根据权利要求4所述的3D打印系统，其特征在于：
所述第一机器人为平面关节机器人、6-轴机器人、直角座标机器人、串联机器人、并联机器人或混合机器人。
7.根据权利要求2所述的3D打印系统，其特征在于：
所述3D打印系统还包括用于操作所述打印头(200)的第二移动机构，所述第二移动机构能够沿至少一个方向移动所述打印头(200)和/或能够绕至少一个方向旋转所述打印头(200)。
8.根据权利要求7所述的3D打印系统，其特征在于：所述第二移动机构为具有至少三个自由度的第二机器人(100)。
9.根据权利要求8所述的3D打印系统，其特征在于：
所述第二机器人(100)能够沿相互垂直的第一方向(X)、第二方向(Y)和第三方向(Z)移动所述打印头(200)。
10.根据权利要求8所述的3D打印系统，其特征在于：
所述第二机器人(100)为平面关节机器人、6-轴机器人、直角座标机器人、串联机器人、并联机器人或混合机器人。
11.根据权利要求7所述的3D打印系统，其特征在于：所述第一移动机构为一个球面移动机构。
12.根据权利要求11所述的3D打印系统，其特征在于：
所述定位台(300)安装所述球面移动机构上；并且
所述定位台(300)能够绕第一方向(X)旋转和能够绕与所述第一方向(X)垂直的第二方向(Y)旋转。
13.根据权利要求12所述的3D打印系统，其特征在于，所述球面移动机构包括：
第一旋转驱动器(510)，其输出轴绕第一方向(X)旋转；
第二旋转驱动器(520)，其输出轴绕与所述第一方向(X)垂直的第二方向(Y)旋转；
第一1/4圆弧板(501)，其一端与所述第一旋转驱动器(510)的输出轴连接；
第二1/4圆弧板(502)，其一端与所述定位台(300)枢转地连接，其另一端与所述第一1/4圆弧板(501)的另一端枢转地连接；和
第三1/4圆弧板(503)，其一端与所述第二旋转驱动器(520)的输出轴连接，其另一端与所述定位台(300)枢转地连接，
其中，所述第一1/4圆弧板(501)与所述第二1/4圆弧板(502)的连接处的枢转轴线、所述第二1/4圆弧板(502)与所述定位台(300)的连接处的枢转轴线、所述第三1/4圆弧板(503)与所述定位台(300)的连接处的枢转轴线、所述第一旋转驱动器(510)的输出轴的旋转轴线、以及所述第二旋转驱动器(520)的输出轴的旋转轴线相互交汇于同一点。
14.根据权利要求13所述的3D打印系统，其特征在于，所述同一点位于所述定位台(300)的几何中心。
15.根据权利要求14所述的3D打印系统，其特征在于：
所述第一旋转驱动器(510)和所述第二旋转驱动器(520)分别固定在第一竖直安装板(11)和第二竖直安装板(12)上；并且
所述第一竖直安装板(11)和所述第二竖直安装板(12)固定在基座(10)上。
16.根据权利要求7所述的3D打印系统，其特征在于：所述第一移动机构为具有至少两个自由度的第一机器人。
17.根据权利要求8所述的3D打印系统，其特征在于，
从所述打印头(200)喷出的用于形成所述产品的物料(400)由安装在所述第二机器人(100)的末端执行器上的物料供应器提供。
18.根据权利要求8所述的3D打印系统，其特征在于，
从所述打印头(200)喷出的用于形成所述产品的物料(400)由远离所述第二机器人(100)的远程物料供应器提供。
19.根据权利要求1所述的3D打印系统，其特征在于，所述产品的全部通过所述3D打印系统打印形成。
20.根据权利要求1所述的3D打印系统，其特征在于，
所述产品的一部分以非3D打印的方式预先形成为一个坯料，并且所述产品的其它部分通过所述3D打印系统以3D打印的方式形成在所述坯料上。
21.根据权利要求7所述的3D打印系统，其特征在于，所述第一移动机构和所述第二移动机构安装在基座(10)上。
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