CN106827532A - 3d打印机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种3D打印机，包括龙门加工中心、打印机构、操作机构；打印机构安装在龙门加工中心的立柱底端，打印机构包括速度控制机构、送料机构和出料机构，出料机构包括依次连接的进料箱、锥形送料口、可拆卸挤料箱和喷头，送料机构与进料箱连接，速度控制机构固定在进料箱上，可拆卸挤料箱由两半圆形的箱体卡扣而成，其外部由弧形盖板固定；绞龙的一端与速度控制机构连接，另一端穿过进料箱、锥形送料口及可拆卸挤料箱的内部到达喷头；操作机构控制龙门加工中心及打印机构的运动。本发明可以制造大型三维成品，打印精度高，易于清洗和维护，成本低，避免模具制造的工艺，避免材料浪费，并可以一步成型所需物品。
Description
技术领域
本发明涉及3D打印领域，尤其涉及一种3D打印机。
背景技术
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。运用三维打印机打印模型，无需传统的切削加工机床和加工模具，在计算机的控制下根据工件的三维模型可直接成形三维实体。
现有的3D打印设备加工或打印大型物件或建筑时需要配备龙门架加工中心，申请号为201610228140.6、申请日为2016.04.13的中国发明专利的申请文件中已经公开了对龙门架的改进方案，该方案利用双横梁对立柱进行固定，使整体结构在进行工件加工及3D打印工作时更为稳定，但是改进后的方案未对打印机头进行相应的改进，仍然存在打印设备的出料机构出料速度不易控制、打印过程中出料机构的内部不及时清理就会被固化的打印材料所堵塞的现象，且不易维修，从而造成设备故障甚至报废，3D打印设备的成本本来就高，由此更会大大加大成本，并且打印大型成品困难，材料浪费较为严重，污染环境，打印精度低。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种3D打印机来满足所有用户需求，该3D打印机设计合理、节能环保、成本低廉、方便打印大型成品，且易于维修，其出料机构不易被堵塞。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种3D打印机，包括龙门加工中心、安装在龙门加工中心上的打印机构、操作机构；
龙门加工中心包括床身、横梁和立柱,横梁横向滑动安装在床身上，并能够沿床身纵向滑动，立柱竖直滑动安装在横梁上，并能够沿横梁的横向和纵向滑动；
打印机构固定在立柱底端，打印机构包括速度控制机构、送料机构和出料机构，出料机构进包括进料箱、锥形送料口、可拆卸挤料箱、弧形盖板、喷头和绞龙；进料箱与送料机构连接，速度控制机构固定在进料箱上，进料箱、锥形送料口、可拆卸挤料箱和喷头由上至下依次连接，绞龙的一端安装在速度控制机构上，另一端穿过进料箱、锥形送料口及可拆卸挤料箱的内部到达喷头；可拆卸挤料箱由两半圆形的箱体卡扣而成，其接缝处固定有弧形盖板，防止可拆卸挤料箱中的打印材料从箱体连接缝处泄漏，弧形盖板外侧通过固定支撑件固定在立柱底端；
操作机构与龙门加工中心及打印机构连接，控制两者的运动。
进一步地,横梁为2个，并行分布，立柱通过滑动连接板滑动安装在两横梁之间，横梁内侧纵向安装有水平的X轴导轨，立柱靠近横梁的两侧安装有竖直的Z轴导轨，滑动连接板的外侧安装有沿X轴导轨滑动的滑块，滑动连接板的内侧安装有沿Z轴导轨滑动的滑块，立柱由X轴驱动电机驱动在X轴导轨上滑动，由Z轴驱动电机驱动在Z轴导轨上滑动，X轴驱动电机和Z轴驱动电机均安装在固定在滑动连接板上的电机安装板上。
进一步地,滑动连接板内靠近立柱安装有气缸，气缸的活塞输出端与立柱的底端固定连接。气缸的设置，确保了立柱的Z向微量进给准确无误，也增加了3D打印的精度。
进一步地,床身包括工作台、安全门和两侧梁，工作台位于两侧梁之间并位于打印机构的下方，安全门安装在两侧梁的两端，侧梁顶部安装Y轴导轨。
进一步地,速度控制机构包括电机和与电机连接的减速机，减速机通过法兰盘固定在进料箱上。
进一步地,进料箱外壁连接进料箱接头，进料箱接头与进料箱之间的夹角为20°-45°。
进一步地,进料箱接头外端部安装有法兰盘C，法兰盘C上开设有进料口和进水口，进料口处连接送料机构，进水口处连接水洗装置，当打印完成时，关闭送料机构，启动水洗装置，将进料箱、锥形送料口、可拆卸挤料箱和喷头进行清洗，防止打印材料固化在出料机构内部，降低设备故障发生率。
进一步地,锥形送料口的大口径端与进料箱连接，方便打印材料被挤压至可拆卸挤料箱内。
进一步地,龙门加工中心上还设置有另一组横梁和立柱，另一组立柱底端安装有五轴头，五轴头包括伺服电机C、与伺服电机C的输出轴连接的C轴变速箱、安装在C轴变速箱输出端并能够围绕C轴旋转的主轴箱，主轴箱内安装伺服电机A、与伺服电机A的输出轴连接的A轴变速箱，A轴变速箱输出端通过法兰盘B安装能够围绕A轴旋转的主轴，C轴变速箱通过法兰盘A安装在立柱底端，C轴指绕Z轴旋转的轴，A轴指绕X轴旋转的轴，打印机构2打印出的3D模型雏形通过五轴加工更加精确，精加工后的模型即可成为3D打印批量生产的模型，由此提高精度和效率。
进一步地,五轴头的C轴和A轴呈锐角分布，优选夹角为40°-60°，锐角设计使得A轴和C轴的旋转范围均显著增大，加工精度提高，在主轴尺寸相同的情况下，可以进一步缩小主轴箱尺寸，耗能降低的同时扩大加工范围。
上述技术方案的有益效果是：结构简单、设计合理，打印机可以在X/Y/Z三个方向移动，从而制造大型三维成品，五轴头的设计又使得出料机构的加工范围增大，使得最后打印出的物体更为立体和精确；打印材料可以采用多种，包括GRG和GRC材料；还可以通过设置电机和减速机的参数可以很方便的控制打印速度，且打印精度高；水洗装置的设计可以在打印完成时及时进行出料机构内部的清洗，而当清洗不及时时，打印材料固化将出料机构内部堵塞，可拆卸挤料箱的设计使得其内部被打印材料堵塞时，可拆卸固定支撑件及挤料箱，将挤料箱内部堵塞的材料清除以消除故障，由此实现了双重保障，易于清洗和维修，节能环保、成本低廉、避免模具制造的工艺，避免材料浪费，并可以一步成型所需物品，适于大型零件的批量生产，生产效率高。
附图说明
图1为本发明第一种实施例的结构示意图；
图2为打印机构的结构示意图；
图3为本发明第二种实施例的结构示意图；
图4为五轴头的结构示意图。
图中，1、龙门加工中心；11、床身；111、工作台；112、安全门；113、侧梁；114、Y轴导轨；12、横梁；121、X轴导轨；122、Y轴驱动电机；123、滑动安装板；13、立柱；131、滑动连接板；132、Z轴导轨；133、X轴驱动导轨；134、Z轴驱动电机；135、电机安装板；136、气缸；14、五轴头；141、C轴变速箱；142、主轴箱；143、主轴；144、法兰盘A；145、法兰盘B；2、打印机构；21、速度控制机构；211、电机；212、减速机；23、出料机构；231、进料箱；232、锥形进料口；233、可拆卸挤料箱；234、弧形盖板；235、喷头；236、绞龙；237、固定支撑件；238、进料箱接头；239、法兰盘C；239-1、进料口；239-2、进水口；3、操作机构。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
实施例1
如图1所示的3D打印机包括龙门加工中心1、安装在龙门加工中心内部的打印机构2和操作机构3，操作机构3与龙门加工中心1及打印机构2连接，控制两者的运动。
龙门加工中心1包括床身11、横梁12和立柱13,横梁12横向滑动安装在床身11上，并能够沿床身11纵向滑动，立柱13竖直滑动安装在横梁12上，并能够沿横梁12的横向和纵向滑动。
床身11包括工作台111、安全门112和两个并行排列的侧梁113，工作台位于两侧梁113之间并位于打印机构2的下方，安全门安装在两侧梁113的两端，侧梁113顶部安装Y轴导轨114。
横梁12为2个，并行分布，横梁12通过滑动安装板123横向滑动安装在床身11上，滑动安装板123底部设有沿Y轴导轨114滑动的滑块；立柱13通过滑动连接板131滑动安装在两横梁113之间，横梁113内侧纵向安装有水平的X轴导轨121，立柱13靠近横梁113的两侧安装有竖直的Z轴导轨132，滑动连接板131的外侧安装有沿X轴导轨121滑动的滑块，滑动连接板131的内侧安装有沿Z轴导轨132滑动的滑块，立柱13由X轴驱动电机133驱动沿X轴导轨121滑动，由Z轴驱动电机134驱动沿Z轴导轨132滑动，X轴驱动电机133和Z轴驱动电机134均安装于固定在滑动连接板131上的电机安装板135上。滑动连接板131靠近立柱13一侧安装有气缸136，气缸136的活塞输出端与立柱13的底端固定连接。
如图2所示，打印机构2包括速度控制机构21、送料机构22和出料机构23，出料机构23进包括进料箱231、锥形送料口232、可拆卸挤料箱233、弧形盖板234、喷头235和绞龙236，进料箱231与送料机构22连接，速度控制机构21固定在进料箱231上，进料箱231、锥形送料口232、可拆卸挤料箱233和喷头235依次连接，锥形送料口232的大口径端与进料箱连接，绞龙236一端安装在速度控制机构21底部，另一端穿过进料箱231、锥形送料口232及可拆卸挤料箱233的内部到达喷头235，可拆卸挤料箱233由两半圆形的箱体卡扣而成，其两端分别套装在锥形送料口232和喷头235外侧，其外部由弧形盖板234固定，弧形盖板234的外部通过固定支撑件237可直接固定在立柱13底端，由此可以实现3D打印。
速度控制机构包括电机211和与电机连接的减速机212，减速机212通过法兰盘固定在进料箱231上。
进料箱外壁连接进料箱接头238，进料箱接头238与进料箱231之间的夹角为20°-45°，进料箱接头238外端部安装有法兰盘C239。法兰盘C239上开设有进料口239-1和进水口239-2，进料口处连接送料机构，送料机构输送能够输送用于3D打印的GRG或GRC等材料,进水口处连接水洗装置，水洗装置可输送带有一定压力的水对打印机构内部进行清洗，防止打印材料固化将出料机构内部堵塞。
实施例2
龙门加工中心1的横梁12和立柱13均为两组，每组有2个并行分布的横梁12和1个与横梁12垂直的立柱13，其中1个立柱13底部安装打印机构2，另一个立柱13底端安装五轴头14，如图3所示。
五轴头14的机构如图4所示，五轴头14包括伺服电机C、安装在伺服电机C输出端的C轴变速箱141、安装在C轴变速箱输出端并围绕C轴旋转的主轴箱142，主轴箱内安装伺服电机A、与伺服电机A连接的A轴变速箱，A轴变速箱输出端通过法兰盘B145安装能够围绕A轴旋转的主轴143，C轴变速箱通过法兰盘A144安装在立柱13底端，由此可以实现五轴加工，进而形成五轴联动3D打印一体机。
在上述技术方案上，优选地，C轴和A轴呈锐角分布，优选地，A轴和C轴的夹角为40°-50°，在50°时A轴的旋转范围可达到±160°，C轴的旋转范围可达到±320°。
操作机构3与X轴驱动电机133、Y轴驱动电机122、Z轴驱动电机134、五轴头14及打印机构2连接，五轴头14安装在X/Y/Z三轴移动平台上并与其协同作用实现所述五轴头结构的五个自由度，控制五轴头14在X/Y/Z三轴以及绕A轴/C轴旋转等五个自由度方向移动，从而实现五轴加工；先利用打印机构打印出3D模型，再通过五轴头对3D模型进行精加工，形成可回收使用的模具，模具上通过喷涂工艺进行产品的批量生产，由此，可生产大型且几何形状比较复杂的零件，并且更加立体和精确，操作机构3可对打印机构2和五轴头14进行选择性控制或同步控制，提高整体设备的利用率，从而提高生产效率。
以上所述实施方式仅表达了本发明的一种或多种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种3D打印机，其特征在于，包括龙门加工中心(1)、安装在龙门加工中心上的打印机构(2)、操作机构(3)；
龙门加工中心包括床身(11)、横梁(12)和立柱(13),横梁横向滑动安装在床身上，并能够沿床身的纵向滑动，立柱竖直滑动安装在横梁上，并能够沿横梁的横向和纵向滑动；
打印机构安装在立柱底端，其包括速度控制机构(21)、送料机构(22)和出料机构(23)，出料机构包括依次连接的进料箱(231)、锥形送料口(232)、可拆卸挤料箱(233)和喷头(235)，进料箱与送料机构连接，速度控制机构固定在进料箱上，速度控制机构上安装绞龙(236)的一端，绞龙另一端穿过进料箱、锥形送料口及可拆卸挤料箱的内部到达喷头，可拆卸挤料箱由两半圆形的箱体卡扣而成，其接缝处固定有弧形盖板(234)，弧形盖板外侧通过固定支撑件(237)固定在立柱底端；
操作机构与龙门加工中心及打印机构连接，控制两者的运动。
2.根据权利要求1所述的3D打印机，其特征在于，横梁为2个，并行分布，立柱通过U型的滑动连接板(131)滑动安装在两横梁之间，横梁纵向内侧安装有水平的X轴导轨(121)，立柱靠近横梁的两侧安装有竖直的Z轴导轨(132)，滑动连接板的外侧安装有沿X轴导轨滑动的滑块，滑动连接板的内侧安装有沿Z轴导轨滑动的滑块；立柱由X轴驱动电机(133)驱动沿X轴导轨滑动，由Z轴驱动电机(134)驱动沿Z轴导轨滑动，X轴驱动电机和Z轴驱动电机均安装在滑动连接板上的电机安装板(135)上。
3.根据权利要求2所述的3D打印机，其特征在于，滑动连接板内靠近立柱安装有气缸(136)，气缸的活塞输出端与立柱的底端固定连接。
4.根据权利要求1所述的3D打印机，其特征在于，床身包括工作台(111)、安全门(112)和两侧梁(113)，工作台位于两侧梁之间并位于打印机构的下方，安全门安装在两侧梁的两端，侧梁顶部安装Y轴导轨(114)。
5.根据权利要求1所述的3D打印机，其特征在于，进料箱外壁连接进料箱接头(238)，进料箱接头与进料箱之间的夹角为20°-45°。
6.根据权利要求5所述的3D打印机，其特征在于，进料箱接头外端部安装有法兰盘C(239)，法兰盘上开设有进料口(239-1)和进水口(239-2)，进料口处连接送料机构，进水口处连接水洗装置。
7.根据权利要求1所述的3D打印机，其特征在于，锥形送料口(232)的大口径端与进料箱连接。
8.根据权利要求1所述的3D打印机，其特征在于，龙门加工中心上还设置有另一组横梁和立柱，另一组立柱底端安装有五轴头(14)，五轴头包括伺服电机C、与伺服电机C的输出轴连接的C轴变速箱(141)、安装在C轴变速箱输出端并能够围绕C轴旋转的主轴箱(142)，主轴箱内安装伺服电机A、与伺服电机A的输出轴连接的A轴变速箱，A轴变速箱输出端通过法兰盘B(145)安装能够围绕A轴旋转的主轴(143)，C轴变速箱通过法兰盘A(144)安装在立柱底端。
9.根据权利要求8所述的3D打印机，其特征在于，C轴和A轴之间的夹角为40°-60°。
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