CN105500715A

CN105500715A - 一种新型精密3d打印机

Info

Publication number: CN105500715A
Application number: CN201610017190.7A
Authority: CN
Inventors: 张虎; 张铮; 郭志飞; 宋广雷
Original assignee: Wuxi Institute of Technology
Current assignee: Wuxi Institute of Technology
Priority date: 2016-01-12
Filing date: 2016-01-12
Publication date: 2016-04-20
Anticipated expiration: 2036-01-12
Also published as: CN105500715B

Abstract

本发明涉及的是设计快速成型机技术领域，具体指一种新型精密3D打印机。包括支撑机构、供料机构、第一级运动机构、第二级运动机构和喷头机构；支撑机构，用于支撑3D打印机的整体和成型产品；供料机构，用于存放和提供3D打印机打印产品所需的丝料；第一级运动机构和第二级运动机构，用于驱动喷头进行打印运动；喷头机构，用于熔融并挤出丝料，同时可冷却打印的材料。本发明可以选择只有第一级运动机构工作，可打印体积小、精度要求不高的产品；仅指定第二级运动机构运行，可以打印体积小、精度高的产品或者产品表面的精细结构；当第一级运动机构和第二级运动机构协同工作的时候，第一级运动机构实现粗定位，第二级运动机构进行精确打印的工作。

Description

一种新型精密3D打印机

技术领域

本发明涉及的是设计快速成型机技术领域，具体指一种新型精密3D打印机。

背景技术

3D打印技术是集计算机学、光学、材料学以及其他学科于一体，并且将零件的三维CAD模型通过制造设备堆积成具有一定结构和功能的零件的一种先进制造技术。

现有3D打印机一般无法根据产品的不同或者在打印产品的不同部位时候，调节3D打印机的成型精度和打印速度，这一点制约了3D打印机的推广和应用。

熔融挤出成型（FDM）式3D打印机外观小巧、成本较低，但是现有的熔融挤出成型（FDM）式3D打印机未能很好的解决打印时的堵丝问题。

熔融挤出成型（FDM）式3D打印机在打印过程中，随着原料的挤出，需要同时对其进行冷却，现有的冷却装置普遍采用风扇，冷却装置在工作时会引起3D打印机尤其是挤出喷头的振动，影响挤出装置挤出丝料的均匀性，影响三维模型的质量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对前述技术的缺陷，提供一种新型精密3D打印机，是一种高精度、低成本的新型精密3D打印设备。

本发明通过下述技术手段解决前述技术问题：

一种新型精密3D打印机包括支撑机构、供料机构、第一级运动机构、第二级运动机构和喷头机构；

支撑机构，用于支撑3D打印机的整体和成型产品；

供料机构，用于存放和提供3D打印机打印产品所需的丝料；

第一级运动机构和第二级运动机构，用于驱动喷头进行打印运动；

喷头机构，用于熔融并挤出丝料，同时可冷却哟用于打印的材料。

所述的支撑机构包括打印机外壳、第一级Z向丝杠上支撑、工作平台支撑、工作平台和第一级Z向丝杠下支撑。打印机外壳支撑3D打印机整体，第一级Z向丝杠的上支撑、工作台支撑固定在打印机外壳上，工作平台固定在工作台支撑上面，在工作平台上有第一级Z向丝杠下支撑。

所述的供料机构包括供料轮和供料轮支撑架。供料轮支撑架安装在打印机外壳上面，供料轮安装在供料轮支撑架上面。

所述的第一级运动机构包括第一级Z向驱动电机、第一级Z向丝杠、第一级Z向运动块、第一级Y向运动块、第一级Y向丝杠、第一级Y向驱动电机、第一级X向驱动电机和第一级X向丝杠。

第一级Z向丝杠固定在第一级Z向丝杠上支撑和第一级Z向丝杠下支撑上，第一级Z向驱动电机安装在打印机外壳上面，第一级Z向运动块安装在第一Z向丝杠上面，第一级Z向运动块和第一Z向丝杠之间为滚珠丝杠传动，在第一级Z向运动块上安装有第一级Y向驱动电机，第一级Z向运动块上安装有第一级Y向丝杠，在第一级Y向丝杠上安装有第一级Y向运动块，第一级Y向丝杠和第一级Y向运动块之间为滚珠丝杠传动，在第一级Y向运动块上面安装有第一级X向驱动电机和第一级X向丝杠。

所述的第一级运动机构中的X、Y、Z传动方式均选择滚珠丝杠传动方式。

所述的第二级运动机构包括第二级运动机构支撑架、第二级Y向驱动电机、第二级Y向运动块、第二级X向驱动电机、第二级Y向丝杠、第二级X向丝杠、第二级X向运动块、第二级Z向丝杠、第二级Z向驱动电机、第二级Z向限位块。

第二级运动机构支撑架安装在第一级X向丝杠上并和第一级X向丝杠之间构成为滚珠丝杠传动，在第二级运动机构支撑架上面安装有第二级Y向驱动电机和第二级Y向丝杠，在第二级Y向丝杠上面安装有第二级Y向运动块,第二级Y向运动块和第二级Y向丝杠之间为滚珠丝杠传动，在第二级Y向运动块上安装有第二级X向驱动电机和第二级X向丝杠，第二级X向运动块安装在第二级X向丝杠上面并构成滚珠丝杠传动方式，在第二级X向运动块和第二级Z向丝杠之间也为滚珠丝杠传动方式，在第二级Z向丝杠的末端有第二级Z向限位块，在第二级Z向限位块上安装有第二级Z向驱动电机。

所述的第二级运动机构中的X、Y、Z传动方式也选择滚珠丝杠传动方式。

所述的喷头机构包括进气管、环形气腔、喷头、进料喉管、加热模块和导料管。

用于输送丝料的导料管安装在第二级Z向丝杠内部，导料管下部为与导料管直径相同的进料喉管，进料喉管内部有铁氟龙涂层，可减小打印材料和进料喉管内壁的摩擦力，使出丝更流畅，且不会发生堵丝现象，在进料喉管的下端安装有喷头，可挤出熔融的丝材；加热模块和第二级Z向丝杠之间为螺纹连接，便于进料喉管的清理；输送冷却气体的进气管和气泵（图中未画出）相连接，中空的环形气腔和进气管连通并且可存储气体，有缓冲减震的作用，在环形气腔的底部均匀分布有四个扇形出气口，可输出冷却气体，冷却打印成型的材料。

所述的一种新型精密3D打印机，在工作时，可根据实际打印情况，使第一级运动机构单独运动，或者使第一级运动机构和第二级运动机构协同运动，满足不同产品的要求。

本发明一种新型精密3D打印机与普通的熔融挤出成型(FDM)式3D打印机相比，具有以下的优点：

（1）可以根据实际情况调节运动方式，当只选择第一级运动机构运动时，由于第一级运动机构的整体尺寸较大，所以成形精度相对较低，喷头的移动距离也较小，此时适合打印体积小、精度不高的产品；当只选择第二级运动机构运动的时候，由于设计第二级运动机构的成形精度较高，喷头的移动距离也较小，此时适合打印体积小、精度高的产品或者产品表面的精细结构；当第一级运动机构和第二级运动机构协同运动的时候，由第一级运动机构进行粗定位，第二级运动机构完成打印工作，可在保证产品的成型尺寸的情况下提高打印精度，适合打印体积大、精度要求比较高的产品。

（2）进料喉管内部涂有铁氟龙涂层，可减小打印材料和进料喉管内壁的摩擦力，使出丝更流畅，且不会发生堵丝现象。

（3）喷头机构中的冷却装置由气腔、气腔上的进气管，气腔底部的出气口三部分组成，其环形空腔可缓冲由进气管输入的气体，该冷却装置工作平稳，不会造成喷头的震动。

附图说明

以下将结合附图对本发明作进一步说明：

图1是一种新型精密3D打印机的结构示意图。

图2是一种新型精密3D打印机的内部结构示意图。

图3是一种新型精密3D打印机的第一级运动机构结构示意图。

图4是一种新型精密3D打印机的第二级运动机构和喷头机构结构示意图。

图5是一种新型精密3D打印机的喷头机构的结构示意图。

图6是一种新型精密3D打印机的第一级运动机构打印零件运动示意图。

图7是一种新型精密3D打印机第二级运动机构打印零件运动示意图。

图8是一种新型精密3D打印机的第一级运动机构和第二级运动机构协同打印运动示意图a。

图9是一种新型精密3D打印机的第一级运动机构和第二级运动机构协同打印运动示意图b。

图中标号；

1、支撑机构，2、供料机构，3、第一级运动机构，4、第二级运动机构，5、喷头机构；

1-1、打印机外壳，1-2、第一级Z向丝杠上支撑，1-3、工作平台支撑

1-4、工作平台，1-5、第一级Z向丝杠下支撑；

2-1、供料轮，2-2、供料轮支撑架；

3-1、第一级Z向驱动电机，3-2、第一级Z向丝杠，3-3、第一级Z向运动块，3-4、第一级Y向运动块，3-5、第一级Y向丝杠，3-6、第一级Y向驱动电机，3-7、第一级X向驱动电机，3-8、第一级X向丝杠；

4-1、第二级运动机构支撑架，4-2、第二级Y向驱动电机，4-3、第二级Y向运动块，4-4、第二级X向驱动电机，4-5、第二级Y向丝杠，4-6、第二级X向丝杠，4-7、第二级X向运动块，4-8、第二级Z向丝杠，4-9、第二级Z向驱动电机，4-10、第二级Z向限位块；

5-1、进气管，5-2、环形气腔，5-3、喷头，5-4、进料喉管，5-5、加热模块，5-6、导料管。

具体实施方式

下面结合附图和具体实例进一步阐述本发明。

一种新型精密3D打印机包括支撑机构（1）、供料机构（2）、第一级运动机构（3）、第二级运动机构（4）和喷头机构（5）；

支撑机构（1），用于支撑3D打印机的整体和成型产品；

供料机构（2），用于存放和提供3D打印机打印产品所需的丝料；

第一级运动机构（3）和第二级运动机构（4），用于驱动喷头进行打印运动；

喷头机构（5），用于熔融并挤出丝料，同时可冷却产品的成形部分。

所述的支撑机构（1）包括打印机外壳（1-1）、第一级Z向丝杠上支撑（1-2）、工作平台支撑（1-3）、工作平台（1-4）和第一级Z向丝杠下支撑（1-5）。打印机外壳（1-1）支撑3D打印机整体，第一级Z向丝杠的上支撑（1-2）、工作台支撑（1-3）固定在打印机外壳（1-1）上，工作平台（1-4）固定在工作台支撑（1-3）上面，在工作平台（1-4）上有第一级Z向丝杠下支撑（1-5）。

所述的供料机构（2）包括供料轮（2-1）和供料轮支撑架（2-2）。供料轮支撑架（2-2）安装在打印机外壳（1-1）上面，供料轮（2-1）安装在供料轮支撑架上面。

所述的第一级运动机构（3）包括第一级Z向驱动电机（3-1）、第一级Z向丝杠（3-2）、第一级Z向运动块（3-3）、第一级Y向运动块（3-4）、第一级Y向丝杠（3-5）、第一级Y向驱动电机（3-6）、第一级X向驱动电机（3-7）和第一级X向丝杠（3-8）。

第一级Z向丝杠（3-2）固定在第一级Z向丝杠上支撑（1-2）和第一级Z向丝杠下支撑（1-5）上，第一级Z向驱动电机（3-1）安装在打印机外壳（1-1）上面，第一级Z向运动块（3-3）安装在第一Z向丝杠（3-2）上面，第一级Z向运动块（3-3）和第一Z向丝杠（3-2）之间为滚珠丝杠传动，在第一级Z向运动块（3-3）上安装有第一级Y向驱动电机（3-6），第一级Z向运动块（3-3）上安装有第一级Y向丝杠（3-5），在第一级Y向丝杠（3-5）上安装有第一级Y向运动块（3-4），第一级Y向丝杠（3-5）和第一级Y向运动块（3-4）之间为滚珠丝杠传动，在第一级Y向运动块（3-4）上面安装有第一级X向驱动电机（3-7）和第一级X向丝杠（3-8）。

所述的第二级运动机构（4）包括第二级运动机构支撑架（4-1）、第二级Y向驱动电机（4-2）、第二级Y向运动块（4-3）、第二级X向驱动电机（4-4）、第二级Y向丝杠（4-5）、第二级X向丝杠（4-6）、第二级X向运动块（4-7）、第二级Z向丝杠（4-8）、第二级Z向驱动电机（4-9）、第二级Z向限位块（4-10）。

第二级运动机构支撑架（4-1）安装在第一级X向丝杠（3-8）上并和第一级X向丝杠（3-8）之间构成为滚珠丝杠传动，在第二级运动机构支撑架（4-1）上面安装有第二级Y向驱动电机（4-2）和第二级Y向丝杠（4-5），在第二级Y向丝杠（4-5）上面安装有第二级Y向运动块（4-3）,第二级Y向运动块（4-3）和第二级Y向丝杠（4-5）之间构成滚珠丝杠传动，在第二级Y向运动块（4-3）上安装有第二级X向驱动电机（4-4）和第二级X向丝杠（4-6），第二级X向运动块（4-7）安装在第二级X向丝杠（4-6）上面并构成滚珠丝杠传动方式，在第二级X向运动块（4-7）和第二级Z向丝杠（4-8）之间也为滚珠丝杠传动方式，在第二级Z向丝杠（4-8）的末端有第二级Z向限位块（4-10），在第二级Z向限位块（4-10）上安装有第二级Z向驱动电机（4-9）。

所述的喷头机构（5）包括进气管（5-1）、环形气腔（5-2）、进料喉管（5-3）、喷头（5-4）、加热模块（5-5）和导料管（5-6）。

用于输送丝料的导料管（5-6）安装在第二级Z向丝杠（4-8）内部，导料管（5-6）下部为与导料管（5-6）直径相同的进料喉管（5-3），进料喉管（5-3）内部有铁氟龙涂层，可减小打印材料和进料喉管（5-4）内壁的摩擦力，使出丝更流畅，且不会发生堵丝现象，在进料喉管（5-4）的下端安装有喷头（5-3），可挤出熔融的丝材；加热模块（5-5）和第二级Z向丝杠（4-8）之间为螺纹连接，便于进料喉管（5-4）的清理；输送冷却气体的进气管（5-1）和气泵（图中未画出）相连接，中空的环形气腔（5-2）和进气管（5-1）连通并且可存储气体，有缓冲减震的作用，在环形气腔（5-2）的底部均匀分布有四个扇形出气口，可输出冷却气体，冷却打印成型的材料。

所述的一种新型精密3D打印机，在工作时，可以根据实际情况调节运动方式，使第一级运动机构单独运动、仅选择第二级运动机构运动或者使第一级运动机构和第二级运动机构协同运动，满足不同产品的要求。当产品体积小、精度要求不高的时候，只需第一级运动机构（3）运动即可完成，图6表示一种新型精密3D打印机可以加工的最大尺寸的圆柱形零件，其第二级运动机构保持静止，仅有第一级运动机构运动就可以完成零件的打印工作；当在打印小型精密产品或者产品表面的微细结构时，只需第二级运动机构（4）运动，图7和图8表示该新型精密3D打印机在加工一种小体积的薄壁件，第一级运动机构（3）实现粗定位，即选择零件的成型位置，之后仅由第二级运动机构（4）运动即可以实现小体积、高精度的零件的加工或者打印产品表面的微细结构；在打印体积较大的产品时，需要第一级运动机构（3）和第二级运动机构（4）协同运动的，由第一级运动机构（3）进行粗定位，第二级运动机构（4）进行精确打印，可在保证零件成形尺寸的情况下又可提高打印精度，图8和图9表示在打印大尺寸零件的时候，粗定位功能的第一级运动机构和精确打印的第二级运动机构的协同运动的实现。

所述的一种精密3D打印机，其喷头机构（5）中的进料喉管（5-4）内部涂有铁氟龙涂层，可减小打印材料和进料喉管内壁的摩擦力，使出丝更流畅，且不会发生堵丝现象。

所述的一种精密3D打印机，其喷头机构（5）中的冷却装置由环形气腔（5-2）、环形气腔上的进气管（5-1）组成，在环形气腔底部有四个扇形的出气口用于输出冷却气体，冷却材料的成形部分。环形气腔（5-2）可以缓冲由进气管输入的高压气体，使冷却装置工作平稳，不会造成喷头的震动。

本发明一种新型精密3D打印机，其目的在于提高3D打印机的精度。本发明的特点在于采用两级运动机构：第一级运动机构和第二级运动机构。本发明的工作方法是：根据产品的要求，可以选择只有第一级运动机构工作，可打印体积小、精度要求不高的产品；仅指定第二级运动机构运行，可以打印体积小、精度高的产品或者产品表面的精细结构；当第一级运动机构和第二级运动机构协同工作的时候，第一级运动机构实现粗定位，第二级运动机构进行精确打印的工作，既提高了产品的成形尺寸，又提高了打印精度，其结构简单、操作方便、适用范围较广，在一定程度上解决了现有3D打印设备的缺陷，值得推广应用。

Claims

1.一种新型精密3D打印机，其特征在于：包括支撑机构、供料机构、第一级运动机构、第二级运动机构和喷头机构；

支撑机构，用于支撑3D打印机的整体和成型产品；

供料机构，用于存放和提供3D打印机打印产品所需的丝料；

喷头机构，用于熔融并挤出丝料，同时可冷却以打印的材料。

2.根据权利要求1所述的一种新型精密3D打印机，其特征在于：所述的支撑机构包括打印机外壳、第一级Z向丝杠上支撑、工作平台支撑、工作平台和第一级Z向丝杠下支撑；打印机外壳支撑3D打印机整体，第一级Z向丝杠的上支撑、工作台支撑固定在打印机外壳上，工作平台固定在工作台支撑上面，在工作平台上有第一级Z向丝杠下支撑。

3.根据权利要求1所述的一种新型精密3D打印机，其特征在于：所述的供料机构包括供料轮和供料轮支撑架；供料轮支撑架安装在打印机外壳上面，供料轮安装在供料轮支撑架上面。

4.根据权利要求1所述的一种新型精密3D打印机，其特征在于：所述的第一级运动机构包括第一级Z向驱动电机、第一级Z向丝杠、第一级Z向运动块、第一级Y向运动块、第一级Y向丝杠、第一级Y向驱动电机、第一级X向驱动电机和第一级X向丝杠；

5.根据权利要求3所述的一种新型精密3D打印机，其特征在于：所述的第一级运动机构中的X、Y、Z传动方式均选择滚珠丝杠传动方式。

6.根据权利要求1所述的一种新型精密3D打印机，其特征在于：所述的第二级运动机构包括第二级运动机构支撑架、第二级Y向驱动电机、第二级Y向丝杠、第二级Y向运动块、第二级X向驱动电机、第二级X向丝杠、第二级X向运动块、第二级Z向丝杠、第二级Z向驱动电机、第二级Z向限位块；

第二级运动机构支撑架安装在第一级X向丝杠上并和第一级X向丝杠之间构成为滚珠丝杠传动，在第二级运动机构支撑架上面安装有第二级Y向驱动电机和第二级Y向丝杠，在第二级Y向丝杠上面安装有第二级Y向运动块,第二级Y向运动块和第二级Y向丝杠之间构成滚珠丝杠传动，在第二级Y向运动块上安装有第二级X向驱动电机和第二级X向丝杠，第二级X向运动块安装在第二级X向丝杠上面并构成滚珠丝杠传动方式，在第二级X向运动块和第二级Z向丝杠之间也为滚珠丝杠传动方式，在第二级Z向丝杠的末端有第二级Z向限位块，在第二级Z向限位块上安装有第二级Z向驱动电机。

7.根据权利要求5所述的一种新型精密3D打印机，其特征在于：所述的第二级运动机构中的X、Y、Z传动方式也选择滚珠丝杠传动方式。

8.根据权利要求1所述的一种新型精密3D打印机，其特征在于：所述的喷头机构包括进气管、环形气腔、喷头、进料喉管、加热模块和导料管；

用于输送丝料的导料管安装在第二级Z向丝杠内部，导料管下部为与导料管直径相同的进料喉管，进料喉管内部有铁氟龙涂层，可减小打印材料和进料喉管内壁的摩擦力，使出丝更流畅，且不会发生堵丝现象，在进料喉管的下端安装有喷头，可挤出熔融的丝材；加热模块和第二级Z向丝杠之间为螺纹连接，便于进料喉管的清理；输送冷却气体的进气管和气泵相连接，中空的环形气腔和进气管连通并且可存储气体，有缓冲减震的作用，在环形气腔的底部均匀分布有四个扇形出气口，可输出冷却气体，冷却打印成型的材料。

9.根据权利要求1所述的一种新型精密3D打印机，其特征在于：所述的一种新型精密3D打印机在工作时，根据实际打印情况，使第一级运动机构单独运动，或者使第一级运动机构和第二级运动机构协同运动，满足不同产品的要求。