CN106142568A - 多向3d打印机装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了多向3D打印机装置，其解决现有单向分层打印的3D打印机存在的产品表面光洁度差、加工效率低以及零件修补时打印喷头与零件的干涉问题。供料装置安装于机架上，打印动平台下部通过自旋转驱动机构安装有打印喷头，上部分别通过第一打印臂机构、第二打印臂机构与驱动动平台竖向可调连接，机架顶部的一纵梁底部设有沿纵向布置的一组线性平移驱动机构，与该纵梁一端垂直固接的横梁底部设有沿横向布置的一组线性平移驱动机构、另一端垂直固接的横梁上设置有旋转驱动机构，驱动动平台分别通过横移支链结构、纵移支链结构以及移动部件结构分别与沿横向布置的线性平移驱动机构、沿纵向布置的线性平移驱动机构、以及旋转驱动机构连接。

Description

多向3D打印机装置

技术领域

本发明涉及3D打印设备领域，具体为多向3D打印机装置。

背景技术

目前使用的3D打印多采用单向分层熔融沉积技术，即打印喷头姿态固定，沿着垂直于打印喷头方向将三维实体分割成若干平面，逐层增加材料来获得最终产品，这种方法具有轨迹规划简单、制造速度较快、成本低等优点。但这种通过单向分层3D方式打印生成的三维实体上与打印喷头不垂直的表面会出现不光滑的台阶形状，从而影响产品的表面光洁度和精度，导致打印制造的产品表面质量比较差，往往需要后续的打磨、抛光等步骤，因此无法满足一次性加工成型的要求，加工效率低。

另外，目前3D打印设备也在零件的修补方面展现了很好的应用，但在已有部分上增加材料的过程中，固定姿态的3D打印设备会遇到打印头与工件干涉的情况，使打印难以进行。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了多向3D打印机装置，其能解决现有3D打印机采用的单向分层打印方式时因打印喷头与打印面不垂直而存在的产品表面光洁度差、加工效率低的问题以及零件修补时打印喷头与零件的干涉问题。

其技术方案为，

多向3D打印机装置，其包括机架、打印喷头和供料装置，所述供料装置安装于所述机架上，其特征在于：其还包括线性平移驱动机构、旋转驱动机构、打印动平台和驱动动平台，所述打印动平台下部通过自旋转驱动机构安装有所述打印喷头，上部分别通过第一打印臂机构、第二打印臂机构与所述驱动动平台竖向可调连接，所述机架顶部的一纵梁底部设有沿纵向布置的一组所述线性平移驱动机构，与该纵梁一端垂直固接的横梁底部设有沿横向布置的一组所述线性平移驱动机构、另一端垂直固接的横梁上设置有所述旋转驱动机构，所述驱动动平台分别通过横移支链结构、纵移支链结构以及移动部件结构分别与所述沿横向布置的线性平移驱动机构、沿纵向布置的线性平移驱动机构、以及旋转驱动机构连接。

进一步的，所述线性平移驱动机构包括滚珠丝杠装置、驱动电机和移动平台基座，所述驱动电机输出端通过第一联轴器与所述滚珠丝杠装置同轴连接，所述移动平台基座安装于所述滚珠丝杠装置上并能沿所述滚珠丝杠装置直线平移。

更进一步的，所述滚珠丝杠装置包括丝杠轴、丝杠螺母，所述丝杠轴的两端分别通过深沟球轴承安装于轴承座内，所述丝杠螺母配合安装于所述丝杠轴上，所述丝杠轴的上、下两侧分别平行分设有光杆，所述光杆的两端分别与所述轴承座固接，所述移动平台基座分别通过直线轴承与所述光杆连接，并且所述移动平台基座与所述丝杠螺母连接，所述驱动电机包括同轴连接的伺服电机和减速机，所述减速机的输出端通过所述第一联轴器与所述丝杠轴的伸出端轴接。

进一步的，所述旋转驱动机构包括旋转驱动电机和连接轴，所述旋转驱动电机的输出端与所述连接轴之间通过第二联轴器轴接，所述移动部件结构与所述连接轴连接。

进一步的，所述驱动动平台与所述沿横向布置的线性平移机构、沿纵向布置的线性平移驱动机构、以及旋转驱动机构对应的一侧端部分别安装有第一连接座、第二连接座、第三连接座，所述横移支链结构与所述第一连接座、纵移支链结构与所述第二连接座、移动部件结构与所述第三连接座分别可转动连接。

更进一步的，所述横移支链结构包括第一连杆、第二连杆和第一连接板，所述第二连杆呈L形，所述第一连杆与第二连杆之间、第二连杆与第一连接板之间分别通过第一销轴、第二销轴可转动连接，所述第一连杆的上端与所述横向布置的线性平移驱动机构的移动平台基座通过第三销轴可转动连接，所述第一连接板的下端通过第四销轴可转动地连接于所述驱动动平台的第一连接座上。

更进一步的，所述纵移支链结构包括第三连杆和第四连杆，所述第四连杆呈L形，所述第三连杆和第四连杆之间通过第五销轴可转动连接，所述第三连杆的上端与所述纵向布置的线性平移驱动机构的移动平台基座通过第六销轴可转动连接，所述第四连杆的底端通过第七销轴与所述第二连接座可转动连接。

更进一步的，所述移动部件结构包括第五连杆、第二连接板、滑块和水平滑杆，所述第五连杆上端与所述连接轴固接、下端与所述第二连接板通过第八销轴可转动连接，所述滑块滑动安装于所述水平滑杆上，所述第二连接板的下部固设有沿纵向布置的第一支架，所述水平滑杆两端安装于所述第一支架上，所述第三连接座固装于所述驱动动平台的纵向后端，所述滑块与所述第三连接座之间通过支撑架连接。

进一步的，所述打印动平台的横向两端分别安装有第四连接座和第五连接座，所述50第一打印臂机构包括第六连杆和第七连杆，所述第六连杆的上端通过所述第七销轴与所述第二连接座可转动连接、下端通过第九销轴与所述第七连杆上端可转动连接，所述第七连杆下端通过第十销轴安装于所述第四连接座，所述第二打印臂机构包括竖向设置的气缸，所述气缸顶部固接于所述驱动动平台底部、底部推杆端与所述第五连接座固接。

进一步的，所述自旋转驱动机构包括步进电机，所述打印动平台底部的横向一端通过第二支架固装有所述步进电机、横向另一端设置有支板，所述打印喷头横向两端分别安装有第一末端轴和第二末端轴，所述第一末端轴与所述步进电机输出端轴接，所述第二末端轴安装于所述支板。

本发明的有益效果在于：其打印喷头通过自旋转机构安装于打印动平台下部，自旋转机构能够驱动打印喷头实现自心旋转；同时，其通过横向、纵向设置的线性平移驱动机构以及旋转驱动机构并配合相对应的横移支链结构、纵移支链结构以及移动部件结构实现驱动动平台在横向、纵向的线性平移以及在竖向平面内的转动，而又由于驱动动平台与打印动平台之间通过第一打印臂机构、第二打印臂机构竖向可调连接，从而实现驱动动平台与打印动平台之间的相对竖向移动，既而带动打印喷头实现整体的横向、纵向、竖向的平移以及在竖向平面内的转动；最终实现打印喷头的五自由度调节，以达到有效改善传统单向3D打印过程中的台阶现象和干涉问题，提高打印产品的表面质量以及打印实体结构的力学性能。

附图说明

图1为本发明多向3D打印机装置的立体示意图；

图2为本发明多向3D打印机装置的俯视结构示意图；

图3为图2的A-A向结构示意图；

图4为图2的左视结构示意图多向3D打印机装置中；

图5为本发明中线性平移驱动机构的结构示意图；

附图标记：Ⅰ-打印动平台，Ⅱ-驱动动平台，Ⅲ-打印喷头，Ⅳ-供料装置，10-机架，11-纵梁，12-横梁，13-横梁， 20-旋转驱动机构，21-旋转驱动电机，22-连接轴，23-第二联轴器，24-第三连接座，30-自旋转驱动机构，31-步进电机，32-第二支架，33-支板，34-第一末端轴，35-第二末端轴，36-第三联轴器，40a-线性平移驱动机构，41a-滚珠丝杠装置，411-丝杠轴，412-丝杠螺母，413-深沟球轴承，414-轴承座，415-光杆，416-直线轴承，42a-驱动电机，421-伺服电机，422-减速机，43a-移动平台基座，44a-第一联轴器， 40b-线性平移驱动机构，41b-滚珠丝杠装置，42b-驱动电机，43b-移动平台基座， 44b-第一联轴器，50-第一打印臂机构，51-第六连杆，52-第七连杆，53-第九销轴，54-第十销轴，55-第四连接座，60-第二打印臂机构，61-气缸，62-第五连接座，70-横移支链结构，71-第一连杆，72-第二连杆，73-第一连接板，74-第一销轴，75-第二销轴，76-第三销轴，77-第四销轴，78-第一连接座，80-纵移支链结构，81-第三连杆，82-第四连杆，83-第五销轴，84-第六销轴，85-第七销轴，86-第二连接座，90-移动部件结构，91-第五连杆，92-第二连接板，93-滑块，94-水平滑杆，95-第八销轴，96-第一支架，97-支撑架。

具体实施方式

见图1～图4，本发明多向3D打印机装置，其包括机架10、打印喷头Ⅲ、供料装置Ⅳ、线性平移驱动机构、旋转驱动机构20、打印动平台Ⅰ和驱动动平台Ⅱ，供料装置Ⅳ安装于机架10上，打印动平台Ⅰ下部通过自旋转驱动机构30安装有打印喷头Ⅲ，上部分别通过第一打印臂机构50、第二打印臂机构60与驱动动平台Ⅱ竖向可调连接，机架10顶部的一纵梁11底部设有沿纵向布置的一组线性平移驱动机构40a，与该纵梁11一端垂直固接的横梁12底部设有沿横向布置的一组所述线性平移驱动机构40b、另一端垂直固接的横梁13上设置有旋转驱动机构20，驱动动平台Ⅱ分别通过横移支链结构70、纵移支链结构80以及移动部件结构90分别与沿横向布置的线性平移驱动机构40b、沿纵向布置的线性平移驱动机构40a、以及旋转驱动机构20连接。

线性平移驱动机构40a、40b结构相同，下面以线性平移驱动机构40a为例描述下具体结构，见图5，其包括滚珠丝杠装置41a、驱动电机42a和移动平台基座43a，驱动电机42a输出端通过第一联轴器44a与滚珠丝杠装置41a同轴连接，移动平台基座43a安装于滚珠丝杠装置41a上并能沿滚珠丝杠装置41a直线平移；其中滚珠丝杠装置41a包括丝杠轴411、丝杠螺母412，丝杠轴411的两端分别通过深沟球轴承413安装于轴承座414内，丝杠螺母412配合安装于丝杠轴411上，丝杠轴411的上、下两侧分别平行分设有光杆415，光杆415的两端分别与轴承座414固接，移动平台基座43a分别通过直线轴承416与光杆415连接，并且移动平台基座43a与丝杠螺母412连接，驱动电机42a包括同轴连接的伺服电机421和减速机422，减速机422的输出端通过第一联轴器44a与丝杠轴411的伸出端轴接；伺服电机421转动并经减速机422减速后通过第一联轴器44a驱动滚珠丝杠装置41a的丝杠轴411转动，丝杠轴411驱动丝杠螺母412带动移动平台基座43a一起沿纵向直线平移，在其直线平移过程中与移动平台基座43a装配在一起的直线轴承416沿光杆415同步平移从而起到有效导向作用。

旋转驱动机构20包括旋转驱动电机21和连接轴22，旋转驱动电机21的输出端与连接轴22之间通过第二联轴器23轴接，移动部件结构90与连接轴22连接。

驱动动平台Ⅱ与沿横向布置的线性平移机构40b、沿纵向布置的线性平移驱动机构40a、以及旋转驱动机构20对应的一侧端部分别安装有第一连接座78、第二连接座86、第三连接座24，横移支链结构70与第一连接座78、纵移支链结构80与第二连接座86、移动部件结构90与第三连接座24分别可转动连接。

横移支链结构70包括第一连杆71、第二连杆72和第一连接板73，第二连杆72呈L形，第一连杆71与第二连杆72之间、第二连杆72与第一连接板73之间分别通过第一销轴74、第二销轴75可转动连接，第一连杆71的上端与横向布置的线性平移驱动机构40b的移动平台基座43b通过第三销轴76可转动连接，第一连接板73的下端通过第四销轴77可转动地连接于驱动动平台Ⅱ的第一连接座78上。

纵移支链结构80包括第三连杆81和第四连杆82，第四连杆82呈L形，第三连杆81和第四连杆82之间通过第五销轴83可转动连接，第三连杆81的上端与纵向布置的线性平移驱动机构40a的移动平台基座43a通过第六销轴84可转动连接，第四连杆82的底端通过第七销轴85与第二连接座86可转动连接。

移动部件结构90包括第五连杆91、第二连接板92、滑块93和水平滑杆94，第五连杆91上端与连接轴22固接、下端与第二连接板92通过第八销轴95可转动连接，滑块93滑动安装于水平滑杆94上，第二连接板92的下部固设有沿纵向布置的第一支架96，水平滑杆94两端安装于第一支架96上，第三连接座24固装于驱动动平台Ⅱ的纵向后端，滑块93与第三连接座24之间通过支撑架97连接。

打印动平台Ⅰ的横向两端分别安装有第四连接座55和第五连接座62，第一打印臂机构50包括第六连杆51和第七连杆52，第六连杆51的上端通过第七销轴85与第二连接座86可转动连接、下端通过第九销轴53与第七连杆52上端可转动连接，第七连杆52下端通过第十销轴54安装于第四连接座55，第二打印臂机构60包括竖向设置的气缸61，气缸61顶部固接于驱动动平台Ⅱ底部、底部推杆端与第五连接座62固接。

自旋转驱动机构30包括步进电机31，打印动平台Ⅰ底部的横向一端通过第二支架32固装有步进电机31、横向另一端设置有支板33，打印喷头Ⅲ横向两端分别安装有第一末端轴34和第二末端轴35，第一末端轴34通过第三联轴器36与步进电机31输出端轴接，第二末端轴35安装于支板33；步进电机31通过第一末端轴34驱动打印喷头Ⅲ同步转动。

下面具体描述一下本发明装置对打印喷头Ⅲ进行五自由度调节的过程：

1、纵向平移（即Y向平移）：线性平移驱动机构40a的驱动电机42a转动通过第一联轴器44a驱动滚珠丝杠装置41a动作从而滚珠丝杠装置41a带动移动平台基座43a沿纵向平移，移动平台基座43a通过纵移支链结构80带动驱动动平台Ⅱ纵向平移，同时驱动动平台Ⅱ通过第一连接座78带动横移支链机构70的第一连接板73、第二连杆72、第一连杆71分别绕第二销轴75、第一销轴74、第三销轴76做相对转动，以及通过第三连接座24和支撑架97带动移动部件结构90的滑块93沿第一支架96同步纵向平移，并且由于驱动动平台Ⅱ底部通过第一打印臂结构50、第二打印臂结构60与打印动平台Ⅰ连接，因而驱动动平台Ⅱ纵向平移的同时带动打印动平台Ⅰ以及安装于打印动平台Ⅰ下部的打印喷头Ⅲ纵向平移；

2、横向平移（即X向平移）：线性平移驱动机构40b的驱动电机42b转动并通过第一联轴器44b驱动滚珠丝杠装置41b动作从而滚珠丝杠装置41b带动移动平台基座43b沿横向平移，移动平台基座43b通过横移支链结构70带动驱动动平台Ⅱ横向平移，驱动动平台Ⅱ通过第二连接座86推动纵移支链结构80的第四连杆82、第三连杆81分别绕第七销轴85、第五销轴83、第六销轴84转动，以及通过第三连接座24带动整个移动部件结构90绕连接轴22转动从而适应驱动动平台Ⅱ的横向平移，驱动动平台Ⅱ横向平移的同时通过其下部的第一打印臂结构50、第二打印臂结构60带动打印动平台Ⅰ以及打印喷头Ⅲ同步横向平移；

3、竖向平移（即Z向平移）：第二打印臂结构60的竖向布置的气缸61动作，从而推动或拉动打印动平台Ⅰ的第五连接座62一端竖向移动，同时打印动平台Ⅰ拉动或推动第四连接座55以使得第一打印臂结构50的第七连杆52、第六连杆51绕第十销轴54、第九销轴53、第七销轴85相对转动从而达到打印动平台Ⅰ整体竖向平移的目的，打印动平台Ⅰ整体竖向移动也就带动了打印喷头Ⅲ同步竖向移动；

4、横竖向平面内的转动（即X-Z平面内转动）：旋转驱动电机21转动，通过第二联轴器23带动连接轴22转动，连接轴22驱动移动部件结构90的第五连杆91转动，从而由第五连杆91带动整个移动部件结构90以及驱动动平台Ⅱ转动，再由驱动动平台Ⅱ通过第一打印臂结构50、第二打印臂结构60带动打印动平台Ⅰ以及打印喷头Ⅲ同步同向转动。

5、纵竖向平面内的转动（即Y-Z平面内转动）：由自旋转驱动结构30的步进电机31转动并通过第三联轴器36带动第一末端轴34转动，从而驱动打印喷头Ⅲ同步转动。

Claims (10)

1.多向3D打印机装置，其包括机架、打印喷头和供料装置，所述供料装置安装于所述机架上，其特征在于：其还包括线性平移驱动机构、旋转驱动机构、打印动平台和驱动动平台，所述打印动平台下部通过自旋转驱动机构安装有所述打印喷头，上部分别通过第一打印臂机构、第二打印臂机构与所述驱动动平台竖向可调连接，所述机架顶部的一纵梁底部设有沿纵向布置的一组所述线性平移驱动机构，与该纵梁一端垂直固接的横梁底部设有沿横向布置的一组所述线性平移驱动机构、另一端垂直固接的横梁上设置有所述旋转驱动机构，所述驱动动平台分别通过横移支链结构、纵移支链结构以及移动部件结构分别与所述沿横向布置的线性平移驱动机构、沿纵向布置的线性平移驱动机构、以及旋转驱动机构连接。

2.根据权利要求1所述的多向3D打印机装置，其特征在于：所述线性平移驱动机构包括滚珠丝杠装置、驱动电机和移动平台基座，所述驱动电机输出端通过第一联轴器与所述滚珠丝杠装置同轴连接，所述移动平台基座安装于所述滚珠丝杠装置上并能沿所述滚珠丝杠装置直线平移。

3.根据权利要求2所述的多向3D打印机装置，其特征在于：所述滚珠丝杠装置包括丝杠轴、丝杠螺母，所述丝杠轴的两端分别通过深沟球轴承安装于轴承座内，所述丝杠螺母配合安装于所述丝杠轴上，所述丝杠轴的上、下两侧分别平行分设有光杆，所述光杆的两端分别与所述轴承座固接，所述移动平台基座分别通过直线轴承与所述光杆连接，并且所述移动平台基座与所述丝杠螺母连接，所述驱动电机包括同轴连接的伺服电机和减速机，所述减速机的输出端通过所述第一联轴器与所述丝杠轴的伸出端轴接。

4.根据权利要求1所述的多向3D打印机装置，其特征在于：所述旋转驱动机构包括旋转驱动电机和连接轴，所述旋转驱动电机的输出端与所述连接轴之间通过第二联轴器轴接，所述移动部件结构与所述连接轴连接。

5.根据权利要求3所述的多向3D打印机装置，其特征在于：所述驱动动平台与所述沿横向布置的线性平移机构、沿纵向布置的线性平移驱动机构、以及旋转驱动机构对应的一侧端部分别安装有第一连接座、第二连接座、第三连接座，所述横移支链结构与所述第一连接座、纵移支链结构与所述第二连接座、移动部件结构与所述第三连接座分别可转动连接。

6.根据权利要求5所述的多向3D打印机装置，其特征在于：所述横移支链结构包括第一连杆、第二连杆和第一连接板，所述第二连杆呈L形，所述第一连杆与第二连杆之间、第二连杆与第一连接板之间分别通过第一销轴、第二销轴可转动连接，所述第一连杆的上端与所述横向布置的线性平移驱动机构的移动平台基座通过第三销轴可转动连接，所述第一连接板的下端通过第四销轴可转动地连接于所述驱动动平台的第一连接座上。

7.根据权利要求5所述的多向3D打印机装置，其特征在于：所述纵移支链结构包括第三连杆和第四连杆，所述第四连杆呈L形，所述第三连杆和第四连杆之间通过第五销轴可转动连接，所述第三连杆的上端与所述纵向布置的线性平移驱动机构的移动平台基座通过第六销轴可转动连接，所述第四连杆的底端通过第七销轴与所述第二连接座可转动连接。

8.根据权利要求5所述的多向3D打印机装置，其特征在于：所述移动部件结构包括第五连杆、第二连接板、滑块和水平滑杆，所述第五连杆上端与所述连接轴固接、下端与所述第二连接板通过第八销轴可转动连接，所述滑块滑动安装于所述水平滑杆上，所述第二连接板的下部固设有沿纵向布置的第一支架，所述水平滑杆两端安装于所述第一支架上，所述第三连接座固装于所述驱动动平台的纵向后端，所述滑块与所述第三连接座之间通过支撑架连接。

9.根据权利要求7所述的多向3D打印机装置，其特征在于：所述打印动平台的横向两端分别安装有第四连接座和第五连接座，所述第一打印臂机构包括第六连杆和第七连杆，所述第六连杆的上端通过所述第七销轴与所述第二连接座可转动连接、下端通过第九销轴与所述第七连杆上端可转动连接，所述第七连杆下端通过第十销轴安装于所述第四连接座，所述第二打印臂机构包括竖向设置的气缸，所述气缸顶部固接于所述驱动动平台底部、底部推杆端与所述第五连接座固接。

10.根据权利要求1所述的多向3D打印机装置，其特征在于：所述自旋转驱动机构包括步进电机，所述打印动平台底部的横向一端通过第二支架固装有所述步进电机、横向另一端设置有支板，所述打印喷头横向两端分别安装有第一末端轴和第二末端轴，所述第一末端轴与所述步进电机输出端轴接，所述第二末端轴安装于所述支板。