CN108908938A - 一种多喷头3d打印教具 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多喷头3D打印教具，包括立方体中空支架，位于中空支架内的工作台，与工作台连接使之作升降运动的升降机构，中空支架上方四个角的位置设有支撑板，四个支撑板之间形成工作区域，每个支撑板上分别设有固定连接块，每相邻的两个固定连接块之间设有动力传动机构、以及与动力传动机构相连接的水平面平移机构，水平面平移机构上设有喷头组件，动力传动机构工作时，带动水平面平移机构运动，从而使得喷头组件在支撑板之间形成的工作区域内完成水平方向上的X、Y轴运动。本发明结构简单，通过控制驱动电机可以控制喷头在水平面上的移动，同时控制电机可以控制工作台的高度。

Description

一种多喷头3D打印教具

技术领域

本发明涉及增材制造范畴，具体涉及一种多喷头3D打印教具。

背景技术

目前3D打印技术越来越受到市场关注，其属于增材制造范畴，源自快速成型和快速制造。3D打印不仅从根本上改变了传统的“切削去除材料”(减材制造)工艺模式，更是开启了一个以“智能数字化”为代表的崭新时代。3D打印技术被誉为第三次工业革命到来的重要标志，欧美国家早已把它列为重要发展产业。中国在这一新兴领域涉足较晚，直到近两年来才开始重视这项新技术的发展，国家号召大力发展3D打印技术，尽快实现产业化。而现阶段一般的3D打印教具结构复杂，制作成本高，不利于普及。申请号为201510556924.4的专利文件中，公开了一种多喷头3D打印机，其装置喷头数目为多个，但是其多个喷头采取了并行放置方式，其缺点是：1.长度较长，导致3D打印机的体积较大。2.当连接着多个喷头的横梁沿一方向移动时，其多个喷头均以相同的速度沿同方向移动，各喷头不能独立运动，协同工作能力差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种多喷头3D打印教具，其结构简单、方便拆卸和组装。所述每一个喷头均可以在平面内进行自由移动，但是会有范围的界限(一方面，由固定的机械结构所确定，另一方面，由其他几个相对运动的十字交错滑块组建确定)。这就意味着，每一个十字交错滑块的运动会受到其他滑块运动的限制，但完全可以通过对步进电机的控制，避免实际使用过程中的干涉问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种多喷头3D打印教具，包括立方体中空支架，位于中空支架内的工作台，与工作台连接使之作升降运动的升降机构，中空支架上方四个角的位置设有支撑板，四个支撑板之间形成工作区域，每个支撑板上分别设有固定连接块，每相邻的两个固定连接块之间设有动力传动机构、以及与动力传动机构相连接的水平面平移机构，水平面平移机构上设有喷头组件，动力传动机构工作时，带动水平面平移机构运动，从而使得喷头组件在支撑板之间形成的工作区域内完成水平方向上的X、Y轴运动。

进一步的，所述动力传动机构有4组，每组动力传动机构包括依次连接的驱动电机、同步带I、光杆、同步带II，所述光杆固定在相邻的两个固定连接块之间，同步带II连接在对称的两个光杆上，其中同步带II与离驱动电机较远的光杆的连接处设有轴承；驱动电机发动时，通过同步带I带动与之较近的光杆转动，从而带动同步带II运动，由于同步带II与较远的光杆之间设有轴承，同步带II运动时，较远的光杆不转动。此机构装配简单，均为常用机械结构，成本较低，能够保证光杆之间的运动不会相互影响，使动力机构能够独立的驱动相应的喷头，工作效率高。

进一步的，所述动力传动机构有4组，每组动力传动机构包括驱动电机、同步带I、对称设立的两条光杆、同步带II，所述光杆固定在相邻的两个固定连接块之间，所述驱动电机与同步带I连接，同步带I和与之较近的光杆连接，同步带II连接在对称的两个光杆上；驱动电机发动时，通过同步带I带动与之较近的光杆转动，从而带动同步带II运动，同步带II运动时，较远的光杆也同时转动。这种动力机构结构件简单，均为常用用机械结构，能够保证光杆之间的运动不会相互影响，使动力机构能够独立的驱动相应的喷头，性能可靠。

进一步的，所述水平面平移机构包括固定在相邻的两个固定连接块或支撑板之间的四条滑杆，以及两两相互垂直的四条直杆，所述直杆与对称的两条滑杆垂直，所述滑杆与同步带II平行，四条直杆的垂直处滑动设有十字交错滑块，十字交错滑块下方固定有喷头组件；所述直杆的两端分别通过主动滑动块和从动滑动块滑动连接在对称的两条滑杆上，所述主动滑动块还固定在与该直杆垂直的同步带II上；当同步带II运动时，带动其上的主动滑动块在与同步带II平行的滑杆上滑动，以及带动与该主动滑动块所在的直杆往相同方向运动，从而带动直杆上的十字交错滑块和十字交错滑块上的喷头组件、以及直杆上的从动滑动块往相同的方向运动。此机构带动喷头在X轴、Y轴独立滑行，喷头之间的间距、速度均可调整。

进一步的，所述的四条直杆分别为第一直杆、第二直杆、第三直杆、第四直杆，四个十字交错滑块分别为第一十字交错滑块、第二十字交错滑块、第三十字交错滑块和第四十字交错滑块，所述第一十字交错滑块滑动设置在第一直杆和第三直杆上，所述第二十字交错滑块滑动设置在第二直杆和第三直杆上，所述第三十字交错滑块滑动设置在第二直杆和第四直杆上，所述第四十字交错滑块滑动设置在第二直杆和第四直杆上，可以更好的控制喷头的移动

进一步的，所述十字交错滑块中间均加工有相互垂直交错的通孔，实现相互垂直杆件的相连，通孔的具体结构为阶梯孔，内部可以安装直线轴承，以实现滑块在杆件上，沿着杆件进行运动。

进一步的，所述升降机构包括依次连接的控制电机、联轴器、支架，以及用于支撑工作台的支撑架，所述支撑架底端固定在支架上，支撑架顶端与工作台固定连接，控制电机传动联轴器运动，联轴器带动固定在其上的支架沿Z轴上下运动从而带动工作台沿Z轴进行升降运动。

本发明所描述的一种多喷头3D打印教具结构简单，通过控制驱动电机可以控制喷头在平面上的移动，同时控制电机可以控制工作台的高度，实现3D打印。本发明通过在工作区域内设置四条直杆和四个十字交错滑块，所述直杆带动十字交错滑块移动，所述十字交错滑块上均设置有喷头，动力传动机构工作时，所述直杆带动水平面十字交错滑块移动，从而使得喷头组件在工作区域内完成水平方向上的X、Y轴运动，同时控制电机可以控制工作台Z轴的高度。多喷头打印的创新设计，每一个喷头均可以通过X轴和Y轴驱动电机差速的变化，可以在平面内实现直线或各种曲线移动，但是会有范围的界限(一方面，由固定的机械结构所确定，另一方面，由其他几个相对运动的十字交错滑块组建确定)。这就意味着，每一个十字交错滑块的运动会受到其他滑块运动的限制，但完全可以通过计算机计算干涉时间和区域，对步进电机的控制，避免实际使用过程中的干涉问题。喷头间工作相互协同，工作效率高、体积小。该设计中大量使用了皮带和杆类零件，结构简单成本低廉且易于组装、拆卸，便于观察和演示。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1的正视图。

图3为本发明中十字交错滑块的三维图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1.中空支架，2.驱动电机，3.同步带I，4.光杆，5.固定连接块，6.支撑板，7.工作区域，8.第一直杆，9.第二直杆，10.第三直杆，11.第四直杆，12.第一十字交错滑块，13.第二十字交错滑块，14.第三十字交错滑块，15.第四十字交错滑块，16.第一同步带II，17.第二同步带II，18.第三同步带II，19.第四同步带II，20.从动滑动块，21.滑杆，22.控制电机，23.联轴器，24.支架，25.支撑架，26.工作台，27.第一驱动电机，28.第二驱动电机，29.第三驱动电机，30.第四驱动电机，31.第一主动滑动块，32.第二主动滑动块，33.第三主动滑动块，34.第四主动滑动块。

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。

实施例、参见图1和图2所示，本发明提供一种多喷头3D打印教具，包括中空支架1，位于中空支架1内的工作台26，与工作台26连接使之作升降运动的升降机构，升降机构使得工作台26在中空支架1内沿Z轴上下运动，所述中空支架1上方四个角的位置设有支撑板6，四个支撑板6之间形成工作区域7，工作区域7位于工作台26的正上方，每个支撑板6上分别设有固定连接块5，每相邻的两个固定连接块5之间设有动力传动机构、以及与动力传动机构相连接的水平面平移机构，水平面平移机构上设有喷头组件，动力传动机构工作时，带动水平面平移机构运动，从而使得喷头组件在支撑板之间形成的工作区域内及工作台26的正上方完成水平方向上的X、Y轴运动。

所述动力传动机构有四个，四个动力传动机构的同步带II分别为第一同步带II16、第二同步带II17、第三同步带II18和第四同步带II19，所述第一同步带II16、第二同步带II17、第三同步带II18和第四同步带II19均匀设置在工作区域7旁，以其中一组动力传动机构为例，所述动力传动机构包括驱动电机2、同步带I3、光杆4、第二同步带II16，所述驱动电机2、同步带I3、光杆4、第二同步带II16依次连接，所述光杆4固定在相邻的两个固定连接块5之间，第二同步带II16连接在对称的两个光杆上，其中第二同步带II16与离驱动电机较远的光杆的连接处设有轴承；驱动电机2发动时，通过同步带I3带动与之较近的光杆4转动，从而带动第二同步带II16运动，由于同步带II与较远的光杆之间设有轴承，同步带II运动时，较远的光杆不转动。

所述水平面平移机构包括固定在相邻的两个固定连接块5或支撑板6之间的4条滑杆，以及两两相互垂直的四条直杆，形成一个‘井’字结构，所述直杆与对称的两条滑杆垂直，所述滑杆与同步带II平行(如图1中的滑杆21与第二同步带II17)，四条直杆的垂直处滑动设有十字交错滑块，十字交错滑块下方固定有喷头组件；所述直杆的两端分别通过主动滑动块和从动滑动块滑动连接在对称的两条滑杆上，所述主动滑动块还固定在与该直杆垂直的同步带II上，当同步带II运动时，带动其上的主动滑动块在与同步带II平行的滑杆上滑动，以及带动与该主动滑动块所在的直杆往相同方向运动，从而带动直杆上的十字交错滑块和十字交错滑块上的喷头组件、以及直杆上的从动滑动块往相同的方向运动。

四条直杆和四个十字交错滑块，分别为第一直杆8、第二直杆9、第三直杆10、第四直杆11、第一十字交错滑块12、第二十字交错滑块13、第三十字交错滑块14和第四十字交错滑块15，如图3所示，所述十字交错滑块中间均加工有相互垂直交错的通孔，实现相互垂直杆件的相连，通孔的具体结构为阶梯孔，内部可以安装直线轴承，以实现滑块在杆件上，沿着杆件进行运动。

所述四个十字交错滑块上均固定设置有喷头组件，所述第一十字交错滑块12滑动设置在第一直杆8和第三直杆10垂直处，所述第二十字交错滑块13滑动设置在第二直杆9和第三直杆10垂直处，所述第三十字交错滑块14滑动设置在第一直杆8和第四直杆11垂直处，所述第四十字交错滑块15滑动设置在第二直杆9和第四十字交错滑块15垂直处，所述第一主动滑动块31与第二直杆9一端固定连接，所述第二主动滑动32与第四直杆11一端固定连接，所述第三主动滑动33与第一直杆8一端固定连接，所述第四主动滑动34与第三直杆10一端固定连接，所述四个直杆另一端均分别固定连接有从动滑动块，所述从动滑动块滑动连接在滑杆上，所述滑杆21两端分别固定在两个相邻的固定连接块5或支撑板6上。

所述升降机构包括控制电机22、联轴器23、支架24、支撑架25和工作台26，所述控制电机22、联轴器23和支架24依次连接，所述支撑架25底端固定在支架24上，所述支撑架25顶端与工作台26固定连接；所述驱动电机2与控制电机22均为42步进电机；所述控制电机22为多个，对应的所述联轴器23为多个，所述支架24与多个联轴器23连接，所述支撑架25为多个。

下面对照附图，说明本发明中喷头组件在水平面运动的原理：第一驱动电机27通过传动与其对应的同步带I3和光杆4带动第一同步带II16运动，所述第一同步带II16带动其上的第一主动滑动块31沿第一同步带II16和第一主动滑动块31所在的滑杆运动，第一主动滑动块31带动第二直杆9和其上的第二十字交错滑块13和第四十字交错滑块15沿第一主动滑动块31的运动方向运动；第二驱动电机28通过传动与其对应的同步带I和光杆带动第二同步带II17运动，所述第二同步带II17带动其上的第二主动滑动块32沿第二同步带II17和第二主动滑动块32所在的滑杆运动，第二主动滑动块32带动第四直杆11和其上的第三十字交错滑块14和第四十字交错滑块15沿第二主动滑动块32的运动方向运动；第三驱动电机29通过传动与其对应的同步带I和光杆带动第三同步带II18运动，所述第三同步带II18带动其上的第三主动滑动块33沿第三同步带II18和第三主动滑动块33所在的滑杆运动，第三主动滑动块33带动第一直杆8和其上的第一十字交错滑块12和第三十字交错滑块14沿第三主动滑动块33运动的方向运动；第四驱动电机30通过传动与其对应的同步带I和光杆带动第四同步带II19运动，所述第四同步带II19带动其上的第四主动滑动块34沿第四同步带II19和第四主动滑动块34所在的滑杆运动，第四主动滑动块34带动第三直杆10和其上的第一十字交错滑块12和第二十字交错滑块13沿第四主动滑动块34运动的方向运动。

本发明中工作台26升降运动的原理：控制电机22传动联轴器23运动，所述联轴器23带动固定在其上的支架24上下运动从而带动工作台16运动。

本发明的有益效果是：本发明所描述的一种多喷头3D打印教具结构简单，通过控制驱动电机可以喷头在平面上的移动，同时控制控制电机可以控制工作台的高度，实现3D打印，同时便于拆卸和组装具备教学功能。

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。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (7)

1.一种多喷头3D打印教具，其特征在于：包括立方体中空支架，位于中空支架内的工作台，与工作台连接使之作升降运动的升降机构，中空支架上方四个角的位置设有支撑板，四个支撑板之间形成工作区域，每个支撑板上分别设有固定连接块，每相邻的两个固定连接块之间设有动力传动机构、以及与动力传动机构相连接的水平面平移机构，水平面平移机构上设有喷头组件，动力传动机构工作时，带动水平面平移机构运动，从而使得喷头组件在支撑板之间形成的工作区域内完成水平方向上的X、Y轴运动。

2.如权利要求1所述的一种多喷头3D打印教具，其特征在于：所述动力传动机构有4组，每组动力传动机构包括依次连接的驱动电机、同步带I、光杆、同步带II，所述光杆固定在相邻的两个固定连接块之间，同步带II连接在对称的两个光杆上，其中同步带II与离驱动电机较远的光杆的连接处设有轴承；驱动电机发动时，通过同步带I带动与之较近的光杆转动，从而带动同步带II运动，由于同步带II与较远的光杆之间设有轴承，同步带II运动时，较远的光杆不转动。

3.如权利要求1所述的一种多喷头3D打印教具，其特征在于：所述动力传动机构有4组，每组动力传动机构包括驱动电机、同步带I、对称设立的两条光杆、同步带II，所述光杆固定在相邻的两个固定连接块之间，所述驱动电机与同步带I连接，同步带I和与之较近的光杆连接，同步带II连接在对称的两个光杆上；驱动电机发动时，通过同步带I带动与之较近的光杆转动，从而带动同步带II运动，同步带II运动时，较远的光杆也同时转动。

4.如权利要求2或3所述的一种多喷头3D打印教具，其特征在于：所述水平面平移机构包括固定在相邻的两个固定连接块或支撑板之间的四条滑杆，以及两两相互垂直的四条直杆，所述直杆与对称的两条滑杆垂直，所述滑杆与同步带II平行，四条直杆的垂直处滑动设有十字交错滑块，十字交错滑块下方固定有喷头组件；所述直杆的两端分别通过主动滑动块和从动滑动块滑动连接在对称的两条滑杆上，所述主动滑动块还固定在与该直杆垂直的同步带II上；当同步带II运动时，带动其上的主动滑动块在与同步带II平行的滑杆上滑动，以及带动与该主动滑动块所在的直杆往相同方向运动，从而带动直杆上的十字交错滑块和十字交错滑块上的喷头组件、以及直杆上的从动滑动块往相同的方向运动。

5.如权利要求4所述的一种多喷头3D打印教具，其特征在于：所述的四条直杆分别为第一直杆、第二直杆、第三直杆、第四直杆，四个十字交错滑块分别为第一十字交错滑块、第二十字交错滑块、第三十字交错滑块和第四十字交错滑块，所述第一十字交错滑块滑动设置在第一直杆和第三直杆上，所述第二十字交错滑块滑动设置在第二直杆和第三直杆上，所述第三十字交错滑块滑动设置在第二直杆和第四直杆上，所述第四十字交错滑块滑动设置在第二直杆和第四直杆上。

6.如权利要求5所述的一种多喷头3D打印教具，其特征在于：所述十字交错滑块中间均加工有相互垂直交错的通孔，实现相互垂直杆件的相连。

7.如权利要求1所述的一种多喷头3D打印教具，其特征在于：所述升降机构包括依次连接的控制电机、联轴器、支架，以及用于支撑工作台的支撑架，所述支撑架底端固定在支架上，支撑架顶端与工作台固定连接，控制电机传动联轴器运动，联轴器带动固定在其上的支架上下运动从而带动工作台进行升降运动。