CN105818393A - 一种工作平台可倾斜3d打印机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种工作平台可倾斜的3D打印机，属于数字化加工技术领域。本发明基于并联机构的五轴联动3D打印设备。本发明中工作平台通过电动推杆和球铰链结构实现倾斜。电动推杆与作为并联结构的静平台的下平台由虎克铰链接，从而组成3‑RPS并联机构。本发明克服了传统两轴或三轴联动3D打印机的不足之处，通过五轴联动的方式极大的提高了打印效率，解决了工件设计工程中悬臂以及空心结构造成的重力限制问题。对于中空多面体、多层蜂窝结构工件和曲面工件，本发明可以进行直接打印，提高3D打印的效率。
Description
技术领域
本发明属于数字化加工技术领域。
背景技术
3D打印技术是通过计算机输入进行切片处理过后的三维模型，控制机构处理接收的计算机信息，利用熔融沉积技术、激光烧结技术或者光固化技术逐层打印的方式来完成物体的制作。
现有的3D打印机对于一些有悬臂或者空腔的结构，又不允许添加内部支撑结构的打印件就无法使用3D打印方式进行制作。更普遍一点的曲面打印问题，目前的3D打印机打印曲面过程十分繁琐，需要增加大量的支撑结构，后处理过程也十分难以解决。更一般地说，可打印工件包含的曲面、中空结构表面的法线与垂直线的夹角为α。当小于特定α角时，不使用粉材和光敏树脂液作支撑或者特定支撑材料就无法完成打印。
申请号为201610101012.2的发明专利，提出了一种具有曲面加工特性的3D打印机，但是由于工作平台和喷头结构均由三杆并联机构支撑和带动，喷头结构的运动会对工作平台z轴的自由度产生干扰。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种工作平台可倾斜3D打印机，主要由底座1和支架13组成的三棱柱形框架、喷头结构14、喷头运动机构、工作平台12和工作平台运动机构组成；
底座1的数量为两个，分别位于框架顶端和底部；喷头运动机构包括下滑块8、止步块9、同步带10、光杠11、支撑杆15、夹具块16、电机17、上滑块19和喷头平台20。所述光杠11为六个，分别固定于两个底座1之间；夹具块16与止步块9的数量均为三个，分别位于三棱柱形框架的每一侧的上部和下部；每一侧的夹具块16固定在上滑块19上,止步块9固定在下滑块8上，下滑块8固定在光杠11上；所述的电机17数量为三个，均固定于框架顶端的底座1上，每一侧的同步带10两端均连接电机17与止步块9，电机17通过同步带10带动上滑块19与夹具块16在光杠上运动，六根支撑杆15一端与喷头平台20通过球铰链连接，另一端分别与三个夹具块16连接，且六条支撑杆15中每两条并联组成三杆并联机构，喷头平台20与喷头结构14固定连接；
工作平台运动机构主要由固定于框架底部的底座1上的下平台和三个电动推杆5组成，三个电动推杆5两端分别通过球铰链结构7和虎克铰4与工作平台12和下平台3相连；连接电动推杆5的球铰链结构7按照正三角形布置；工作平台12通过工作平台支撑杆6支撑，工作平台支撑杆6两端均通过球铰链结构7连接工作平台12中心与下平台3中心。
电机17通过电机固定板18固定于框架底部的底座1上，所述电机固定板18分别固定在上三棱柱形框架三个顶点所对应框架顶端的底座1上。
本发明中所述喷头结构14可采用三角洲式打印机喷头结构。
本发明优选方式中还包括控制装置2，所述控制装置2通过控制电机17工作状态实现对打印机位置的控制；并且通过对喷头结构控制以控制打印进度与打印速度的控制。
本发明优选方式中还包括液晶显示屏5，所述液晶显示屏5与控制装置2连接，用于在打印机工作时显示打印进度与打印速度。
本发明优选方式中所述止步块9和下滑块8由螺栓连接固连，下滑块9通过螺栓由侧边固定于光杠11上，止步块9和夹具块16上两个固定轴外表面有对于同步带10的定位结构，可防止同步带10在工作过程中从正面脱出。
本发明的有益效果：
1、当打印工件结构设计过程中出现悬臂、空腔以及蜂窝结构时，打印过程中可以通过控制平台倾斜从而达到减少或消除某些设计工件内对于加工过程中不利于后期处理的支撑材料或者支撑结构，提高了打印精度和打印效率。
2、一种具有曲面加工特性的3D打印机可以通过改变工作平台倾斜角度一次性打印具有曲面结构，中空、蜂窝状结构的打印件。并且在打印部分具有弧度顶端打印件时，可以避免顶端拉丝不均匀或者发丝失败的现象。
3、一种具有曲面加工特性的3D打印机采用三杆并联机构链接喷头结构，巧妙的利用和回避了并联机构在精度和刚性方面存在的不足。
4、行程挡块可以确定上夹具块与下夹具块的行程，从而确定工作平台倾斜角度。在打印准备阶段可以按照打印件结构确定工作平台在打印过程中最大和最小倾斜角度，从而固定行程挡块位置来调节工做平台滑块行程。
5、工作平台通过三个电动推杆实现绕工作平台支撑杆倾斜翻转。工作平面支撑杆两端连接工作平台与下平台中心，限制工作平台z轴的自由度，防止工作平台与喷头连杆机构同时存在z轴自由度产生干扰。
附图说明
图1是本发明的总体结构示意图。
图2是本发明的工作平台的带传动结构的示意图。
图3是本发明的运动平台结构示意图。
图4是本发明止步块下滑块部分局部放大图。
以上附图中使用的标记如下：1底座，2控制装置，3下平台，4虎克铰，5电动推杆，6工作平台支撑杆，7球铰链结构，8下滑块，9止步块，10同步带，11光杠，12工作平台，13支架，14喷头结构，15支撑杆，16夹具块，17电机，18电机固定板，19上滑块，20喷头平台。
具体实施方式
下面以具体实施例的方式对本发明技术方案做进一步解释和说明。
实施例1
如图1和图2所示，本实施例中一种工作平台可倾斜3D打印机，主要由底座1和支架13组成的三棱柱形框架、喷头结构14、喷头运动机构、工作平台12和工作平台运动机构组成；
底座1的数量为两个，分别位于框架顶端和底部；喷头运动机构包括下滑块8、止步块9、同步带10、光杠11、支撑杆15、夹具块16、电机17、上滑块19和喷头平台20。所述光杠11为六个，分别固定于两个底座1之间；
如图1和图4所示，夹具块16与止步块9的数量均为三个，分别位于三棱柱形框架的每一侧的上部和下部；每一侧的夹具块16固定在上滑块19上,止步块9固定在下滑块8上，下滑块8固定在光杠11上；所述的电机17数量为三个，均固定于框架顶端的底座1上，电机17通过电机固定板18固定于框架底部的底座1上，所述电机固定板18分别固定在上三棱柱形框架三个顶点所对应框架顶端的底座1上。每一侧的同步带10两端均连接电机17与止步块9，电机17通过同步带10带动上滑块19与夹具块16在光杠上运动，喷头平台20通过六根支撑杆15分别与三个夹具块16连接，六条支撑杆12中每两条并联组成三杆并联机构。
如图3所示，工作平台运动机构主要由固定于框架底部的底座1上的下平台3和三个电动推杆5组成，三个电动推杆5两端分别通过球铰链结构7和虎克铰4与工作平台12和下平台3相连；连接电动推杆5的球铰链结构按照正三角形布置；工作平台12通过工作平台支撑杆6支撑，工作平台支撑杆6两端均通过球铰链结构7连接工作平台12与下平台3中心。
工作平台12、球铰链7、均匀分布安装电动推杆5、工作台支撑杆6、虎克铰4共同组成工作平台运动机构。如图3所示，工作平台运动机构采用并联机构实现工作平台12绕A、B轴转动，其工作原理是：工作平台12作为并联机构动平台，工作平台与三个均匀分布的电动推杆5经由球铰链7链接；电动推杆5与作为并联结构的静平台的下平台3由虎克铰4链接，从而组成3-RPS并联机构。由螺旋理论可知该并联机构具有Z向直线移动及绕X、Y轴转动3个自由度。此外，在综合考虑喷头的运动亦是采用并联机构实现，且可实现沿X、Y、Z的运动。然而工作平台、喷头之间的运动控制是开环、即独立控制的，所以，为抑制控制误差，在该并联机构中通过定长工作平台支撑杆6连接并联结构的上下平台从而限制Z向直线移动的自由度。喷头结构的X、Y、Z三个方向的运动由支撑杆15、夹具块16、上滑块19、同步带10和喷头结构共同实现，各构件之间组成并联机构作为该部分的主体，使喷头具有X、Y、Z三方向移动的自由度。该部件的作用原理是：3D打印机框架作为该并联机构的静平台，三对对称分布的上滑块与光杠11，支撑杆15作为该并联机构的支链通过球铰链与喷头平台20链接。其中光杠与上滑块19形成的移动副作为该并联机构的主动驱动关节，通过步进电机驱动同步带经由和上滑块相固联的夹具块控制上滑块的位置，从而借助于3-PPP并联机构正解解算得到喷头空间姿态、通过3-PPP并联机构逆解解算在规划喷头空间姿态下所需上滑块的位置信息，从而获取相应的控制参数。在得到相应控制参数后，由控制系统发送命令控制三条支链的电机17驱动同步带10，同步带10经由与上滑块19相固连的夹具块16驱动由上滑块19和光杠11组成的移动副的运动，移动副作为该并联机构中的主动驱动关节，在其具有指定位置时，将会确定喷头平台的特定位姿从而满足运动需求。止步块9和下滑块8由螺栓连接固连，下滑块9通过螺栓由侧边固定于光杠11上，止步块9用来限制和调节工作台和喷头的行程，并且为了防止同步带10滑出加工有凸出部分。
Claims (6)
1.一种工作平台可倾斜3D打印机，主要由底座(1)和支架(13)组成的三棱柱形框架、喷头结构(14)、喷头运动机构、工作平台(12)和工作平台运动机构组成；
底座(1)的数量为两个，分别位于框架顶端和底部；喷头运动机构包括下滑块(8)、止步块(9)、同步带(10)、光杠(11)、支撑杆(15)、夹具块(16)、电机(17)、上滑块(19)和喷头平台(20)；所述光杠(11)为六个，分别固定于两个底座(1)之间；夹具块(16)与止步块(9)的数量均为三个，分别位于三棱柱形框架的每一侧的上部和下部；每一侧的夹具块(16)固定在上滑块(19)上,止步块(9)固定在下滑块(8)上，下滑块(8)固定在光杠(11)上；所述的电机(17)数量为三个，均固定于框架顶端的底座(1)上，每一侧的同步带(10)两端均连接电机(17)与止步块(9)，电机(17)通过同步带(10)带动上滑块(19)与夹具块(16)在光杠上运动，六根支撑杆(15)一端与喷头平台(20)通过球铰链连接，另一端分别与三个夹具块(16)连接，且六条支撑杆(15)中每两条并联组成三杆并联机构；所述喷头结构(14)与喷头平台(20)固定连接；
其特征在于，工作平台运动机构主要由固定于框架底部的底座(1)上的下平台(3)和三个电动推杆(5)组成，三个电动推杆(5)两端分别通过球铰链结构(7)和虎克铰(4)与工作平台(12)和下平台(3)相连；连接电动推杆(5)的球铰链结构(7)按照正三角形布置；工作平台(12)通过工作平台支撑杆(6)支撑，工作平台支撑杆(6)两端均通过球铰链结构(7)连接工作平台中心与下平台(3)中心。
2.根据权利要求1所述的工作平台可倾斜3D打印机，其特征在于，所述电机(17)通过电机固定板(18)固定于框架底部的底座(1)上，所述电机固定板(18)分别固定在上三棱柱形框架三个顶点所对应框架顶端的底座(1)上。
3.根据权利要求1所述的工作平台可倾斜3D打印机，其特征在于，所述喷头结构采用三角洲式打印机喷头结构，喷头结构通过球头与六条支撑杆(15)连接，支撑杆(15)的另外一端插入上夹具块(16)上设置的凹槽中。
4.根据权利要求1所述的工作平台可倾斜3D打印机，其特征在于，该装置还包括控制装置(2)，所述控制装置(2)通过控制电机(17)工作状态实现对打印机位置的控制；并且通过对喷头结构控制以控制打印进度与打印速度的控制。
5.根据权利要求1所述的工作平台可倾斜3D打印机，其特征在于，还包括液晶显示屏，所述液晶显示屏与控制装置(2)连接，用于在打印机工作时显示打印进度与打印速度。
6.根据权利要求1～5任意一项所述的工作平台可倾斜3D打印机，其特征在于，所述止步块(9)和下滑块(8)由螺栓连接固连，下滑块(9)通过螺栓由侧边固定于光杠(11)上，止步块(9)和夹具块(16)上两个固定轴外表面有对于同步带(10)的定位结构。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20160803 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |