CN105922599A - 一种3d打印机、专用水平运动机构以及3d打印机水平移动方法 - Google Patents

一种3d打印机、专用水平运动机构以及3d打印机水平移动方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了3D打印机及3D打印机水平移动方法，3D打印机包括有机架、安装于所述机架的水平运动机构以及安装于所述水平运动机构上的打印机头，其特征是，所述水平运动机构包括平行设置的Y轴第一滑杆和Y轴第二滑杆、设置在每根Y轴滑杆上的Y轴滑座、设置在两个Y轴滑座之间的X轴滑杆、设置在X轴滑杆上的X轴滑座以及同步带传动机构；所述打印机头设置在所述X轴滑座上；所述同步带传动机构包括：四个导向轮、主动轮、从动轮、电机以及水平同步带，所述水平同步带的一端部固接于X轴滑座的一侧，另一端依次绕接于第二导向轮、Y轴第二主动轮、Y轴第二从动轮、第四导向轮、第三导向轮、Y轴第一从动轮、Y轴第一主动轮以及第一导向轮后固接于所述X轴滑座的另一侧。

Description

一种3D打印机、专用水平运动机构以及3D打印机水平移动方法
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，具体地说是一种一种3D打印机、专用水平运动机构以及3D打印机水平移动方法。
背景技术
3D 打印技术作为第三次工业革命的标志性技术，引领着未来全球制造业的发展。目前市场上的3D打印机大多通过在机架上设置多根滑轨来保证Y、Y、Z 轴驱动系统能够正常工作，这种结构的3D 打印机配件繁多，组装复杂，组件间的配合难以达到设计要求，不仅导致故障率高，占用空间大，而且打印速度和打印精度不够理想，维护成本也较高。
现有3D打印机Z轴方向运动多采用丝杠带动打印平台升降的方式来实现，不仅结构复杂，且丝杠作为中心稳定平衡杆的同时，兼顾传送升降动力，使得打印稳定性难以保障。
对比文件《一种彩色3D打印机机头三维运动装置》（公开号：203637189U）中描述了一种X、Y方向运动组件，其中X方向运动组件由一条连有运动滑块的同步带环绕一对轮组构成，并由单电机驱动完成运动滑块在X方向的运动，Y方向运动组件由对称设置的两套同步带轮组来带动X方向运动组件在Y方向上移动，且由一个电机通过电机同步带驱动一传动轴，传动轴两端安装有带动Y方向同步带的主动轮。该装置中共使用了四条同步带，不仅安装繁琐，松紧不好控制，运动时容易错位，而且增加了维护困难和成本，例如，仅一条Y方向电机同步带断裂就要将机器整体拆开更换；Y方向运动组件的两条同步带单独拉动，安装时不好掌握两端平衡，安装和运动时一旦同步带错牙，X方向运动组件就会倾斜而无法正常打印；Y方向运动组件通过传动轴传输电机动力，使得打印精度受机架制作精度影响较大；X方向运动组件的电机位于一端，使X方向两端重量不平衡，容易引发同步带错位倾斜。
发明内容
本发明的目的就是提供一种3D打印机、专用水平运动机构以及3D打印机水平移动方法，以解决现有3D打印机结构复杂，安装繁琐，打印稳定性和精度不理想的问题。
本发明是这样实现的：一种3D打印机，包括有机架、安装于所述机架的水平运动机构以及安装于所述水平运动机构上的打印机头，所述水平运动机构包括平行设置的Y轴第一滑杆和Y轴第二滑杆、设置在每根Y轴滑杆上的Y轴滑座、设置在两个Y轴滑座之间的X轴滑杆、设置在X轴滑杆上的X轴滑座以及同步带传动机构；所述打印机头设置在所述X轴滑座上； 所述同步带传动机构包括：
在Y轴第一滑杆设置的第一Y轴滑座上安装的第一导向轮和第三导向轮；
在Y轴第二滑杆设置的第二Y轴滑座上安装的第二导向轮和第四导向轮；
设置在Y轴第一滑杆一端的Y轴第一主动轮和另一端的Y轴第一从动轮；
设置在Y轴第二滑杆一端的Y轴第二主动轮和另一端的Y轴第二从动轮；
驱动所述Y轴第一主动轮的Y轴第一电机；
驱动所述Y轴第二主动轮的Y轴第二电机；以及
水平同步带，所述水平同步带的一端部固接于X轴滑座的一侧，另一端依次绕接于第二导向轮、Y轴第二主动轮、Y轴第二从动轮、第四导向轮、第三导向轮、Y轴第一从动轮、Y轴第一主动轮以及第一导向轮后固接于所述X轴滑座的另一侧。
在上述技术方案下，本发明可以这样实现：
所述X轴滑杆为两个。
所述导向轮为光轮，所述主动轮为齿轮，所述水平同步带为齿带。
3D打印机水平移动方法，包括以下步骤：
a. 按如下结构设计水平运动机构：
所述水平运动机构包括平行设置的Y轴第一滑杆和Y轴第二滑杆、设置在每根Y轴滑杆上的Y轴滑座、设置在两个Y轴滑座之间的X轴滑杆、设置在X轴滑杆上的X轴滑座以及同步带传动机构；所述打印机头设置在所述X轴滑座上； 所述同步带传动机构包括：
在Y轴第一滑杆设置的第一Y轴滑座上安装的第一导向轮和第三导向轮；
在Y轴第二滑杆设置的第二Y轴滑座上安装的第二导向轮和第四导向轮；
设置在Y轴第一滑杆一端的Y轴第一主动轮和另一端的Y轴第一从动轮；
设置在Y轴第二滑杆一端的Y轴第二主动轮和另一端的Y轴第二从动轮；
驱动所述Y轴第一主动轮的Y轴第一电机；
驱动所述Y轴第二主动轮的Y轴第二电机；以及
水平同步带，所述水平同步带的一端部固接于X轴滑座的一侧，另一端依次绕接于第二导向轮、Y轴第二主动轮、Y轴第二从动轮、第四导向轮、第三导向轮、Y轴第一从动轮、Y轴第一主动轮以及第一导向轮后固接于所述X轴滑座的另一侧。
b. 控制Y轴第一电机和Y轴第二电机的转动方向、启闭以实现打印机头在水平面上到达任意位置。
本发明的水平运动机构，结构大大简化，仅用一条水平同步带联动轮组的方式就能使打印机头完成水平面的所有运动，不仅安装方便，而且联动精密不易错位；X轴上没有电机，不会产生因电机对单端施重而引起的X轴错位倾斜；打印时，两个Y轴电机转向与启闭相互配合，实现水平方位的移动。由于组件较少，使得打印速度和稳定性大大提升，同时避免出现单电机驱动时两端不平衡，易错位的情况，另外，机架制作精度对打印精度的影响也较小。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的打印机头沿X轴方向的运动示意图。
图3是本发明的打印机对沿Y轴方向的运动示意图。
图中：1、机架，2、打印机头，3、水平同步带，4、Y轴第一电机，5、Y轴第一主动轮，6、Y轴第一从动轮，7、Y轴第一滑杆，8、Y轴第一滑座，9A、第一导向轮，9B、第三导向轮，10、X轴滑杆，11、X轴滑座，12、Z轴电机，13、丝杠，14、Z轴支撑杆，15、打印平台，24、Y轴第二电机，25、Y轴第二主动轮，26、Y轴第二从动轮，27、Y轴第二滑杆，28、Y轴第二滑座，29A、第二导向轮，29B、第四导向轮。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步说明，但该说明不对本发明构成任何限制。
如图1所示，本发明包括机架1，水平运动机构，竖直运动机构以及安装在水平运动机构上的打印机头2。水平运动机构以及竖直运动机构安装于机架1上。
图1、图2、图3所示，对称设置的Y轴第一滑杆7和Y轴第二滑杆27分别固定于机架上。Y轴第一滑杆7上安装有Y轴第一电机4，Y轴第一主动轮5，Y轴第一从动轮6，和Y轴第一滑座8。Y轴第二滑杆27上安装有Y轴第二电机24，Y轴第二主动轮25，Y轴第二从动轮26和Y轴第二滑座28。其中，Y轴第一主动轮5和Y轴第一从动轮6分别位于Y轴第一滑杆7的两端， Y轴第一主动轮5与Y轴第一电机4的输出端相连，所述Y轴第一滑座8套装在Y轴第一滑杆7上，所述Y轴第一滑座8上固定安装有沿Y轴方向上自第一主动轮5向第一从动轮6方向排列的第一导向轮9A和第三导向轮9B。Y轴第二主动轮25和Y轴第二从动轮26分别位于Y轴第二滑杆27的两端， Y轴第二主动轮25与Y轴第二电机24的输出端相连，所述Y轴第二滑座28套装在Y轴第二滑杆27上， Y轴第二滑座28上固定安装有沿Y轴方向上自第二主动轮25向第二从动轮26方向排列的第二导向轮29A和第四导向轮29B。
图1所示，本发明包括一根或两根X轴滑杆10，套装在X轴滑杆上的X轴滑座11以及安装在X轴滑座11上的打印机头2。通常情况下，X轴滑杆10设置两根为宜。X轴滑杆10的一端固定在Y轴第一滑座8上，另一端固定在Y轴第二滑座28上。
图2、图3所示，水平同步带3的一端部接于X轴滑座11的右侧，再依次绕过第一导向轮9A、Y轴第一主动轮5、Y轴第一从动轮6、第三导向轮9B、第四导向轮29B、Y轴第二从动轮26、Y轴第二主动轮25以及第二导向轮29A后接于X轴滑座11的左侧，从而形成“H”型环绕。经如此“H”型环绕的水平同步带3，在第一电机4和第二电机24的不同转动形式的配合下，带动X轴滑座11完成沿X轴、沿Y轴以及同时沿X轴和Y轴方向的移动，从而实现3D打印机在水平方向运动的各种需求。
上述皮带轮中，各主动轮选用齿轮，同时，水平同步带选用齿带，由此保证3D打印的精确控制。而各导向轮和从动轮可以选用光轮。
竖直运动机构为Z轴方向的运动机构，既可以利用图1所示的丝杠带动打印平台的方式实现，也可以利用现有技术中任何已知的实现方式来实现。图1所示，竖直运动机构结构包括Z轴电机12，与Z轴电机12相连的丝杠13，Z轴支撑杆14以及沿丝杠13和Z轴支撑杆14上下移动的打印平台15，所述Z轴支撑杆14和Z轴电机12固定连接在机架1上。所述Z轴支撑杆14为若干根相互平行的光轴，优选三根，所述打印平台15通过轴套件安装在光轴上并在丝杠13的带动下沿光轴上下移动，从而完成Z轴方向的打印功能。
图2所示，当Y轴第一电机4和Y轴第二电机24同向转动时，水平同步带3的运动方向如图2中所示带动X轴滑座11完成X轴方向的移动动作，且X轴滑座11即打印机头在X轴的移动方向与Y轴第一电机4和Y轴第二电机24的转动方向一致，在此过程中Y轴第一滑座8、Y轴第二滑座28均不移动，X轴滑座11在Y轴方向上不产生位移。即当两个电机顺时针方向转动时，X轴滑座11向左移动（参考图2），Y轴方向的位置不动；反之，当两个电机逆时针方向转动（未图示）时，X轴滑座11向右移动，Y轴方向的位置不动。
图3所示，当Y轴第一电机4和Y轴第二电机24相向或相背转动时，水平同步带3的运动方向如图3中所示带动X轴滑座11完成沿Y轴方向的移动动作，具体来说，当两个Y轴电机4相向转动时，X轴滑座11随X轴滑杆10沿Y轴移动，移动方向为远离电机方向（参考图3）；反之，当两个Y轴电机4相背转动时（未图示），X轴滑座11随X轴滑杆10沿Y轴同步运动，运动方向为趋近电机方向。在此过程中X轴滑座11在X轴方向上不移动。
当Y轴第一电机4和Y轴第二电机24中一个转动，同时另一个不动时，X轴滑座11在水平同步带3的带动下，沿X轴滑杆移动；而与此同时，X轴滑杆又沿Y轴方向移动。具体地，当某一电机顺时针方向转动，另一电机不动时，X轴滑座11沿X轴滑杆的移动方向以及X轴滑杆沿Y轴移动的方向，均是朝向远离所述的旋转的那一电机的方向。而当某一电机逆时针方向转动，另一电机不动时，X轴滑座11沿X轴滑杆的移动方向以及X轴滑杆沿Y轴移动的方向，均是朝向趋近所述的旋转的那一电机的方向。由此，通过选择哪一电机转动且控制其转动方向，可以实现X轴滑座11向各斜向的移动。
当位于右侧的Y轴第一电机4顺时针方向转动而Y轴第二电机24关闭即Y轴第二主动轮静止时，X轴滑座11在水平同步带3的带动下，既沿X轴向左移动，同时，水平同步带3带动Y轴第一滑座8、Y轴第二滑座28（X轴滑杆10及其承载的X轴滑座11也同步）沿Y轴方向向远离电机的方向移动。由此实现了X轴滑座11的以斜向且向远离电机的方向移动。
当位于右侧的Y轴第一电机4逆时针方向转动而Y轴第二电机24关闭即Y轴第二主动轮静止时，X轴滑座11在水平同步带3的带动下，既沿X轴向右移动，同时，水平同步带3带动Y轴第一滑座8、Y轴第二滑座28（X轴滑杆10及其承载的X轴滑座11也同步）沿Y轴方向向趋近电机的方向移动。由此实现了X轴滑座11的以斜向且向趋近电机的移动。
因此，控制Y轴第一电机、Y轴第二电机的转向与启闭就可以实现X轴滑座在水平面上到达任意位置。

Claims (7)

1.一种3D打印机，包括有机架、安装于所述机架的水平运动机构、以及安装于所述水平运动机构上的打印机头，其特征是，所述水平运动机构包括平行设置的Y轴第一滑杆和Y轴第二滑杆、设置在每根Y轴滑杆上的Y轴滑座、设置在两个Y轴滑座之间的X轴滑杆、设置在X轴滑杆上的X轴滑座以及同步带传动机构；所述打印机头设置在所述X轴滑座上； 所述同步带传动机构包括：
在Y轴第一滑杆设置的第一Y轴滑座上安装的第一导向轮和第三导向轮；
在Y轴第二滑杆设置的第二Y轴滑座上安装的第二导向轮和第四导向轮；
设置在Y轴第一滑杆一端的Y轴第一主动轮和另一端的Y轴第一从动轮；
设置在Y轴第二滑杆一端的Y轴第二主动轮和另一端的Y轴第二从动轮；
驱动所述Y轴第一主动轮的Y轴第一电机；
驱动所述Y轴第二主动轮的Y轴第二电机；以及
水平同步带，所述水平同步带的一端部固接于X轴滑座的一侧，另一端依次绕接于第二导向轮、Y轴第二主动轮、Y轴第二从动轮、第四导向轮、第三导向轮、Y轴第一从动轮、Y轴第一主动轮以及第一导向轮后固接于所述X轴滑座的另一侧。
2.根据权利要求1所述的3D打印机，其特征在于，所述X轴滑杆为两个。
3.根据权利要求1所述的3D打印机，其特征在于，所述导向轮为光轮，所述主动轮为齿轮，所述水平同步带为齿带。
4.一种3D打印机用水平运动机构，其特征是，所述水平运动机构包括平行设置的Y轴第一滑杆和Y轴第二滑杆、设置在每根Y轴滑杆上的Y轴滑座、设置在两个Y轴滑座之间的X轴滑杆、设置在X轴滑杆上的X轴滑座以及同步带传动机构；所述打印机头设置在所述X轴滑座上； 所述同步带传动机构包括：
在Y轴第一滑杆设置的第一Y轴滑座上安装的第一导向轮和第三导向轮；
在Y轴第二滑杆设置的第二Y轴滑座上安装的第二导向轮和第四导向轮；
设置在Y轴第一滑杆一端的Y轴第一主动轮和另一端的Y轴第一从动轮；
设置在Y轴第二滑杆一端的Y轴第二主动轮和另一端的Y轴第二从动轮；
驱动所述Y轴第一主动轮的Y轴第一电机；
驱动所述Y轴第二主动轮的Y轴第二电机；以及
水平同步带，所述水平同步带的一端部固接于X轴滑座的一侧，另一端依次绕接于第二导向轮、Y轴第二主动轮、Y轴第二从动轮、第四导向轮、第三导向轮、Y轴第一从动轮、Y轴第一主动轮以及第一导向轮后固接于所述X轴滑座的另一侧。
5.根据权利要求4所述的3D打印机用水平运动机构，其特征在于，所述X轴滑杆为两个。
6.根据权利要求4所述的3D打印机用水平运动机构，其特征在于，所述导向轮为光轮，所述主动轮为齿轮，所述水平同步带为齿带。
7.一种3D打印机水平移动方法，其特征在于，包括以下步骤：
a. 按如下结构设计水平运动机构：
所述水平运动机构包括平行设置的Y轴第一滑杆和Y轴第二滑杆、设置在每根Y轴滑杆上的Y轴滑座、设置在两个Y轴滑座之间的X轴滑杆、设置在X轴滑杆上的X轴滑座以及同步带传动机构；所述打印机头设置在所述X轴滑座上； 所述同步带传动机构包括：
在Y轴第一滑杆设置的第一Y轴滑座上安装的第一导向轮和第三导向轮；
在Y轴第二滑杆设置的第二Y轴滑座上安装的第二导向轮和第四导向轮；
设置在Y轴第一滑杆一端的Y轴第一主动轮和另一端的Y轴第一从动轮；
设置在Y轴第二滑杆一端的Y轴第二主动轮和另一端的Y轴第二从动轮；
驱动所述Y轴第一主动轮的Y轴第一电机；
驱动所述Y轴第二主动轮的Y轴第二电机；以及
水平同步带，所述水平同步带的一端部固接于X轴滑座的一侧，另一端依次绕接于第二导向轮、Y轴第二主动轮、Y轴第二从动轮、第四导向轮、第三导向轮、Y轴第一从动轮、Y轴第一主动轮以及第一导向轮后固接于所述X轴滑座的另一侧；
b. 控制Y轴第一电机和Y轴第二电机的转动方向、启闭以实现打印机头在水平面上到达任意位置。
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