CN106976236B - 3t1r四自由度回转式3d打印机 - Google Patents

Abstract

一种3D打印技术领域的3T1R四自由度回转式3D打印机，包括：打印头、铰链四杆机构、连杆支架基座和打印平台，其中：铰链四杆机构前端设有打印头，铰链四杆机构环形阵列设置在连杆支架基座上，打印平台与连杆支架基座同轴设置并通过转动副或圆柱副连接；本发明可以进行XY平面填充、沿着Z方向的叠层制造。也可以用于沿着回转式打印机径向切片的叠层制造，即打印头沿着竖直方向轮廓曲线进行上下打印，填充柱面切片，每打印完一层，打印机沿着径向移动一个层厚，从而有效消除原有沿着Z方向切片方式引起的大曲率表面存在的阶梯效应。本发明针可以对不同的打印件的结构、曲面特性，选取不同的结构布置方式，从而实现具有外侧空间曲面或者具有内侧空间曲面或者具有内、外侧空间曲面的零件的快速制造。

Description

3T1R四自由度回转式3D打印机

技术领域

本发明涉及的是一种3D打印领域的技术，具体是一种3T1R四自由度回转式3D打印机。

背景技术

目前，3D打印机大多基于直接坐标系，对于回转类零件，切片轮廓具有曲线特征零件，和具有空间曲面的零件的快速制造，打印机采用X、Y轴的联动，拟合实现打印平面上的曲线绘制，在成型原理上存在一定误差，尤其在打印回转类零件以及切片轮廓具有曲线特征零件时，打印速度较慢，表面精度取决于算法的轮廓拟合精度。

叠层制造在成型原理上，存在着阶梯效应引起的误差，该误差在打印竖直方向的曲面时尤为明显。现有大部分打印机通过提高打印精度，或者对零件采取一定的后处理来降低阶梯效应对成型精度的影响。抑或采用多轴联动的方式实现曲面成型。

此外，现有基于直角坐标系的3D打印机在X、Y、Z方向的移动均是分别驱动三个轴，结构较为复杂，占用空间较大。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出了一种3T1R四自由度回转式3D打印机，能够实现回转类零件、切片轮廓具有曲线特征的零件以及具有空间曲面的零件的快速制造，减小直角坐标系3D打印机打印空间曲线时因阶梯效应引起的误差。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种3T1R四自由度回转式3D打印机，包括：打印头、铰链四杆机构、连杆支架基座和打印平台，其中：铰链四杆机构前端设有打印头，铰链四杆机构环形阵列设置在连杆支架基座上，打印平台与连杆支架基座同轴设置并通过转动副或圆柱副连接；

所述的连杆支架基座为环形阵列有第一连杆机构支架的圆形板状平台/环状平台或内侧环形阵列有导轨的空心旋转框架。

所述的空心旋转框架与打印平台之间设有机架，机架与空心旋转框架通过转动副连接、与打印平台固定连接。

所述的环状平台与打印平台之间设有机架，机架与环状平台通过转动副连接、与打印平台通过移动副连接。

所述的圆形板状平台与打印平台通过圆柱副连接，或者所述的圆形板状平台与打印平台通过转动副连接，并相应的在第一连杆机构支架上设有竖向设置的导轨。

所述的第一连杆机构支架或导轨在竖直方向上设有若干水平设置的滑槽。

所述的铰链四杆机构包括：铰链机架、第一连架杆、第二连架杆和第一连杆，其中：铰链机架与滑槽通过移动副连接，铰链机架和第一连杆的两端分别与第一连架杆、第二连架杆连杆通过回转副连接；第二连架杆的输出轴与打印头固定连接。

所述第一连杆机构支架上的铰链四杆机构可由五杆机构代替，相应的，连杆支架基座设为圆形板状平台或环状平台，第一连杆机构支架由第二连杆机构支架取代；所述的第二连杆机构支架为倒L型、阵列在圆形板状平台或环状平台上，五杆机构与第二连杆机构支架连接；

所述的五杆机构包括依次通过回转副连接的滑块、摇杆、第二连杆和曲柄，其中：滑块通过移动副水平设置在第二连杆机构支架上，曲柄通过回转副设置在第二连杆机构支架上。

本发明涉及一种3T1R四自由度回转式3D打印机，包括：打印头、铰链四杆机构、内侧筒体、打印平台和机架，其中：铰链四杆机构前端设有打印头，内侧筒体与打印平台同轴设置，内侧筒体上环形阵列有水平设置的若干滑槽，铰链四杆机构中的铰链机架与滑槽通过移动副连接；

所述的打印平台和内侧筒体其中之一与机架固定连接，则另一与机架通过圆柱副连接，或者其中之一与机架通过转动副连接，则另一与机架通过移动副连接。

所述的内侧筒体为圆柱形筒体或正多边形柱体。

优选地，所述的机架上对应内侧筒体设有同轴的外侧套筒，所述的外侧套筒上对应内侧筒体设有滑槽和铰链四杆机构。

所述的外侧套筒与机架的连接方式与内侧筒体与机架的连接方式相同。

所述的打印头相对于打印平台的3T相对运动分别为：径向移动T^r、轴向移动T^a和沿着圆周切线方向的移动T^t，用[T^r T^a T^t]表示；所述的打印头相对于搭载打印头的筒体相对运动分别为：绕打印头自身轴线的旋转R^s、绕打印头自身轴线相垂直的水平轴线的旋转R^h和绕竖直轴线方向的旋转R^v，其中：R^s对于打印件成形无作用，R^v对于回转类打印件无作用，取值0，不作考虑，故用1R表示打印头相对于搭载打印头的筒体的转动自由度。

技术效果

与现有技术相比，本发明通过3T1R四自由度的运动以及柱面坐标形式，能够实现回转类零件、切片轮廓具有曲线特征的零件以及具有空间曲面的零件的快速制造，减小直角坐标系3D打印机打印空间曲线时因阶梯效应引起的误差；而且本发明可采用多层多头、或单层多头等形式进行空间布置，提升打印速度；本发明可以进行XY平面填充、沿着Z方向的叠层制造。也可以用于沿着回转式打印机径向切片的叠层制造，即打印头沿着竖直方向轮廓曲线进行上下打印，填充柱面切片，每打印完一层，打印机沿着径向移动一个层厚(由里向外或者由外向里或者两者相结合)，从而有效消除原有沿着Z方向切片方式引起的大曲率表面存在的阶梯效应。本发明针可以对不同的打印件的结构、曲面特性，选取不同的结构布置方式，从而实现具有外侧空间曲面或者具有内侧空间曲面或者具有内、外侧空间曲面的零件的快速制造。

附图说明

图1为实施例1的结构示意图；

图2为实施例2的结构示意图；

图3为实施例3的结构示意图；

图4为实施例4的结构示意图；

图5为实施例5的结构示意图；

图6为实施例6的结构示意图；

图7为实施例7的结构示意图；

图8为实施例8的结构示意图；

图9为实施例9的结构示意图；

图10为实施例10的结构示意图；

图11为实施例11的结构示意图；

图12为实施例12的结构示意图；

图13为实施例13的结构示意图；

图14为实施例14的结构示意图；

图15为实施例15的结构示意图；

图16为实施例16的结构示意图；

图17为本发明打印零件的效果图；

图中：(a)为打印示意图，(b)为左视图，(c)为俯视图，(d)为三维视图；

图18为本发明中铰链四杆机构的结构示意图；

图19为本发明中五杆机构的结构示意图；

图中：连杆支架基座1、机架2、导轨3、滑槽4、铰链机架5、第一连架杆6、第一连杆7、第二连架杆8、打印头9、打印平台10、第一连杆机构支架11、内侧筒体12、第二连杆机构支架13、曲柄14、第二连杆15、摇杆16、滑块17、外侧套筒18、滑块滑槽19。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，下述实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，其中对于打印头可采用多层多头或单层单头等形式进行空间布置，不限于下述的实施例。

下述实施例中，T^r、T^a和T^t的取值可以是C或P，其中：C表示自由度布置在搭载打印头的筒体上，P表示自由度布置在打印平台上；R^h取值为H，H表示绕打印头自身轴线相垂直的水平轴线的旋转。

下述实施例中I表示打印方式在径向上由里向外，II表示打印方式在径向上由外向里，III表示打印方式在径向上由外向里与由里向外相结合。

为实现打印头相对于打印平台具备空间任意位置和1R自由度，具体实施方式不局限于四杆机构，可采用如五杆机构、1T1R串联机构、1R1T串联机构等具备相同末端自由度的机构。

实施例1

如图1所示，本实施例包括：打印头9、铰链四杆机构、连杆支架基座1和打印平台10，其中：铰链四杆机构前端设有打印头9，所述的连杆支架基座1为内侧环形阵列有导轨3的空心旋转框架；

所述的打印平台10底部与机架2固定连接，所述的机架2与空心旋转框架通过转动副连接；优选地，所述导轨3的数量为3个；优选地，所述的各导轨3沿竖直方向均连接有两个水平设置的滑槽4，铰链四杆机构中的铰链机架5与滑槽4通过移动副连接。

如图18所示，所述的铰链四杆机构包括：铰链机架5、第一连架杆6、第二连架杆8和第一连杆7，其中：铰链四杆机构中的铰链机架5与滑槽4通过移动副连接，铰链机架5和第一连杆7的两端分别与第一连架杆6、第二连架杆8通过回转副连接；第二连架杆8的输出轴与打印头9固定连接；通过对第一连架杆6施加驱动，使得第二连架杆8来回摆动。

本实施例根据零件三维模型成型要求，选取相应的四杆机构构型，并结合该零件的CAD数据，通过算法得到连杆支架基座1、导轨3、滑槽4、铰链机架5以及第一连架杆6的控制数据，以此来确保滑槽竖直位置、铰链机架水平位置与打印头位置与转角，实现打印头9相对于打印平台10的径向移动、轴向移动、沿圆周切线方向的移动以及绕与自身轴线垂直的水平轴线的转动，从而进行水平面内轮廓和空间轮廓的填充，以此实现整个零件在径向上由里向外的打印。

实施例2

如图2所示，本实施例包括：打印头9、铰链四杆机构、连杆支架基座1和打印平台10，其中：铰链四杆机构前端设有打印头9，打印平台10与连杆支架基座1同轴设置并通过转动副连接；

所述的连杆支架基座1为阵列有第一连杆机构支架11的圆形板状平台；优选地，所述第一连杆机构支架11数量为3个，所述的第一连杆机构支架11上沿竖直方向设有导轨3，所述的各导轨3沿竖直方向均连接有两个水平设置的滑槽4，铰链四杆机构中的铰链机架5与滑槽4通过移动副连接。

本实施例根据零件三维模型成型要求，选取相应的四杆机构的构型，并结合该零件的CAD数据，通过算法得到打印平台10、导轨3、滑槽4、铰链机架5以及第一连架杆6的控制数据，以此来确保打印平台转动角度、滑槽竖直位置与打印头位置与转角，实现打印头9相对于打印平台10的径向移动、轴向移动、沿圆周切线方向的移动以及绕与自身轴线垂直的水平轴线的转动，从而进行水平面内轮廓和空间轮廓的填充，以此实现整个零件在径向上由里向外的打印。

实施例3

如图3所示，本实施例包括：打印头9、铰链四杆机构、连杆支架基座1和打印平台10，其中：铰链四杆机构前端设有打印头9，打印平台10与连杆支架基座1同轴设置并通过圆柱副连接；

所述的连杆支架基座1为阵列有第一连杆机构支架11的圆形板状平台；优选地，所述的第一连杆机构支架11数量为3个，所述的各第一连杆机构支架11沿竖直方向均连接有两个水平设置的滑槽4，铰链四杆机构中的铰链机架5与滑槽4通过移动副连接。

本实施例根据零件三维模型成型要求，选取相应的四杆机构的构型，并结合该零件的CAD数据，通过算法得到打印平台10、铰链机架5以及第一连架杆6的控制数据，以此来确保打印平台转动角度、竖直位置与打印头位置与转角，实现打印头9相对于打印平台10的径向移动、轴向移动、沿圆周切线方向的移动以及绕与自身轴线垂直的水平轴线的转动，从而进行水平面内轮廓和空间轮廓的填充，以此实现整个零件在径向上由里向外的打印。

实施例4

如图4所示，本实施例包括：打印头9、铰链四杆机构、连杆支架基座1、机架2和打印平台10，其中：铰链四杆机构前端设有打印头9，打印平台10与机架2采用移动副连接，连杆支架基座1与机架2采用转动副连接；

所述的连杆支架基座1为阵列有第一连杆机构支架11的环状平台；优选地，所述第一连杆机构支架11的数量为3个，所述的各第一连杆机构支架11沿竖直方向均连接有两个水平设置的滑槽4，铰链四杆机构中的铰链机架5与滑槽4通过移动副连接。

本实施例根据零件三维模型成型要求，选取相应的四杆机构的构型，并结合该零件的CAD数据，通过算法得到连杆支架基座1、打印平台10、铰链机架5以及第一连架杆6的控制数据，以此来确保机架转动角度、打印平台竖直位置、铰链机架水平位置与打印头位置与转角，实现打印头9相对于打印平台10的径向移动、轴向移动、沿圆周切线方向的移动以及绕与自身轴线垂直的水平轴线的转动，从而进行水平面内轮廓和空间轮廓的填充，以此实现整个零件在径向上由里向外的打印。

实施例5

如图5所示，本实施例包括：打印头9、五杆机构、第二连杆机构支架13、连杆支架基座1、打印平台10和机架2，其中：五杆机构前端设有打印头9，打印平台10与机架2固定连接，机架2与连杆支架基座1采用转动副连接，第二连杆机构支架13与连杆支架基座1采用移动副连接；

如图19所示，所述的五杆机构包括依次通过回转副连接的滑块17、摇杆16、第二连杆15和曲柄14，其中：滑块17通过移动副水平设置在第二连杆机构支架13上，曲柄14通过回转副设置在第二连杆机构支架13上，打印头9与摇杆16的输出轴固定连接。

所述的第二连杆机构支架13环形阵列在连杆支架基座1上，优选地，数量为4个。

若锁定五杆机构的摇杆16到五杆机构的滑块17上，使摇杆16相对于滑块17处于固定位置，使得五杆机构等效于曲柄滑块四杆机构，驱动曲柄14，实现水平面内直线、曲线的打印以及叠层制造；

若锁定五杆机构的滑块17使其相对于第二连杆机构支架13的滑块滑槽19处于固定位置，使得五杆机构等效于曲柄摇杆四杆机构，驱动曲柄14，进行空间圆弧曲线的打印，实现曲面造型。

本实施例根据零件三维模型成型要求，选取相应的五杆机构的构型，并结合该零件的CAD数据，通过算法得到连杆支架基座1、第二连杆机构支架13以及曲柄14的控制数据，以此来确保第二连杆支架转动角度、移动距离与打印头位置与转角，实现打印头9相对于打印平台10的径向移动、轴向移动、沿圆周切线方向的移动以及绕与自身轴线垂直的水平轴线的转动，从而进行水平面内轮廓和空间轮廓的填充，以此实现整个零件在径向上由里向外的打印。

实施例6

如图6所示，本实施例包括：打印头9、五杆机构、第二连杆机构支架13、连杆支架基座1和打印平台10，其中：五杆机构前端设有打印头9，打印平台10与连杆支架基座1采用转动副连接，五杆机构与第二连杆机构支架13采用移动副连接，第二连杆机构支架13与连杆支架基座1采用移动副连接。

所述的第二连杆机构支架13环形阵列在连杆支架基座1上，优选地，数量为4个。

本实施例根据零件三维模型成型要求，选取相应的五杆机构的构型，并结合该零件的CAD数据，通过算法得到打印平台10、第二连杆机构支架13以及曲柄14的控制数据，以此来确保打印平台转动角度、第二连杆机构支架移动距离与打印头位置与转角，实现打印头9相对于打印平台10的径向移动、轴向移动、沿圆周切线方向的移动以及绕与自身轴线垂直的水平轴线的转动，从而进行水平面内轮廓和空间轮廓的填充，以此实现整个零件在径向上由里向外的打印。

实施例7

如图7所示，本实施例包括：打印头9、五杆机构、第二连杆机构支架13、连杆支架基座1和打印平台10，其中：五杆机构前端设有打印头9，打印平台10与连杆支架基座1采用圆柱副连接，五杆机构与第二连杆机构支架13采用移动副连接，第二连杆机构支架13与连杆支架基座1固定连接。

所述的第二连杆机构支架13环形阵列在连杆支架基座1上，优选地，数量为4个。

本实施例根据零件三维模型成型要求，选取相应的五杆机构的构型，并结合该零件的CAD数据，通过算法得到打印平台10以及曲柄14的控制数据，以此来确保打印平台转动角度与打印头位置与转角，实现打印头9相对于打印平台10的径向移动、轴向移动、沿圆周切线方向的移动以及绕与自身轴线垂直的水平轴线的转动，从而进行水平面内轮廓和空间轮廓的填充，以此实现整个零件在径向上由里向外的打印。

实施例8

如图8所示，本实施例包括：打印头9、五杆机构、第二连杆机构支架13、连杆支架基座1和打印平台10，其中：五杆机构前端设有打印头9，打印平台10设置在机架2上且通过移动副连接，机架2与连杆支架基座1采用转动副连接，五杆机构与第二连杆机构支架13采用移动副连接，第二连杆机构支架13与连杆支架基座1固定连接。

所述的第二连杆机构支架13环形阵列在连杆支架基座1上，优选地，数量为4个。

本实施例根据零件三维模型成型要求，选取相应的五杆机构的构型，并结合该零件的CAD数据，通过算法得到连杆支架基座1、打印平台10、第二连杆机构支架13以及曲柄14的控制数据，以此来确保打印平台移动距离、连杆支架转动角度与打印头位置与转角，实现打印头9相对于打印平台10的径向移动、轴向移动、沿圆周切线方向的移动以及绕与自身轴线垂直的水平轴线的转动，从而进行水平面内轮廓和空间轮廓的填充，以此实现整个零件在径向上由里向外的打印。

实施例9

如图9所示，本实施例包括：打印头9、铰链四杆机构、内侧筒体12、打印平台10和机架2，其中：铰链四杆机构前端设有打印头9，内侧筒体12与打印平台10同轴设置，内侧筒体12上环形阵列有水平设置的6个滑槽4、分为两层，铰链四杆机构中的铰链机架5与滑槽4通过移动副连接；

所述的打印平台10固定在机架2上，内侧筒体12与机架2采用圆柱副连接。

本实施例根据零件三维模型成型要求，选取相应的四杆机构的构型，并结合该零件的CAD数据，通过算法得到内侧筒体12与铰链机架5的控制数据，以此来确保内侧筒体转动角度、升降距离、铰链机架水平位置和打印头位置与转角，实现打印头9相对于打印平台10的径向移动、轴向移动、沿圆周切线方向的移动以及绕与自身轴线垂直的水平轴线的转动，从而进行水平面内轮廓和空间轮廓的填充，以此实现整个零件在径向上由外向里的打印。

实施例10

如图10所示，本实施例包括：打印头9、铰链四杆机构、内侧筒体12、打印平台10和机架2，其中：铰链四杆机构前端设有打印头9，内侧筒体12与打印平台10同轴设置，内侧筒体12上环形阵列有水平设置的6个滑槽4、分为两层，铰链四杆机构中的铰链机架5与滑槽4通过移动副连接；

所述的打印平台10与机架2采用圆柱副连接，内侧筒体12与机架2固定连接。

本实施例根据零件三维模型成型要求，选取相应的四杆机构的构型，并结合该零件的CAD数据，通过算法得到打印平台10以及铰链机架5的控制数据，以此来确保打印平台转动角度、竖直位置和打印头位置与转角，实现打印头9相对于打印平台10的径向移动、轴向移动、沿圆周切线方向的移动以及绕与自身轴线垂直的水平轴线的转动，从而进行水平面内轮廓和空间轮廓的填充，以此实现整个零件在径向上由外向里的打印。

实施例11

如图11所示，本实施例包括：打印头9、铰链四杆机构、内侧筒体12、打印平台10和机架2，其中：铰链四杆机构前端设有打印头9，内侧筒体12与打印平台10同轴设置，内侧筒体12上环形阵列有水平设置的6个滑槽4、分为两层，铰链四杆机构中的铰链机架5与滑槽4通过移动副连接；

所述的打印平台10与机架2采用转动副连接，内侧筒体12与机架2采用移动副连接。

优选地，所述的内侧筒体12为正三角形柱体。

本实施例根据零件三维模型成型要求，选取相应的四杆机构的构型，并结合该零件的CAD数据，通过算法得到打印平台10、内侧筒体12以及铰链机架5的控制数据，以此来确保打印平台转动角度、内侧筒体竖直位置和打印头位置与转角，实现打印头9相对于打印平台10的径向移动、轴向移动、沿圆周切线方向的移动以及绕与自身轴线垂直的水平轴线的转动，从而进行水平面内轮廓和空间轮廓的填充，以此实现整个零件在径向上由外向里的打印。

实施例12

如图12所示，本实施例包括：打印头9、铰链四杆机构、内侧筒体12、打印平台10和机架2，其中：铰链四杆机构前端设有打印头9，内侧筒体12与打印平台10同轴设置，内侧筒体12上环形阵列有水平设置的6个滑槽4、分为两层，铰链四杆机构中的铰链机架5与滑槽4通过移动副连接；

所述的打印平台10与机架2采用移动副连接，内侧筒体12与机架2采用转动副连接。

本实施例根据零件三维模型成型要求，选取相应的四杆机构的构型，并结合该零件的CAD数据，通过算法得到打印平台10、内侧筒体12以及铰链机架5的控制数据，以此来确保内侧筒体转动角度、打印平台竖直位置和打印头位置与转角，实现打印头9相对于打印平台10的径向移动、轴向移动、沿圆周切线方向的移动以及绕与自身轴线垂直的水平轴线的转动，从而进行水平面内轮廓和空间轮廓的填充，以此实现整个零件在径向上由外向里的打印。

实施例13

如图13所示，本实施例包括：打印头9、铰链四杆机构、内侧筒体12、打印平台10和机架2，其中：铰链四杆机构前端设有打印头9，内侧筒体12与打印平台10同轴设置，内侧筒体12上环形阵列有水平设置的若干滑槽4，铰链四杆机构中的铰链机架5与滑槽4通过移动副连接；

所述的机架2上对应内侧筒体12设有同轴的外侧套筒18，所述的外侧套筒18上对应内侧筒体12设有滑槽4和铰链四杆机构；

所述的打印平台10与机架2采用固定连接，内侧筒体12、外侧套筒18分别与机架2采用圆柱副连接。

所述的铰链四杆机构在内侧筒体12和外侧套筒18上均为环形阵列，数量均为2层6个。

本实施例根据零件三维模型成型要求，选取相应的四杆机构的构型，并结合该零件的CAD数据，通过算法得到内侧筒体12、外侧套筒18、铰链机架5以及第一连架杆6的控制数据，以此来确保内侧筒体、外侧筒体的转动角度、升降距离、连杆机构的水平位置与打印头的位置与转角，实现打印头9相对于打印平台10的径向移动、轴向移动、沿圆周切线方向的移动以及绕与自身轴线垂直的水平轴线的转动，从而进行水平面内轮廓和空间轮廓的填充，以此实现整个零件在径向上由外向里与由里向外相结合的打印。

实施例14

如图14所示，本实施例包括：打印头9、铰链四杆机构、内侧筒体12、打印平台10和机架2，其中：铰链四杆机构前端设有打印头9，内侧筒体12与打印平台10同轴设置，内侧筒体12上环形阵列有水平设置的若干滑槽4，铰链四杆机构中的铰链机架5与滑槽4通过移动副连接；

所述的机架2上对应内侧筒体12设有同轴的外侧套筒18，所述的外侧套筒18上对应内侧筒体12设有滑槽4和铰链四杆机构；

所述的打印平台10与机架2采用圆柱副连接，内侧筒体12、外侧套筒18分别与机架2采用固定连接。

所述的铰链四杆机构在内侧筒体12和外侧套筒18上均为环形阵列，数量均为2层6个。

本实施例根据零件三维模型成型要求，选取相应的四杆机构的构型，并结合该零件的CAD数据，通过算法得到打印平台10、铰链机架5以及第一连架杆6的控制数据，以此来确保打印平台转动角度、竖直位置与打印头位置与转角，实现打印头9相对于打印平台10的径向移动、轴向移动、沿圆周切线方向的移动以及绕与自身轴线垂直的水平轴线的转动，从而进行水平面内轮廓和空间轮廓的填充，以此实现整个零件在径向上由外向里与由里向外相结合的打印。

实施例15

如图15所示，本实施例包括：打印头9、铰链四杆机构、内侧筒体12、打印平台10和机架2，其中：铰链四杆机构前端设有打印头9，内侧筒体12与打印平台10同轴设置，内侧筒体12上环形阵列有水平设置的若干滑槽4，铰链四杆机构中的铰链机架5与滑槽4通过移动副连接；

所述的机架2上对应内侧筒体12设有同轴的外侧套筒18，所述的外侧套筒18上对应内侧筒体12设有滑槽4和铰链四杆机构；

所述的打印平台10与机架2采用转动副连接，内侧筒体12、外侧套筒18分别与机架2采用移动副连接。

所述的铰链四杆机构在内侧筒体12和外侧套筒18上均为环形阵列，数量均为2层6个。

本实施例根据零件三维模型成型要求，选取相应的四杆机构的构型，并结合该零件的CAD数据，通过算法得到打印平台10、内侧筒体12、外侧套筒18、铰链机架5以及第一连架杆6的控制数据，以此来确保打印平台转动角度、内侧筒体与外侧筒体竖直位置和打印头位置与转角，实现打印头9相对于打印平台10的径向移动、轴向移动、沿圆周切线方向的移动以及绕与自身轴线垂直的水平轴线的转动，从而进行水平面内轮廓和空间轮廓的填充，以此实现整个零件在径向上由外向里与由里向外相结合的打印。

实施例16

如图16所示，本实施例包括：打印头9、铰链四杆机构、内侧筒体12、打印平台10和机架2，其中：铰链四杆机构前端设有打印头9，内侧筒体12与打印平台10同轴设置，内侧筒体12上环形阵列有水平设置的若干滑槽4，铰链四杆机构中的铰链机架5与滑槽4通过移动副连接；

所述的机架2上对应内侧筒体12设有同轴的外侧套筒18，所述的外侧套筒18上对应内侧筒体12设有滑槽4和铰链四杆机构；

所述的打印平台10与机架2采用移动副连接，内侧筒体12、外侧套筒18分别与机架2采用转动副连接。

所述的铰链四杆机构在内侧筒体12和外侧套筒18上均为环形阵列，数量均为2层6个。

本实施例根据零件三维模型成型要求，选取相应的四杆机构的构型，并结合该零件的CAD数据，通过算法得到内侧筒体12、外侧套筒18、打印平台10、铰链机架5以及第一连架杆6的控制数据，以此来确保内侧筒体与外侧筒体的转动角度、打印平台竖直位置和铰链机架水平位置与打印头位置与转角，实现打印头9相对于打印平台10的径向移动、轴向移动、沿圆周切线方向的移动以及绕与自身轴线垂直的水平轴线的转动，从而进行水平面内轮廓和空间轮廓的填充，以此实现整个零件在径向上由外向里与由里向外相结合的打印。

Claims (9)

1.一种3T1R四自由度回转式3D打印机，其特征在于，包括：打印头、铰链四杆机构、连杆支架基座和打印平台，其中：铰链四杆机构前端设有打印头，铰链四杆机构环形阵列设置在连杆支架基座上，打印平台与连杆支架基座同轴设置并通过转动副或圆柱副连接；

所述的连杆支架基座为环形阵列有第一连杆机构支架的圆形板状平台/环状平台或内侧环形阵列有导轨的空心旋转框架；

所述的铰链四杆机构包括：铰链机架、第一连架杆、第二连架杆和第一连杆，其中：铰链机架与滑槽通过移动副连接，铰链机架和第一连杆的两端分别与第一连架杆、第二连架杆通过回转副连接；第二连架杆的输出轴与打印头固定连接。

2.根据权利要求1所述的3T1R四自由度回转式3D打印机，其特征是，所述的空心旋转框架与打印平台之间设有机架，机架与空心旋转框架通过转动副连接、与打印平台固定连接。

3.根据权利要求1所述的3T1R四自由度回转式3D打印机，其特征是，所述的环状平台与打印平台之间设有机架，机架与环状平台通过转动副连接、与打印平台通过移动副连接。

4.根据权利要求1所述的3T1R四自由度回转式3D打印机，其特征是，所述的圆形板状平台与打印平台通过圆柱副连接，或者所述的圆形板状平台与打印平台通过转动副连接，并相应的在第一连杆机构支架上设有竖向设置的导轨。

5.根据权利要求2、3或4所述的3T1R四自由度回转式3D打印机，其特征是，所述的第一连杆机构支架或导轨在竖直方向上设有若干水平设置的滑槽。

6.根据上述任一权利要求所述的3T1R四自由度回转式3D打印机，其特征在于，所述第一连杆机构支架上的铰链四杆机构由五杆机构代替，相应的，连杆支架基座设为圆形板状平台或环状平台，第一连杆机构支架由第二连杆机构支架取代；所述的第二连杆机构支架为倒L型、阵列在圆形板状平台或环状平台上，五杆机构与第二连杆机构支架连接；

所述的五杆机构包括依次通过回转副连接的滑块、摇杆、第二连杆和曲柄，其中：滑块通过移动副水平设置在连杆机构支架上，曲柄通过回转副设置在第二连杆机构支架上。

7.一种3T1R四自由度回转式3D打印机，其特征在于，包括：打印头、铰链四杆机构、内侧筒体、打印平台和机架，其中：铰链四杆机构前端设有打印头，内侧筒体与打印平台同轴设置，内侧筒体上环形阵列有水平设置的若干滑槽，铰链四杆机构中的铰链机架与滑槽通过移动副连接；

所述的打印平台和内侧筒体其中之一与机架固定连接，则另一与机架通过圆柱副连接，或者其中之一与机架通过转动副连接，则另一与机架通过移动副连接；

所述的铰链四杆机构包括：铰链机架、第一连架杆、第二连架杆和第一连杆，其中：铰链机架与滑槽通过移动副连接，铰链机架和第一连杆的两端分别与第一连架杆、第二连架杆通过回转副连接；第二连架杆的输出轴与打印头固定连接。

8.根据权利要求7所述的3T1R四自由度回转式3D打印机，其特征是，所述的内侧筒体为圆柱形筒体或正多边形柱体。

9.根据权利要求7或8所述的3T1R四自由度回转式3D打印机，其特征在于，所述的机架上对应内侧筒体设有同轴的外侧套筒，所述的外侧套筒上对应内侧筒体设有滑槽和铰链四杆机构；

所述的外侧套筒与机架的连接方式与内侧筒体与机架的连接方式相同。