CN105643938A - 一种可升降式注射挤出3d打印机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可升降式注射挤出3D打印机构，包括机架、XY移动平台和注射挤出装置，XY移动平台安装在所述机架上；注射挤出装置包括第一支座、第一电机、第一滚珠丝杠机构、第二支座、第二电机、第二滚珠丝杠机构、第三支座和注射器，第一支座安装在XY移动平台上，所述第三支座沿Z轴移动时能带动所述注射推杆沿Z轴移动，从而将所述注射针筒内的导电银浆挤出来打印电子电路。本发明适应于在斜面或者曲面中打印，也能够在柔性或者硬质基地上打印平面电子电路。

Description

一种可升降式注射挤出3D打印机构

技术领域

本发明属于3D打印制造领域，更具体地，涉及一种3D打印机构。

背景技术

3D打印技术目前应用在各行各业中，将3D打印技术和印刷电子技术结合起来是研究的热点之一。3D打印技术拥有已成熟的切片软件和运动结构，印刷电子技术能够大面积和柔性化地制备电子电路，将两者结合起来，可利用3D打印技术软硬件的简单方便和印刷电子技术的快速灵活，综合制备电子电路。

目前利用3D打印技术成型电子电路的设备中，大多是以平面成型为基础，在二维水平平面上成型电子电路，或通过六轴联动技术和喷墨打印技术相结合，在零件任何表面喷墨成型电子电路，这些都增加了普通的3D打印工程师和爱好者们对于电子电路在更广泛的领域扩展应用的难度，例如难以通过简单方便的方式在一个斜面或者曲面上成型电子电路。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种可升降式的3D打印机构,可在广泛应用的FDM打印机中使用；另外，它利用导电银浆为原料，上升或下降注射挤出端，从而在斜面或者曲面上成型电子电路。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种可升降式注射挤出3D打印机构，其特征在于，包括机架、XY移动平台和注射挤出装置，其中，

所述XY移动平台安装在所述机架上，用于带动所述注射挤出装置沿X轴移动和沿Y轴移动，其中X轴和Y轴均水平设置且相互垂直；

所述注射挤出装置包括第一支座、第一电机、第一滚珠丝杠机构、第二支座、第二电机、第二滚珠丝杠机构、第三支座和注射器，其中，所述第一支座安装在所述XY移动平台上，所述第一电机安装在所述第一支座上并且通过所述第一滚珠丝杠机构驱动所述第二支座沿Z轴移动，所述第二电机安装在所述第二支座上并且通过所述第二滚珠丝杠机构驱动所述第三支座沿Z轴移动，所述注射器竖直设置，其包括注射针筒及注射推杆，所述注射针筒固定安装在所述第二支座上，所述注射推杆固定安装在所述第三支座上，所述第三支座沿Z轴移动时能带动所述注射推杆沿Z轴移动，从而将所述注射针筒内的导电银浆挤出来打印电子电路；

其中，所述X轴、Y轴和Z轴共同构成笛卡尔坐标系。

优选地，所述XY移动平台通过导向装置带动所述第一支座移动，所述导向装置包括第一导向杆和滑台，所述第一导向杆设置在机架上并且其与X轴平行，所述第一导向杆能在XY移动平台的驱动下沿Y轴移动，并且所述机架上设置有便于第一导向杆沿Y轴移动的导向面，所述滑台与第一支座和XY移动平台均固定连接，其能在XY移动平台的驱动下沿第一导向杆的纵向移动。

优选地，所述滑台与所述第一导向杆之间设置有第一直线轴承。

优选地，所述第二电机通过齿轮传动机构驱动所述第二滚珠丝杠机构的丝杠转动。

优选地，所述第一支座上设置有第二导向杆并且所述第二导向杆与Z轴平行，所述第二导向杆贯穿所述第二支座。

优选地，所述第二支座与所述第二导向杆之间设置有第二直线轴承。

优选地，所述第二支座上设置有第三导向杆并且所述第三导向杆与Z轴平行，所述第三导向杆贯穿所述第三支座。

优选地，所述第三支座与所述第三导向杆之间设置有第三直线轴承。

优选地，所述第一电机和第二电机均为步进电机。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1)本发明所采用的电子线路打印方法能够简单方便地利用现有FDM3D打印机进行电子线路的打印，也能够在室温中打印。

2)本发明通过XY移动平台、第一电机和第二电机的配合，可以在斜面或者曲面中打印电子电路，也能够在柔性或者硬质基地上打印平面电子电路。

3)本发明的注射挤出装置能够利用齿轮啮合关系改动传动比，能够增加施加在丝杠上的扭矩，增加推动注射器推杆的推力。

附图说明

图1是本发明的主视图；

图2是本发明撤去机架、XY轴移动平台等零件后的结构示意图；

图3是本发明撤去机架、XY轴移动平台、第一支座的部分平板等零件后的结构示意图；

图4是本发明的注射器在斜面上打印电子电路的走向示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

参照图1～图4，一种可升降式注射挤出3D打印机构，包括机架100、XY移动平台200和注射挤出装置300，其中，

所述XY移动平台200安装在所述机架100上，用于带动所述注射挤出装置300沿X轴移动和沿Y轴移动，其中X轴和Y轴均水平设置且相互垂直；

所述注射挤出装置300包括第一支座301、第一电机13、第一滚珠丝杠机构305、第二支座302、第二电机15、第二滚珠丝杠机构306、第三支座27和注射器303，其中，所述第一支座301安装在所述XY移动平台200上，所述第一电机13安装在所述第一支座301上并且通过所述第一滚珠丝杠机构305驱动所述第二支座302沿Z轴移动，所述第二电机15安装在所述第二支座302上并且通过所述第二滚珠丝杠机构306驱动所述第三支座27沿Z轴移动，所述注射器303竖直设置，其包括注射针筒31及注射推杆29，所述注射针筒31固定安装在所述第二支座302上，所述注射推杆29固定安装在所述第三支座27上，所述第三支座27沿Z轴移动时能带动所述注射推杆29沿Z轴移动，从而将所述注射针筒31内的导电银浆挤出来打印电子电路；

其中，所述X轴、Y轴和Z轴共同构成笛卡尔坐标系。

进一步，所述XY移动平台200通过导向装置带动所述第一支座301移动，所述导向装置包括第一导向杆6和滑台4，所述第一导向杆6设置在机架100上并且其与X轴平行，所述第一导向杆6能在XY移动平台200的驱动下沿Y轴移动，并且所述机架100上设置有便于第一导向杆6沿Y轴移动的导向面，所述滑台4与第一支座301和XY移动平台200均固定连接，其能在XY移动平台200的驱动下沿第一导向杆6的纵向移动，所述滑台4与所述第一导向杆6之间设置有第一直线轴承5。

进一步，所述第一支座301上设置有第二导向杆并且所述第二导向杆与Z轴平行，所述第二导向杆贯穿所述第二支座302，所述第二支座302与所述第二导向杆之间设置有第二直线轴承12。

进一步，所述第二支座302上设置有第三导向杆并且所述第三导向杆与Z轴平行，所述第三导向杆贯穿所述第三支座27，所述第三支座27与所述第三导向杆之间设置有第三直线轴承。

进一步，所述第二电机15通过齿轮传动机构304驱动所述第二滚珠丝杠机构306的丝杠转动，这样可以利用齿轮啮合关系改动传动比，能够增加施加在丝杠上的扭矩，增加推动注射器303推杆的推力。

进一步，所述第一电机13和第二电机15均为步进电机，以便进行精确控制。

进一步，参照图1、图2，所述第一支座301包括前面板2、后面板8、上面板7、下面板3、左面板1，电机支座14等零件，前面板2、后面板8和左面板1的上端和下端分别连接在上面板7上和下面板3上，第二支座302包括中间面板10、回型固定件21、C型部件16和压板30等，回型固定件21固定在中间面板10的上表面，C型部件16固定在中间面板10的下表面，压板30将注射针筒31固定在C型部件16上。

所述上面板7和滑台4连接，滑台4中的四个孔上安装有第一直线轴承5，第一导向杆6穿过第一直线轴承5，第一直线轴承5可使滑台4与第一导向杆6之间的移动更加顺畅，减少磨损和不必要的摩擦。滑台4在XY移动平台的驱动下能够在XY平面上移动，精确定位到点。

所述第一电机13为注射器上的注射挤出端32的上升和下降提供动力，第一电机13通过旋转驱使第一滚珠丝杠机构的第一滚珠螺母11的上升和下降，进而驱使与之连接的中间面板10的上升和下降，进而使注射挤出结构的注射挤出端32能够上升和下降，进而可以定位注射挤出端32在Z轴方向的准确坐标值。

所述的注射挤出结构通过相应的第二电机15驱动齿轮传动机构304的齿轮啮合传动，进而带动与齿轮传动机构304的从动小齿轮22固定的丝杠24转动，推动第二滚珠螺母28上升和下降运动，进而使所述的注射器推杆29上移或下行，上移时起到回抽作用，下行时挤出导电银浆，从而打印电子电路。

进一步，前面板2、后面板8和左面板1上留有方形孔和圆形孔，所述上面板7和下面板3上留有方形凸块和十字形槽。前面板2、后面板8和左面板1的方形孔与上面板7和下面板3的方形凸块配合，圆形孔和十字形槽配合用以安装螺栓连接。整个固定方式便于安装和拆卸，其中螺栓连接能够使配合更加紧凑。

进一步，第一电机13通过所述电机支座14固定于下面板3上。

进一步，中间面板10以两侧的第二导向杆作为导向，第二导向杆包括第一竖杆18和第二竖杆19，上面都配套有相应的第二直线轴承12，可保证中间面板10在上升和下降时保持水平，增加运动的平稳性。第一竖杆18和第二竖杆19下端通过挡条17固定，防止掉落，挡条17固定在前面板2和后面板8中。

进一步，第二电机15的电机轴与主动大齿轮20之间通过过盈配合紧密连接，同时中间配有套筒9，能够在打印过程中防止主动大齿轮20下移，起到保护的作用。

进一步，齿轮传动机构304的大小齿轮的传动比可控制，齿轮传动机构304的从动小齿轮22与第二滚珠丝杠机构306的丝杠24之间通过过盈配合紧密连接，配合后，第二滚珠丝杠机构306的丝杠24上端高出从动小齿轮22上表面大约2mm左右。

进一步，第二滚珠丝杠机构306的丝杠24上端由回型固定件21连接，丝杠套23可防止丝杠24的左右晃动。丝杠24上端比从动小齿轮22上表面高出的2mm定位于回型固定件21上留有的盲孔。回型固定件21和丝杠套23均通过相同的两个螺栓固定于中间面板10上。

进一步，第三支座27上穿插第三导向杆，第三导向杆包括第三竖杆25和第四竖杆26，增加第三支座27运动的平稳性，其中第三竖杆25需同时穿透第二滚珠螺母28。第三支座27上开有凹槽，可用来固定注射器推杆29的上端，凹槽高度与注射器推杆29上端的厚度保持一致。

进一步，注射器针筒31通过压板30固定于C型部件16的下端，C型部件16下端留有开口，便于多次更换注射器套件。压板30上留有凹槽，高度与注射器针筒31上端凸出部分保持一致，可保证压板30与C型部件16下端紧密配合。

上面板7上留有的方形凸块分别于前面板2、后面板8和左面板1上的方形孔相配合，上面板7上留有的十字形槽分别于前面板2、后面板8和左面板1上的圆孔通过螺栓连接加固。下面板3上的方形凸块和圆孔分别与前面板2、后面板8和左面板1上的方形孔和十字形槽相配合。上面板7与滑台4通过螺栓连接固定，滑台4四角的凸台用以安装套筒5，并套于第一导向杆6上。

参照图2，第一电机13通过电机支座14固定于下面板3上。中间面板10与第一滚珠螺母11固定，第二电机15固定于中间面板10上，第一竖杆18和第二竖杆19通过第二直线轴承12穿插在中间面板10上。主动大齿轮20固定于第二电机15的伸出轴顶端，从动小齿轮22固定于丝杠24顶端。C型部件16、回型固定件21和丝杠套23均通过螺栓固定于中间面板10上。第三支座27与第二滚珠螺母28固定，注射器推杆29上端固定于第三支座27的凹槽中。注射器针筒31通过压板30固定于C型部件16的下端。

本发明既可打印平面电子电路，也可在斜面上打印电子电路。在打印平面电子电路过程中，第一电机13驱动第一滚珠螺母11固定于某一个高度，第二电机15驱动大齿轮20和小齿轮22啮合，小齿轮22旋转中推动第二滚珠螺母28下行，从而使第三支座27下行，注射器推杆29同时下行，从而挤压出针筒31内的导电银浆。在外部驱动力下，整体结构进行XY平面的路径走动，从而打印出整体的平面电子电路。

在空行程(注射器针筒31内的银浆无需挤出)时，需要通过丝杠机构将注射器推杆29上拉一定距离，以在注射器针筒31内形成一定真空度，保证空行程中注射器针筒31内不会有多余的导电银浆从挤出端32漏出而影响打印质量。该操作通过主动大齿轮20的反转而进行。

在斜面或曲面上打印电子电路过程中，注射挤出机构同样挤出导电银浆，同时第一电机13驱动注射挤出机构整体上移或下降。

参照图3，在斜面上打印电子电路的过程中，注射挤出机构的挤出端32在斜面上从a点到b点再到c点进行打印。在ab段中，走过的行程为L₁，注射挤出机构整体通过第一电机13的驱动而上移，通过点与点的累积打印而形成电子电路。在bc段中，走过的行程为L₂，由于是平行段，此时注射挤出机构的整体高度可以保持不变，通过水平的移动即可打印电子电路。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种可升降式注射挤出3D打印机构，其特征在于，包括机架、XY移动平台和注射挤出装置，其中，

所述XY移动平台安装在所述机架上，用于带动所述注射挤出装置沿X轴移动和沿Y轴移动，其中X轴和Y轴均水平设置且相互垂直；

所述注射挤出装置包括第一支座、第一电机、第一滚珠丝杠机构、第二支座、第二电机、第二滚珠丝杠机构、第三支座和注射器，其中，所述第一支座安装在所述XY移动平台上，所述第一电机安装在所述第一支座上并且通过所述第一滚珠丝杠机构驱动所述第二支座沿Z轴移动，所述第二电机安装在所述第二支座上并且通过所述第二滚珠丝杠机构驱动所述第三支座沿Z轴移动，所述注射器竖直设置，其包括注射针筒及注射推杆，所述注射针筒固定安装在所述第二支座上，所述注射推杆固定安装在所述第三支座上，所述第三支座沿Z轴移动时能带动所述注射推杆沿Z轴移动，从而将所述注射针筒内的导电银浆挤出来打印电子电路；

其中，所述X轴、Y轴和Z轴共同构成笛卡尔坐标系。

2.根据权利要求1所述的一种可升降式注射挤出3D打印机构，其特征在于，所述XY移动平台通过导向装置带动所述第一支座移动，所述导向装置包括第一导向杆和滑台，所述第一导向杆设置在机架上并且其与X轴平行，所述第一导向杆能在XY移动平台的驱动下沿Y轴移动，并且所述机架上设置有便于第一导向杆沿Y轴移动的导向面，所述滑台与第一支座和XY移动平台均固定连接，其能在XY移动平台的驱动下沿第一导向杆的纵向移动。

3.根据权利要求2所述的一种可升降式注射挤出3D打印机构，其特征在于，所述滑台与所述第一导向杆之间设置有第一直线轴承。

4.根据权利要求1所述的一种可升降式注射挤出3D打印机构，其特征在于，所述第二电机通过齿轮传动机构驱动所述第二滚珠丝杠机构的丝杠转动。

5.根据权利要求1所述的一种可升降式注射挤出3D打印机构，其特征在于，所述第一支座上设置有第二导向杆并且所述第二导向杆与Z轴平行，所述第二导向杆贯穿所述第二支座。

6.根据权利要求5所述的一种可升降式注射挤出3D打印机构，其特征在于，所述第二支座与所述第二导向杆之间设置有第二直线轴承。

7.根据权利要求1所述的一种可升降式注射挤出3D打印机构，其特征在于，所述第二支座上设置有第三导向杆并且所述第三导向杆与Z轴平行，所述第三导向杆贯穿所述第三支座。

8.根据权利要求1所述的一种可升降式注射挤出3D打印机构，其特征在于，所述第三支座与所述第三导向杆之间设置有第三直线轴承。

9.根据权利要求1所述的一种可升降式注射挤出3D打印机构，其特征在于，所述第一电机和第二电机均为步进电机。