CN108312512B - 一种3d打印机 - Google Patents

Abstract

一种3D打印机，涉及3D打印技术领域，其包括机架、第一驱动机构和第二驱动机构，在所述机架上设有旋转打印工作台以及位于旋转打印工作台外侧的立柱，所述立柱上连接有水平梁，所述水平梁位于旋转打印工作台的上方，所述水平梁上安装有打印喷头，所述第一驱动机构用于驱动水平梁沿立柱在竖直方向移动，所述第二驱动机构用于驱动打印喷头在旋转打印工作台上方水平移动。本发明在打印回转体模型时能够得到更为平整光滑的表面质量。

Description

一种3D打印机

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，尤其指一种3D打印机。

背景技术

3D打印技术是一种采用逐点或逐层成型方法制造物理模型、模具和零件的先进制造技术。现有的3D打印机通常是在打印工作台的上方设置一个打印喷头，工作时通过获得计算机上构建的零件三维模型沿高度方向每层的截面信息，然后通过打印喷头在X轴、Y轴、Z轴三个方向上进行打印形成三维实体，为了保证打印精度，喷头的出胶量较少，打印过程耗时较长。对于回转体形状的模型，打印时需要依靠X、Y方向的插补动作来完成，出于制造成本的考虑，大部分桌面型的3D打印机插补精度并不高，这类打印机在打印回转体模型时，弧形表面不够平滑，甚至会出现一层一层的锯齿。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，提供一种3D打印机，该3D打印机打在打印回转体模型时能够得到更为平整光滑的表面质量。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种3D打印机，包括机架、第一驱动机构和第二驱动机构，在所述机架上设有旋转打印工作台以及位于旋转打印工作台外侧的立柱，所述立柱上连接有水平梁，所述水平梁位于旋转打印工作台的上方，所述水平梁上安装有打印喷头，所述第一驱动机构用于驱动水平梁沿立柱在竖直方向移动，所述第二驱动机构用于驱动打印喷头在旋转打印工作台上方水平移动。

优选地，所述水平梁为一端悬空的悬臂，所述悬臂的一端可转动连接在立柱上，所述第二驱动机构用于驱动悬臂以立柱为轴心在水平面内摆动从而实现打印喷头在旋转打印工作台上方水平移动。

其中，所述悬臂的数量至少为两个，所有悬臂均由第二驱动机构独立驱动，每个悬臂上均安装有打印喷头。

进一步地，每根立柱上至少连接有两根悬臂。

或作为另一种优选的方案，所述水平梁为一端悬空的悬臂，所述悬臂的一端连接在立柱上，所述第二驱动机构用于驱动打印喷头沿悬臂的长度方向来回移动从而实现打印喷头在旋转打印工作台上方水平移动。

或作为另一种优选的方案，所述立柱的数量为两根，所述水平梁的两端分别连接一根立柱，所述第二驱动机构用于驱动打印喷头沿水平梁的长度方向来回移动从而实现打印喷头在旋转打印工作台上方水平移动。

其中，安装在所述水平梁上的打印喷头的数量为两个。

进一步地，还包括第三驱动机构，所述第三驱动机构用于驱动打印喷头绕水平梁的轴心转动。

更进一步地，所述旋转打印工作台包括打印台板以及驱动所述打印台板旋转的电机，在所述打印台板的下方设有加热板，所述加热板内设有加热器，所述打印台板可拆卸安装在加热板上，所述电机的输出轴与加热板传动连接。

更进一步地，所述加热板上开设有两个凹槽，所述打印台板的底部对应设置有两个凸块，两个凸块的底部均固定连接有第一磁铁，所述加热板的外周面上开设有插槽，所述插槽中设有活动插板，所述活动插板上对应安装有两个第二磁铁。

将上述打印台板底部的凸块插入凹槽中，并将所述活动插板完全插入插槽中，使得所述两个第二磁铁分别对应处于两个第一磁铁的下方并与第一磁铁吸合，即可将所述打印台板与加热板连接到一起；将所述活动插板从插槽中往外抽出，使得所述第二磁铁与第一磁铁错位分开，再将所述打印台板往上提，当所述打印台板底部的凸块从凹槽中抽出后，即可将所述打印台板与加热板分离。

更进一步地，所述活动插板的一端连接有用于拉动活动插板的T形拉杆，所述T形拉杆包括呈“T”字形交叉连接在一起的握持部和连接部，所述连接部的一端与活动插板可转动连接、另一端固定连接在握持部的中部；所述握持部平放时可被推入插槽的槽口内；从所述槽口内拉出握持部并整体转动T形拉杆，可使所述握持部抵靠在加热板的外周面上并被限制在插槽的外部，从而使得所述第二磁铁保持在与第一磁铁错位分开的位置。

或者作为优选地，所述打印台板的上表面开设有环形的卡槽，所述加热板的侧壁上铰接有多个卡钩，所述卡钩向上翻转后可钩扣住卡槽。

其中，所述卡勾包括本体、钩扣部及按压部，所述本体的底端铰接于加热板的侧壁，所述钩扣部位于本体的一侧且其前端弯折以便钩扣住卡槽，所述钩扣部的后端固定连接至本体，所述按压部位于本体的另一侧且其一端固定连接至本体，往下按压所述按压部，使得所述本体往按压部一侧产生弹性弯曲变形，即可让所述钩扣部的前端上翘并从卡槽中脱离出来。

本发明的有益效果在于：对于回转体模型，由于打印作业过程中旋转打印工作台连续旋转，无需依靠打印喷头在X轴和Y轴方向的插补动作来完成弧形轨迹，从而有力避免了模型表面出现锯齿的情况，使得最终打印出来的回转体模型具有平整光滑的表面质量。

附图说明

图1为本发明实施例1中的整体结构示意图；

图2为实施例1中在旋转打印工作台上同时打印多个模型时的示意图；

图3为实施例1中打印方形模型时的俯视结构示意图；

图4为实施例1中各立柱上设置两个悬臂时的整体结构示意图；

图5为实施例1中带插槽和插板的旋转打印工作台结构示意图；

图6为图5中插板往外抽动后的结构示意图；

图7为实施例1中带卡扣件的旋转打印工作台结构示意图；

图8为本发明实施例2中的整体结构示意图；

图9为本发明实施例3中的整体结构示意图。

图中：

1——机架 2——旋转打印工作台 2a——打印台板

2a1——凸块 2a2——卡槽 3——立柱

4——水平梁 5——打印喷头 6——电机

7——加热板 7b——插槽 7c——活动插板

7c1——T形拉杆 8——卡勾 8a——本体

8b——钩扣部 8c——按压部。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解所述术语的具体含义。

实施例1

如图1所示，一种3D打印机，包括机架1、第一驱动机构和第二驱动机构，在机架1上设有旋转打印工作台2以及位于旋转打印工作台2外侧的立柱3，立柱3上连接有水平梁4，水平梁4位于旋转打印工作台2的上方，水平梁4上安装有打印喷头5，第一驱动机构用于驱动水平梁4沿立柱3在竖直方向移动，第二驱动机构用于驱动打印喷头5在旋转打印工作台2上方水平移动。

上述实施方式提供的3D打印机在打印回转体模型时，由于打印作业过程中旋转打印工作台2连续旋转，无需依靠打印喷头5在X轴和Y轴方向的插补动作来完成弧形轨迹，从而有力避免了模型表面出现锯齿的情况，使得最终打印出来的回转体模型具有非常平整光滑的表面质量。

其中，水平梁4为一端悬空的悬臂，悬臂的一端可转动连接在立柱3上，第二驱动机构用于驱动悬臂以立柱3为轴心在水平面内摆动从而实现打印喷头5在旋转打印工作台2上方水平移动。

作为一种优选的方案，悬臂的数量至少为两个，悬臂均由第二驱动机构独立驱动，每个悬臂上均安装有打印喷头5，那么使旋转打印工作台2处于旋转的状态，各个打印喷头5则可依靠悬臂的摆动相互独立地在旋转打印工作台2的上方运动，例如图1中所示的结构，通过在不同的立柱3上设置悬臂以及打印喷头5，可使多个打印喷头5同时且相互独立地在旋转打印工作台2上进行打印工作，进而加快打印速度，例如可在不同的悬臂上设置打印精度不同的打印喷头5，利用高精度（出胶量小）的喷头打印模型轮廓，利用低精度（出胶量大）的喷头进行快速填充，这样一来，既保证了模型轮廓的精细度，又大幅提高了整体打印速度。

除此之外，在上述结构中还可同时使多个打印喷头5在旋转打印工作台2上分别打印多个不同的模型，从而在极大程度上提高生产效率，具体地，如图2所示，两个打印喷头5可同时在旋转打印工作台2上的两个对应的位置进行模型打印（此时需将低精度的打印喷头更换为高精度喷头，使两个同样高精度的打印喷头分别同时打印两个模型），在打印的过程中，旋转打印工作台2可通过在一定的角度范围内来回转动从而配合打印喷头5在对应区域打印出模型来，实际使用时，并不仅仅局限于如上述方式中的对两个模型同时进行打印，在旋转打印工作台2台面大小充足的情况下，可设置更多的立柱3，通过增加更多的打印喷头5来同时打印出更多的模型。

另外，值得说明的是，对于非回转体的模型，例如图3所示的方形模型，在打印时，以图3所示的俯视角度看，由于悬臂的摆动作用，打印喷头5会移动出一条弧形的路线，那么在旋转打印工作台2的旋转作用下，只要模型上所有的点都从这条弧形路线的下方经过，也就是说，在俯视状态下，只要模型上的点能够与这条弧形路线上任意的点重叠，那么通过驱动悬臂带动打印喷头5移动就可以对其进行打印，故本发明提供的3D打印机并不限于打印制作回转体模型，其跟市面上常见的其他3D打印机一样，也可以用于打印其他各种形状的3D模型。

作为一种更优选的方案，如图4所示，还可以在每根立柱3上至少连接两根悬臂，并且所有悬臂均独立驱动，这样就可增加打印喷头5的数量，不仅能够更块地打印出模型，打印方式也更具多样性。

进一步，还包括第三驱动机构，第三驱动机构用于驱动打印喷头5绕水平梁4的轴心转动，通过这样转动打印喷头5，可调整打印喷头5出胶嘴所朝的方向，使其调整到例如水平或竖直朝下等任意的方向，在实际打印模型的过程中，可方便打印喷头5灵活变化其打印角度，现有的3D打印机只能让出胶嘴朝下进行逐层叠加式打印，而本实施例中的3D打印机则可实现在打印喷头5的出胶嘴横向设置的状态下沿竖直的路线移动，从而可直接在模型外部的竖直方向上进行打印。例如，在打印碳纤维材料的模型时，可先使第一个打印喷头朝下逐层向上进行内部填充，接着使第二个打印喷头旋转角度，将出胶嘴调整为横向的状态，在水平梁4的升降作用下，第二个打印喷头可在竖直方向上移动从而对模型外部进行垂直打印，打印过程中，旋转打印工作台2可停止旋转，待第二个打印喷头在竖直方向上走完预设路线后再转动一个角度单位，然后使第二个打印喷头继续沿竖直方向移动进行打印，通过这样的方式，可快速打印出碳纤维材料模型需具备的正常构造形态，即以横、竖向角度编织成型的模型。

需要强调的是，本领域技术人员应当明白，本发明中的驱动机构均可以从现有技术中进行选择，例如可采用滚珠丝杠螺母副或齿条皮带等驱动方式，当然也可以选择其它的驱动结构，本领域技术人员在实际应用时可以根据应用需要进行选择，此外，本发明所述第一驱动机构、第二驱动机构及第三驱动机构仅是便于说明打印喷头5及水平梁4由驱动机构驱动其移动，而不是暗指驱动机构的具体数量。

再进一步，旋转打印工作台2包括打印台板2a以及驱动所述打印台板2a旋转的电机6。另外，在本实施例中，打印台板2a的下方设有加热板7，在加热板7内设有加热器，打印台板2a可拆卸安装在加热板7上，电机6的输出轴与加热板7传动连接，由于刚成型后的模型温度较高，往往需要耗费一定的时间待其冷却后才能取下，现通过将打印台板2a与加热板7可拆卸式地连接，使得模型在打印成型后能够连同打印台板2a快速地卸下，再更换新的打印台板2a后立即就可打印作业，无需浪费等待时间，能够提高打印机的利用率。

具体地，如图5-6所示，可在加热板7上开设有两个凹槽，并在打印台板2a的底部对应设置两个凸块2a1，两个凸块2a1的底部均固定连接有第一磁铁，加热板7的外周面上开设有插槽7b，插槽7b中设有活动插板7c，活动插板7c上对应安装有两个第二磁铁。

将上述打印台板2a底部的凸块2a1插入凹槽中，并将活动插板7c完全插入插槽7b中，使得两个第二磁铁分别对应处于两个第一磁铁的下方并与第一磁铁吸合，即可将打印台板2a与加热板7连接到一起；将活动插板7c从插槽7b中往外抽出，使得第二磁铁与第一磁铁错位分开，再将打印台板2a往上提，当打印台板2a底部的凸块2a1从凹槽中抽出后，即可将打印台板2a与加热板7分离，通过第一磁铁与第二磁铁的吸合力来连接打印台班2a与加热板7，效果稳定可靠，拆卸时也较为方便，并且制造成本低。

进一步，还可以在活动插板7c的一端连接用于拉动活动插板7c的T形拉杆7c1，T形拉杆7c1包括呈“T”字形交叉连接在一起的握持部和连接部，连接部的一端与活动插板7c可转动连接、另一端固定连接在握持部的中部，其中，握持部平放时可被推入插槽7b的槽口内，从槽口内拉出握持部并整体转动T形拉杆7c1，可使握持部抵靠在加热板7的外周面上并被限制在插槽7b的外部，从而使得第二磁铁保持在与第一磁铁错位分开的位置。该结构能够让拆卸打印台板2a操作更加方便。

或者作为一个更优选地方式，如图7所示，可在打印台板2a的上表面开设环形的卡槽2a2，并在加热板7的侧壁上铰接多个卡钩8，卡钩8向上翻转后可钩扣住卡槽2a2，该结构简单，卡扣效果好，制造成本较低，实际应用时，也具有操作简便的优点。

作为进一步优选的结构，卡勾8包括本体8a、钩扣部8b及按压部8c，本体8a的底端铰接于加热板7的侧壁，钩扣部8b位于本体8a的一侧且其前端弯折以便扣住卡槽2a2，钩扣部8b的后端固定连接至本体8a，按压部8c位于本体8a的另一侧且其一端固定连接至本体8a，往下按动按压部8c，使得本体8a往按压部8c一侧产生弹性弯曲变形，即可让钩扣部8b的前端上翘并从卡槽2a2中脱离出来。

实施例2

如图8所示，一种3D打印机，包括机架1、第一驱动机构和第二驱动机构，在机架1上设有旋转打印工作台2以及位于旋转打印工作台2外侧的立柱3，立柱3上连接有水平梁4，水平梁4位于旋转打印工作台2的上方，水平梁4上安装有打印喷头5，第一驱动机构用于驱动水平梁4沿立柱3在竖直方向移动，第二驱动机构用于驱动打印喷头5在旋转打印工作台2上方水平移动。

其中，水平梁4为一端悬空的悬臂，悬臂的一端连接在立柱3上，第二驱动机构用于驱动打印喷头5沿悬臂的长度方向来回移动从而实现打印喷头5在旋转打印工作台2上方水平移动。

同样，本实施例提供的3D打印机在打印回转体模型时，由于打印作业过程中旋转打印工作台2连续旋转，无需依靠打印喷头5在X轴和Y轴方向的插补动作来完成弧形轨迹，从而有力避免了模型表面出现锯齿的情况，使得最终打印出来的回转体模型具有非常平整光滑的表面质量。

作为优选地，还包括第三驱动机构，第三驱动机构用于驱动打印喷头5绕水平梁4的轴心转动，通过这样转动打印喷头5，从而调整打印喷头5出胶嘴所朝的方向，以达到与实施例1同样的效果。

另外，本实施例中的旋转打印工作台2也包括打印台板2a、电机6以及加热板7，各部件之间的连接方式也与实施例1中相同。

实施例3

如图9所示，一种3D打印机，包括机架1、第一驱动机构和第二驱动机构，在机架1上设有旋转打印工作台2以及位于旋转打印工作台2外侧的立柱3，立柱3上连接有水平梁4，水平梁4位于旋转打印工作台2的上方，水平梁4上安装有打印喷头5，第一驱动机构用于驱动水平梁4沿立柱3在竖直方向移动，第二驱动机构用于驱动打印喷头5在旋转打印工作台2上方水平移动。

其中，立柱3的数量为两根，水平梁4的两端分别连接一根立柱3，第二驱动机构用于驱动打印喷头5沿水平梁4的长度方向来回移动从而实现打印喷头5在旋转打印工作台2上方水平移动。

同样，本实施例提供的3D打印机在打印回转体模型时，由于打印作业过程中旋转打印工作台2连续旋转，无需依靠打印喷头5在X轴和Y轴方向的插补动作来完成弧形轨迹，从而有力避免了模型表面出现锯齿的情况，使得最终打印出来的回转体模型具有非常平整光滑的表面质量。

作为优选地，安装在水平梁4上的打印喷头5的数量为两个，两个打印喷头5可分别从水平梁4的中间往两端移动，也可分别从水平梁4的两端往中间靠拢，或者，两个打印喷头5均能往水平梁4的一端移动直至靠近水平梁4的一端。上述结构中，由于打印喷头5的数量为两个，且能相互独立又彼此不影响地工作，因此可加快打印速度，例如设置两个不同精度的打印喷头5，利用高精度（出胶量小）的喷头打印模型轮廓，利用低精度（出胶量大）的喷头进行快速填充，这样一来，既保证了模型轮廓的精细度，又大幅提高了整体打印速度。

不仅如此，在打印非回转体的模型，由于水平梁4能够横跨在旋转打印工作台2的上方，使得打印喷头5可在旋转打印工作台2的上方移动出一条直线式的线路，若该线路与旋转打印工作台2的中心线重叠，那么在旋转打印工作台2的旋转作用下，只要模型上所有的点都从这条路线的下方经过，也就是说，在俯视状态下，只要模型上的点能够与这条路线上任意的点重叠，那么通过驱动打印喷头5移动就可以对其进行打印，故本实施例所提供的3D打印机并也不仅限于打印制作回转体模型，其跟市面上常见的其他3D打印机一样，也可以用于打印其他各种形状的3D模型。

作为优选地，还包括第三驱动机构，第三驱动机构用于驱动打印喷头5绕水平梁4的轴心转动，通过这样转动打印喷头5，从而调整打印喷头5出胶嘴所朝的方向，以达到与实施例1同样的效果。

另外，本实施例中的旋转打印工作台2也包括打印台板2a、电机6以及加热板7，各部件之间的连接方式也与实施例1中相同。

上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本技术方案构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

为了让本领域普通技术人员更方便地理解本发明相对于现有技术的改进之处，本发明的一些附图和描述已经被简化，并且为了清楚起见，本申请文件还省略了一些其它元素，本领域普通技术人员应该意识到这些省略的元素也可构成本发明的内容。

Claims (3)

1.一种3D打印机，包括机架（1），其特征在于：还包括第一驱动机构和第二驱动机构，在所述机架（1）上设有旋转打印工作台（2）以及位于旋转打印工作台（2）外侧的立柱（3），所述立柱（3）上连接有水平梁（4），所述水平梁（4）位于旋转打印工作台（2）的上方，所述水平梁（4）上安装有打印喷头（5），所述第一驱动机构用于驱动水平梁（4）沿立柱（3）在竖直方向移动，所述第二驱动机构用于驱动打印喷头（5）在旋转打印工作台（2）上方水平移动；

所述水平梁（4）为一端悬空的悬臂，所述悬臂的一端可转动连接在立柱（3）上，所述第二驱动机构用于驱动悬臂以立柱（3）为轴心在水平面内摆动从而实现打印喷头（5）在旋转打印工作台（2）上方水平移动；

所述悬臂的数量至少为两个，所有悬臂均由第二驱动机构独立驱动，每个悬臂上均安装有打印喷头（5）；

还包括第三驱动机构，所述第三驱动机构用于驱动打印喷头（5）绕悬臂的轴心转动；

所述旋转打印工作台（2）包括打印台板（2a）以及驱动所述打印台板（2a）旋转的电机（6），在所述打印台板（2a）的下方设有加热板（7），所述加热板（7）内设有加热器，所述打印台板（2a）可拆卸安装在加热板（7）上，所述电机（6）的输出轴与加热板（7）传动连接；

所述加热板（7）上开设有两个凹槽，所述打印台板（2a）的底部对应设置有两个凸块（2a1），两个凸块（2a1）的底部均固定连接有第一磁铁，所述加热板（7）的外周面上开设有插槽（7b），所述插槽（7b）中设有活动插板（7c），所述活动插板（7c）上对应安装有两个第二磁铁；将所述打印台板（2a）底部的凸块（2a1）插入凹槽中，并将所述活动插板（7c）完全插入插槽（7b）中，使得所述两个第二磁铁分别对应处于两个第一磁铁的下方并与第一磁铁吸合，即可将所述打印台板（2a）与加热板（7）连接到一起；将所述活动插板（7c）从插槽（7b）中往外抽出，使得所述第二磁铁与第一磁铁错位分开，再将所述打印台板（2a）往上提，当所述打印台板（2a）底部的凸块（2a1）从凹槽中抽出后，即可将所述打印台板（2a）与加热板（7）分离；

所述活动插板（7c）的一端连接有用于拉动活动插板（7c）的T形拉杆（7c1），所述T形拉杆（7c1）包括呈“T”字形交叉连接在一起的握持部和连接部，所述连接部的一端与活动插板（7c）可转动连接、另一端固定连接在握持部的中部，所述握持部平放时可被推入插槽（7b）的槽口内；从所述槽口内拉出握持部并整体转动T形拉杆（7c1），可使所述握持部抵靠在加热板（7）的外周面上并被限制在插槽（7b）的外部，从而使得所述第二磁铁保持在与第一磁铁错位分开的位置。

2.根据权利要求1所述的一种3D打印机，其特征在于：每根立柱（3）上至少连接有两根悬臂。

3.根据权利要求2所述的一种3D打印机，其特征在于：安装在所述悬臂上的打印喷头（5）的数量为两个。