CN106182777A - 一种圆柱坐标式3d打印机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种圆柱坐标式3D打印机，属于3D打印机领域。在现有技术供料装置和控制系统基础上对其余部件创新设计，包括：稳固的立柱；由第三电机驱动的沿立柱长度方向直线运动的打印平台；立柱顶部和旋转臂旋转连接，由第一电机驱动旋转臂绕着与立柱长度方向平行的轴线旋转；喷头与旋转臂滑动连接，由第二电机驱动喷头沿着旋转臂的长度方向做直线运动。本发明3D打印机，喷头在空间中按照圆柱坐标系的方式运动，实现了紧凑的结构设计、降低了制造成本。

Description

一种圆柱坐标式3D打印机

技术领域

本发明属于3D打印机领域，特别涉及一种圆柱坐标结构的3D打印机。

背景技术

3D打印机是应用快速成形技术的设备，它以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体，可以构造出传统的去除材料加工技术非常困难甚至无法加工的结构，与互联网技术结合后在某种意义上实现了物体的电子化传递，是极其重要的一种加工设备。

目前3D打印机主要应用在专业领域和工业领域，难以向家庭以及个人推广，主要原因在于为了满足喷头在三维空间运动的要求，传统的3D打印机采用笛卡尔坐标系或者并联臂结构，他们均需要三个移动自由度，结构上就需要三套滑动装置，这样就导致3D打印机体积较大，同时成本也较昂贵，影响了推广和普及，另外现有技术的3D打印机不能折叠且不便于携带。

综上，迫切需要设计一种结构紧凑、成本低廉、可以折叠和便于携带的3D打印机。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中3D打印机体积较大，成本昂贵的问题，提供一种按照圆柱坐标系方式运动的3D打印机。为了实现上述目的，所述的结构如下：

提供一种圆柱坐标式3D打印机，包括供料装置和控制系统，其特征是，立柱111下端与底板112固连；打印平台144与立柱111滑动连接，由第三电机146驱动打印平台144沿着立柱的长度方向做直线运动；立柱111顶端设有旋转臂，立柱111和旋转臂旋转连接，由第一电机123驱动旋转臂绕着与立柱111长度方向平行的轴线旋转；喷头152与旋转臂滑动连接，由第二电机137驱动喷头152沿着旋转臂的长度方向做直线运动；打印平台144工作面的法向与立柱111的长度方向平行。

进一步地，所述的一种圆柱坐标式3D打印机，其特征是，所述的打印平台144与平台支架143固连，平台支架143与滑块142固连，滑块142沿着导轨141滑动，导轨141固定在立柱111侧面。

进一步地，所述的一种圆柱坐标式3D打印机，其特征是，第三电机146与底板112固连，第三电机146的输出轴与第二丝杆145同轴固连，第二丝杆145 与导轨141的长度方向平行，第二丝杆145与固连在平台支架143上的螺母配合。

进一步地，所述的一种圆柱坐标式3D打印机，其特征是，还包括减速机构，减速机构与立柱111固连，第一电机123与立柱111固连，第一电机123驱动减速机构，减速机构的输出轴与旋转臂固连。

进一步地，所述的一种圆柱坐标式3D打印机，其特征是，所述的减速机构是由主动轮通过传动带驱动被动轮转动的减速轮系。

进一步地，所述的一种圆柱坐标式3D打印机，其特征是，立柱111穿过传动带内圈。

进一步地，所述的一种圆柱坐标式3D打印机，其特征是，所述的减速机构是齿轮减速器或者谐波减速器。

进一步地，所述的一种圆柱坐标式3D打印机，其特征是，旋转臂上设有滑台135，滑台135与旋转臂滑动连接，滑台135沿着旋转臂长度方向做直线运动，喷头152与滑台135固定在一起。

进一步地，所述的一种圆柱坐标式3D打印机，其特征是，第二电机137与旋转臂固连，第二电机137的输出轴与第一丝杆136同轴固连，第一丝杆136与旋转臂长度方向平行，第一丝杆136与固连在滑台135上的螺母配合。

进一步地，所述的一种圆柱坐标式3D打印机，其特征是，第二电机137固定在旋转臂的一端，惰轮134a固定在旋转臂的另一端；在第二电机137的输出轴上固连一个驱动轮138；驱动轮138与惰轮134a通过传动带139连接在一起；滑台135与传动带139的一边固连，并且固连的传动带139这个边的运动方向与滑台135的滑动方向平行。

本发明所述的一种圆柱坐标式3D打印机，创新了运动方式，实现了紧凑的结构设计、降低了制造成本。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是圆柱坐标3D打印机运动原理图；

图2-1是3D打印机实例一左前视角的立体视图；

图2-2是3D打印机实例一右后视角的立体视图；

图2-3是3D打印机实例一旋转臂和喷头运动装置的爆炸图；

图2-4是3D打印机实例一底板、升降装置、控制系统和供料装置的爆炸图；

图3-1是3D打印机实例二左前视角的立体视图；

图3-2是3D打印机实例二右后视角的立体视图；

图3-3是3D打印机实例二旋转臂和喷头运动装置的爆炸图；

图3-4是3D打印机实例二支腿、升降装置、控制系统和供料装置的爆炸图；

图3-5是3D打印机实例二平台支架右后视角的爆炸图；

图3-6是3D打印机实例二平台支架左前视角的爆炸图；

图3-7是3D打印机实例二折叠之后左侧视角的视图；

图3-8是3D打印机实例二折叠之后左后视角的视图；

图4-1是携带箱实例一的打开后的立体视图；

图4-2是携带箱实例一收纳3D打印机实例二之后的立体视图；

图4-3是携带箱实例一收纳3D打印机实例二之后右侧视角的视图；

图4-4是携带箱实例一收纳3D打印机实例二之后关盖的视图；

图4-5是携带箱实例一与3D打印机实例二展开后协调工作的示意图；

图5-1是3D打印机实例三折叠之后右前视角的视图；

图6-1是携带箱实例二的打开后的立体视图；

图6-2是携带箱实例二收纳3D打印机实例三之后的立体视图；

图6-3是携带箱实例二与3D打印机实例三(仅示立柱)配合连接的示意图；

图6-4是携带箱实例二与3D打印机实例三(仅示立柱)配合连接的示意图；

图6-5是携带箱实例二收纳3D打印机实例三之后右侧视角的视图；

图6-6是携带箱实例二收纳3D打印机实例三之后关盖的视图；

图6-7是携带箱实例二与3D打印机实例三展开并连接后协调工作的示意图。

图中标记为：

100、3D打印机实例一；101、3D打印机实例二；102、3D打印机实例三；

支撑3D打印机的框架包含如下部件：

111、立柱；111a、固定孔；111b、限位孔；112、底板；113、支腿；114、脚垫；115、紧固件；

3D打印机的旋转臂包含如下部件：

121、基础支架；121A、基础支架；122、从动轮；122a、轴承；122b、驱 动轮；122c、传动带；123、第一电机；123a、第一电机支架；124、旋转支架；124A、旋转支架；125、紧定螺栓；126、管线支架；126A、管线支架；127、减速器；

3D打印机的喷头运动装置包含如下部件：

131、导轨前支架；132、导轨后支架；132A、导轨后支架；133、导轨；134、末端支架；134a、惰轮；135、滑台；136、第一丝杆；136a、第一联轴器；137、第二电机；138、驱动轮；139、传动带；

3D打印机的升降装置包含如下部件：

141、导轨；142、滑块；143、平台支架；144、打印平台；145、第二丝杆；145a、第二联轴器；146、第三电机；146a、第三电机支架；147、平台支架；147a、定位凸缘；148、连接板；148a、定位凹槽；148b、螺柱；149、第一手动紧固件；

3D打印机的供料装置包含如下部件：

151、送丝机；151a、送丝机支架；152、喷头；153、风扇；153a、风扇支架；154、导丝管；155、引丝管；156、打印丝；

3D打印机的控制系统包含如下部件：

161、控制器；162、显示器；163、连接杆；

200、携带箱实例一；201、携带箱实例二；

携带箱箱体包含如下部件：

211、上部箱体；212、下部箱体；213、提手；214、限角器；

携带箱对打印机的支撑装置包含如下部件：

221、第一支撑块；222、第二支撑块；223、第三支撑块；224、第四支撑块；225、第五支撑块；228、第六支撑块；221a、第一弹性块；222a、第二弹性块；223a、第三弹性块；224a、第四弹性块；225a、第五弹性块；228a、第六弹性块；226、第七弹性块；227、第八弹性块；

携带箱对打印机的固定装置包含如下部件：

231、第二手动紧固件；232、底座；232a、第三手动紧固件；

携带箱中打印卷材的存储结构包含如下部件：

241、芯轴；242、打印卷材；243、第四手动紧固件；

携带箱中的能量存储结构包含如下部件：

251、蓄电池。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术结构有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。

本发明3D打印机采用圆柱坐标结构，如图1所示，喷头在空间拥有三个自由度，分别是沿着旋转臂的长度方向的往复直线运动、打印平台沿着立柱长度方向的往复直线运动以及喷头围绕立柱的往复旋转运动。这种运动方式使得运动结构集中在立柱和悬臂上，便于实现紧凑的设计和较低的成本。下面对本发明具体的实施例进行详细的介绍，为了便于3D打印机实例的表达，凡涉及3D打印机方位的描述，引用的方位词的定义以图1所示的为准。

具体地说，

3D打印机实例一100：

如图2-1和图2-4所示，框架包括立柱111和底板112，立柱111是沿着上下方向拉伸的截面是矩形的条状物体，一端固定在底板112，另一端设有基础支架121。

3D打印机升降装置，包括导轨141、滑块142、平台支架143、打印平台144和电机驱动机构组成。导轨141是直线导轨，固定在立柱111前部的表面上，与立柱111长度方向平行，滑块142在导轨141上滑动，滑块142前部表面与其滑动的方向平行。平台支架143从左侧看是“L”形的悬臂结构，后部的平面与滑块142前部的表面配合并固定在一起，上部与打印平台144固连在一起，打印平台144上表面与平台支架143后部的平面相互垂直，这样打印平台144沿着导轨141引导的直线方向移动，打印平台144工作面的法向与立柱111的长度方向平行。为了打印平台144的运动可控，第三电机146通过第三电机支架146a固定在立柱111前部的表面上，第三电机146优选步进电机，第二丝杆145通过第二联轴器145a与第三电机146输出轴同轴连接，第二丝杆145与导轨141方向平行，第二丝杆145与固定在平台支架143左侧的螺母配合，实现了将第三电机146的转动转换为打印平台144的移动。

3D打印机的旋转臂，立柱111顶端设有旋转臂，两者旋转连接，由第一电机123驱动旋转臂绕着与立柱111长度方向平行的轴线旋转，具体介绍如下，如图2-2和图2-3所示，基础支架121是长方体形状，前部设有沿上下方向贯穿上下表面的圆孔，圆孔的两端各设有用来装配轴承122a的台阶，后部与立柱111 结合在一起，作为优选，基础支架121后部设有沿上下方向贯穿上下表面的阶梯孔，螺栓穿过此孔紧固在立柱111上部的螺纹孔中，且螺栓头部沉入其中。从动轮122呈圆柱形，其圆周面与传动带122c配合，圆柱形的中心沿法向拉伸一个直径较小的圆柱作为输出轴，输出轴分别穿过基础支架121前部的两个轴承122a再插入旋转支架124中部的孔内，从动轮122输出轴的轴线与立柱111长度方向平行，旋转支架124中部的孔侧向有径向贯穿的螺纹孔，紧定螺栓125装配在这个螺纹孔中顶紧在从动轮122输出轴的圆周面上，为了连接可靠，被紧定螺栓125顶紧的从动轮122输出轴的圆周面处是一个小平面。第一电机123通过第一电机支架123a固定在立柱111的后面，第一电机123优选步进电机，其输出轴与从动轮122轴线平行并设有驱动轮122b，驱动轮122b与从动轮122通过传动带122c传递转动，为了两者传动精确无回差，优选齿形带传动的方式且传动比大于1，这样，驱动轮122b、从动轮122与传动带122c构成了减速机构。为了结构的紧凑，作为优选，立柱111穿过传动带122c内圈。

3D打印机喷头运动装置，喷头152与旋转臂滑动连接，由第二电机137驱动喷头152沿着旋转臂的长度方向做直线运动，喷头152固定在滑台上，滑台沿着旋转臂上的导轨133引导的直线方向滑动，此方向与旋转臂的旋转轴线垂直，第二电机137的旋转运动通过固定传动比的机构传递并转换为滑台的直线运动，具体介绍如下，如图2-1至图2-3所示，旋转支架124是以“凹”字形为截面的拉伸体，缺口位于前部为方形，紧定螺栓125紧固后其头部位于旋转支架124前部的缺口中，这样就避免了与导轨前支架131干涉，中部设有一个沿着上下方向贯穿的圆孔与从动轮122的输出轴配合连接。导轨前支架131的下部与旋转支架124前部固连，上部的左右两侧各设有沿前后方向贯穿表面的圆孔；导轨后支架132的下部与旋转支架124后部固连，其上部的左右两侧设有沿前后方向贯穿表面的圆孔，这两个圆孔与导轨前支架131前支架上部的圆孔在沿着前后方向的投影完全相同；导轨133分别穿过导轨前支架131和导轨后支架132上部的圆孔，圆孔与导轨133的径向有微小的间隙，并且圆孔的侧面有沿径向贯穿的弹性缝，紧固弹性缝后使得圆孔紧紧抱住导轨133，使得导轨前支架131和导轨后支架132与导轨133固连在一起，导轨133中两个直线圆柱导轨相互平行，且引导的方向与从动轮122的输出轴垂直。滑台135在导轨133上顺畅的滑动，下部设有喷头152，为了对喷头152冷却，风扇153通过风扇支架153a固定在滑台135侧面。导轨133由两个直线圆柱导轨组成，为了增加刚 度，将导轨133的前部通过末端支架134固连在一起。导轨后支架132左侧还设计有5个沿前后方向贯穿的圆孔，用来固定第二电机137，第二电机137优选步进电机，第一丝杆136通过第一联轴器136a与第二电机137输出轴连接，第二电机137输出轴与导轨133平行，第一丝杆136与导轨133平行，第一丝杆136与固定在滑台135左侧的螺母配合，实现了将第二电机137的转动转换为滑台135的沿着导轨133引导的方向移动。

为了获得紧凑的结构，作为优选，如图2-1至图2-4所示，将现有技术的控制器161设计为长方体形状，固定在立柱111后部第一电机123下部的空间，显示器162通过连接杆163固定在控制器161的后部，实现人机交互；本发明实例中送丝机151未与喷头152集成在一起，这样可以降低滑台135运动的质量，有利于提高打印速度和精度。将现有技术的送丝机151，通过送丝机支架151a固定在立柱111后部控制器161下部的空间，送丝机151与喷头152通过导丝管154连接，送丝机151底部与引丝管155旋转连接，引丝管155将打印丝156顺畅的导向送丝机151中，由于送丝机151位置低，当其通过引丝管155拉拽打印丝156时，反作用在立柱111上的倾覆力矩较小，减小了打印时的震动，也提高了打印精度。又由于3D打印机上部是旋转的，第二电机137等部件需要的线束和导丝管154需要可靠的约束，避免与运动件干涉或者磨破。旋转支架124左右两侧各固定管线支架126A和管线支架126，两个支架外侧各设有一个沿着上下方向贯穿的长孔用于管线的穿过，由于第一丝杆136布置在左侧，为了避免与管线干涉，如图2-1所示，管线支架126A设计的较长，使得管线位于第一丝杆136的左侧。

3D打印机实例二101：

在3D打印机实例一100的基础上，对底板和平台支架创新设计使3D打印机实现了折叠的功能；对旋转臂和喷头运动装置的改变可以实现另外一种紧凑的结构；增加喷头的数量又使3D打印机实现了支撑打印、多彩和多种材料打印等功能。

具体的说，使用至少3个长条状的支腿113，立柱111底部与支腿113的一端旋转连接，旋转的轴线与立柱111长度方向平行，作为优选，如图3-4所示，使用三个支腿113，均为长条形，其一端的底面设有位于最低处的脚垫114，另一端设有沿上下方向贯穿表面的阶梯孔，紧固件115穿过阶梯孔旋紧在立柱111底部的螺纹孔中，紧固件115头部沉入阶梯孔中，不会影响脚垫114的支撑， 由于3D打印机前后方向较长，后部的支腿113可以较前面的支腿113短。如图3-1和图3-2所示，松开紧固件115，展开三个支腿113后，使得3D打印机的重心沿铅垂线投影位于支腿113支撑的区域内，旋紧紧固件115实现对打印机稳固的支撑；如图3-7和图3-8所示，松开紧固件115，将三个支腿113沿各自的旋转轴线旋转收拢，收拢成一束，支腿113收拢的轴线方向与立柱111顶端的旋转臂平行，并旋紧紧固件115实现对打印机支腿113的折叠。

打印平台144的折叠结构使得打印平台144及支撑它的平台支架147一起围绕一个轴线旋转，此轴线固定在滑块142上与立柱111长度方向垂直，且这个轴线与打印平台144的工作面平行，作为优选，如图3-4至图3-6所示，平台支架147从右侧看是“L”形的悬臂结构，上部与打印平台144固连在一起，后部设有与连接板148前部配合平面，打印平台144上表面与平台支架143后部的配合平面相互垂直。平台支架147后部的平面中间设有沿前后方向贯穿的圆孔，连接板148前部平面的中间设有沿前后方向向前延伸的螺柱148b，螺柱148b穿过平台支架147后部的平面中的圆孔，为了便于操作，使用第一手动紧固件149旋紧螺柱148b后实现了平台支架147与连接板148的固连，第一手动紧固件149中部是螺母两侧沿径向设有蝶形旋钮；连接板148后部设有与滑块142前部表面配合的平面，此平面与连接板148前部平面平行，连接板148与滑块142固连在一起，连接板148左侧设有与第二丝杆145配合的螺母；旋松第一手动紧固件149后，可以对打印平台144和平台支架一起围绕连接板148上的螺柱旋转，旋紧第一手动紧固件149后可以使打印平台144固定在旋转后的位置。当打印机工作时，打印平台144的工作面法向需要位于与立柱111的长度方向平行的位置；当打印机折叠时，打印平台144的工作面需要位于与立柱111的长度方向垂直的位置。两个状态相差90°，为了非常方便的达到这两个位置，在这两个位置均设计周向定位。作为优选，如图3-5和图3-6所示，平台支架147后部配合的平面上，设有截面是三角形的过中间圆孔中心并沿圆孔径向延伸的定位凸缘147a，沿着圆孔轴向看凸缘147a呈“一”字形，定位凸缘147a两端分别延伸至所处平面的边缘；连接板148前部配合的平面上，设有截面是三角形的过中间螺柱中心并沿螺柱径向延伸的定位凹槽148a，定位凹槽148a设置两条呈90°设置，沿着螺柱轴向看定位凹槽148a呈“十”字形，每个定位凹槽148a两端分别延伸至所处平面的边缘。为了获得较好的工艺性在凸缘147a的和定位凹槽148a的尖角处倒圆角。

显示器162集成了人机交互功能，在3D打印机工作状态时需要面向操纵者，即面向前方，为了在非工作状态可以折叠到后部节省空间，作为优选，如图3-2和图3-8所示，显示器162上部与连接杆163的一端转动连接，连接杆163另一端固定在控制器161后部，连接杆163中部设有一个转动自由度，其转动的轴线与立柱111长度方向平行，与显示器162上部的转动轴垂直。

3D打印机旋转臂结构还可以有另外的方案，具体介绍如下，如图3-1至图3-3所示，基础支架121A是长方体形状，前部设有5个沿上下方向贯穿上下表面的圆孔，中部的大圆孔供减速器127输出轴及台阶伸出，周围的4个圆孔是台阶孔，螺栓穿过后固定减速器127且螺栓头部沉入其中，基础支架121A后部设有沿上下方向贯穿上下表面的阶梯孔，螺栓穿过此孔紧固在立柱111上部的螺纹孔中，且螺栓头部沉入其中。第一电机123的输出端端面与减速器127输入端端面连接在一起，电机优选步进电机，减速器127优选齿轮减速器或谐波减速器，减速器127固定在基础支架121A前部，减速器127输出轴的轴线与立柱111长度方向平行，减速器127输出轴插入旋转支架124A中部的孔内，旋转支架124A中部的孔侧向有径向贯穿的螺纹孔，紧定螺栓125装配在这个螺纹孔中顶紧在减速器127输出轴的圆周面上，为了连接可靠，被紧定螺栓125顶紧的减速器127输出轴的圆周面处是一个小平面。

3D打印机喷头运动装置还可以有另外的方案，具体介绍如下，如图3-1至图3-3所示，旋转支架124A是以“凹”字形为截面的拉伸体，缺口位于前部为方形，紧定螺栓125紧固后其头部位于旋转支架124A前部的缺口中，这样就避免了与导轨前支架131干涉，中部设有一个沿着上下方向贯穿的圆孔与减速器127输出轴配合连接；旋转支架124A后部设有5个沿上下方向贯穿上下表面的圆孔，中部的大圆孔供第二电机137输出轴及台阶伸出，周围的4个圆孔是台阶孔，螺栓穿过后固定第二电机137且螺栓头部沉入其中。导轨前支架131的下部与旋转支架124A前部固连，上部的左右两侧各设有沿前后方向贯穿表面的圆孔；导轨后支架132A的下部与旋转支架124A后部固连，其上部的左右两侧设有沿前后方向贯穿表面的圆孔，这两个圆孔与导轨前支架131前支架上部的圆孔在沿着前后方向的投影完全相同；导轨133分别穿过导轨前支架131和导轨后支架132A上部的圆孔，圆孔与导轨133的径向有微小的间隙，并且圆孔的侧面有沿径向贯穿的弹性缝，紧固弹性缝后使得圆孔紧紧抱住导轨133，使得导轨前支架131和导轨后支架132A与导轨133固连在一起，导轨133由两个直线 圆柱导轨组成，相互平行且引导的方向与减速器127输出轴平行。滑台135在导轨133上顺畅的滑动，下部设有喷头152，为了对喷头152冷却，风扇153通过风扇支架153a固定在滑台135右侧。导轨133是由两个直线圆柱导轨组成，为了增加刚度，将导轨133的前部通过末端支架134固连在一起，末端支架134从前方看呈“凹”字形，缺口处设有惰轮134a，其转轴与第二电机137输出轴平行，第二电机137输出轴设有驱动轮138，传动带139套设在驱动轮138与惰轮134a的圆周上，为了驱动轮138与传动带139的传动精确无回差，优选齿形带传动的方式。滑台135与传动带139的一边固连，并且固连的传动带139这个边的运动方向与滑台135的滑动方向平行。实现了将第二电机137的转动转换为滑台135沿着导轨133引导的方向移动。

3D打印机多喷头设计可以实现同时打印多种材料和多种颜色，扩大了打印范围、丰富了打印效果，本发明可以实现多喷头的紧凑设计，以双喷头设计为例，如图3-1至图3-4、图3-7和图3-8所示，两个喷头152固定在滑台135底部；工装状态时，每个喷头152底部的挤出口至打印平台144的距离相同。每个喷头152与各自配合的送丝机151通过导丝管154连接在一起。送丝机151通过支架151a固定在立柱111后部位于控制器161下面的空间，合理的利用了这里空余空间，为了避免导丝管154均从一侧引出而产生干涉，上下相邻的送丝机151导丝管154连接处的位置相反，作为优选，上部的送丝机151的导丝管154连接处的位置布置在右侧，与之相邻的下面的送丝机151的导丝管154连接处的位置布置在左侧。

此结构描述的3D打印机实例二101，结构紧凑，可以实现折叠，如图3-7和图3-8所示，将打印平台144、支腿113、显示器162和引丝管155调整到折叠位置后，整个3D打印机是较扁的立方体，空间利用率高、结构非常紧凑。

如本发明上述的3D打印机实例二101具有折叠功能，折叠后的结构非常紧凑，这样就具有了便携性的属性，基于此设计专用的携带箱用于容纳或携带。下面对本发明关于携带箱具体的实施例进行详细的介绍，为了便于携带箱实例的表达，凡涉及携带箱方位的描述，引用的方位词的定义以图4-1所示的为准。

携带箱实例一200：

为了3D打印机的携带更加便利，在3D打印机实例二101的基础上配套设计携带箱，携带箱的设计需要将折叠后的3D打印机稳固可靠的约束在携带箱的内部，不会因为运输过程的颠簸和震动使打印机部件晃动；进一步的携带箱还 需要集成打印卷材，这样省去了额外携带的不便；更进一步的携带箱还需要集成蓄电池，这样在无固定电源或者在野外的情况下3D打印机仍可以工作。

箱体包括上部箱体211和下部箱体212，上部箱体211和下部箱体212配合形成一个空间，这个空间用于容纳支腿113处于收拢状态且打印平台144处于折叠状态的3D打印机。具体的说，如图4-1所示，箱体由上部箱体211和下部箱体212组成，两者在边缘旋转连接，上部箱体211绕这个旋转轴实现箱体的打开与闭合，上部箱体211和下部箱体212闭合后内部形成一个较扁的立方体，空间足够容纳折叠后的3D打印机实例二101；为了便于携带，在上部箱体211上部设置一个供手拎的提手213；为了避免上部箱体211打开的角度过大占用过多的空间，需要对限制开启角度，限角器214是较柔软的绳，其两端分别固定在上部箱体211和下部箱体212同侧的内壁上，随着上部箱体211打开一定角度时限角器214会绷紧，从而限制了开启角度，本实施例箱体两侧各使用一个限角器214。

为了将折叠后的3D打印机稳固可靠的支撑和固定，支撑装置由支撑块、弹性块和第二手动紧固件231组成，支撑块与下部箱体212内表面固定在一起，支撑块顶部设有弹性块，弹性块支撑3D打印机；固定装置结构如下，第二支撑块222上表面中心设有沿法向向下延伸的螺纹孔，立柱111上设有贯穿的固定孔111a，第二手动紧固件231的螺柱穿过立柱111的固定孔111a旋入第二支撑块222的螺纹孔中。具体的说，如图3-7和图3-8所示，需要对3D打印机以下几处的自由度进行限制：旋转臂的两端沿着打印平台144平面法向的移动自由度；立柱远离旋转臂的一端沿着打印平台144平面法向的移动自由度；3D打印机沿打印平台144平面方向的两个自由度；3D打印机绕打印平台144平面法向的旋转自由度；这样3D打印机在空间中的6个自由度全部约束。为了防止颠簸状态下，旋转臂沿着立柱方向抖动、支腿甩动以及打印平台的晃动，还需要在旋转臂、支腿处及打印平台处增加过约束。结合携带箱实例一200描述如下，如图4-1和图4-2所示，第一支撑块221至第五支撑块225与下部箱体212内表面固连在一起，第一弹性块221a至第五弹性块225a固连在对应支撑块的支撑面上，并位于支撑面与3D打印机之间，起到防磕碰和均匀约束力的作用。当折叠后的3D打印机放入携带箱中时，第一支撑块221支撑在导轨133远离第二电机137的一端侧面；第三支撑块223支撑在第二电机137的侧面；第四支撑块224支撑在立柱111和第三电机146的侧面，第四支撑块224前后还各设有一个侧 向块，侧向块间的距离刚好可以容纳立柱111和第三电机146；如图3-4所示，在基础支架121A与第三电机146之间的立柱111上，设有沿打印平台144平面法向贯穿的固定孔111a，收纳时，固定孔111a位置对应第二支撑块222上部的螺纹孔，第二支撑块222支撑在立柱111侧面(过约束)，第二手动紧固件231一端是螺纹端，另一端是直径较大的手柄，第二手动紧固件231穿过固定孔111a旋入第二支撑块222的螺纹孔中，实现了折叠后的3D打印机在携带箱中的六自由度约束。为了使各支撑点压紧力平均，第一支撑块221至第四支撑块224与折叠后的3D打印机对应支撑点的距离相同，并且第一弹性块221a至第四弹性块224a厚度相同。为了避免旋转臂沿着立柱方向抖动，第一支撑块221左右还各设有一个侧向块，侧向块间的距离刚好可以容纳导轨133；为了避免支腿甩动，增加第五支撑块225，其左右方向各设有一个侧向块，侧向块间的距离刚好可以容纳支腿，在上部箱体211闭合时对应的支腿的位置设有一个第八弹性块227，当携带箱闭合时，第八弹性块227将支腿压紧在第五支撑块225上的弹性块225a上，避免了支腿的甩动；为了避免打印平台144的晃动在下部箱体212与打印平台143之间设置第七弹性块226，在上部箱体211闭合时对应的打印平台144的位置也设有第七弹性块226，当携带箱闭合时，上部的第七弹性块226将打印平台144压紧在下部的第七弹性块226之间，避免了打印平台144的晃动。

携带箱还可以集成打印卷材，这样省去了额外携带的不便，打印卷材242与箱体内壁旋转固连，如图4-1所示，下部箱体212内表面向上设置一个圆柱形芯轴241，其直径略小于打印卷材242的内径，其高度略高于打印卷材242的厚度，芯轴241顶部中心设有沿轴向向内延伸的螺纹孔，第四手动紧固件243一端是螺纹端，另一端是直径较大的手柄，第四手动紧固件243旋入圆柱形芯轴241顶部的螺纹孔中，将打印卷材242固定在圆柱形芯轴241上并可以顺畅的旋转。本实施例可以包含两套打印卷材242，可以很自然的推导，携带箱按照制造的尺寸不同可以容纳一个或一个以上的打印卷材242。为了提升空间利用率，如图4-2所示，打印平台144的工作平面与其转动折叠的轴线不重合，折叠后打印平台144与下部箱体212之间就存在一个空间，优选将打印卷材242固定在这个空间内。

携带箱还可以集成蓄电池，这样在无固定电源或者在野外的情况下3D打印机仍可以工作，如图4-1所示，蓄电池251固定在下部箱体212内表面，作为优选，蓄电池251固定在打印平台144与下部箱体212之间的空间，第七弹性块 226固定在蓄电池251的上表面。

携带箱内部的空间应用充分，如图4-2和图4-3所示，折叠后的3D打印机可以非常工整紧凑的放入携带箱中，在折叠后的3D打印机与下部箱体212之间还合理的设置了打印卷材242和蓄电池251；如图4-4所示，携带箱闭合后，可以非常方便的携带。当携带至目标位置后，如图4-5所示，将3D打印机取出后展开至工作状态放置在携带箱附近，连接固定电源或者蓄电池，再将携带箱中的打印丝连接至送丝机151内就可以开展打印任务了。

携带箱实例二201：

在3D打印机实例二101和携带箱实例二200和基础上，当打印机工作时将立柱111与箱体固连在一起，这样可以取消3D打印机的支腿，使得结构变得更紧凑。

具体的说，如图5-1所示，在3D打印机实例二101的基础上取消所有支腿113、相应的紧固件和与紧固件配合的螺纹孔，立柱111远离基础支架121A的一端延伸出一定长度，不被3D打印机其余部件阻挡，即3D打印机实例三102。

在携带箱实例二200的基础上做以下更改，如图6-1所示，由于所携带的打印机实例三102取消了支腿113结构并加长了立柱111，故携带箱取消第五支撑块225、第五弹性块225a和第八弹性块227；将第四支撑块224和第四弹性块224a的支撑位置更改到立柱111远离基础支架121A一端的侧面，即变为第六支撑块228和弹性块228a，第六支撑块228前后还各设有一个侧向块，侧向块间的距离刚好可以容纳立柱111。底座232是长方体，底座232底面与下部箱体212内壁固连，底座232顶面中心设有截面为矩形向底座232内部拉伸的方槽，立柱111末端插入这个方槽内有微小的径向间隙，可以方便的插拔，这样打印机实例三102就可以将立柱111插入底座232实现固定。

为了立柱111和底座232固定的更可靠，减小打印过程的晃动，在底座232的方槽侧壁设置贯穿的螺纹孔，如图5-1、图6-1、图6-3和图6-4所示，作为优选，这个螺纹孔开在底座232的前部，第三手动紧固件232a一端是螺柱，另一端是直径较大的手柄，第三手动紧固件232a旋入底座232的方槽侧面的螺纹孔中，压紧立柱111的侧壁，作为优选，在立柱111相应的压紧位置设置一个限位孔111b，限位孔111b是盲孔，其内径较第三手动紧固件232a的螺柱外径大。

为了确保打印机实例三102装配在底座232上能与打印卷材242顺畅连接，作为优选，如图6-1所示，打印卷材242贴近底座232前方放置，蓄电池251 布置在打印卷材242的前部，第三手动紧固件232a螺柱加长，使得手柄位于打印卷材242与蓄电池251之间，便于操作。

携带箱内部的空间应用充分，如图6-2和图6-5所示，折叠后的3D打印机可以非常工整紧凑的放入携带箱中，在折叠后的3D打印机与下部箱体212之间还合理的设置了底座232、第三手动紧固件232a、打印卷材242和蓄电池215；如图6-6所示，携带箱闭合后，可以非常方便的携带。当携带至目标位置后，如图6-7所示，将3D打印机取出后将立柱插入底座232中并使用第三手动紧固件232a紧固，连接固定电源或者蓄电池，再将携带箱中的打印丝连接至送丝机151内就可以开展打印任务了。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种圆柱坐标式3D打印机，包括供料装置和控制系统，其特征是，

立柱(111)下端与底板(112)固连；

打印平台(144)与立柱(111)滑动连接，由第三电机(146)驱动打印平台(144)沿着立柱的长度方向做直线运动；

立柱(111)顶端设有旋转臂，立柱(111)和旋转臂旋转连接，由第一电机(123)驱动旋转臂绕着与立柱(111)长度方向平行的轴线旋转；

喷头(152)与旋转臂滑动连接，由第二电机(137)驱动喷头(152)沿着旋转臂的长度方向做直线运动；

打印平台(144)工作面的法向与立柱(111)的长度方向平行。

2.根据权利要求1所述的一种圆柱坐标式3D打印机，其特征是，所述的打印平台(144)与平台支架(143)固连，平台支架(143)与滑块(142)固连，滑块(142)沿着导轨(141)滑动，导轨(141)固定在立柱(111)侧面。

3.根据权利要求2所述的一种圆柱坐标式3D打印机，其特征是，第三电机(146)与底板(112)固连，第三电机(146)的输出轴与第二丝杆(145)同轴固连，第二丝杆(145)与导轨(141)的长度方向平行，第二丝杆(145)与固连在平台支架(143)上的螺母配合。

4.根据权利要求1所述的一种圆柱坐标式3D打印机，其特征是，还包括减速机构，减速机构与立柱(111)固连，第一电机(123)与立柱(111)固连，第一电机(123)驱动减速机构，减速机构的输出轴与旋转臂固连。

5.根据权利要求4所述的一种圆柱坐标式3D打印机，其特征是，所述的减速机构是由主动轮通过传动带驱动被动轮转动的减速轮系。

6.根据权利要求5所述的一种圆柱坐标式3D打印机，其特征是，立柱(111)穿过传动带内圈。

7.根据权利要求4所述的一种圆柱坐标式3D打印机，其特征是，所述的减速机构是齿轮减速器或者谐波减速器。

8.根据权利要求1所述的一种圆柱坐标式3D打印机，其特征是，旋转臂上设有滑台(135)，滑台(135)与旋转臂滑动连接，滑台(135)沿着旋转臂长度方向做直线运动，喷头(152)与滑台(135)固定在一起。

9.根据权利要求8所述的一种圆柱坐标式3D打印机，其特征是，第二电机(137)与旋转臂固连，第二电机(137)的输出轴与第一丝杆(136)同轴固连，第一丝杆(136)与旋转臂长度方向平行，第一丝杆(136)与固连在滑台(135)上的螺母配合。

10.根据权利要求8所述的一种圆柱坐标式3D打印机，其特征是，第二电机(137)固定在旋转臂的一端，惰轮(134a)固定在旋转臂的另一端；

在第二电机(137)的输出轴上固连一个驱动轮(138)；

驱动轮(138)与惰轮(134a)通过传动带(139)连接在一起；

滑台(135)与传动带(139)的一边固连，并且固连的传动带(139)这个边的运动方向与滑台(135)的滑动方向平行。