CN107672158A - 多自由度的智能3d打印机 - Google Patents

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唐倩
刘威
冯琪翔
马帅
梁平华
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Materials Engineering (AREA)

Abstract

本发明公开了一种多自由度的智能3D打印机，包括控制器、用于分送打印材料的喷头、用于接收打印材料的打印平台、用于驱使喷头在X‑Y平面中移动的X‑Y轴移动装置及用于驱使打印平台在Z轴平面中移动的Z轴移动装置；所述Z轴移动装置包括至少三个均匀设置的电动推杆，所述电动推杆的推杆连接在打印平台底部并支撑打印平台，所述电动推杆的外壳固定在一可在X‑Y平面中旋转的支撑平台上；每一所述电动推杆的推杆驱动电机的信号输入端均与控制器的信号输出端相连；本发明的打印平台的运动灵活多变，有利于提高打印精度及打印效率。

Description

多自由度的智能3D打印机
技术领域
本发明涉及一种3D打印机，特别涉及一种多自由度的智能3D打印机。
背景技术
在工业4.0的背景下，3D打印技术呈爆发性的增长，越来越多的人开始热衷于3D打印，3D打印已经从工业、农业、汽车制造业、建筑业、航空航天、生物医疗等各方面影响、改变着人们的生活。定制化生产是3D打印主要发展方向，航空部门和汽车制造业等工业领域是3D技术最能发挥优势的领域。现有的3D打印机一般设有用于分送打印材料的喷头及用于接收打印材料的打印平台，在构建的X-Y-Z空间内，通过喷头及打印平台的移动实现物体的逐层打印。目前，由于自由度的限制，3D打印机的喷头及打印平台的运动不够灵活多变，降低了其打印精度及打印效率。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种多自由度的智能3D打印机，其打印平台的运动灵活多变，有利于提高打印精度及打印效率。
本发明的多自由度的智能3D打印机，包括控制器、用于分送打印材料的喷头、用于接收打印材料的打印平台、用于驱使喷头在X-Y平面中移动的X-Y轴移动装置及用于驱使打印平台在Z轴平面中移动的Z轴移动装置；所述Z轴移动装置包括至少三个均匀设置的电动推杆，所述电动推杆的推杆连接在打印平台底部并支撑打印平台，所述电动推杆的外壳固定在一可在X-Y平面中旋转的支撑平台上；每一所述电动推杆的推杆驱动电机的信号输入端均与控制器的信号输出端相连。
进一步，所述打印平台上连接有用于实时监测其倾角大小的倾角传感器，所述倾角传感器的信号输出端与控制器的信号输入端相连。
进一步，所述支撑平台下设有一旋转平台，所述旋转平台由平台驱动电机驱动旋转并带动支撑平台在X-Y平面中旋转；所述平台驱动电机的信号输入端均与控制器的信号输出端相连。
进一步，还包括用于实时监测旋转平台的转动角度的角度传感器，所述角度传感器的信号输出端与控制器的信号输入端相连。
进一步，所述X-Y轴移动装置包括X轴方向丝杠螺母副、X轴驱动电机、Y轴方向丝杠螺母副及Y轴驱动电机；所述X轴方向丝杠螺母副的螺母与喷头相连，X轴方向丝杠螺母副的丝杠与X轴驱动电机的动力输出端相连；两个所述Y轴方向丝杠螺母副的螺母分别与X轴方向丝杠螺母副的丝杠两端，两个Y轴方向丝杠螺母副的丝杠与相应的Y轴驱动电机的动力输出端相连；所述X轴驱动电机及Y轴驱动电机的信号输入端均与控制器的信号输出端相连。
进一步，所述喷头上连接有用于实时监测其X-Y坐标位置信息的距离传感器，所述距离传感器的信号输出端与控制器的信号输入端相连。
进一步，还包括机架；所述机架包括底板及垂直设在底板两相对侧的侧板，所述旋转平台通过一底座连接在底板上，两个Y轴方向丝杠螺母副平行设在侧板的顶部。
本发明的有益效果：
本发明的多自由度的智能3D打印机，打印平台由多个电动推杆支撑，各电动推杆并联设置，其推杆可具有相同或者不同的伸出长度；当各推杆的伸出长度保持相同时，打印平台可沿Z向升降运动；当各推杆的伸出长度不一致时，打印平台与X-Y平面倾斜并可根据需要在一定范围内调节倾斜度；同时，支撑平台可在X-Y平面中旋转，从而带动打印平台的旋转；因此，本发明的打印平台的运动灵活多变，有效提高了打印精度及打印效率，并可以实现物体的免支撑打印，节省材料，减少加工步骤。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的控制原理框图。
具体实施方式
如图1和图2所示：本实施例的多自由度的智能3D打印机，包括控制器、用于分送打印材料的喷头10、用于接收打印材料的打印平台9、用于驱使喷头10在X-Y平面中移动的X-Y轴移动装置及用于驱使打印平台9在Z轴平面中移动的Z轴移动装置；所述Z轴移动装置包括至少三个均匀设置的电动推杆7，所述电动推杆7的推杆连接在打印平台9底部并支撑打印平台9，所述电动推杆7的外壳固定在一可在X-Y平面中旋转的支撑平台5上；每一所述电动推杆7的推杆驱动电机6的信号输入端均与控制器的信号输出端相连；控制器具有数据处理及信号控制功能，例如可为现有的单片机；X、Y、Z分别代表横向、纵向及竖向，该定义与常用的3D打印控制方式相同；电动推杆7即直线驱动器，可将推杆驱动电机6的旋转运动转变为推杆的直线往复运动；电动推杆7可设置三个或者三个以上，以周向均匀的方式排列布置；喷头10设在打印平台9上方；打印平台9的横截面积可小于支撑平台5的横截面积，且打印平台9的正投影处于支撑平台5上；打印平台9由多个电动推杆7支撑，各电动推杆7并联设置，其推杆可具有相同或者不同的伸出长度；当各推杆的伸出长度保持相同时，打印平台9可沿Z向升降运动；当各推杆的伸出长度不一致时，打印平台9与X-Y平面倾斜并可根据需要在一定范围内调节倾斜度；同时，支撑平台5可在X-Y平面中旋转，从而带动打印平台9的旋转；因此，本3D打印机的打印平台9的运动灵活多变，有效提高了打印精度及打印效率，并可以实现物体的免支撑打印，节省材料，减少加工步骤。
本实施例中，所述打印平台9上连接有用于实时监测其倾角大小的倾角传感器8，所述倾角传感器8的信号输出端与控制器的信号输入端相连；倾角传感器8将实时采集的倾角数据传至控制器，控制器将实测倾角与预设倾角进行比较，然后根据需要通过控制各推杆驱动电机6的运作方式而调节打印平台9的倾角，使得机器的响应速率得以提高，从而提高了工作效率。
本实施例中，所述支撑平台5下设有一旋转平台2，所述旋转平台2由平台驱动电机3驱动旋转并带动支撑平台5在X-Y平面中旋转；所述平台驱动电机3的信号输入端均与控制器的信号输出端相连；旋转平台2的顶部与支撑平台5的底部相连；平台驱动电机3例如可通过现有的齿轮传动机构与旋转平台2旋转；还包括用于实时监测旋转平台2的转动角度的角度传感器4，所述角度传感器4的信号输出端与控制器的信号输入端相连；角度传感器4将实时采集的转角数据传至控制器，控制器将实测转角与预设转角进行比较，然后根据需要通过控制平台驱动电机3的运作方式而调节旋转平台2的转角。
本实施例中，所述X-Y轴移动装置包括X轴方向丝杠螺母副12、X轴驱动电机13、Y轴方向丝杠螺母副14及Y轴驱动电机15；所述X轴方向丝杠螺母副12的螺母与喷头10相连，X轴方向丝杠螺母副12的丝杠与X轴驱动电机13的动力输出端相连；两个所述Y轴方向丝杠螺母副14的螺母分别与X轴方向丝杠螺母副12的丝杠两端，两个Y轴方向丝杠螺母副14的丝杠与相应的Y轴驱动电机15的动力输出端相连；所述X轴驱动电机13及Y轴驱动电机15的信号输入端均与控制器的信号输出端相连；X轴驱动电机13可驱动X轴方向丝杠螺母副12的丝杠旋转，从而使得X轴方向丝杠螺母副12的螺母沿该丝杠移动，由此带动喷头10沿X轴方向运动；Y轴方向丝杠螺母副14设置成对称的两组，用于带动整个X轴方向丝杠螺母副12沿Y轴方向移动；Y轴方向丝杠螺母副14还可以包括与其丝杠对称的光轴，用于进行导向；Y轴驱动电机15可驱动Y轴方向丝杠螺母副14的丝杠旋转，从而使得Y轴方向丝杠螺母副14的螺母沿该丝杠移动，由此带动喷头10沿Y轴方向运动。
本实施例中，所述喷头10上连接有用于实时监测其X-Y坐标位置信息的距离传感器11，所述距离传感器11的信号输出端与控制器的信号输入端相连；距离传感器11将实时采集的喷头10位置数据传至控制器，控制器将实测位置与预设位置进行比较，然后根据需要通过控制X轴驱动电机13、Y轴驱动电机15的运作方式而调节喷头10位置。
本实施例中，还包括机架16；所述机架16包括底板及垂直设在底板两相对侧的侧板，所述旋转平台2通过一底座连接在底板上，两个Y轴方向丝杠螺母副14平行设在侧板的顶部；机架16固定、支撑整个机器；底座设在两侧板之间，底板与底座之间可通过螺接方式相连，便于机器的组装和维修。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种多自由度的智能3D打印机，包括控制器、用于分送打印材料的喷头、用于接收打印材料的打印平台、用于驱使喷头在X-Y平面中移动的X-Y轴移动装置及用于驱使打印平台在Z轴平面中移动的Z轴移动装置；其特征在于：所述Z轴移动装置包括至少三个均匀设置的电动推杆，所述电动推杆的推杆连接在打印平台底部并支撑打印平台，所述电动推杆的外壳固定在一可在X-Y平面中旋转的支撑平台上；每一所述电动推杆的推杆驱动电机的信号输入端均与控制器的信号输出端相连。
2.根据权利要求1所述的多自由度的智能3D打印机，其特征在于：所述打印平台上连接有用于实时监测其倾角大小的倾角传感器，所述倾角传感器的信号输出端与控制器的信号输入端相连。
3.根据权利要求2所述的多自由度的智能3D打印机，其特征在于：所述支撑平台下设有一旋转平台，所述旋转平台由平台驱动电机驱动旋转并带动支撑平台在X-Y平面中旋转；所述平台驱动电机的信号输入端均与控制器的信号输出端相连。
4.根据权利要求3所述的多自由度的智能3D打印机，其特征在于：还包括用于实时监测旋转平台的转动角度的角度传感器，所述角度传感器的信号输出端与控制器的信号输入端相连。
5.根据权利要求4所述的多自由度的智能3D打印机，其特征在于：所述X-Y轴移动装置包括X轴方向丝杠螺母副、X轴驱动电机、Y轴方向丝杠螺母副及Y轴驱动电机；所述X轴方向丝杠螺母副的螺母与喷头相连，X轴方向丝杠螺母副的丝杠与X轴驱动电机的动力输出端相连；两个所述Y轴方向丝杠螺母副的螺母分别与X轴方向丝杠螺母副的丝杠两端，两个Y轴方向丝杠螺母副的丝杠与相应的Y轴驱动电机的动力输出端相连；所述X轴驱动电机及Y轴驱动电机的信号输入端均与控制器的信号输出端相连。
6.根据权利要求5所述的多自由度的智能3D打印机，其特征在于：所述喷头上连接有用于实时监测其X-Y坐标位置信息的距离传感器，所述距离传感器的信号输出端与控制器的信号输入端相连。
7.根据权利要求6所述的多自由度的智能3D打印机，其特征在于：还包括机架；所述机架包括底板及垂直设在底板两相对侧的侧板，所述旋转平台通过一底座连接在底板上，两个Y轴方向丝杠螺母副平行设在侧板的顶部。
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