CN105563832B - 一种打印回转体的打印原理及3d打印机 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种打印回转体的打印原理及3D打印机，包括中央控制装置，底座内安装有旋转盘伺服电机，底座顶端安装有旋转盘，旋转盘通过齿轮与旋转盘伺服电机相连接，旋转盘底部一侧安装有旋转盘限位开关；底座的一侧设有立柱，立柱底部安装有Z轴伺服电机，Z轴伺服电机输出轴端安装有Z轴丝杆，立柱上安装有Z轴光杆，挤料驱动电动机、Z轴伺服电机、旋转盘限位开关、X轴限位开关、测温电阻、加热棒、旋转盘伺服电机、X轴伺服电机分别与中央控制装置相连接。本发明设计合理，能够实现快速3D打印回转体的目的。

Description

一种打印回转体的打印原理及3D打印机

技术领域

本发明涉及的是一种3D打印技术，具体地说是一种打印回转体的打印原理及3D打印机。

背景技术

目前，随着3D打印技术的发展并逐渐成熟，3D打印技术给制造业带来技术革新，3D打印技术逐渐渗入至各行各业，因此，3D打印技术能够大大提产品制造水平，现有的3D打印技术中，针对回转体的打印技术通常是采用XYZ轴联动技术进行逐层打印，产品结构复杂、制造成本较高且打印速度较慢。 因此，设计一款适用于回转体打印的 3D 打印设备是值得研究的问题。

发明内容

本发明的目的是为解决上述不足，提供一种打印回转体的打印原理及3D打印机，从而实现快速3D打印回转体的目的。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种打印回转体的3D打印机，包括中央控制装置，底座内安装有旋转盘伺服电机，底座顶端安装有旋转盘，旋转盘通过齿轮与旋转盘伺服电机相连接，旋转盘底部一侧安装有旋转盘限位开关；底座的一侧设有立柱，立柱底部安装有Z轴伺服电机，Z轴伺服电机输出轴端安装有Z轴丝杆，立柱上安装有Z轴光杆， Z轴光杆对称的设置在Z轴丝杆的两侧，所述的Z轴丝杆与Z轴光杆相互平行设置，立柱内安装有Z轴滑块，Z轴滑块通过直线轴承与Z轴光杆相连接，Z轴丝杆穿过Z轴滑块与立柱的顶部相连接，所述的Z轴滑块能够在Z轴光杆上垂直移动；Z轴滑块的一侧安装有X轴伺服电机，X轴伺服电机输出轴端安装有X轴丝杆，X轴丝杆穿过Z轴滑块依次与X轴滑块和X轴挡块相连接，Z轴滑块的另一侧安装有X轴光杆，X轴光杆穿过X轴滑块与X轴挡块相连接，所述的X轴滑块能够在X轴光杆上水平移动， X轴光杆与X轴丝杆空间相互平行设置，X轴光杆设置在轴丝杆的后方；X轴滑块顶部安装有挤料装置，挤料装置的一侧安装有挤料驱动电动机，挤料装置底部通过PEK导管安装有加热铝块，加热铝块内分别安装有测温电阻和加热棒，所述的加热棒设置在测温电阻上方，加热铝块底部安装有铜嘴，铜嘴与旋转盘之间放置有回转体；X轴滑块底部安装有风扇，风扇底部安装导风筒，导风筒设置在铜嘴的一侧；X轴滑块的一侧安装有X轴限位开关；所述的挤料驱动电动机、Z轴伺服电机、旋转盘限位开关、X轴限位开关、测温电阻、加热棒、旋转盘伺服电机、X轴伺服电机分别与中央控制装置相连接。

进一步的，所述的中央控制装置包括挤料驱动电动机控制模块、Z轴伺服电机控制模块、旋转盘伺服电机控制模块、X轴伺服电机控制模块、中央处理器和存储器。

进一步的，所述的Z轴丝杆和X轴丝杆为滚珠丝杠结构。

进一步的，所述的导风筒设置在铜嘴的一侧。

进一步的，所述的Z轴光杆对称的设置在Z轴丝杆的两侧。

进一步的，所述的Z轴滑块通过直线轴承与Z轴光杆相连接。

进一步的，所述的X轴光杆与X轴丝杆空间相互平行设置。

还提供了一种打印回转体的打印原理，首先，将三维图形转换成打印机轨迹程序数据，将轨迹程序数据存储至存储器内；其次，中央处理器计算存储器内的轨迹程序数据；然后，中央处理器将电信号分别传送至旋转盘伺服电机控制模块、Z轴伺服电机控制模块、X轴伺服电机控制模块和挤料驱动电动机控制模块，旋转盘伺服电机控制模块控制并驱动旋转盘伺服电机旋转，驱动旋转盘进行角度旋转， Z轴伺服电机控制模块控制并驱动Z轴伺服电机旋转，驱动Z轴滑块在Z轴光杆上垂直移动，X轴伺服电机控制模块控制并驱动X轴伺服电机旋转，驱动X轴滑块在X轴光杆上水平移动，三者相互配合运动，最后，挤料驱动电动机控制模块控制并驱动挤料驱动电动机工作，挤料驱动电动机将原料通过PEK导管输送至铜嘴内，从而实现打印回转体的。

进一步的，所述的旋转盘旋转一周轨迹打印完毕后，Z轴滑块和X轴滑块分别移动一个脉冲当量，旋转盘继续旋转一周，完成再次轨迹打印，周而复始，实现回转体的轮廓打印的目的。

进一步的，所述的X轴滑块在X轴光杆上水平移动的距离是被打印零件轮廓最大半径与零件轮廓最小半径之差。

进一步的，所述的X轴滑块在X轴光杆上水平移动的距离为A，A是打印轨迹。

本发明具有如下有益的效果：本发明设计合理，能够实现回转体3D打印的目的，具有以下优点：1、机构由X轴、Z轴和旋转盘相互联动而成，结构简单，制造成本低；2、能够打印任何回转体零件；3、边旋转边吐丝打印，打印速度比直线打印机快；4、能够打印比转盘大2倍的物件；5、打印路径往复行程短，打印效率高；6、在传统直线3D打印机下安装旋转盘，实现坐标联动，能够高效的复合打印出多种复杂零件。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的总体正视立体结构示意图；

图2为本发明实施例所提供的总体后视立体结构示意图；

图3为本发明实施例所提供的主视结构示意图；

图4为本发明实施例所提供的工作原理图；

其中，1.挤料驱动电动机，2.齿轮，3.底座，4.旋转盘，5.Z轴光杆，6.直线轴承，7.Z轴滑块，8.X轴光杆，9.Z轴丝杆，10.X轴挡块，11.X轴丝杆，12.X轴滑块，13.PEK导管，14.加热铝块，15.铜嘴，16.挤料装置，17.Z轴伺服电机，18.风扇，19.导风筒，20.旋转盘限位开关，21.X轴限位开关，22.回转体，23.测温电阻，24.加热棒，25.旋转盘伺服电机，26.X轴伺服电机，27.立柱。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

请参照图1 至图3，图1为本发明实施例所提供的总体正视立体结构示意图，图2为本发明实施例所提供的总体后视立体结构示意图，图3为本发明实施例所提供的主视结构示意图。

在一种具体实施例中，提供了一种打印回转体的3D打印机，包括中央控制装置，底座3内安装有旋转盘伺服电机25，底座3顶端安装有旋转盘4，旋转盘4通过齿轮2与旋转盘伺服电机25相连接，旋转盘4底部一侧安装有旋转盘限位开关20；底座3的一侧设有立柱27，立柱27底部安装有Z轴伺服电机17，Z轴伺服电机17输出轴端安装有Z轴丝杆9，立柱27上安装有Z轴光杆5， Z轴光杆5对称的设置在Z轴丝杆9的两侧，所述的Z轴丝杆9与Z轴光杆5相互平行设置，立柱27内安装有Z轴滑块7，Z轴滑块7通过直线轴承6与Z轴光杆5相连接，Z轴丝杆9穿过Z轴滑块7与立柱27的顶部相连接，所述的Z轴滑块7能够在Z轴光杆5上垂直移动；Z轴滑块7的一侧安装有X轴伺服电机26，X轴伺服电机26输出轴端安装有X轴丝杆11，X轴丝杆11穿过Z轴滑块7依次与X轴滑块12和X轴挡块10相连接，Z轴滑块7的另一侧安装有X轴光杆8，X轴光杆8穿过X轴滑块12与X轴挡块10相连接，所述的X轴滑块12能够在X轴光杆8上水平移动，X轴光杆8与X轴丝杆11空间相互平行设置，X轴光杆8设置在轴丝杆11的后方；X轴滑块12顶部安装有挤料装置16，挤料装置16的一侧安装有挤料驱动电动机1，挤料装置16底部通过PEK导管13安装有加热铝块14，加热铝块14内分别安装有测温电阻23和加热棒24，所述的加热棒24设置在测温电阻23上方，加热铝块14底部安装有铜嘴15，铜嘴15与旋转盘4之间放置有回转体22；X轴滑块12底部安装有风扇18，风扇18底部安装导风筒19，导风筒19设置在铜嘴15的一侧；X轴滑块12的一侧安装有X轴限位开关21；所述的挤料驱动电动机1、Z轴伺服电机17、旋转盘限位开关20、X轴限位开关21、测温电阻23、加热棒24、旋转盘伺服电机25、X轴伺服电机26分别与中央控制装置相连接。

进一步的，所述的中央控制装置包括挤料驱动电动机控制模块、Z轴伺服电机控制模块、旋转盘伺服电机控制模块、X轴伺服电机控制模块、中央处理器和存储器。

进一步的，所述的Z轴丝杆9和X轴丝杆11为滚珠丝杠结构，滚珠丝杠结构具有较高的传动效率，摩擦系数小，可逆性传动精度高，因此，能够在打印过程减少X轴和Z轴往复运动带来的位移误差，同时能够降低伺服电机功率。

进一步的，所述的导风筒19设置在铜嘴15的一侧，能够便于原料打印后的冷却，减少材料冷却速度慢造成的零件打印后的变形。

进一步的，所述的Z轴光杆5对称的设置在Z轴丝杆9的两侧，采用Z轴光杆5作为Z轴滑块7的导向和支撑，采用Z轴丝杆9能够实现Z轴滑块7上下移动，能够实现打印机的Z轴打印，通过对称设置在Z轴丝杆9的两侧，能够防止Z轴滑块7在上下移动过程中的摆动，因此，能够提高打印精度。

进一步的，所述的Z轴滑块7通过直线轴承6与Z轴光杆5相连接，能够进一步的提升Z轴滑块7上下移动的直线度，同时能够减低Z轴滑块7的运动阻力，因此，能够提供打印精度。

进一步的，所述的X轴光杆8与X轴丝杆11空间相互平行设置，采用X轴光杆8作为 X轴滑块12的导向和支撑，采用X轴丝杆能够实现X轴滑块12的左右移动，因此，能够实现打印机的X轴打印，同时提高打印机的运动刚度，进而提高了打印精度。

在具体工作过程中，PEK导管13采用PEK材料，具有高热氧稳定性、高力学性能，属特种工程塑料，能够输送不同性质的原料，从而实现打印不同种类零件的目的。中央处理器将电信号分别传送至旋转盘伺服电机控制模块、Z轴伺服电机控制模块、X轴伺服电机控制模块和挤料驱动电动机控制模块，旋转盘伺服电机控制模块控制并驱动旋转盘伺服电机25旋转，驱动旋转盘4进行角度旋转， Z轴伺服电机控制模块控制并驱动Z轴伺服电机17旋转，驱动Z轴滑块7在Z轴光杆5上垂直移动，X轴伺服电机控制模块控制并驱动X轴伺服电机26旋转，驱动X轴滑块12在X轴光杆8上水平移动，三者相互配合运动，能够实现快速打印回转体的目的，因此，X轴滑块12在X轴光杆8上水平移动的距离是被打印零件轮廓最大半径与零件轮廓最小半径之差，即可打印整个圆周轮廓，相对于普通的XYZ轴联动3D打印机而言，能够减少X轴滑块12移动距离，通过旋转盘4每旋转1周后，X轴滑块12和Z轴滑块7分别位移一个脉冲当量，能够省去Y轴方向的运动，因此，能够使打印更加高效稳定，提高打印精度；最后，挤料驱动电动机控制模块控制并驱动挤料驱动电动机1工作，挤料驱动电动机1将原料通过PEK导管13输送至铜嘴15内，，进行3D打印。另一方面，通过加热铝块14内分别安装有测温电阻23和加热棒24，测温电阻23检测铜嘴15内原料温度，防止物料温度过高或者过低，影响打印效果，当铜嘴15内原料温度过低时，中央控制装置控制加热棒24进行加热工作，加热铝块14底部安装有铜嘴15，因此，实现对原料进行加热的目的。另一方面，X轴滑块12底部安装有风扇18，是对打印后的形体进行快速风干，从而实现快速定型的目的，因此，提高整体稳定性。

本实施例还提供了一种打印回转体的打印原理，首先，将三维图形转换成打印机轨迹程序数据，将轨迹程序数据存储至存储器内；其次，中央处理器计算存储器内的轨迹程序数据；然后，中央处理器将电信号分别传送至旋转盘伺服电机控制模块、Z轴伺服电机控制模块、X轴伺服电机控制模块和挤料驱动电动机控制模块，旋转盘伺服电机控制模块控制并驱动旋转盘伺服电机25旋转，驱动旋转盘4进行角度旋转， Z轴伺服电机控制模块控制并驱动Z轴伺服电机17旋转，驱动Z轴滑块7在Z轴光杆5上垂直移动，X轴伺服电机控制模块控制并驱动X轴伺服电机26旋转，驱动X轴滑块12在X轴光杆8上水平移动，三者相互配合运动，最后，挤料驱动电动机控制模块控制并驱动挤料驱动电动机1工作，挤料驱动电动机1将原料通过PEK导管13输送至铜嘴15内，从而实现打印回转体的。

进一步的，所述的旋转盘4旋转一周轨迹打印完毕后，Z轴滑块7和X轴滑块12分别移动一个脉冲当量，旋转盘4继续旋转一周，完成再次轨迹打印，周而复始，实现回转体的轮廓打印的目的。

进一步的，所述的X轴滑块12在X轴光杆8上水平移动的距离是被打印零件轮廓最大半径与零件轮廓最小半径之差，从而能够省去Y轴方向的运动，同时，减少X轴滑块12的运动距离，由此可见，能够实现高精度快速打印回转体的目的。

进一步的，所述的X轴滑块12在X轴光杆8上水平移动的距离为A，A是打印轨迹。

最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制。尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种打印回转体的3D打印机，包括中央控制装置，其特征在于：底座内安装有旋转盘伺服电机，底座顶端安装有旋转盘，旋转盘通过齿轮与旋转盘伺服电机相连接，旋转盘底部一侧安装有旋转盘限位开关；底座的一侧设有立柱，立柱底部安装有Z轴伺服电机，Z轴伺服电机输出轴端安装有Z轴丝杆，立柱上安装有Z轴光杆， Z轴光杆对称的设置在Z轴丝杆的两侧，所述的Z轴丝杆与Z轴光杆相互平行设置，立柱内安装有Z轴滑块，Z轴滑块通过直线轴承与Z轴光杆相连接，Z轴丝杆穿过Z轴滑块与立柱的顶部相连接，所述的Z轴滑块能够在Z轴光杆上垂直移动；Z轴滑块的一侧安装有X轴伺服电机，X轴伺服电机输出轴端安装有X轴丝杆，X轴丝杆穿过Z轴滑块依次与X轴滑块和X轴挡块相连接，Z轴滑块的另一侧安装有X轴光杆，X轴光杆穿过X轴滑块与X轴挡块相连接，所述的X轴滑块能够在X轴光杆上水平移动， X轴光杆与X轴丝杆空间相互平行设置，X轴光杆设置在轴丝杆的后方；X轴滑块顶部安装有挤料装置，挤料装置的一侧安装有挤料驱动电动机，挤料装置底部通过PEK导管安装有加热铝块，加热铝块内分别安装有测温电阻和加热棒，所述的加热棒设置在测温电阻上方，加热铝块底部安装有铜嘴，铜嘴与旋转盘之间放置有回转体；X轴滑块底部安装有风扇，风扇底部安装导风筒，导风筒设置在铜嘴的一侧；X轴滑块的一侧安装有X轴限位开关；所述的挤料驱动电动机、Z轴伺服电机、旋转盘限位开关、X轴限位开关、测温电阻、加热棒、旋转盘伺服电机、X轴伺服电机分别与中央控制装置相连接。

2.如权利要求1所述的一种打印回转体的3D打印机，其特征在于：所述的中央控制装置包括挤料驱动电动机控制模块、Z轴伺服电机控制模块、旋转盘伺服电机控制模块、X轴伺服电机控制模块、中央处理器和存储器。

3.如权利要求1或2所述的一种打印回转体的3D打印机，其特征在于：所述的Z轴丝杆和X轴丝杆为滚珠丝杠结构。

4.如权利要求1或2所述的一种打印回转体的3D打印机，其特征在于：所述的导风筒设置在铜嘴的一侧。

5.如权利要求1或2所述的一种打印回转体的3D打印机，其特征在于：所述的Z轴光杆对称的设置在Z轴丝杆的两侧。

6.如权利要求1或2所述的一种打印回转体的3D打印机，其特征在于：所述的Z轴滑块通过直线轴承与Z轴光杆相连接。

7.如权利要求1或2所述的一种打印回转体的3D打印机，其特征在于：所述的X轴光杆与X轴丝杆空间相互平行设置。

8.一种打印回转体的打印方法，其特征在于：首先，将三维图形转换成打印机轨迹程序数据，将轨迹程序数据存储至存储器内；其次，中央处理器计算存储器内的轨迹程序数据；然后，中央处理器将电信号分别传送至旋转盘伺服电机控制模块、Z轴伺服电机控制模块、X轴伺服电机控制模块和挤料驱动电动机控制模块，旋转盘伺服电机控制模块控制并驱动旋转盘伺服电机旋转，驱动旋转盘进行角度旋转， Z轴伺服电机控制模块控制并驱动Z轴伺服电机旋转，驱动Z轴滑块在Z轴光杆上垂直移动，X轴伺服电机控制模块控制并驱动X轴伺服电机旋转，驱动X轴滑块在X轴光杆上水平移动，三者相互配合运动，最后，挤料驱动电动机控制模块控制并驱动挤料驱动电动机工作，挤料驱动电动机将原料通过PEK导管输送至铜嘴内，从而实现打印回转体的。

9.如权利要求8所述的一种打印回转体的打印方法，其特征在于：所述的旋转盘旋转一周轨迹打印完毕后，Z轴滑块和X轴滑块分别移动一个脉冲当量，旋转盘继续旋转一周，完成再次轨迹打印，周而复始，完成回转体的轮廓打印。

10.如权利要求8所述的一种打印回转体的打印方法，其特征在于：所述的X轴滑块在X轴光杆上水平移动的距离是被打印零件轮廓最大半径与零件轮廓最小半径之差，所述的X轴滑块在X轴光杆上水平移动的距离或被打印零件轮廓最大半径与零件轮廓最小半径之差为A，A是零件打印轨迹。