CN106273503A - 一种立柱式冗余并联3d打印机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种立柱式冗余并联3D打印机，包括成型台和滚珠丝杆，成型台四个角竖直并联设置有四根高度一致的滚珠丝杆，四根滚珠丝杆顶端通过连接件连接；每根滚珠丝杆上均设置有滑块，每根滚珠丝杆底端均设置有传动电机；每个滑块铰接有连杆，连杆另一端铰接打印喷嘴，打印喷嘴通过软管连接送丝机。本发明解决了对边角为圆角、圆弧的打印精度不高，打印速度较慢的不足，能够满足快速成型的需求，并且能够实现即使某个滚珠丝杆出现故障，仍能完成多方位的功能，对快速成型制造技术的普及应用具有重要的影响。

Description

一种立柱式冗余并联3D打印机

技术领域

本发明属于3D打印快速成型和3D打印机工业设计领域，具体涉及一种立柱式冗余并联3D打印机。

背景技术

目前，3D打印是新型快速成型制造技术（RP），以累加方法实现模型的快速成型技术，是制造技术领域的一项重大突破。它能克服传统机械加工无法实现的特殊结构障碍，可以实现任意复杂结构部件的简单化生产，可以自动、直接、精确地将将设计思想从CAD模型，转化为具有一定功能的模型或器件。

3D打印机，即快速成形技术的一种机器，它是一种数字模型文件为基础，运用特殊蜡材、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的技术。常常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型或者用于一些产品的直接制造，意味着这项技术正在普及。

FDM 3D打印机原理是运用PLA,ABS材料通过熔化塑料丝，将塑料挤出喷头进行打印的三维打印机，而现阶段传统的FDM 3D打印机是基于X,Y,Z坐标系的三维打印机，在打印工艺上对边缘为圆角、弧线的模型处理精度不高，在打印速度上时间也比较久。而目前普通的并联3D打印机都是采用3个立柱轴，一旦某个轴发生故障，便无法工作。

发明内容

为了克服背景技术的不足, 本发明提供一种立柱式冗余并联3D打印机，解决了对边角为圆角、圆弧的打印精度不高，打印速度较低等方面的不足，同时为了能够满足快速成型的需求，本发明还可以在某个轴出现故障时，仍能够实现多方位的功能，对快速成型制造技术的普及应用具有重要的影响。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种立柱式冗余并联3D打印机，包括成型台和滚珠丝杆，成型台四个角竖直并联设置有四根高度一致的滚珠丝杆，四根滚珠丝杆顶端通过连接件连接；每根滚珠丝杆上均设置有滑块，每根滚珠丝杆底端均设置有传动电机；每个滑块铰接有连杆，连杆另一端铰接打印喷嘴，打印喷嘴通过软管连接送丝机。在传动电机的带动下，滑块在滚珠丝杆上上下运动，滚珠丝杆上的滑块带动喷嘴运动，喷嘴移动速度比传统3D打印机的移动速度快，不仅可以在打印过程中更好的提高打印的效率，而且在处理边缘为圆弧的模型时的打印精度得到极大的提高，打印的稳定性较高，精度较好，机器轻便。

优选的，所述的每个滑块铰接两根连杆，连杆为钛合金制成，提高打印稳定性，使精度更高，机器更轻便。

优选的，所述的成型台为梯形状，梯形上底的长度小于下底的长度，上底两个角上竖直并联设置的滚珠丝杆相隔距离近，下底两根竖直并联设置的滚珠丝杆相隔距离远。上底两个角上竖直设置的两根滚珠丝杆底端设置的传动电机为同步的传动电机，相比于传统3D打印机依照X,Y,Z坐标系打印技术，本发明为四轴并联立柱式冗余3D立体打印技术，该技术即使上底两个角上竖直设置的两根滚珠丝杆某一根出现故障，仍能继续工作。下底两根竖直并联设置的滚珠丝杆上设置有开合门，使3D打印机内部与外界环境隔离，保证内部恒温，提高打印的精度，并且通过开合门方便取出在成型台上的物件。

优选的，所述的软管为耐高温软管，避免成型材料温度过高烫伤软管。

优选的，所述的送丝机输送的成型材料为热塑性材料，包括ABS、PLA等丝状材料，经过加热后经过打印喷嘴挤出，然后在常温下空气中迅速固化，按每层的切面图，逐层累计打印，最终完成成型件。

本发明的优点是：

（1）本发明采用了封闭性的结构使其具有高刚性和高速化的优点，其结构负荷流线短，而负荷分解的拉、压力由四只连柱同时承受。根据材料力学来说，在外力一定时，悬臂量的应力与变形都最大，两端插入次之，再来是两端简支撑，其次是受压的二力结构，因为使应力与变形都最小的是受张力的二力结构，故其拥有高刚性，其刚度重量比高于传统的并联机构；

（2）本发明的四立柱式并联机构惯性低，如果结构所承受的力因惯性导致改变方向，(介于张力与压力之间)，两力构件将会是最节省材料的结构，而它的移动件重量减至最低且同时由四个致动器驱动，因此机器很容易高速化，且拥有低惯性；

（3）本发明由于其为四立柱式并联机构组成，四个可伸缩滚珠丝杆都单独对平台的位置和姿态起作用，因而不存在串联机构（xyz构架）的几何误差累积和放大的现象，甚至还有平均化效果，故它具有高精度的优点，在处理边缘为圆弧的模型时的精度较高，即使某一个滚珠丝杆出现故障，仍能继续工作。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图中符号说明：1、成型台；2、滚珠丝杆；3、连接件；4、滑块；5、连杆；6、打印喷嘴；7、软管；8、送丝机；9、传动电机。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步的说明：

一种立柱式冗余并联3D打印机，包括成型台1和滚珠丝杆2，成型台1四个角竖直并联设置有四根高度一致的滚珠丝杆2，四根滚珠丝杆2顶端通过连接件3连接；每根滚珠丝杆2上均设置有滑块4，每根滚珠丝杆2底端均设置有传动电机9；每个滑块4铰接有连杆5，连杆5另一端铰接打印喷嘴6，打印喷嘴6通过软管7连接送丝机8。

为了提高打印稳定性，使精度更高，机器更轻便，所述的每个滑块4铰接两根连杆5，连杆5为钛合金制成。

为了使上底两个角上竖直并联设置的两根滚珠丝杆2某一根出现故障后仍能继续工作，同时使3D打印机内部与外界环境隔离，保证内部恒温，提高打印的精度，并且方便放入和取出在成型台1上的物件，所述的成型台1为梯形状，梯形上底的长度小于下底的长度，梯形上底两个角上竖直设置的两根滚珠丝杆2底端设置的传动电机9为同步的传动电机。

为了避免成型材料温度过高烫伤软管7，所述的软管7为耐高温软管7。

为了使经过加热后经过打印喷嘴6挤出的材料在常温下空气中迅速固化，所述的送丝机8输送的成型材料为热塑性材料，如：ABS、PLA等丝状材料。

具体使用方法：

通过计算机建模软件建模，如果有现成的模型也可以，比如动物模型、人物或者微缩建筑等等。先通过计算机建模软件建模，再将建成的三维模型切片，从而指导打印机逐层打印。设计软件和打印机之间协作的标准文件格式是STL文件格式。一个STL文件使用三角面来近似模拟物体的表面，分层切片后通过SD卡把它拷贝到3D打印机中，进行打印设置后，打印机就可以把它们打印出来。3D打印机的工作原理和传统打印机基本一样，都是由控制组件、机械组件、打印头、耗材和介质等架构组成的，打印原理是一样的。3D打印机主要是在打印前在电脑上设计了一个完整的三维立体模型，然后再进行打印输出。3D打印与激光成型技术一样，采用了分层加工、叠加成型来完成3D实体打印。开机后，各个滑块4复位。根据三维模型的切片数据，通过滑块4在滚珠丝杆2上做上下往复运动，滑块4的往复运动通过钛合金连杆5传递到打印喷嘴6上，于是打印喷嘴6在成型台1上走出所需的运动轨迹。在计算机的控制下，运动轨迹形成所需的二维图形。与此同时，在送丝机8的作用下，将打印丝材送入到打印喷嘴6中，3D 打印机所运用的ABS、PLA的材料，经过打印喷嘴6加热后挤出，然后在常温下空气中迅速固化，按每层的切面图，逐层累计打印，最终完成成型件。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种立柱式冗余并联3D打印机，包括成型台和滚珠丝杆，其特征在于，成型台四个角竖直并联设置有四根高度一致的滚珠丝杆，四根滚珠丝杆顶端通过连接件连接；每根滚珠丝杆上均设置有滑块，每根滚珠丝杆底端均设置有传动电机；每个滑块铰接有连杆，连杆另一端铰接打印喷嘴，打印喷嘴通过软管连接送丝机。

2.如权利要求1所述的一种立柱式冗余并联3D打印机，其特征在于，所述的每个滑块铰接两根连杆，连杆为钛合金制成。

3.如权利要求2所述的一种立柱式冗余并联3D打印机，其特征在于，所述的成型台为梯形状，梯形上底的长度小于下底的长度，梯形上底两个角上竖直设置的两根滚珠丝杆底端设置的传动电机为同步的传动电机。

4.如权利要求3所述的一种立柱式冗余并联3D打印机，其特征在于，所述的软管为耐高温软管。

5.如权利要求4所述的一种立柱式冗余并联3D打印机，其特征在于，所述的送丝机输送的成型材料为热塑性材料。