CN106426910A - 一种大型双横梁工业3d打印机 - Google Patents

一种大型双横梁工业3d打印机 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种大型双横梁工业3D打印机，属于数字化加工技术领域。致力于达成大尺寸设计、快速一体成型的目标，解决普通的常规尺寸机型打印空间有限，成型速度慢的缺点。并在机身上附加CNC、激光雕刻喷头等模块，丰富拓展机器的功能，做到一机多用。工业级大幅面FDM 3D打印机的开发能够极大满足市场上大型工业产品设计成型和艺术品设计成型的空白，快速一体等比例成型能够极大缩短设计实现的进程，节约了大量的时间、金钱等成本，而且机器本身成本相对低、集成化程度高，市场可推广性及实用性极强。

Description

一种大型双横梁工业3D打印机
技术领域
本发明属于数字化加工技术领域。
背景技术
3D打印是一种以数字化模型为基础，通过对数字模型进行切片处理，利用熔融挤出技术、激光烧结技术或者光固化技术逐层打印的方式来完成物体的制作。
工业级大幅面FDM 3D打印机的开发能够极大满足市场上大型工业产品设计成型和艺术品设计成型的空白，快速一体等比例成型能够极大缩短设计实现的进程，节约了大量的时间、金钱等成本，而且机器本身成本相对低、集成化程度高，市场可推广性及实用性极强。但是目前的打印机存在打印空间有限，成型速度慢的缺点。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种大型双横梁工业3D打印机，主要由框架2、打印平台3、运动机构和喷头机构组成；
框架2为立方体，打印平台3水平固定安装于框架2底面上；框架2底部使用多个脚杯1支撑以水平放置在地面上；
所述运动机构具体结构如下：框架2顶部X轴方向两侧分别固定有直线导轨9，滚珠丝杠5通过滚珠丝杠支撑座4固定于直线导轨9的上方；与滚珠丝杠5相配合，直线导轨9上安装有双横梁机构，双横梁机构通过底部设置的承重滑块11安装在直线导轨9上；双横梁机构通过固定在双横梁机构上的法兰螺母座将法兰螺母7和双横梁机构固定连接在一起；滚珠丝杠5一端设置有步进电机13，滚珠丝杠5和步进电机13之间通过联轴器12连接，步进电机13固定安装在同侧的滚珠丝杠支撑座4上；
所述双横梁机构主要由两根沿Y轴方向平行放置的横梁构成，横梁上下两侧沿横梁固定有直线导轨9，滚珠丝杠5通过滚珠丝杠支撑座4固定于直线导轨9的上方，法兰螺母7与滚珠丝杠5相配合，直线导轨9上安装有Z轴运动机构，上侧的直线导轨9上安装有螺母座滑块6，螺母座滑块6通过固定在螺母座滑块6上的法兰螺母座与法兰螺母7固定连接在一起，下侧的直线导轨9上安装有承重滑块11；Z轴运动机构通过角铁10分别与螺母座滑块6和承重滑块11固定连接在一起；滚珠丝杠5一端设置有步进电机13，滚珠丝杠5和步进电机13之间通过联轴器12连接，步进电机13固定安装在同侧的滚珠丝杠支撑座4上；
所述的Z轴运动机构主要由一根竖直放置的立柱8构成，立柱8的左右两侧沿竖直方向固定有直线导轨9，滚珠丝杠5通过滚珠丝杠支撑座4固定于直线导轨9的一侧，法兰螺母7与滚珠丝杠5相配合，与滚珠丝杠5同侧的直线导轨9安装有两个螺母座滑块6，两个螺母座滑块6的一侧通过固定在螺母座滑块6上的法兰螺母座与法兰螺母7固定连接在一起，两个螺母座滑块6的另一侧与双横梁机构上的角铁10固定连接；与滚珠丝杠5异侧的直线导轨9安装有两个承重滑块11，两个承重滑块11与双横梁机构上的角铁10固定连接；滚珠丝杠5一端设置有步进电机13，滚珠丝杠5和步进电机13之间通过联轴器12连接，步进电机13固定安装在同侧的滚珠丝杠支撑座4上；Z轴运动机构下端通过喷头连接块15与喷头机构连接。
所述喷头机构包括挤出电机14和挤出装置16，挤出装置16安装在喷头连接块15上，挤出电机14连接在挤出装置16上，挤出电机14为挤出装置16提供挤出动力。所述挤出装置16优选大口径喷头挤出装置。
将作用方向相同的两个步进电机13同侧放置，根据步进电机13的接线规则并联接线，再将并联后的控制线接入电机驱动器的信号输出端，这样就实现了步进电机13的同步运行。
所述的滚珠丝杠支撑座4为BF滚珠丝杠支撑座。
本发明可附加数控机床(CNC)、激光雕刻喷头等模块，丰富拓展机器的功能，做到一机多用，具体附加方式为：对挤出装置16与喷头连接块15接合处进行可更换易拆卸式设计，与机器相适应的其他模块，譬如数控机床(CNC)、激光雕刻喷头等，也采用与挤出装置16相同的接口设计，在具体的更换操作中，只需将原模块从喷头连接块15上拆除，并更换其他所需模块即可。
本发明的有益效果：
1、针对z轴震颤问题，特地增加了对于纵向运动臂的约束，采用双横梁架起，两侧滑轨约束的办法，依靠这种过约束的设计，保证机器在运行时的稳定性。
2、传动方面，全部采用滚珠丝杠进行传动，避免了齿形带回弹等因素的干扰，并且将同方向轴电机串联，保障丝杠的绝对同步。
3、为解决小口径带来的过高的精度及致密度往往造成生产成本的增加、原材料的浪费以及和产品优化重点方向无关的冗余问题，采用大口径喷头挤出能满足生产过程中对于时间及原料等成本的节约又能达到设计和生产以及使用的要求。
4、可附加数控机床(CNC)、激光雕刻喷头等模块，丰富拓展机器的功能，做到一机多用。
附图说明
图1为本发明大型双横梁工业3D打印机的主视图；
图2为本发明中双横梁机构与Z轴运动机构连接的局部放大图；
图3为本发明喷头位置的局部放大图；
图4为本发明大型双横梁工业3D打印机的俯视图；
图5为本发明大型双横梁工业3D打印机的轴测图。
具体实施方式
实施例1
一种大型双横梁工业3D打印机，主要由框架2、打印平台3、运动机构和喷头机构组成；
框架2为立方体，打印平台3水平固定安装于框架2底面上；框架2底部通过多个脚杯1支撑以水平放置在地面上；
所述运动机构具体结构如下：框架2顶部X轴方向两侧分别固定有直线导轨9，滚珠丝杠5通过滚珠丝杠支撑座4固定于直线导轨9的上方；与滚珠丝杠5相配合，直线导轨9上安装有双横梁机构，双横梁机构通过底部设置的承重滑块11安装在直线导轨9上；双横梁机构通过固定在双横梁机构上的法兰螺母座将法兰螺母7和双横梁机构固定连接在一起；滚珠丝杠5一端设置有步进电机13，滚珠丝杠5和步进电机13之间通过联轴器12连接，步进电机13固定安装在同侧的滚珠丝杠支撑座4上；
所述双横梁机构主要由两根沿Y方向平行放置的横梁构成，横梁上下两侧沿横梁固定有直线导轨9，滚珠丝杠5通过滚珠丝杠支撑座4固定于直线导轨9的上方，法兰螺母7与滚珠丝杠5相配合，直线导轨9上安装有Z轴运动机构，上侧的直线导轨9上安装有螺母座滑块6，螺母座滑块6通过固定在螺母座滑块6上的法兰螺母座与法兰螺母7固定连接在一起，下侧的直线导轨9上安装有承重滑块11；Z轴运动机构通过角铁10分别与螺母座滑块6和承重滑块11固定连接在一起；滚珠丝杠5一端设置有步进电机13，滚珠丝杠5和步进电机13之间通过联轴器12连接，步进电机13固定安装在同侧的滚珠丝杠支撑座4上；
所述的Z轴运动机构主要由一根竖直放置的立柱8构成，立柱8的左右两侧沿竖直方向固定有直线导轨9，滚珠丝杠5通过滚珠丝杠支撑座4固定于直线导轨9的一侧，法兰螺母7与滚珠丝杠5相配合，与滚珠丝杠5同侧的直线导轨9安装有两个螺母座滑块6，两个螺母座滑块6的一侧通过固定在螺母座滑块6上的法兰螺母座与法兰螺母7固定连接在一起，两个螺母座滑块6的另一侧与双横梁机构上的角铁10固定连接；与滚珠丝杠5异侧的直线导轨9安装有两个承重滑块11，两个承重滑块11与双横梁机构上的角铁10固定连接；滚珠丝杠5一端设置有步进电机13，滚珠丝杠5和步进电机13之间通过联轴器12连接，步进电机13固定安装在同侧的滚珠丝杠支撑座4上；Z轴运动机构下端通过喷头连接块15喷头机构连接。
所述喷头机构包括挤出电机14和挤出装置16，挤出装置16安装在喷头连接块15上，挤出电机14连接在挤出装置16上，挤出电机14为挤出装置16提供挤出动力。
本实施例中作用方向相同的两个步进电机13均同侧放置，并根据步进电机13的接线规则并联接线，再将并联后的控制线接入电机驱动器的信号输出端，这样就实现了步进电机13的同步运行。
本实施例中的滚珠丝杠支撑座4选用BF滚珠丝杠支撑座。
Z轴运动机构做Z轴方向运动的原理是:在Z轴运动机构立柱8的右侧步进电机13通过联轴器12带动滚珠丝杠5实现其转动，与滚珠丝杠5相配合的两个法兰螺母7通过法兰螺母座固定在螺母座滑块6上，螺母座滑块6在直线导轨9滑动，并通过角铁10与双横梁上配合在直线导轨9上的承重滑块11相固连，在Z轴运动机构立柱8的左侧有承重滑块11配合在直线导轨9上并通过角铁10与双横梁上配合在直线导轨9上的承重滑块11相固连。最终，通过丝杠—螺母副传递运动，通过滑块—导轨定位，使得Z轴运动机构沿着Z方向做可精确控制的直线运动。
双横梁机构在框架2上做X轴方向运动的原理是:框架2上的步进电机13通过联轴器12带动滚珠丝杠5实现其可控制转动，与滚珠丝杠5相配合的法兰螺母通过螺母座与双横梁相固连，这样就实现了双横梁与步进电机13之间旋转运动与直线运动的传递；此外，由固定于框架2上的X轴方向上的直线导轨9通过固定在双横梁上的承重滑块11实现双横梁在运动中的直线定位。
Z轴运动机构在双横梁机构上做Y轴方向运动的原理是:固定在双横梁机构上的两个步进电机13分别通过联轴器12带动两根滚珠丝杠5实现其可控制转动，与滚珠丝杠5相配合的法兰螺母7分别通过法兰螺母座与双横梁机构上配合在直线导轨9上的承重滑块11相固连。最终，通过丝杠—螺母副传递运动，通过滑块—导轨定位，使得Z轴运动机构沿着Y方向做可精确控制的直线运动。
双横梁机构在框架2上做X轴方向运动及Z轴运动机构在双横梁机构上做Y轴方向运动都是由框架2上的两个步进电机13分别驱动两个滚珠丝杠5来实现，其同步运行原理是:将一个方向上两个有相同动力输出的步进电机13根据步进电机的接线规则实现并联，再将并联后的控制线接入电机驱动器的信号输出端，这样就实现了步进电机13的同步运行，进而实现了两根滚珠丝杠5的同步运行及所驱动部分的平稳运行。
喷头连接块15为3D打印结构件，自主设计制造，通过内六角平头螺钉及T型螺母和六角螺母的配合实现挤出机构16、挤出电机14以及滚珠丝杠支撑座4与Z轴运动机构立柱8之间的固定及连接，保障各部件相对位置稳定。
挤出机构16可在Z轴运动机构以及双横梁机构的带动下，做X、Y、Z三个轴向的运动，即能实现空间各点位可控运动，基于固定在底部框架2上的打印平台3，即能实现3D模型的增材制造。
除本实施例外，本发明框架2上可附加数控机床(CNC)、激光雕刻喷头等模块，丰富拓展机器的功能，做到一机多用。具体附加方式为：对挤出装置16与喷头连接块15接合处进行可更换易拆卸式设计，与机器相适应的其他模块，譬如数控机床(CNC)、激光雕刻喷头等，也采用与挤出装置16相同的接口设计，在具体的更换操作中，只需将原模块从喷头连接块15上拆除，并更换其他所需模块即可。

Claims (5)

1.一种大型双横梁工业3D打印机，主要由框架(2)、打印平台(3)、运动机构和喷头机构组成；
框架(2)为立方体，打印平台(3)水平固定安装于框架(2)底面上；框架(2)底部使用多个脚杯(1)支撑以水平放置在地面上；
其特征在于，所述运动机构具体结构如下：框架(2)顶部Y轴方向两侧分别固定有直线导轨(9)，滚珠丝杠(5)通过滚珠丝杠支撑座(4)固定于直线导轨(9)的上方；与滚珠丝杠(5)相配合，直线导轨(9)上安装有双横梁机构，双横梁机构通过底部设置的承重滑块(11)安装在直线导轨(9)上；双横梁机构通过固定在双横梁机构上的法兰螺母座将法兰螺母(7)和双横梁机构固定连接在一起；滚珠丝杠(5)一端设置有步进电机(13)，滚珠丝杠(5)和步进电机(13)之间通过联轴器(12)连接，步进电机(13)固定安装在同侧的滚珠丝杠支撑座(4)上；
所述双横梁机构主要由两根沿X方向平行放置的横梁构成，横梁上下两侧沿横梁固定有直线导轨(9)，滚珠丝杠(5)通过滚珠丝杠支撑座(4)固定于直线导轨(9)的上方，法兰螺母(7)与滚珠丝杠(5)相配合，直线导轨(9)上安装有Z轴运动机构，上侧的直线导轨(9)上安装有螺母座滑块(6)，螺母座滑块(6)通过固定在螺母座滑块(6)上的法兰螺母座与法兰螺母(7)固定连接在一起，下侧的直线导轨(9)上安装有承重滑块(11)；Z轴运动机构通过角铁(10)分别与螺母座滑块(6)和承重滑块(11)固定连接在一起；滚珠丝杠(5)一端设置有步进电机(13)，滚珠丝杠(5)和步进电机(13)之间通过联轴器(12)连接，步进电机(13)固定安装在同侧的滚珠丝杠支撑座(4)上；
所述的Z轴运动机构主要由一根竖直放置的立柱(8)构成，立柱(8)的左右两侧沿竖直方向固定有直线导轨(9)，滚珠丝杠(5)通过滚珠丝杠支撑座(4)固定于直线导轨(9)的一侧，法兰螺母(7)与滚珠丝杠(5)相配合，与滚珠丝杠(5)同侧的直线导轨(9)安装有两个螺母座滑块(6)，两个螺母座滑块(6)的一侧通过固定在螺母座滑块(6)上的法兰螺母座与法兰螺母(7)固定连接在一起，两个螺母座滑块(6)的另一侧与双横梁机构上的角铁(10)固定连接；与滚珠丝杠(5)异侧的直线导轨(9)安装有两个承重滑块(11)，两个承重滑块(11)与双横梁机构上的角铁(10)固定连接；滚珠丝杠(5)一端设置有步进电机(13)，滚珠丝杠(5)和步进电机(13)之间通过联轴器(12)连接，步进电机(13)固定安装在同侧的滚珠丝杠支撑座(4)上；Z轴运动机构下端通过喷头连接块(15)喷头机构连接。
2.根据权利要求1所述的大型双横梁工业3D打印机，其特征在于，所述喷头机构包括挤出电机(14)和挤出装置(16)，挤出装置(16)安装在喷头连接块(15)上，挤出电机(14)连接在挤出装置(16)上，挤出电机(14)为挤出装置(16)提供挤出动力。
3.根据权利要求1所述的大型双横梁工业3D打印机，其特征在于，所述挤出装置(16)为大口径喷头挤出装置。
4.根据权利要求1所述的大型双横梁工业3D打印机，其特征在于，同一个轴向作用的两个步进电机(13)同侧放置，并根据步进电机(13)的接线规则并联接线。
5.根据权利要求1所述的大型双横梁工业3D打印机，其特征在于，所述的滚珠丝杠支撑座(4)为BF滚珠丝杠支撑座。
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