CN106217874A - 一种四轴三维打印机 - Google Patents

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攸潇潇
刘凯歌
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攸潇潇
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE 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
    • B33Y30/00Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor

Abstract

本发明公开了一种四轴三维打印机,包括框架组件(1)、框架组件(1)顶部的材料盘(5)、可绕Z轴旋转的平台旋转组件(2)、可以灵活自如运动的曲柄连杆式喷头组件(3)以及带动喷头组件(3)沿Z轴移动的喷头移动组件(4);平台旋转组件(2)、曲柄连杆式喷头组件(3)以及喷头移动组件(4)协调运动,实现高效率高精度的三维打印;本发明可以消除“台阶效应”,提高打印斜面的表面质量;对于圆截面零件的加工效率高,控制简单。

Description

一种四轴三维打印机
技术领域
[0001]本发明涉及一种三维打印机,具体是一种四轴三维打印机,属于快速成型制造技术领域。
背景技术
[0002]熔融沉积具有维护成本低,安全可靠、无废料等优点,被广泛应用于产品开发、快速模具制作、医疗器械的设计开发及人体器官的原型制作,代表着快速成型制造技术的一个重要发展方向。
[0003]市面上现有三维快速成型机的平台通常只有三个自由度,通过平台相对于打印喷头X、Y、Z轴三个方向的移动熔融沉积出所需零件。该种快速成型机有两个明显的缺点:一方面平台相对于喷头只能移动,加工效率低;另一方面,在制作有斜面的零件时,由于切片厚度的存在,在成型后的实体表面会出现“台阶效应”,严重影响产品的表面精度。
[0004]目前解决这个问题大多采用自适应分层方法,根据成形零件表面的曲率和斜率来自动调整切片厚度,从而得到高品质的光滑表面。利用自适应分层,可以使得“台阶效应”变弱,但使其层数增多,成型时间增加;并且不能完全消除“台阶效应”,对于表面精度要求很高的零件,在零件打印完成后,还需要后期处理,这无疑增加了加工的成本和时间。
发明内容
[0005]针对上述现有技术存在的问题,本发明提供一种四轴三维打印机,不仅能够消除“台阶效应”、加工表面质量良好的斜面,同时还能大大提高圆截面零件的加工效率,降低控制难度。
[0006]为了实现上述目的,本发明采用的技术方案是:一种四轴三维打印机,包括框架组件、框架组件顶部的材料盘、绕Z轴旋转的平台旋转组件、可以灵活自如运动的曲柄连杆式喷头组件以及带动喷头组件沿Z轴移动的喷头移动组件;平台旋转组件、曲柄连杆式喷头组件以及喷头移动组件协调运动,实现高效率高精度的三维打印;
所述的框架组件由侧板、底板、前板、后板以及顶板组成;各板通过螺栓连接,组合成三维打印机的外部框架;
所述的平台旋转组件包括平台旋转电机、转台轴承、平台旋转套轴以及打印平台;转台轴承的内外圈分别与打印平台和框架底板螺栓连接,平台旋转套轴一端与打印平台通过花键连接,另一端与平台旋转电机的输出轴键连接,平台旋转电机通过螺栓固定在框架底板上;电机输出轴通过平台旋转套轴带动打印平台旋转,为打印平台提供一个绕Z轴旋转的自由度;
所述的曲柄连杆式喷头组件包括曲柄架、曲柄电机、曲柄套轴、曲柄、曲柄轴向套筒、曲柄带边轴承、连杆电机、连杆以及挤出器;曲柄架有两个,其中一个通过螺栓固定曲柄电机,另一个通过螺栓固定曲柄带边轴承;曲柄套轴的一侧与曲柄电机的输出轴键连接并轴向定位,另一侧与曲柄一端通过花键连接并通过曲柄轴向套筒定位;曲柄的另一端通过螺栓固定连杆电机,连杆一端与连杆电机的输出轴键连接,另一端与挤出器螺栓连接;曲柄电机的输出轴通过曲柄套轴带动曲柄旋转,连杆电机的输出轴通过连杆带动挤出器旋转,从而构成一个可以在平面中自如运动曲柄连杆式喷头组件。
[0007]所述的喷头移动组件包括移动电机固定块、喷头移动电机、联轴器、滚珠丝杠、直线滑轨、曲柄架固定块、直线滑块、丝杠轴承固定块以及丝杠轴承;移动电机固定块、丝杠轴承固定块以及直线滑轨均通过螺栓固定在框架侧板上,喷头移动电机通过螺栓固定在移动电机固定块上,丝杠轴承固定在丝杠轴承固定块上;联轴器两端分别连接喷头移动电机和滚珠丝杠,滚珠丝杠的另一端穿过曲柄架固定块上的丝杠螺母与丝杠轴承相连;曲柄架固定块与直线滑块通过螺栓固定的同时,又与曲柄架螺栓连接;喷头移动电机输出轴的转动经丝杠螺母副转换成曲柄架固定块沿直线滑轨的移动,从而带动曲柄连杆式喷头组件沿Z轴移动。
[0008]所述的打印平台的轴线位于挤出器的挤出头的运动平面内。
[0009]所述的框架组件的侧板嵌入固定的有机玻璃板,前板嵌入活动的有机玻璃板,以便于观察和取样。
[0010]所述的绕Z轴旋转的打印平台的形状为圆形。
[0011]与现有的三自由度打印机相比,本发明的打印平台相对喷头具有沿Z轴移动和绕Z轴旋转两个运动自由度,同时喷头在曲柄连杆带动下可在平面内自如运动,实现四自由度快速成型,在铺设斜面时灵活调整喷头位置与角度,使打印方向与成型方向始终一致,以消除“台阶效应”,得到表面质量较好的斜面零件;还能在铺设圆截面零件时,选择最佳的铺设方式,大大提高铺设效率;本发明还能降低运动控制的难度。
附图说明
[0012]图1为本发明实施例提供的四轴三维打印机原理示意图;
图中:1、框架组件,2、平台旋转组件,3、曲柄连杆式喷头组件,4、喷头移动组件,5、材料盘。
[0013]图2为本发明实施例提供的框架组件原理示意图;
图中:1.1、侧板,1.2、底板,1.3、前板,1.4、后板,1.5、顶板。
[0014]图3为本发明实施例提供的平台旋转组件原理示意图;
图中:2.1、平台旋转电机,2.2、转台轴承,2.3、平台旋转套轴,2.4、打印平台。
[0015]图4为本发明实施例提供的曲柄连杆式喷头组件原理示意图;
图中:3.1、曲柄架,3.2、曲柄电机,3.3、曲柄套轴,3.4、曲柄,3.5、曲柄轴向套筒,3.6、曲柄带边轴承,3.7、连杆电机,3.8、连杆,3.9、挤出器。
[0016]图5为本发明实施例提供的喷头移动组件原理示意图;
图中:4.1、移动电机固定块,4.2、喷头移动电机,4.3、联轴器,4.4、滚珠丝杠,4.5、直线滑轨,4.6、曲柄架固定块,4.7、直线滑块,4.8、丝杠轴承固定块,4.9丝杠轴承。
[0017]图6为本发明实施例的运动自由度示意图。
具体实施方式
[0018]下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
[0019]请参阅图1,是本发明实施例提供的一种四轴三维打印机原理示意图,它包括框架组件1、框架I组件顶部的材料盘5、绕Z轴旋转的平台旋转组件2、可以灵活运动的曲柄连杆式喷头组件3以及带动喷头组件3沿Z轴移动的喷头移动组件4;平台旋转组件2、曲柄连杆式喷头组件3以及喷头移动组件4协调运动,实现高效率高精度的三维打印;
请参阅图2,是本发明实施例提供的一种四轴三维打印机框架组件原理示意图,它包括侧板1.1、底板1.2、前板1.3、后板1.4以及顶板1.5;各板通过螺栓连接,组合成四轴三维打印机的外部框架;
所述的框架组件I的侧板1.1嵌入透明的有机玻璃,前板1.3嵌入活动的有机玻璃板,以便于观察和取样。
[0020]请参阅图3,是本发明实施例提供的一种四轴三维打印机平台旋转组件原理示意图,它包括平台旋转电机2.1、转台轴承2.2、平台旋转套轴2.3以及打印平台2.4;转台轴承
2.2的内外圈分别与打印平台2.4和框架底板1.2螺栓连接,平台旋转套轴2.4一端与打印平台2.4通过花键连接,另一端与平台旋转电机2.1的输出轴键连接,平台旋转电机2.1通过螺栓固定在框架底板1.2上;电机输出轴通过平台旋转套轴2.3带动打印平台2.4旋转,为打印平台2.4提供一个绕Z轴旋转的自由度;
所述的打印平台2.4的形状为圆形。
[0021]请参阅图4和图6,是本发明实施例提供的一种四轴三维打印机曲柄连杆式喷头组件原理示意图,它包括曲柄架3.1、曲柄电机3.2、曲柄套轴3.3、曲柄3.4、曲柄轴向套筒3.5、曲柄带边轴承3.6、连杆电机3.7、连杆3.8以及挤出器3.9;曲柄架3.1有两个,其中一个通过螺栓固定曲柄电机3.2,另一个通过螺栓固定曲柄带边轴承3.6;曲柄套轴3.3—侧与曲柄电机3.5的输出轴键连接并轴向定位,另一侧与曲柄3.4的一端花键连接并通过曲柄轴向套筒3.5定位;曲柄3.4的另一端通过螺栓固定连杆电机3.7,连杆3.8的一端与连杆电机3.7的输出轴键连接,另一端与挤出器3.9螺栓连接;曲柄电机3.2的输出轴通过曲柄套轴3.3带动曲柄3.4旋转,连杆电机3.7的输出轴通过连杆3.8带动挤出器3.9旋转,从而构成一个可以在平面中自如运动曲柄连杆式喷头组件3;其中连杆3.8在XOY平面内自由转动;
所述的打印平台2.4的轴线位于挤出器3.9的挤出头的运动平面内。
[0022]请参阅图5和图6,是本发明实施例提供的一种四轴三维打印机喷头移动组件原理示意图,它包括移动电机固定块4.1、喷头移动电机4.2、联轴器4.3、滚珠丝杠4.4、直线滑轨4.5、曲柄架固定块4.6、直线滑块4.7、丝杠轴承固定块4.8以及丝杠轴承4.9;移动电机固定块4.1、丝杠轴承固定块4.8以及直线滑轨4.5均通过螺栓固定在框架侧板1.1上,喷头移动电机4.2通过螺栓固定在移动电机固定块4.1上,丝杠轴承4.9固定在丝杠轴承固定块4.8上;联轴器4.3的两端分别连接喷头移动电机4.2和滚珠丝杠4.4,滚珠丝杠4.4的另一端穿过曲柄架固定块4.6上的丝杠螺母与丝杠轴承4.9相连;曲柄架固定块4.6与直线滑块4.7通过螺栓固定的同时,又与曲柄架螺栓连接;喷头移动电机4.2输出轴的转动经丝杠螺母副转换成曲柄架固定块4.6沿直线滑轨4.5的移动,从而带动曲柄连杆式喷头组件3沿Z轴移动。
[0023]对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0024]此外,应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.一种四轴三维打印机,包括框架组件(I)、框架组件(I)顶部的材料盘(5)、可绕Z轴旋转的平台旋转组件(2)、可以灵活自如运动的曲柄连杆式喷头组件(3)以及带动喷头组件(3)沿Z轴移动的喷头移动组件(4);平台旋转组件(2)、曲柄连杆式喷头组件(3)以及喷头移动组件(4)协调运动,实现高效率高精度的三维打印; 所述的框架组件(I)包括侧板(1.1)、底板(1.2)、前板(1.3)、后板(1.4)以及顶板(1.5);各板通过螺栓连接,组合成四轴三维打印机的外部框架; 所述的平台旋转组件(2 )包括平台旋转电机(2.1)、转台轴承(2.2 )、平台旋转套轴(2.3)以及打印平台(2.4);转台轴承(2.2)的内外圈分别与打印平台(2.4)和框架底板(I.2)螺栓连接,平台旋转套轴(2.4)—端与打印平台(2.4)通过花键连接,另一端与平台旋转电机(2.1)的输出轴键连接,平台旋转电机(2.1)通过螺栓固定在框架底板(1.2)上;电机输出轴通过平台旋转套轴(2.3 )带动打印平台(2.4 )旋转,为打印平台(2.4)提供一个绕Z轴旋转的自由度; 所述的曲柄连杆式喷头组件(3 )包括曲柄架(3.1)、曲柄电机(3.2 )、曲柄套轴(3.3 )、曲柄(3.4)、曲柄轴向套筒(3.5)、曲柄带边轴承(3.6)、连杆电机(3.7)、连杆(3.8)以及挤出器(3.9);曲柄架(3.1)有两个,其中一个通过螺栓固定曲柄电机(3.2),另一个通过螺栓固定曲柄带边轴承(3.6);曲柄套轴(3.3)—侧与曲柄电机(3.5)的输出轴键连接并轴向定位,另一侧与曲柄(3.4)的一端通过花键连接并通过曲柄轴向套筒(3.5)定位;曲柄(3.4)的另一端通过螺栓固定连杆电机(3.7 ),连杆(3.8)—端与连杆电机(3.7 )的输出轴键连接,另一端与挤出器(3.9)螺栓连接;曲柄电机(3.2)的输出轴通过曲柄套轴(3.3)带动曲柄(3.4)旋转,连杆电机(3.7)的输出轴通过连杆(3.8)带动挤出器(3.9)旋转,从而构成一个可以在平面中自如运动的曲柄连杆式喷头组件(3); 所述的嗔头移动组件(4)包括移动电机固定块(4.1)、嗔头移动电机(4.2)、联轴器(4.3)、滚珠丝杠(4.4)、直线滑轨(4.5)、曲柄架固定块(4.6)、直线滑块(4.7)、丝杠轴承固定块(4.8)以及丝杠轴承(4.9);移动电机固定块(4.1)、丝杠轴承固定块(4.8)以及直线滑轨(4.5)均通过螺栓固定在框架侧板(1.1)上,喷头移动电机(4.2)通过螺栓固定在移动电机固定块(4.1)上,丝杠轴承(4.9)固定在丝杠轴承固定块(4.8)上;联轴器(4.3)两端分别连接喷头移动电机(4.2)和滚珠丝杠(4.4),滚珠丝杠(4.4)的另一端穿过曲柄架固定块(4.6)上的丝杠螺母与丝杠轴承(4.9)相连;曲柄架固定块(4.6)与直线滑块(4.7)通过螺栓固定的同时,又与曲柄架(3.1)螺栓连接;喷头移动电机(4.2)输出轴的转动经丝杠螺母副转换成曲柄架固定块(4.6)沿直线滑轨(4.5)的移动,从而带动曲柄连杆式喷头组件(3)沿Z轴移动。
2.根据权利要求1所述的一种四轴三维打印机,其特征在于,所述的打印平台(2.4)的轴线位于挤出器(3.9)的挤出头的运动平面内。
3.根据权利要求1或2所述的一种四轴三维打印机,其特征在于,所述的框架组件(I)的侧板(1.1)嵌入透明的有机玻璃板,前板(1.3)嵌入活动的有机玻璃板,以便于观察和取样。
4.根据权利要求1或2所述的一种四轴三维打印机,其特征在于,所述的绕Z轴旋转的打印平台(2.4)的形状为圆形。
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