CN106476265A - 一种曲柄连杆式三维打印机 - Google Patents

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CN106476265A CN201611229774.7A CN201611229774A CN106476265A CN 106476265 A CN106476265 A CN 106476265A CN 201611229774 A CN201611229774 A CN 201611229774A CN 106476265 A CN106476265 A CN 106476265A
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刘登
王国越
刘培林
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)

Abstract

本发明公开了一种曲柄连杆式三维打印机，包括框架组件（1）、框架组件（1）顶部的材料盘（8）、框架组件（1）前面的显示屏（2）以及控制板（4）；其特征在于，它还包括可沿Y轴直线移动的打印平台组件（4）、驱动喷头在XOY平行面内灵活自如运动的曲柄连杆式喷头组件（7）、驱动曲柄连杆式喷头组件（7）沿X轴直线移动的X轴移动组件（6）以及驱动X轴移动组件（6）沿Z轴直线移动的Z轴移动组件（5）。本发明是一种曲柄连杆式三维打印机，在原有三移动自由度的基础上增加了曲柄连杆机构，从而给熔覆喷头带来了更大的运动灵活性，能够优化三维打印机的熔覆路径，提高其工作能力和打印精度。

Description

一种曲柄连杆式三维打印机
技术领域
本发明涉及一种三维打印机，具体是一种曲柄连杆式三维打印机，属于快速成型制造技术领域。
背景技术
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。
市面上现有的三维打印机通常基于直角坐标系，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。这种打印机的熔覆路径仅由X、Y轴的移动组成，方式单一，且曲线路径熔覆精度低、效率低。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种曲柄连杆式三维打印机，在原有三移动自由度的基础上增加了曲柄连杆机构，从而给熔覆喷头带来了更大的运动灵活性，能够优化三维打印机的熔覆路径，提高其工作能力和打印精度。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种曲柄连杆式三维打印机，包括框架组件、框架组件顶部的材料盘、框架组件前面的显示屏以及控制板；其特征在于，它还包括可沿Y轴直线移动的打印平台组件、驱动喷头在XOY平行面内灵活自如运动的曲柄连杆式喷头组件、驱动曲柄连杆式喷头组件沿X轴直线移动的X轴移动组件以及驱动X轴移动组件沿Z轴直线移动的Z轴移动组件；打印平台组件、Z轴移动组件、X轴移动组件配合曲柄连杆式喷头组件协调运动，实现高效率高灵活性的三维快速成型；
所述的框架组件由后板、底板、前板、顶板以及两个侧板组成；各板之间由螺栓连接，组合成曲柄连杆式三维打印机的外部框架；
所述的打印平台组件由Y轴带轮支架、Y轴同步带轮、Y轴带轮销、Y轴同步带、打印平台、Y轴同步带固定片、Y轴同步带固定块、Y轴支承光轴、Y轴光轴滑块、Y轴驱动电机以及Y轴电机支架组成；Y轴带轮支架和Y轴电机支架分别通过螺栓固定在框架后板和前板上，Y轴驱动电机与Y轴电机支架螺栓连接，一个Y轴同步带轮通过小螺栓固定在Y轴驱动电机的输出轴上，另一个Y轴同步带轮位于Y轴带轮支架的内腔中并通过Y轴带轮销支承；两根Y轴支承光轴贯穿框架前板和后板并通过螺栓轴向固定，四个Y轴光轴滑块通过螺栓固定在打印平台上；Y轴同步带固定片和Y轴同步带固定块通过螺栓将Y轴同步带夹紧，Y轴同步带固定块的另一侧与打印平台螺栓固定；Y轴驱动电机输出轴的转动通过同步带传动带动打印平台沿Y轴直线移动；
所述的曲柄连杆式喷头组件由曲柄电机架、曲柄轴承、曲柄电机、挤出机、曲柄、连杆电机、连杆轴承、远程喷嘴以及连杆组成；曲柄电机和挤出机通过螺栓固定在曲柄电机架上，连杆电机通过螺栓固定在曲柄上；曲柄轴承两端分别与曲柄电机架和曲柄一端的沉头孔紧配合，连杆轴承两端分别与曲柄另一端和连杆一端的沉头孔紧配合，远程喷嘴和连杆的另一端螺纹连接；曲柄电机的输出轴与曲柄一端键连接并通过挡片和螺栓轴向定位，连杆电机的输出轴与连杆一端键连接并通过挡片和螺栓轴向定位；曲柄电机和连杆电机输出轴的转动通过曲柄连杆机构带动远程喷嘴在XOY平行面上灵活自如运动；
所述的X轴移动组件由X轴驱动电机、X轴电机支架、X轴同步带轮、X轴支承光轴、X轴同步带、X轴同步带固定片、X轴带轮销以及X轴带轮支架组成；X轴带轮支架和X轴电机支架分别通过螺栓固定在Z轴链接块上，X轴驱动电机通过螺栓固定在X轴电机支架上；一个X轴同步带轮通过小螺栓固定在X轴驱动电机的输出轴上，另一个X轴同步带轮位于X轴带轮支架的内腔中并通过X轴带轮销支承；两根X轴支承光轴贯穿曲柄电机架且其两端分别固定在X轴电机支架和X轴带轮支架上；X轴同步带固定片和曲柄电机架通过螺栓将X轴同步带夹紧，X轴驱动电机输出轴的转动通过同步带传动带动曲柄电机架沿X轴直线移动，从而为曲柄连杆式喷头组件提供一个沿X轴的移动自由度；
所述的Z轴移动组件由Z轴电机支架、Z轴驱动电机、Z轴联轴器、Z轴滚珠丝杠、Z轴直线导轨、Z轴直线滑块、Z轴链接块、Z轴轴承支架以及丝杠带边轴承组成；Z轴电机支架、Z轴直线导轨、Z轴轴承支架均通过螺栓固定在框架侧板上，Z轴驱动电机和丝杠带边轴承分别通过螺栓固定在Z轴电机支架和Z轴轴承支架上；Z轴联轴器两端分别连接Z轴驱动电机的输出轴和Z轴滚珠丝杠，Z轴滚珠丝杠的另一端与丝杠带边轴承的内孔紧配合；Z轴链接块一端与Z轴直线滑块螺栓连接，另一端与X轴电机支架螺栓连接，并通过螺纹孔与Z轴滚珠丝杠配合；Z轴驱动电机输出轴的转动通过滚珠丝杠传动带动X轴电机支架沿Z轴直线移动，从而为X轴移动组件提供一个沿Z轴的移动自由度。
所述的曲柄电机架、曲柄和连杆由铝合金焊接而成，在保证承载能力的基础上做轻量化处理。
所述的框架组件的侧板嵌入透明的有机玻璃板，前板嵌入活动的有机玻璃板，以便于观察和取样。
所述的打印平台组件的打印平台的形状为长方形。
所述的Z轴移动组件和X轴移动组件均有两组，以保证X轴移动组件和曲柄连杆式喷头组件的运动稳定性。
所述的曲柄连杆式喷头组件的挤出机和远程喷嘴采用分离式结构，分别安装在曲柄电机架和连杆上，以减轻熔覆端的转动惯量，从而提高熔覆的稳定性。
与现有的三维打印机相比，本发明在原有三移动自由度的基础上增加了曲柄连杆机构，从而给熔覆喷头带来了更大的运动灵活性，能够优化三维打印机的熔覆路径，提高工作能力和打印精度。
附图说明
图1为本发明实施例提供的曲柄连杆式三维打印机原理示意图；
图中：1、框架组件，2、显示屏，3、打印平台组件，4、控制板，5、Z轴移动组件，6、X轴移动组件，7、曲柄连杆式喷头组件，8、材料盘。
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、后板，1.3、底板，1.4、前板，1.5、顶板。
图3为本发明实施例提供的打印平台组件原理示意图；
图中：3.1、Y轴带轮支架，3.2、Y轴同步带轮，3.3、Y轴带轮销，3.4、Y轴同步带，3.5、打印平台，3.6、Y轴同步带固定片，3.7、Y轴同步带固定块，3.8、Y轴支承光轴，3.9、Y轴光轴滑块，3.10、Y轴驱动电机，3.11、Y轴电机支架。
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：7.1、曲柄电机架，7.2、曲柄轴承，7.3、曲柄电机，7.4、挤出机，7.5、曲柄，7.6、连杆电机，7.7、连杆轴承，7.8、远程喷嘴，7.9、连杆。
图5为本发明实施例提供的X轴移动组件原理示意图；
图中：6.1、X轴驱动电机，6.2、X轴电机支架，6.4、X轴同步带轮，6.4、X轴支承光轴，6.5、X轴同步带，6.6、X轴同步带固定片，6.7、X轴带轮销，6.8、X轴带轮支架。
图6为本发明实施例提供的Z轴移动组件原理示意图；
图中：5.1、Z轴电机支架，5.2、Z轴驱动电机，5.3、Z轴联轴器，5.4、Z轴滚珠丝杠，5.5、Z轴直线导轨，5.6、Z轴直线滑块，5.7、Z轴链接块，5.8、Z轴轴承支架，5.9、丝杠带边轴承。
图7为本发明实施例提供的曲柄连杆式三维打印机运动自由度示意图。
具体实施方式
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。
请参阅图1，是本发明实施例提供的一种曲柄连杆式三维打印机原理示意图，它包括框架组件1、框架组件1顶部的材料盘8、框架组件1前面的显示屏2以及控制板4；其特征在于，它还包括可沿Y轴直线移动的打印平台组件3、驱动喷头在XOY平行面内灵活自如运动的曲柄连杆式喷头组件7、驱动曲柄连杆式喷头组件7沿X轴直线移动的X轴移动组件6以及驱动X轴移动组件6沿Z轴直线移动的Z轴移动组件5；打印平台组件4、Z轴移动组件、X轴移动组件配合曲柄连杆式喷头组件7协调运动，实现高效率高灵活性的三维快速成型；
所述的Z轴移动组件5和X轴移动组件6均有两组，以保证X轴移动组件6和曲柄连杆式喷头组件7的运动稳定性。
请参阅图2，是本发明实施例提供的一种曲柄连杆式三维打印机框架组件原理示意图，它包括后板1.2、底板1.3、前板1.4、顶板1.5以及两个侧板1.1；各板之间由螺栓连接，组合成曲柄连杆式三维打印机的外部框架；
所述的框架组件1的侧板1.1嵌入透明的有机玻璃板，前板1.4嵌入活动的有机玻璃板，以便于观察和取样。
请参阅图3，是本发明实施例提供的一种曲柄连杆式三维打印机的打印平台组件原理示意图，它包括Y轴带轮支架3.1、Y轴同步带轮3.2、Y轴带轮销3.3、Y轴同步带3.4、打印平台3.5、Y轴同步带固定片3.6、Y轴同步带固定块3.7、Y轴支承光轴3.8、Y轴光轴滑块3.9、Y轴驱动电机3.10以及Y轴电机支架3.11；Y轴带轮支架3.1和Y轴电机支架3.11分别通过螺栓固定在框架后板1.3和前板1.4上，Y轴驱动电机3.10与Y轴电机支架3.11螺栓连接，一个Y轴同步带轮3.2通过小螺栓固定在Y轴驱动电机3.10的输出轴上，另一个Y轴同步带轮3.2位于Y轴带轮支架3.1的内腔中并通过Y轴带轮销3.3支承；两根Y轴支承光轴3.8贯穿框架前板1.4和后板1.2并通过螺栓轴向固定，四个Y轴光轴滑块3.9通过螺栓固定在打印平台3.5上；Y轴同步带固定片3.6和Y轴同步带固定块3.7通过螺栓将Y轴同步带3.4夹紧，Y轴同步带固定块3.7的另一侧与打印平台3.5螺栓固定；Y轴驱动电机3.10输出轴的转动通过同步带传动带动打印平台3.5沿Y轴直线移动；
所述的打印平台组件3的打印平台3.5的形状为长方形。
请参阅图4，是本发明实施例提供的一种曲柄连杆式三维打印机的曲柄连杆式喷头组件原理示意图，它包括曲柄电机架7.1、曲柄轴承7.2、曲柄电机7.3、挤出机7.4、曲柄7.5、连杆电机7.6、连杆轴承7.7、远程喷嘴7.8以及连杆7.9；曲柄电机7.3和挤出机7.4通过螺栓固定在曲柄电机架7.1上，连杆电机7.6通过螺栓固定在曲柄7.5上；曲柄轴承7.2两端分别与曲柄电机架7.1和曲柄7.5一端的沉头孔紧配合，连杆轴承7.7两端分别与曲柄7.5另一端和连杆7.9一端的沉头孔紧配合，远程喷嘴7.8和连杆7.9的另一端螺纹连接；曲柄电机7.3的输出轴与曲柄7.5一端键连接并通过挡片和螺栓轴向定位，连杆电机7.6的输出轴与连杆7.9一端键连接并通过挡片和螺栓轴向定位；曲柄电机7.3和连杆电机7.6输出轴的转动通过曲柄连杆机构带动远程喷嘴7.8在XOY平行面上灵活自如运动；
所述的曲柄电机架7.1、曲柄7.5和连杆7.9由铝合金焊接而成，在保证承载能力的基础上做轻量化处理；
所述的曲柄连杆式喷头组件7的挤出机7.4和远程喷嘴7.8采用分离式结构，分别安装在曲柄电机架7.1和连杆7.9上，以减轻熔覆端的转动惯量，从而提高熔覆的稳定性。
请参阅图5，是本发明实施例提供的一种曲柄连杆式三维打印机的X轴移动组件原理示意图，它包括X轴驱动电机6.1、X轴电机支架6.2、X轴同步带轮6.3、X轴支承光轴6.4、X轴同步带6.5、X轴同步带固定片6.6、X轴带轮销6.7以及X轴带轮支架6.8；X轴带轮支架6.8和X轴电机支架6.2分别通过螺栓固定在Z轴链接块5.7上，X轴驱动电机6.1通过螺栓固定在X轴电机支架6.2上；一个X轴同步带轮6.3通过小螺栓固定在X轴驱动电机6.1的输出轴上，另一个X轴同步带轮6.3位于X轴带轮支架6.8的内腔中并通过X轴带轮销6.7支承；两根X轴支承光轴6.4贯穿曲柄电机架7.1且其两端分别固定在X轴电机支架6.2和X轴带轮支架6.8上；X轴同步带固定片6.6和曲柄电机架7.1通过螺栓将X轴同步带6.5夹紧，X轴驱动电机6.1输出轴的转动通过同步带传动带动曲柄电机架7.1沿X轴直线移动，从而为曲柄连杆式喷头组件7提供一个沿X轴的移动自由度。
请参阅图6，是本发明实施例提供的一种曲柄连杆式三维打印机的Z轴移动组件原理示意图，它包括Z轴电机支架5.1、Z轴驱动电机5.2、Z轴联轴器5.3、Z轴滚珠丝杠5.4、Z轴直线导轨5.5、Z轴直线滑块5.6、Z轴链接块5.7、Z轴轴承支架5.8以及丝杠带边轴承5.9组成；Z轴电机支架5.1、Z轴直线导轨5.5、Z轴轴承支架5.8均通过螺栓固定在框架侧板1.1上，Z轴驱动电机5.2和丝杠带边轴承5.9分别通过螺栓固定在Z轴电机支架5.1和Z轴轴承支架5.8上；Z轴联轴器5.3两端分别连接Z轴驱动电机5.2的输出轴和Z轴滚珠丝杠5.4，Z轴滚珠丝杠5.4的另一端与丝杠带边轴承5.9的内孔配合；Z轴链接块5.7一端与Z轴直线滑块5.6螺栓连接，另一端与X轴电机支架6.2螺栓连接，并通过螺纹孔与Z轴滚珠丝杠5.4紧配合；Z轴驱动电5.2输出轴的转动通过滚珠丝杠传动带动X轴电机支架6.2沿Z轴直线移动，从而为X轴移动组件6提供一个沿Z轴的移动自由度。
请参阅图7，是本发明实施例提供的一种曲柄连杆式三维打印机的运动自由度示意图。
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。

Claims (7)

1.一种曲柄连杆式三维打印机，包括框架组件（1）、框架组件（1）顶部的材料盘（8）、框架组件（1）前面的显示屏（2）以及控制板（4）；其特征在于，它还包括可沿Y轴直线移动的打印平台组件（3）、驱动喷头在XOY平行面内灵活自如运动的曲柄连杆式喷头组件（7）、驱动曲柄连杆式喷头组件（7）沿X轴直线移动的X轴移动组件（6）以及驱动X轴移动组件（6）沿Z轴直线移动的Z轴移动组件（5）；打印平台组件（3）、Z轴移动组件（5）、X轴移动组件（6）配合曲柄连杆式喷头组件（7）协调运动。
2.根据权利要求1所述的一种曲柄连杆式三维打印机，其特征在于，所述的框架组件（1）由后板（1.2）、底板（1.3）、前板（1.4）、顶板（1.5）以及两个侧板（1.1）组成；各板之间由螺栓连接，组合成曲柄连杆式三维打印机的外部框架；
所述的打印平台组件（3）由Y轴带轮支架（3.1）、Y轴同步带轮（3.2）、Y轴带轮销（3.3）、Y轴同步带（3.4）、打印平台（3.5）、Y轴同步带固定片（3.6）、Y轴同步带固定块（3.7）、Y轴支承光轴（3.8）、Y轴光轴滑块（3.9）、Y轴驱动电机（3.10）以及Y轴电机支架（3.11）组成；Y轴带轮支架（3.1）和Y轴电机支架（3.11）分别通过螺栓固定在框架后板（1.2）和前板（1.4）上，Y轴驱动电机（3.10）与Y轴电机支架（3.11）螺栓连接，一个Y轴同步带轮（3.2）通过小螺栓固定在Y轴驱动电机（3.10）的输出轴上，另一个Y轴同步带轮（3.2）位于Y轴带轮支架（3.1）的内腔中并通过Y轴带轮销（3.3）支承；两根Y轴支承光轴（3.8）贯穿框架前板（1.4）和后板（1.3）并通过螺栓轴向固定，四个Y轴光轴滑块（3.9）通过螺栓固定在打印平台（3.5）上；Y轴同步带固定片（3.6）和Y轴同步带固定块（3.7）通过螺栓将Y轴同步带（3.4）夹紧，Y轴同步带固定块（3.7）的另一侧与打印平台（3.5）螺栓固定；Y轴驱动电机（3.10）输出轴的转动通过同步带传动带动打印平台（3.5）沿Y轴直线移动；
所述的曲柄连杆式喷头组件（7）由曲柄电机架（7.1）、曲柄轴承（7.2）、曲柄电机（7.3）、挤出机（7.4）、曲柄（7.5）、连杆电机（7.6）、连杆轴承（7.7）、远程喷嘴（7.8）以及连杆（7.9）组成；曲柄电机（7.3）和挤出机（7.4）通过螺栓固定在曲柄电机架（7.1）上，连杆电机（7.6）通过螺栓固定在曲柄（7.5）上；曲柄轴承（7.2）两端分别与曲柄电机架（7.1）和曲柄（7.5）一端的沉头孔紧配合，连杆轴承（7.7）两端分别与曲柄（7.5）另一端和连杆（7.9）一端的沉头孔紧配合，远程喷嘴（7.8）和连杆（7.9）的另一端螺纹连接；曲柄电机（7.3）的输出轴与曲柄（7.5）一端键连接并通过挡片和螺栓轴向定位，连杆电机（7.6）的输出轴与连杆（7.9）一端键连接并通过挡片和螺栓轴向定位；曲柄电机（7.3）和连杆电机（7.6）输出轴的转动通过曲柄连杆机构带动远程喷嘴（7.8）在XOY平行面上灵活自如运动；
所述的X轴移动组件（6）由X轴驱动电机（6.1）、X轴电机支架（6.2）、X轴同步带轮（6.3）、X轴支承光轴（6.4）、X轴同步带（6.5）、X轴同步带固定片（6.6）、X轴带轮销（6.7）以及X轴带轮支架（6.8）组成；X轴带轮支架（6.8）和X轴电机支架（6.2）分别通过螺栓固定在Z轴链接块（5.7）上，X轴驱动电机（6.1）通过螺栓固定在X轴电机支架（6.2）上；一个X轴同步带轮（6.3）通过小螺栓固定在X轴驱动电机（6.1）的输出轴上，另一个X轴同步带轮（6.3）位于X轴带轮支架（6.8）的内腔中并通过X轴带轮销（6.7）支承；两根X轴支承光轴（6.4）贯穿曲柄电机架（7.1）且其两端分别固定在X轴电机支架（6.2）和X轴带轮支架（6.8）上；X轴同步带固定片（6.6）和曲柄电机架（7.1）通过螺栓将X轴同步带（6.5）夹紧，X轴驱动电机（6.1）输出轴的转动通过同步带传动带动曲柄电机架（7.1）沿X轴直线移动，从而为曲柄连杆式喷头组件（7）提供一个沿X轴的移动自由度；
所述的Z轴移动组件（5）由Z轴电机支架（5.1）、Z轴驱动电机（5.2）、Z轴联轴器（5.3）、Z轴滚珠丝杠（5.4）、Z轴直线导轨（5.5）、Z轴直线滑块（5.6）、Z轴链接块（5.7）、Z轴轴承支架（5.8）以及丝杠带边轴承（5.9）组成；Z轴电机支架（5.1）、Z轴直线导轨（5.5）、Z轴轴承支架（5.8）均通过螺栓固定在框架侧板（1.1）上，Z轴驱动电机（5.2）和丝杠带边轴承（5.9）分别通过螺栓固定在Z轴电机支架（5.1）和Z轴轴承支架（5.8）上；Z轴联轴器（5.3）两端分别连接Z轴驱动电机（5.2）的输出轴和Z轴滚珠丝杠（5.4），Z轴滚珠丝杠（5.4）的另一端与丝杠带边轴承（5.9）的内孔配合；Z轴链接块（5.7）一端与Z轴直线滑块（5.6）螺栓连接，另一端与X轴电机支架（6.2）螺栓连接，并通过螺纹孔与Z轴滚珠丝杠（5.4）紧配合；Z轴驱动电机（5.2）输出轴的转动通过滚珠丝杠传动带动X轴电机支架（6.2）沿Z轴直线移动，从而为X轴移动组件（6）提供一个沿Z轴的移动自由度。
3.根据权利要求2所述的一种曲柄连杆式三维打印机，其特征在于，所述的曲柄电机架（7.1）、曲柄（7.5）和连杆（7.9）由铝合金焊接而成。
4.根据权利要求2所述的一种曲柄连杆式三维打印机，其特征在于，所述的框架组件（1）的侧板（1.1）嵌入透明的有机玻璃板，前板（1.4）嵌入活动的有机玻璃板。
5.根据权利要求2所述的一种曲柄连杆式三维打印机，其特征在于，所述的打印平台组件（3）的打印平台（3.5）的形状为长方形。
6.根据权利要求1所述的一种曲柄连杆式三维打印机，其特征在于，所述的Z轴移动组件（5）和X轴移动组件（6）均有两组。
7.根据权利要求2所述的一种曲柄连杆式三维打印机，其特征在于，所述的曲柄连杆式喷头组件（7）的挤出机（7.4）和远程喷嘴（7.8）采用分离式结构，分别安装在曲柄电机架（7.1）和连杆（7.9）上。
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