CN106182766A - 一种柱坐标式的三维成型方法 - Google Patents

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陈继民
姜缪文
王文椿
魏小波
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Beijing University of Technology
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    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Materials Engineering (AREA)

Abstract

本发明公开了一种柱坐标式的三维成型方法。包括以下内容：通过一个电机控制喷头沿着平行于工作圆台的杆件左右运动；另一个电机控制的杆，使其沿着垂直于工作台的杆上下往复运动；电动旋转台驱动工作台任意角度的旋转，其固定在工作圆台的下方。经过计算，本发明形成的基于柱坐标式的三维成型方法，在打印相同弧长的曲线时，其速度是传统X‑Y‑Z轴式三维成型方法的将近一倍，耗材量也远少于传统的X‑Y‑Z轴式三维成型方法，并且打印件的表面光滑度也会得到极大的提高。

Description

一种柱坐标式的三维成型方法
技术领域
本发明涉及一种柱坐标式的三维成型方法。本发明针对回转体的三维成型，大大提高成型回转体的精度和速度。成型机以柱坐标的运动方法进行成型，其工作圆台可以实现任意角度旋转，与传统X-Y-Z轴式三维成型运动方法不同。所以，在成型以圆弧曲线为特征的回转体时，成型速度会比传统X-Y-Z型三维成型方法快一倍，而且成型的圆弧表面也会更光滑。
背景技术
目前，基于X-Y-Z轴式的三维成型技术已得到广泛的应用，尤其在桌面级的三维成型机的市场中，该型三维成型机占有很大的市场份额。针对目前我国X-Y-Z轴式的三维成型机普遍使用开源技术，缺乏自主知识产权的新型三维成型机。
基于柱坐标式的三维成型方法与传统X-Y-Z轴式的直角坐标系统三维成型方法不同，其整体机构以柱坐标的运动方法进行成型，可以实现工作台的360度任意角度旋转，具有成型速度快，运动精度高的特点。通过自主创新柱坐标三维成型机运动装置，借助柱坐标可以扫掠整个空间的原理实现工件的成型。当成型实物时，工作台随其下方的电动旋转台而转动，喷头在电机的控制下沿着丝杠运动，两者互相搭配，完成柱坐标运动机理的实现。
当前，我国FDM型个人级成型机占据了国内大约70％～80％的三维成型机市场。然而，由于采用的是国外的FDM技术，常常受到国外知识产权的困扰，严重制约了我国个人桌面级三维成型机的发展。基于柱坐标式的三维成型机将彻底改变这一局面，其制造的投入资金和技术门槛都较低，特别适合中小学教育和个人使用。
发明内容
本发明改进FDM技术的三维成型机的运动方法，借助柱坐标可以扫掠整个空间的原理来实现工件的成型。当成型实物时，工作圆台随其下方的电动旋转台转动，喷头在电机的控制下沿着杆件运动，两者互相搭配，以此来实现柱坐标的运动方法。
1.一种柱坐标式的三维成型方法，其特征在于：应用如下装置，该装置底座与垂直杆通过支架相固定，电动旋转台放在底座上控制工作圆台旋转，喷头机构固定在水平杆上能沿着水平杆左右运动，水平杆设置在两根垂直杆之间，水平杆通过步进电机控制能沿着垂直杆做上下运动；
柱坐标的实现通过一个电机控制喷头沿着平行于工作圆台的水平杆左右运动；水平杆沿着垂直杆作上下往复运动，使喷头沿着垂直于工作圆台的杆上下往复运动；电动旋转台固定在工作圆台的下方，驱动工作圆台任意角度的旋转。
2.进一步，采用电动旋转平台带动工作圆台作旋转运动，旋转角度为0～360°之间的任意角度。
3.进一步，水平杆件的尺寸为10cm～100cm之间任意尺寸，竖直杆件的尺寸为10cm～100cm之间的任意尺寸，工作幅面形状为长方形或者圆形。若为长方形工作幅面，长宽尺寸在10cm～100cm之间；若为圆形工作幅面，圆盘直径在10cm～100cm之间。
4.进一步，当成型回转体的圆弧特征时，所扫掠的路径为弧线。
本发明的工作原理：电机控制喷头沿着平行于工作圆台的杆件左右运动；另一个电机控制喷头所在的杆，使杆沿着垂直于工作台的杆上下往复运动；电动旋转台驱动工作台任意角度的旋转，其固定在工作圆台的下方。
本发明的结构组成：由喷头滑动机构、工作圆台旋转机构以及杆件机构组成。Z轴方向的两根杆通过支架与底板相连接，底板起到固定和支撑的作用；工作圆台水平放置于上述的两根杆之间，承接成型件；上述两杆通过水平放置的杆件相连，连接件为可上下滑动的传动机构；最后喷头安装于水平杆件上，同时喷头可以沿着水平杆左右运动。
本发明的优势特点：
基于柱坐标式的三维成型工作方法在成型回转体时具有传统X-Y-Z轴式所没有的优势，如附图所示。
当成型回转体的圆弧特征时，图中的弧线为本发明所扫掠的路径，其下方的折线为传统X-Y-Z轴式三维成型方法所扫掠的路径。由此可见，在成型回转体时，两种不同的成型方法所产生的速度、耗材量、表面光滑度均是不一样的。经过计算，本发明形成的基于柱坐标式的三维成型方法，在成型相同弧长的曲线时，其速度是传统X-Y-Z轴式三维成型方法的将近一倍，耗材量也远少于传统的X-Y-Z轴式三维成型方法，并且成型件的表面光滑度也会得到极大的提高。
本发明的技术特征：
1.由电动旋转台控制工作圆台的旋转。
2.通过工作圆台的旋转和喷头沿着杆件的运动，形成柱坐标的运动形式。
附图说明
图1为本发明装置示意图
图中：1、底座，2、电动旋转台，3、工作圆台，4、支架，5、垂直杆，6、水平杆，7、喷头机构，8、电机
具体实施方式
首先有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制。
底座1与垂直杆5通过支架4相固定，电动旋转台2控制工作圆台3旋转，喷头机构7沿着水平杆6左右运动，水平杆6在电机8的控制下沿着垂直杆5做上下运动。

Claims (4)

1.一种柱坐标式的三维成型方法，其特征在于：应用如下装置，该装置底座与垂直杆通过支架相固定，电动旋转台放在底座上控制工作圆台旋转，喷头机构固定在水平杆上能沿着水平杆左右运动，水平杆设置在两根垂直杆之间，水平杆通过步进电机控制能沿着垂直杆做上下运动；
柱坐标的实现通过一个电机控制喷头沿着平行于工作圆台的水平杆左右运动；水平杆沿着垂直杆作上下往复运动，使喷头沿着垂直于工作圆台的杆上下往复运动；电动旋转台固定在工作圆台的下方，驱动工作圆台任意角度的旋转。
2.根据权利要求1所述的一种柱坐标式的三维成型方法，其特征在于：采用电动旋转平台带动工作圆台作旋转运动，旋转角度为0～360°之间的任意角度。
3.根据权利要求1所述的一种柱坐标式的三维成型方法，其特征在于：水平杆件的尺寸为10cm～100cm之间任意尺寸，竖直杆件的尺寸为10cm～100cm之间的任意尺寸，工作幅面形状为长方形或者圆形。若为长方形工作幅面，长宽尺寸在10cm～100cm之间；若为圆形工作幅面，圆盘直径在10cm～100cm之间。
4.根据权利要求1所述的一种柱坐标式的三维成型方法，其特征在于：当成型回转体的圆弧特征时，所扫掠的路径为弧线。
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