CN107297891B - 一种适用于圆形体物体打印的筒式3d打印机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于圆形体物体打印的筒式3D打印机，包括底板、上环和立柱，所述底板上安装有电机驱动的丝杆，所述丝杆上设置有升降滑车座驱动的打印基座；所述上环上安装有可滑动的水平滑车座，对称的所述水平滑车座之间固定有两根水平的光轴，所述光轴上安装有带打印喷头的喷头安装座，所述光轴上方设置有滑动步进电机和挤出机，所述滑动步进电机通过皮带主动轮和皮带从动轮带动皮带，从而驱动打印喷头。通过将所述打印机设置为筒式，用极坐标确定的打印位置，打印圆形体时，以一定的极坐标方程式沿圆周连续打印，减少因不连贯、凝固时间相差大出现瑕疵的可能，解决现有技术中圆形体打印不连贯的问题。

Description

一种适用于圆形体物体打印的筒式3D打印机

技术领域

本发明涉及3D打印设备领域，尤其涉及打印圆形或圆柱形物体的3D打印设备领域，具体的说，是一种适用于圆形体物体打印的筒式3D打印机。

背景技术

3D打印技术出现在20世纪90年代中期，实际上是利用光固化和纸层叠等技术的最新快速成型装置。3D打印机与普通打印机工作原理基本相同，只是打印材料有些不同，打印机内装有液体或粉末等“打印材料”，与电脑连接后，通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。这打印技术称为3D立体打印技术。现有的3D打印机都是由X、Y、Z三个轴向运动来确定物体的长、宽、高，从而构建三维模型，但对于圆盘形、圆柱体、环形、筒形等圆形体的3D打印不具优势。现有的三轴式打印机在打印圆形或圆柱体时，只能按打印位置距离零坐标的最近点开始依次打印，因此打印圆形或圆柱体时，在圆周上并不连贯，打印成品容易出现瑕疵。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于圆形体物体打印的筒式3D打印机，用于解决现有技术中圆形体打印不连贯的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种适用于圆形体物体打印的筒式3D打印机，包括筒型外壳主体，所述筒型外壳主体包括所在平面相互平行的底板和上环，及绕所述底板边缘均布固定的三个立柱，所述立柱上端固定在所述上环下表面；所述底板上开设有等半径、等分的三个通孔，所述通孔内容纳有高度低于所述上环下表面的丝杆，所述丝杆由安装在所述底板下表面的升降步进电机驱动，所述丝杆上设置有带螺纹孔的升降滑车座，所述升降滑车座固定连接圆盘状的打印基座边缘；所述上环内圈下部为齿纹圈，所述上环上对称安装有两端带有皮带从动轮的水平滑车座，所述水平滑车座呈弧形且可沿所述上环内圈滑动，所述水平滑车座上还一体成型有偏转步进电机安装板，所述偏转步进电机安装板上安装有偏转步进电机，所述偏转步进电机的输出轴穿过所述偏转步进电机安装板并设置有与所述齿纹圈啮合的齿轮，对称的所述水平滑车座之间固定有两根水平的光轴，所述光轴上安装有可滑动的喷头安装座，所述光轴上方设置有挤出机安装板，所述挤出机安装板上设置有固定连接所述水平滑车座的支撑杆，所述挤出机安装板上安装有滑动步进电机和挤出机，所述滑动步进电机输出端设置有皮带主动轮，所述皮带主动轮和所述皮带从动轮之间套设有皮带，所述皮带呈以所述皮带主动轮和两个所述皮带从动轮为顶点的三角形，所述三角形的底边固定连接所述喷头安装座，所述挤出机进口连接供应打印材料的装置、出口连接有尼龙管，所述尼龙管的另一端连接设置在所述喷头安装座上的打印喷头。以所述上环的圆心为中心，调整所述打印喷头与起始半径的夹角α、与圆心的距离l，从而确定打印位置，并层层堆叠完成打印，所述打印基座的高度可调，可以适应打印所需的高度h，打印位置的坐标为(α,l,h)。

优选的，所述立柱的内表面开设有条形滑槽，所述升降滑车座上还安装有可沿所述条形滑槽滚动的滚轮。

优选的，所述上环的内圈还开设有环形沟槽，所述水平滑车座与所述上环内圈的接触部位开设有球面凹槽，所述球面凹槽内设置有滚珠，所述滚珠卡接在所述水平滑车座和所述环形沟槽之间。

优选的，所述打印基座上表面安装有热床，所述热床与所述打印基座通过调平螺丝和调平螺母连接，所述调平螺丝上套接有支撑弹簧，所述支撑弹簧位于所述热床和所述打印基座之间。

优选的，所述皮带的三角形底边与所述喷头安装座为可拆卸固定连接，所述喷头安装座的侧面固定有用于夹紧所述皮带的皮带固定夹。

优选的，所述喷头安装座与所述光轴之间设置有直线轴承。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本发明创造性地，特别将所述打印机设置为筒式，打印坐标由现有的(x,y,z)三轴式，更换为由角度、半径、高度(α,l,h)确定的打印位置，打印圆形体时，以一定的极坐标方程式沿圆周连续打印，可以保证圆周方向的连贯性，圆周上相邻点的熔融的打印材料凝固时间接近，凝固时能够更好的结合，减少因不连贯、凝固时间相差大出现瑕疵的可能，解决现有技术中圆形体打印不连贯的问题。

(2)通过在所述立柱上设置条形滑槽，在所述升降滑车座上安装滚轮与所述条形滑槽配合，使得所述打印基座更好地卡接在三个所述立柱之间，增强所述打印基座的升降稳定性。

(3)通过在所述上环的内圈开设环形沟槽，在所述水平滑车座上设置滚珠与环形沟槽配合，将所述滚珠卡接在所述水平滑车座和所述环形沟槽之间，相较于所述上环与所述水平滑车座直接滑动接触，设置滚珠后，摩擦力大大减少，不仅减少因摩擦力过大出现打印机失步的可能，还减少了机器损耗。

(4)通过设置所述热床，在打印的同时保持打印出的半成品模型的热量，避免模型因发生翘边或移位出现不合格品，并在所述打印基座和所述热床之间设置调平所述热床用的调平装置，即调平螺丝、调平螺母和支撑弹簧，在打印开始前先调平所述热床，从而保证所述热床水平，保证打印位置的准确性，提高打印精度。

(5)由于3D打印机的皮带是容易出现疲劳的部件，通过将所述皮带与所述喷头安装座的连接方式设置为由皮带固定夹夹持所述皮带的可拆卸固定连接，便于更换所述皮带，相较于直接固定连接的方式，减少了耗材更换、维修的成本。

(6)通过在所述喷头安装座与所述光轴之间设置直线轴承，减少所述喷头安装座与所述光轴之间的摩擦力，不仅减少因摩擦力过大出现打印机失步的可能，还减少了机器损耗。

附图说明

图1为本发明立体结构示意图；

图2为图1垂直旋转30°的立体结构示意图；

图3为图1中上环以上部分的立体结构示意图；

图4为升降滑车座立体结构示意图；

图5为图3中水平滑车座、偏转步进电机部分的放大图；

图6为热床与打印基座连接结构示意图；

图7为上环立体结构示意图；

图8为水平滑车座立体结构示意图；

其中1-底板；2-立柱；3-打印基座；4-上环；5-丝杆；6-水平滑车座；7-光轴；8-挤出机安装板；9-皮带；11-升降步进电机；31-热床；32-调平螺丝；33-调平螺母；34-支撑弹簧；51-升降滑车座；52-滚轮；61-偏转步进电机；62-偏转步进电机安装板；71-喷头安装座；72-打印喷头；73-尼龙管；81-滑动步进电机；82-挤出机；9-皮带；91-皮带主动轮；92-皮带从动轮。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例：

结合附图1所示，一种适用于圆形体物体打印的筒式3D打印机，包括筒型外壳主体，所述筒型外壳主体包括所在平面相互平行的底板1和上环4，及绕所述底板1边缘均布固定的三个立柱2，所述立柱2上端固定在所述上环4下表面；所述底板1上开设有等半径、等分的三个通孔，所述通孔内容纳有高度低于所述上环4下表面的丝杆5，所述丝杆5由安装在所述底板1下表面的升降步进电机11驱动，所述丝杆5上设置有带螺纹孔的升降滑车座51，所述升降滑车座51固定连接圆盘状的打印基座3边缘；所述上环4内圈下部为齿纹圈，所述上环4上对称安装有两端带有皮带从动轮92的水平滑车座6，所述水平滑车座6呈弧形且可沿所述上环4内圈滑动，所述水平滑车座6上还一体成型有偏转步进电机安装板62，所述偏转步进电机安装板62上安装有偏转步进电机61，所述偏转步进电机61的输出轴穿过所述偏转步进电机安装板62并设置有与所述齿纹圈啮合的齿轮，对称的所述水平滑车座6之间固定有两根水平的光轴7，所述光轴7上安装有可滑动的喷头安装座71，所述光轴7上方设置有挤出机安装板8，所述挤出机安装板8上设置有固定连接所述水平滑车座6的支撑杆，所述挤出机安装板8上安装有滑动步进电机81和挤出机82，所述滑动步进电机81输出端设置有皮带主动轮91，所述皮带主动轮91和所述皮带从动轮92之间套设有皮带9，所述皮带9呈以所述皮带主动轮91和两个所述皮带从动轮92为顶点的三角形，所述三角形的底边固定连接所述喷头安装座71，所述挤出机82进口连接供应打印材料的装置、出口连接有尼龙管73，所述尼龙管73的另一端连接设置在所述喷头安装座71上的打印喷头72。

以下对本实施例的原理进一步阐述：

本发明由市电供电，熔融后的打印材料进入挤出机82，经由尼龙管73进入打印喷头72，打印材料通过所述打印喷头72喷出，落于所述打印基座3上，凝固成型为成品。

打印位置由极坐标确定：取所述上环4的圆心O为中心，从O出发引一条射线OX，称为极轴，再取定一个长度单位为基准线，通常规定角度取逆时针方向为正。假设有水平面上任一点P，P的水平位置就可以用线段OP的长度l以及从OX到OP的角度α来确定，有序数对(α，l)就称为P点的极坐标，记为P(α，l)，l称为P点的极径，α称为P点的极角。当限制l≥0，0≤α<2π时，平面上除极点Ο以外，其他每一点都有唯一的一个极坐标。极点的极径为零，极角任意。若除去上述限制，平面上每一点都有无数多组极坐标，一般地，如果(α，l)是一个点的极坐标，那么(l，α+2nπ)，(－l，α+(2n+1)π)，都可作为它的极坐标，这里n是任意整数。

本发明采用极坐标确定打印位置的优势还在于，平面上有些曲线，采用极坐标时，方程比较简单。例如以原点为中心，r为半径的圆的极坐标方程为P＝l，等速螺线的极坐标方程为P＝l*α，椭圆、双曲线和抛物线这3种不同的圆锥曲线可以用一个统一的极坐标方程调整所述打印喷头72与起始半径的夹角α、与圆心的距离l，从而确定打印位置，并层层堆叠完成打印，所述打印基座3的高度可调，可以适应打印所需的高度h，打印位置的坐标为(α,l,h)。

通过调整所述打印喷头72与圆心的距离l，及所述打印喷头72和圆心的连线与设定的基准线的夹角α来实现预设的打印位置。通过所述滑动步进电机81驱动所述皮带主动轮91，带动张紧在所述皮带主动轮91和皮带从动轮92上的所述皮带9，所述皮带9驱动所述喷头安装座71，从而改变所述打印喷头72与圆心的距离l；通过所述偏转步进电机61驱动齿轮，利用齿轮与所述上环4上的齿纹啮合，所述水平滑车座6沿所述上环4的圆周运动，从而改变所述光轴7与设定的基准线的夹角，从而改变所述打印喷头72和圆心的连线与设定的基准线的夹角α。由于3D打印是层层堆叠式打印，打印位置主要由水平面上的坐标确定，竖向坐标不影响打印，但由于打印的精度、材料的局限性，对于所述打印喷头72距离打印面的高度有一定要求，因此可以通过所述升降步进电机11驱动所述丝杆5，带螺母的所述水平滑车座6沿所述丝杆5上下移动，从而带动所述打印基座3上下移动，适应所述打印喷头72与打印面的最佳高度。

进一步的，所述立柱2的内表面开设有条形滑槽，所述升降滑车座51上还安装有可沿所述条形滑槽滚动的滚轮52。通过在所述立柱2上设置条形滑槽，在所述升降滑车座51上安装滚轮52与所述条形滑槽配合，使得所述打印基座3更好地卡接在三个所述立柱2之间，增强所述打印基座3的升降稳定性。

进一步的，所述上环4的内圈还开设有环形沟槽，所述水平滑车座6与所述上环4内圈的接触部位开设有球面凹槽，所述球面凹槽内设置有滚珠，所述滚珠卡接在所述水平滑车座6和所述环形沟槽之间。通过在所述上环4的内圈开设环形沟槽，在所述水平滑车座6上设置滚珠与环形沟槽配合，将所述滚珠卡接在所述水平滑车座6和所述环形沟槽之间，相较于所述上环4与所述水平滑车座6直接滑动接触，设置滚珠后，摩擦力大大减少，不仅减少因摩擦力过大出现打印机失步的可能，还减少了机器损耗。

优选的，所述打印基座3上表面安装有热床31，所述热床31与所述打印基座3通过调平螺丝32和调平螺母33连接，所述调平螺丝32上套接有支撑弹簧34，所述支撑弹簧34位于所述热床31和所述打印基座3之间。热床的应用在3D打印机重点的应用为现有技术，热床对于固定模型很重要，如果热床温度不够或加热效果不好，轻的会造成模型翘边，重的模型很容易脱离平面造成移位或错位，本发明中的所述热床31为适应的圆盘式构件，通过设置所述热床31，在打印的同时保持打印出的半成品模型的热量，避免模型因发生翘边或移位出现不合格品，并在所述打印基座3和所述热床31之间设置调平所述热床31用的调平装置，即调平螺丝32、调平螺母33和支撑弹簧34，在打印开始前先调平所述热床31，从而保证所述热床31水平，保证打印位置的准确性，提高打印精度。

优选的，所述皮带9的三角形底边与所述喷头安装座71为可拆卸固定连接，所述喷头安装座71的侧面固定有用于夹紧所述皮带9的皮带固定夹。由于3D打印机的皮带是容易出现疲劳的部件，通过将所述皮带9与所述喷头安装座71的连接方式设置为由皮带固定夹夹持所述皮带9的可拆卸固定连接，便于更换所述皮带9，相较于直接固定连接的方式，减少了耗材更换、维修的成本。

优选的，所述喷头安装座71与所述光轴7之间设置有直线轴承。通过在所述喷头安装座71与所述光轴7之间设置直线轴承，减少所述喷头安装座71与所述光轴7之间的摩擦力，不仅减少因摩擦力过大出现打印机失步的可能，还减少了机器损耗。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种适用于圆形体物体打印的筒式3D打印机，包括筒型外壳主体，其特征在于，所述筒型外壳主体包括所在平面相互平行的底板（1）和上环（4），及绕所述底板（1）边缘均布固定的三个立柱（2），所述立柱（2）上端固定在所述上环（4）下表面；所述底板（1）上开设有等半径、等分的三个通孔，所述通孔内容纳有高度低于所述上环（4）下表面的丝杆（5），所述丝杆（5）由安装在所述底板（1）下表面的升降步进电机（11）驱动，所述丝杆（5）上设置有带螺纹孔的升降滑车座（51），所述升降滑车座（51）固定连接圆盘状的打印基座（3）边缘；所述上环（4）内圈下部为齿纹圈，所述上环（4）上对称安装有两端带有皮带从动轮（92）的水平滑车座（6），所述水平滑车座（6）呈弧形且可沿所述上环（4）内圈滑动，所述水平滑车座（6）上还一体成型有偏转步进电机安装板（62），所述偏转步进电机安装板（62）上安装有偏转步进电机（61），所述偏转步进电机（61）的输出轴穿过所述偏转步进电机安装板（62）并设置有与所述齿纹圈啮合的齿轮，对称的所述水平滑车座（6）之间固定有两根水平的光轴（7），所述光轴（7）上安装有可滑动的喷头安装座（71），所述光轴（7）上方设置有挤出机安装板（8），所述挤出机安装板（8）上设置有固定连接所述水平滑车座（6）的支撑杆，所述挤出机安装板（8）上安装有滑动步进电机（81）和挤出机（82），所述滑动步进电机（81）输出端设置有皮带主动轮（91），所述皮带主动轮（91）和所述皮带从动轮（92）之间套设有皮带（9），所述皮带（9）呈以所述皮带主动轮（91）和两个所述皮带从动轮（92）为顶点的三角形，所述三角形的底边固定连接所述喷头安装座（71），所述挤出机（82）进口连接供应打印材料的装置、出口连接有尼龙管（73），所述尼龙管（73）的另一端连接设置在所述喷头安装座（71）上的打印喷头（72）；

所述打印基座（3）上表面安装有热床（31），所述热床（31）与所述打印基座（3）通过调平螺丝（32）和调平螺母（33）连接，所述调平螺丝（32）上套接有支撑弹簧（34），所述支撑弹簧（34）位于所述热床（31）和所述打印基座（3）之间。

2.根据权利要求1所述的一种适用于圆形体物体打印的筒式3D打印机，其特征在于，所述皮带（9）的三角形底边与所述喷头安装座（71）为可拆卸固定连接，所述喷头安装座（71）的侧面固定有用于夹紧所述皮带（9）的皮带固定夹。

3.根据权利要求2所述的一种适用于圆形体物体打印的筒式3D打印机，其特征在于，所述喷头安装座（71）与所述光轴（7）之间设置有直线轴承。