CN107042631B - 3t三自由度回转式3d打印机 - Google Patents

3t三自由度回转式3d打印机 Download PDF

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Abstract

一种3D打印技术领域的3T三自由度回转式3D打印机，包括：打印头、打印平台、环状机架和第一套筒，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。

Description

3T三自由度回转式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3T三自由度回转式3D打印机。
背景技术
目前，3D打印机大多基于直角坐标系。对于回转类零件以及切片轮廓具有曲线特征零件的快速制造，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以及打印头精度；若提高打印头精度，则打印效率会相对降低。
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3T三自由度回转式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3T三自由度回转式3D打印机，包括：打印头、打印平台、环状机架和第一套筒，其中：环状机架外侧均布有若干支撑腿，环状机架通过支撑腿固定在第一机架上，第一套筒设置在环状机架内、两者固定连接或通过转动副连接，第一套筒内设有打印平台、两者同轴设置；
所述与环状机架固定连接的第一套筒：第一套筒与打印平台通过转动副连接，且在套筒内侧环形阵列有直线导轨，直线导轨上水平设置有若干滑槽，打印头通过滑块与滑槽相连；或者对应的打印平台与第一机架通过圆柱副连接；
所述与环状机架通过转动副连接的第一套筒：在套筒内侧环形阵列有直线导轨，直线导轨上水平设置有若干滑槽，打印头通过滑块与滑槽相连；或者与打印平台通过移动副连接。
本发明涉及一种3T三自由度回转式3D打印机，包括：打印头、打印平台、内侧筒体和第一机架，其中：内侧筒体与打印平台同轴设置，内侧筒体上环形阵列有若干水平设置的滑槽，各滑槽内均设有打印头，两者通过移动副连接；打印平台和内侧筒体之一与第一机架通过圆柱副连接，则另一与第一机架固定连接，或者打印平台和内侧筒体之一与第一机架通过移动副连接，则另一与第一机架通过转动副连接。
优选地，所述的第一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打印头。
所述的外侧套筒与第一机架的连接方式与内侧筒体与第一机架的连接方式相同。
所述的三自由度为打印头相对于打印平台的3T相对运动，分别为：径向移动Tr、轴向移动Ta和沿着圆周切线方向的移动Tt，用[Tr Ta Tt]表示。
技术效果
与现有技术相比，本发明采用柱面坐标的形式，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布置打印头，较现有单层单头的极坐标打印机，提升了打印速度。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；
图中：第一机架1、环状机架2、打印平台3、第一套筒4、滑槽5、滑块6、打印头7、直线导轨8、内侧筒体9、外侧套筒10、旋转导轨11、支撑腿21。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本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，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
下述实施例中，Tr、Ta和Tt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。
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。
实施例1
如图1所示，本实施例采用了两层三头的打印头布置形式，包括：打印头7、打印平台3、环状机架2和第一套筒4，其中：环状机架2外侧均布有若干支撑腿21，环状机架2通过支撑腿21固定在第一机架1上，第一套筒4与环状机架2同轴设置并通过旋转导轨11转动连接，第一套筒4内设有打印平台3、两者同轴设置；
所述的第一套筒4内侧环形阵列有直线导轨8，数量为3个；各直线导轨8上均设有水平设置的上下两层滑槽5，每层滑槽的数量均为3个，打印头7通过滑块6与滑槽5滑动连接。
本实施例根据零件三维模型的切片数据，通过算法得到第一套筒4、滑槽5以及滑块6的控制数据，以此来确保第一套筒4的转动角度、滑槽5与打印头7的位置，并通过驱动实现第一套筒4、滑槽5和打印头7的联动，从而实现切片轮廓范围内的填充，每打印完一层，打印头7沿径向移动一个层厚，逐层打印，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，本实施例采用了两层三头的打印头布置形式，包括：打印头7、打印平台3、环状机架2和第一套筒4，其中：环状机架2外侧均布有若干支撑腿21，环状机架2通过支撑腿21固定在第一机架1上，第一套筒4与环状机架2同轴设置且为固定连接，第一套筒4内设有同轴的打印平台3、两者通过转动副连接；
所述的第一套筒4内侧环形阵列有直线导轨8，数量为3个；各直线导轨8上均设有水平设置的上下两层滑槽5，每层滑槽的数量均为3个，打印头7通过滑块6与滑槽5滑动连接。
本实施例根据零件三维模型的切片数据，通过算法得到打印平台3、滑槽5以及滑块6的控制数据，以此来确保打印平台3的转动角度、滑槽5与打印头7的位置，并通过驱动实现打印平台3、滑槽5和打印头7的联动，从而实现切片轮廓范围内的填充，每打印完一层，打印头7沿径向移动一个层厚，逐层打印，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，本实施例采用了两层三头的打印头布置形式，包括：打印头7、打印平台3、环状机架2和第一套筒4，其中：环状机架2外侧均布有若干支撑腿21，环状机架2通过支撑腿21固定在第一机架1上，第一套筒4与环状机架2同轴设置并通过旋转导轨11转动连接，第一套筒4内设有同轴的打印平台3、两者通过移动副连接；
所述的第一套筒4内侧环形阵列若干水平设置的上下两层滑槽5，每层滑槽的数量均为3个，打印头7通过滑块6与滑槽5滑动连接。
本实施例根据零件三维模型的切片数据，通过算法得到第一套筒4、打印平台3以及滑块6的控制数据，以此来确保第一套筒4的转动角度、打印平台3的竖直位置与打印头7的位置，并通过驱动实现第一套筒4、打印平台3和打印头7的联动，从而实现切片轮廓范围内的填充，每打印完一层，打印头7沿径向移动一个层厚，逐层打印，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，本实施例采用了两层三头的打印头布置形式，包括：打印头7、打印平台3、环状机架2和第一套筒4，其中：环状机架2外侧均布有若干支撑腿21，环状机架2通过支撑腿21固定在第一机架1上，第一套筒4与环状机架2同轴设置且为固定连接，第一套筒4内设有同轴的打印平台3，打印平台3与第一套筒4同轴设置且与第一机架1通过圆柱副连接。
所述的第一套筒4内侧环形阵列若干水平设置的上下两层滑槽5，每层滑槽的数量均为3个，打印头7通过滑块6与滑槽5滑动连接。
本实施例根据零件三维模型的切片数据，通过算法得到打印平台3以及滑块6的控制数据，以此来确保打印平台3的转动角度、竖直位置与打印头7的位置，并通过驱动实现打印平台3和打印头7的联动，从而实现切片轮廓范围内的填充，每打印完一层，打印头7沿径向移动一个层厚，逐层打印，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，本实施例采用了两层三头的打印头布置形式，包括：打印头7、打印平台3、内侧筒体9和第一机架1，其中：内侧筒体9上环形阵列有水平设置的上下两层滑槽5，各层滑槽数量为3个，打印头7设有滑块6，滑块6与滑槽5滑动连接；内侧筒体9与第一机架1通过圆柱副连接，打印平台3与内侧筒体9同轴设置且与第一机架1固定连接。
本实施例根据零件三维模型的切片数据，通过算法得到内侧筒体9以及滑块6的控制数据，以此来确保内侧筒体9的转动角度、竖直位置与打印头7的位置，并通过驱动实现内侧筒体9和打印头7的联动，从而实现切片轮廓范围内的填充，每打印完一层，打印头7沿径向移动一个层厚，逐层打印，以此实现整个零件在径向上由外向里的打印。
实施例6
如图6所示，本实施例采用了两层三头的打印头布置形式，包括：打印头7、打印平台3、内侧筒体9和第一机架1，其中：内侧筒体9上环形阵列有水平设置的上下两层滑槽5，各层滑槽数量为3个，打印头7设有滑块6，滑块6与滑槽5滑动连接；内侧筒体9与第一机架1通过移动副连接，打印平台3与内侧筒体9同轴设置且与第一机架1通过转动副连接。
优选地，所述的内侧筒体9为正三角形柱体。
本实施例根据零件三维模型的切片数据，通过算法得到内侧筒体9、打印平台3以及滑块6的控制数据，以此来确保内侧筒体9的竖直位置、打印平台3的转动角度和打印头7的位置，并通过驱动实现内侧筒体9、打印平台3和打印头7的联动，从而实现切片轮廓范围内的填充，每打印完一层，打印头7沿径向移动一个层厚，逐层打印，以此实现整个零件在径向上由外向里的打印。
实施例7
如图7所示，本实施例采用了两层三头的打印头布置形式，包括：打印头7、打印平台3、内侧筒体9和第一机架1，其中：内侧筒体9上环形阵列有水平设置的上下两层滑槽5，各层滑槽数量为3个，打印头7设有滑块6，滑块6与滑槽5滑动连接；内侧筒体9与第一机架1通过转动副连接，打印平台3与内侧筒体9同轴设置且与第一机架1通过移动副连接。
本实施例根据零件三维模型的切片数据，通过算法得到内侧筒体9、打印平台3以及滑块6的控制数据，以此来确保内侧筒体9的转动角度、打印平台3的竖直位置与打印头7的位置，并通过驱动实现内侧筒体9、打印平台3和打印头7的联动，从而实现切片轮廓范围内的填充，每打印完一层，打印头7沿径向移动一个层厚，逐层打印，以此实现整个零件在径向上由外向里的打印。
实施例8
如图8所示，本实施例采用了两层三头的打印头布置形式，包括：打印头7、打印平台3、内侧筒体9和第一机架1，其中：内侧筒体9上环形阵列有水平设置的上下两层滑槽5，各层滑槽数量为3个，打印头7设有滑块6，滑块6与滑槽5滑动连接；内侧筒体与第一机架1固定连接，打印平台3与内侧筒体9同轴设置且与第一机架1通过圆柱副连接。
本实施例根据零件三维模型的切片数据，通过算法得到打印平台3以及滑块6的控制数据，以此来确保打印平台3的转动角度与竖直位置以及打印头7的位置，并通过驱动实现打印平台3和打印头7的联动，从而实现切片轮廓范围内的填充，每打印完一层，打印头7沿径向移动一个层厚，逐层打印，以此实现整个零件在径向上由外向里的打印。
实施例9
如图9所示，本实施例采用了两层三头的打印头布置形式，包括：打印头7、打印平台3、内侧筒体9、外侧套筒10和第一机架1，其中：内侧筒体9上环形阵列有水平设置的上下两层滑槽5，各层滑槽数量为3个，打印头7设有滑块6，滑块6与滑槽5滑动连接；内侧筒体9、外侧套筒10同轴设置并分别与第一机架1通过圆柱副连接，打印平台3与内侧筒体9同轴设置且与第一机架1固定连接。
本实施例根据零件三维模型的切片数据，通过算法得到内侧筒体9、外侧套筒10以及滑块6的控制数据，以此来确保内侧筒体9、外侧套筒10的转动角度和移动距离以及打印头7的位置，并通过驱动实现内侧筒体9、外侧套筒10和打印头7的联动，从而实现切片轮廓范围内的填充，每打印完一层，打印头7沿径向移动一个层厚，逐层打印，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10
如图10所示，本实施例采用了两层三头的打印头布置形式，包括：打印头7、打印平台3、内侧筒体9、外侧套筒10和第一机架1，其中：内侧筒体9上环形阵列有水平设置的上下两层滑槽5，各层滑槽数量为3个，打印头7设有滑块6，滑块6与滑槽5滑动连接；内侧筒体9、外侧套筒10同轴设置并分别与第一机架1通过移动副连接，打印平台3与内侧筒体9同轴设置且与第一机架1通过转动副连接。
优选地，所述的内侧筒体9为正三角形柱体。
本实施例根据零件三维模型的切片数据，通过算法得到打印平台3、内侧筒体9、外侧套筒10以及滑块6的控制数据，以此来确保内侧筒体9与外侧套筒10的移动距离、打印平台3的转动角度和打印头7的位置，并通过驱动实现打印平台3、内侧筒体9、外侧套筒10和打印头7的联动，从而实现切片轮廓范围内的填充，每打印完一层，打印头7沿径向移动一个层厚，逐层打印，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11
如图11所示，本实施例采用了两层三头的打印头布置形式，包括：打印头7、打印平台3、内侧筒体9、外侧套筒10和第一机架1，其中：内侧筒体9上环形阵列有水平设置的上下两层滑槽5，各层滑槽数量为3个，打印头7设有滑块6，滑块6与滑槽5滑动连接；内侧筒体9、外侧套筒10同轴设置并分别与第一机架1通过转动副连接，打印平台3与内侧筒体9同轴设置且与第一机架1通过移动副连接。
本实施例根据零件三维模型的切片数据，通过算法得到打印平台3、内侧筒体9、外侧套筒10以及滑块6的控制数据，以此来确保内侧筒体9与外侧套筒10的转动角度、打印平台3的移动距离和打印头7的位置，并通过驱动实现打印平台3、内侧筒体9、外侧套筒10和打印头7的联动，从而实现切片轮廓范围内的填充，每打印完一层，打印头7沿径向移动一个层厚，逐层打印，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12
如图12所示，本实施例采用了两层三头的打印头布置形式，包括：打印头7、打印平台3、内侧筒体9、外侧套筒10和第一机架1，其中：内侧筒体9上环形阵列有水平设置的上下两层滑槽5，各层滑槽数量为3个，打印头7设有滑块6，滑块6与滑槽5滑动连接；内侧筒体9、外侧套筒10同轴设置并分别与第一机架1固定连接，打印平台3与内侧筒体9同轴设置且与第一机架1通过圆柱副连接。
优选地，所述的内侧筒体9为正三角形柱体。
本实施例根据零件三维模型的切片数据，通过算法得到打印平台3以及滑块6的控制数据，以此来确保打印平台3的转动角度和移动距离以及打印头7的位置，并通过驱动实现打印平台3和打印头7的联动，从而实现切片轮廓范围内的填充，每打印完一层，打印头7沿径向移动一个层厚，逐层打印，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 (3)

1.一种3T三自由度回转式3D打印机，其特征在于，包括：打印头、打印平台、内侧筒体和第一机架，其中：内侧筒体与打印平台同轴设置，内侧筒体上环形阵列有若干水平设置的滑槽，各滑槽内均设有打印头，两者通过移动副连接；打印平台和内侧筒体之一与第一机架通过圆柱副连接，则另一与第一机架固定连接，或者打印平台和内侧筒体之一与第一机架通过移动副连接，则另一与第一机架通过转动副连接。
2.根据权利要求1所述的3T三自由度回转式3D打印机，其特征是，所述的第一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打印头。
3.根据权利要求2所述的3T三自由度回转式3D打印机，其特征是，所述的外侧套筒与第一机架的连接方式与内侧筒体与第一机架的连接方式相同。
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