CN107696491B - 一种基于fdm技术的五轴联动3d打印机 - Google Patents
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Abstract
基于FDM技术的五轴联动3D打印机，包括底座、三维空间移动装置、原材料输送装置、可A、B轴旋转打印工作平台、以及用于控制所述三维空间移动装置、所述原材料输送装置和所述可A、B轴旋转打印工作平台的协调运动的控制系统。该3D打印机增加的A、B轴的运动使得打印平台实现旋转，不仅达到了五轴联动的效果而且大大简化了机器的结构，避免材料的浪费和减少后期处理。
Description
技术领域
本发明涉及3D打印机，具体涉及一种基于FDM技术的五轴联动3D打印机。
背景技术
3D打印机以其生产产品过程简单、产品快速成型、可应用于太空探索等诸多优点得到众多专家与学者的着力关注。而3D打印机打印产品存在浪费材料、打印速度缓慢的等缺点。现今，3D打印机都是采用分层加工、叠加成型的方法去打印产品，因此当打印例如茶杯的杯子把手时需要层层打印支撑层，这样不仅浪费材料而且当产品后期处理时也要把支撑层去除。现在的大部分打印机都着眼于三轴联动，这样打印机生产产品浪费材料、成型较缓慢、后期处理成本高。因此3D打印机在三轴联动打印方面的功能、结构、性能等方面仍需进一步改进。
改进了的机械臂式的3D打印机，可以打印悬空零件；但是针对复杂的悬空零件，仍然需要添加支撑材料，打印精度较低。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种基于FDM技术的五轴联动3D打印机，可实现任意复杂零件的打印，且零件打印精度得到大大提高。本发明所要解决的技术问题是提供一种新型打印方式，从结构简单、易实现、造价低出发，结合“多轴联动，快速成型”的创新理念，突破“三轴联动”的普遍现状。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下。
基于FDM技术的五轴联动3D打印机，包括底座、三维空间移动装置、原材料输送装置、可A、B轴旋转打印工作平台、以及用于控制所述三维空间移动装置、所述原材料输送装置和所述可A、B轴旋转打印工作平台的协调运动的控制系统；
三维空间移动装置设置在底座上，原材料输送装置位于三维空间移动装置上，可A、B轴旋转打印工作平台位于底座旁边；
三维空间移动装置包括旋转电机、旋转柱、升降电机、竖直丝杠、旋转臂；旋转电机带动着旋转柱的旋转，升降电机安置在旋转柱上，升降电机带动着竖直丝杠旋转，旋转臂设置在竖直丝杠上；
可A、B轴旋转打印工作平台包括可A轴旋转装置、可B轴旋转装置和打印平面；可A轴旋转装置包括A轴旋转轴，可B轴旋转装置包括B轴支架和B轴旋转轴，B轴旋转轴处于B轴支架之间，B轴支架在A轴旋转轴上，随A轴旋转轴转动，打印平面在B轴旋转轴上，随B轴旋转轴转动；
原材料输送装置包括材料箱、输送电机和热熔打印头，用于将原材料从材料箱引出来，经过输送电机的运动把原材料提供给热熔打印头。
进一步，所述三维空间移动装置的旋转柱的靠近底座的侧面固定有一个L型柱体，在该L型柱体的一端的一个侧面上安置旋转电机，另一个侧面上设有大旋转障碍物感应器，L型柱体的另一端设置用于安置竖直丝杠的竖直丝杠底座。
进一步，所述三维空间移动装置的旋转臂包括一旋转臂柱体，所述旋转臂柱体的下端设有一旋转臂障碍物感应器，所述旋转臂柱体一端设有一旋转臂旋转电机，所述旋转臂柱体另一端设有一外延臂，所述外延臂的一面设有一外延臂障碍物感应器。
进一步，所述原材料输送装置中的材料箱挂在旋转柱的上端，输送电机安置在底座的一根输送电机柱上，热熔打印头设置在旋转臂的最外端。
本发明中，所述可A、B轴旋转打印工作平台设置用于将A轴旋转轴处于其中的两个对称支架，A轴旋转轴通过A轴旋转皮带连接着A轴旋转电机，A轴旋转电机通过A轴旋转皮带传动带动着A轴旋转轴的转动实现可A、B轴旋转打印工作平台的A轴转动。
所述可A、B轴旋转打印工作平台中，B轴旋转轴通过B轴旋转皮带连接着B轴旋转电机，B轴旋转电机安置在打印平面底面，B轴旋转电机通过B轴旋转皮带传动带动着B轴旋转轴的转动实现可A、B轴旋转打印工作平台的B轴转动。
本发明的有益效果是：
1）基于FDM技术的五轴联动3D打印机，其增加的A、B轴的运动使得打印平台实现旋转，不仅达到了五轴联动的效果而且大大简化了机器的结构，避免材料的浪费和减少后期处理。
2）多个障碍物感应器的应用和相应的设置，可使机器每次打印东西前都可以调整位置，打印东西过程中对机器部分装置的移动起到限位的作用。
3）打印原材料以可控的速度经过固定的路线可以准确到达热熔打印头，保证原材料的供给。
附图说明
图1为本发明的整体三维结构图；
图2为三维空间移动装置的结构图；
图3为不包括可A、B轴旋转打印工作平台装置的本发明的整体三维结构图；
图4为可A、B轴旋转打印工作平台的结构图。
附图中，各标记所代表的零部件如下：
1、底座，2、三维空间移动装置， 4、可A、B轴旋转打印工作平台，5、旋转电机，6、旋转柱，7、L型柱体，8、大旋转障碍物感应器，9、皮带，10、竖直丝杠底座，11、升降电机，12、竖直丝杠，13、旋转臂，14、旋转臂柱体，15、旋转臂障碍物感应器，16、旋转臂旋转电机，17、外延臂，18、外延臂障碍物感应器，19、二级皮带，20、材料箱，21、输送电机，22、热熔打印头，23、底板，24、可A轴旋转装置，25、可B轴旋转装置，26、打印平面，27、A轴旋转电机，28、两个对称支架，29、A轴旋转轴，30、A轴旋转皮带，31、B轴旋转电机，32、B轴支架，33、B轴旋转轴，34、B轴旋转皮带。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，包括底座1、三维空间移动装置2、原材料输送装置（包括材料箱20、输送电机21和热熔打印头22）、可A、B轴旋转打印工作平台4和控制系统；三维空间移动装置2在底座1上，可A、B轴旋转打印工作平台4在底座1前方并且与处于同一高度；控制系统通过读取储存装置的结果来控制三维空间移动装置2、原材料输送装置和可A、B轴旋转打印工作平台4的协调运动。
在所述三维空间移动装置2上设有障碍物感应器，在相对位置上设有与其对应的障碍物。与大旋转障碍物感应器8对应的障碍物设在底座1上；与旋转臂障碍物感应器15对应的障碍物设在旋转柱6上；与外延臂障碍物感应器18对应的障碍物设在旋转臂柱体14上；三个障碍物感应器通过感应障碍物来使机器复位，保证了机器精准而正常的使用。
如图2所示，所述三维空间移动装置包括旋转电机5、旋转柱6和三个障碍物感应器（大旋转障碍物感应器8、旋转臂障碍物感应器15与外延臂障碍物感应器18）。旋转柱6的靠近底座的侧面固定有一个L型柱体7， L型柱体7的一端的一个侧面上设有旋转电机5，另一个侧面上设有大旋转障碍物感应器8，旋转电机5通过旋转皮带9带动着旋转柱6的旋转；L型柱体7的另一端设置用于安置竖直丝杠的竖直丝杠底座10。旋转柱6的顶端设有与竖直丝杠底座10对应的升降电机11，升降电机11带动着竖直丝杠12旋转，竖直丝杠12上设有旋转臂13，升降电机11旋转时可带动旋转臂13上下移动。升降电机11旋转带动旋转臂13上下移动即是五轴联动3D打印机的z轴运动。
旋转臂13包括一旋转臂柱体14，旋转臂柱体14的下端设有一旋转臂障碍物感应器15，旋转臂柱体14一端设有一旋转臂旋转电机16，旋转臂柱体14另一端设有一外延臂17，外延臂17的一面设有一外延臂障碍物感应器18。旋转臂柱体14与外延臂17相连接处没有限制外延臂17在X、Y面上的左右摆动，旋转臂旋转电机16通过二级皮带19传动带动着外延臂17在X、Y面上的左右摆动，即是五轴联动3D打印机的X、Y轴运动。
如图3所示，原材料输送装置包括材料箱20、输送电机21和热熔打印头22。所述材料箱20挂在旋转柱6的上端；输送电机21安置在底座1的一根输送电机柱上；热熔打印头22挂在外延臂17的最外端。原材料从所述材料箱20引出来，经过所述输送电机21的运动把原材料提供给所述热熔打印头22，热熔打印头22把原材料热熔成液体。热熔打印头22随着三维空间移动装置2的运动而把成为液体的原材料打印在可A、B轴旋转打印工作平台4的打印平面26上。
如图4所示，可A、B轴旋转打印工作平台4包括底板23、可A轴旋转装置24、可B轴旋转装置25、打印平面26。可A轴旋转装置24包括A轴旋转电机27、两个对称支架28、A轴旋转轴29， A轴旋转电机27和两个对称支架28在底板23上， A轴旋转轴29处于两个对称支架28之间， A轴旋转电机27通过A轴旋转皮带30传动带动着A轴旋转轴29转动。A轴旋转电机27通过A轴旋转皮带30传动带动着A轴旋转轴29的转动即是所谓的可A、B轴旋转打印工作平台4的A轴转动。
可B轴旋转装置25在A轴旋转轴29上，可A轴旋转装置24转动会通过A轴旋转轴29带动着可B轴旋转装置25转动。可B轴旋转装置25包括B轴旋转电机31、B轴支架32、B轴旋转轴33。B轴支架32在A轴旋转轴29上， B轴旋转电机31在打印平面26底面， B轴旋转轴33处于B轴支架32之间， B轴旋转电机31通过B轴旋转皮带34传动带动着B轴旋转轴33转动。B轴旋转电机31通过B轴旋转皮带34传动带动着B轴旋转轴33的转动即是所谓的可A、B轴旋转打印工作平台4的B轴转动。
打印平面26在所述B轴旋转轴33上，可B轴旋转装置25转动会通过B轴旋转轴33带动着打印平面26转动，因为可A轴旋转装置24控制着可B轴旋转装置25的A轴旋转，所以可B轴旋转装置25控制着打印平面26的A轴和B轴的旋转。
该实施方式的基于FDM技术的五轴联动3D打印机的工作过程如下：
当接收到打印指令时，打印机控制系统按先后顺序启动三维空间移动装置2的旋转电机5、升降电机11、旋转臂旋转电机16，使得三维空间移动装置2在X、Y、Z坐标上先后复位，之后控制系统开启原材料输送装置的热熔打印头22使之处于加热状态。当热熔打印头22预热完成后，打印开始，控制系统控制着三维空间移动装置2在X、Y、Z空间上移动和原材料输送装置的输送电机21为热熔打印头22输送打印材料，并且启动可A、B轴旋转打印工作平台4上的A轴旋转电机27和B轴旋转电机31使打印平面可以绕A、B轴旋转。打印过程中控制系统控制着三维空间移动装置2、原材料输送装置、可A、B轴旋转打印工作平台4的协调运动以完成打印内容。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.基于FDM技术的五轴联动3D打印机，其特征在于：包括底座、三维空间移动装置、原材料输送装置、可A、B轴旋转打印工作平台、以及用于控制所述三维空间移动装置、所述原材料输送装置和所述可A、B轴旋转打印工作平台的协调运动的控制系统；
三维空间移动装置设置在底座上，原材料输送装置位于三维空间移动装置上，可A、B轴旋转打印工作平台位于底座旁边；
三维空间移动装置包括旋转电机、旋转柱、升降电机、竖直丝杠、旋转臂；旋转电机带动着旋转柱的旋转，升降电机安置在旋转柱上，升降电机带动着竖直丝杠旋转，旋转臂设置在竖直丝杠上；
可A、B轴旋转打印工作平台包括可A轴旋转装置、可B轴旋转装置和打印平面；可A轴旋转装置包括A轴旋转轴，可B轴旋转装置包括B轴支架和B轴旋转轴，B轴旋转轴处于B轴支架之间，B轴支架在A轴旋转轴上，随A轴旋转轴转动，打印平面在B轴旋转轴上，随B轴旋转轴转动；
原材料输送装置包括材料箱、输送电机和热熔打印头，用于将原材料从材料箱引出来，经过输送电机的运动把原材料提供给热熔打印头；所述三维空间移动装置的旋转柱的靠近底座的侧面固定有一个L型柱体，在该L型柱体的一端的一个侧面上安置旋转电机，另一个侧面上设有大旋转障碍物感应器，L型柱体的另一端设置用于安置竖直丝杠的竖直丝杠底座；
所述三维空间移动装置的旋转臂包括一旋转臂柱体，所述旋转臂柱体的下端设有一旋转臂障碍物感应器，所述旋转臂柱体一端设有一旋转臂旋转电机，所述旋转臂柱体另一端设有一外延臂，所述外延臂的一面设有一外延臂障碍物感应器。
2.根据权利要求1所述的3D打印机，其特征在于：所述原材料输送装置中的材料箱挂在旋转柱的上端，输送电机安置在底座的一根输送电机柱上，热熔打印头设置在旋转臂的最外端。
3.根据权利要求1所述的3D打印机，其特征在于：所述可A、B轴旋转打印工作平台设置用于将A轴旋转轴处于其中的两个对称支架，A轴旋转轴通过A轴旋转皮带连接着A轴旋转电机，A轴旋转电机通过A轴旋转皮带传动带动着A轴旋转轴的转动实现可A、B轴旋转打印工作平台的A轴转动。
4.根据权利要求1所述的3D打印机，其特征在于：所述可A、B轴旋转打印工作平台中，B轴旋转轴通过B轴旋转皮带连接着B轴旋转电机，B轴旋转电机安置在打印平面底面，B轴旋转电机通过B轴旋转皮带传动带动着B轴旋转轴的转动实现可A、B轴旋转打印工作平台的B轴转动。
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