CN109049700B - 基于4-pss/ps并联机构的3d打印系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于4‑PSS/PS并联机构的3D打印系统，包括互相平行的顶板和底板，顶板和底板之间通过导轨连接，沿导轨内轴向设置有滚珠丝杠a，滚珠丝杠a上套接有滑块，滑块与支链通过球面副连接，支链的另一端通过球面副与上平台连接，另外，上平台上还活动连接有约束支链，约束支链外套接有缸筒，缸筒另一端固定在顶板上，上平台下表面固定有喷头；底板上设置有沿X轴或Y轴运动的移动平台；增大了3D打印机的打印空间。通过4‑PSS/PS并联机构上平台控制喷头在空间中的姿态，保证了喷头总是与被打印物体复杂表面相垂直；提高喷头送料时打印材料间的融合程度和光洁度，进而提高被打印物体的打印效率和打印质量。

Description

基于4-PSS/PS并联机构的3D打印系统
技术领域
本发明属于打印机技术领域，涉及基于4-PSS/PS并联机构的3D打印系统。
背景技术
目前3D打印机的工作结构大多为串联机构，且打印形式比较单一，其缺陷在于：加工精度差、生产效率极低以及被打印物体的形状单一，当被打印物体形状复杂或拥有高维度曲面时，被打印物体的融合度较差，且3D打印机的喷头无法与被打印物体的表面总是保持垂直等。
发明内容
本发明的目的在于提供基于4-PSS/PS并联机构的3D打印系统，能提高打印效率。
P为prismatic joint(移动副)的缩写，S为spherical joint(球面副)的缩写。
本发明所采用的技术方案是，基于4-PSS/PS并联机构的3D打印系统，包括互相平行的顶板和底板，顶板和底板之间通过导轨连接，沿导轨内轴向设置有滚珠丝杠a，滚珠丝杠a上套接有滑块，滑块通过支链活动连接有上平台，上平台上还活动连接有约束支链，约束支链外套接有缸筒，缸筒另一端固定在顶板上，上平台下表面固定有喷头；
底板上设置有沿X轴或Y轴运动的移动平台。
本发明的特点还在于，
移动平台包括两个互相平行的支撑板，两个支撑板固定在底板上，两个支撑板通过滚珠丝杠b连接，两个支撑板之间还设置有移动块，滚珠丝杠b 穿过移动块，且移动块不与底板接触，还包括有工作台，工作台下表面连接有两个互相平行的支板，两个支板之间通过滚珠丝杠c连接，滚珠丝杠c穿过移动块，滚珠丝杠b位于滚珠丝杠c下方，且与滚珠丝杠c垂直，移动块不与工作台接触。
导轨包括四个。
每个滑块通过球面副与支链连接。
上平台上固定有分别与支链和约束支链相对应的支柱，每个支柱通过球面副与支链或约束支链连接。
上平台上的四个球面副形成梯形，与约束支链连接的支柱位于梯形的对角线交点。
本发明的有益效果在于：
本发明的基于4-PSS/PS并联机构的3D打印系统，移动平台带动被打印物体根据需要向X轴或Y轴运动，能增大打印机打印物体的总体尺寸，扩大打印机的应用范围，从而提高打印机的实用性以及经济性；通过4-PSS/PS 并联机构中的移动副对支链SS进行驱动(其中约束支链PS约束了上平台沿 X与Y轴的移动)，实现了该并联机构上平台绕X轴、Y轴与Z轴的转动，以及沿Z轴的移动自由度；另外，加上移动平台沿X，Y轴的移动，实现了该3D打印系统在空间中的6自由度无死角打印。该系统能打印形状复杂的高维曲面，并能始终保持喷头与被打印物体的表面垂直；提高喷头送料时打印材料间的融合程度和光洁度，进而提高被打印物体的打印效率和打印质量。该系统结构相对简单，运动惯性小，容易控制，操作简单、研制成本较低。
附图说明
图1是本发明基于4-PSS/PS并联机构的3D打印系统的结构示意图；
图2是本发明基于4-PSS/PS并联机构的3D打印系统内移动平台的结构示意图；
图3是本发明基于4-PSS/PS并联机构的3D打印系统另一个实施例的结构示意图。
图中，1.顶板，2.导轨，3.滚珠丝杠a，4.球面副，5.支柱，6.滑块， 7.支链，8.上平台，9.约束支链，10.缸筒，11.喷头，12.移动平台，12-1. 支撑板，12-2.移动块，12-3.滚珠丝杠b，12-4.工作台，12-5.支板，12-6. 滚珠丝杠c，13.底板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明基于4-PSS/PS并联机构的3D打印系统，如图1所示，包括互相平行的顶板1和底板13，顶板1和底板13 之间通过导轨2连接，导轨2包括四个，沿每个导轨2内轴向设置有滚珠丝杠a3，导轨2内设置有与滚珠丝杠a3相适配的电机和减速器，滚珠丝杠a3上套接有滑块6，电机经减速器减速后驱动滚珠丝杠a3转动，滑块6通过支链7活动连接有上平台8，滑块 6在滚珠丝杠a3上带动支链7沿导轨2上下运动，上平台8上还活动连接有约束支链9，约束支链9外套接有缸筒10，缸筒10另一端固定在顶板1上，上平台8下表面固定有喷头11；
底板13上设置有沿X轴或Y轴运动的移动平台12。
如图2所示，移动平台12包括两个互相平行的支撑板12-1，两个支撑板12-1固定在底板13上，两个支撑板12-1通过滚珠丝杠b12-3连接，两个支撑板12-1之间还设置有移动块12-2，滚珠丝杠b12-3穿过移动块12-2，且移动块12-2不与底板13接触，还包括有工作台12-4，工作台12-4下表面连接有两个互相平行的支板12-5，两个支板12-5之间通过滚珠丝杠c12-6 连接，滚珠丝杠c12-6穿过移动块12-2，滚珠丝杠b12-3位于滚珠丝杠c12-6 下方，且与滚珠丝杠c12-6垂直，移动块12-2不与工作台12-4接触。
滑块6通过球面副4与支链7连接。
上平台8上固定有支柱5，支柱5通过球面副4分别与支链7和约束支链9连接。
如图3所示，上平台8上的四个球面副4形成梯形，其目的是为了避免奇异位型；与约束支链9连接的支柱5位于梯形中心位置。
本发明的基于4-PSS/PS并联机构的3D打印系统的工作过程如下：
工作时，电机分别经过减速器的减速增距后，驱动滚珠丝杠a3，使每个滚珠丝杠a3上的滑块6带动支链7沿导轨2上下运动，从而控制喷头11对被打印物体进行不同方向的打印，通过四个电机驱动并控制滑块6的位置和移动速度，用以改变并联机构动上平台8的位姿以及移动速度，上平台8、四根支链7、四个移动导轨2以及约束支链9组成的(四自由度)4-PSS/PS 并联机构应用于3D打印机的喷嘴11定位机构，解决了普通3D打印机无法打印复杂高维曲面的问题，并保证动平台上的喷头11始终与被打印件加工处的曲面垂直；当电机经减速器减速后驱动滚珠丝杠c12-6转动，支板12-5 带动工作台12-4向X轴运动，当电机经减速器减速后驱动滚珠丝杠b12-3 转动时，移动块12-2沿滚珠丝杠b12-3向Y轴运动，进而通过滚珠丝杠c12-6 带动工作台12-4向Y轴运动。
通过以上方式，本发明的基于4-PSS/PS并联机构的3D打印系统，移动平台带动被打印物体根据需要向X轴或Y轴运动，能增大打印机打印物体的总体尺寸，扩大打印机的应用范围，从而提高打印机的实用性以及经济性；通过4-PSS/PS并联机构中的移动副对支链SS进行驱动(其中约束支链PS 约束了上平台沿X与Y轴的移动)，实现了该并联机构上平台绕X轴、Y轴与Z轴的转动，以及沿Z轴的移动自由度；另外，加上移动平台沿X，Y 轴的移动，实现了该3D打印系统在空间中的6自由度无死角打印。该系统能打印形状复杂的高维曲面，并能始终保持喷头与被打印物体的表面垂直；提高喷头送料时打印材料间的融合程度和光洁度，进而提高被打印物体的打印效率和打印质量。该系统结构相对简单，运动惯性小，容易控制，操作简单、研制成本较低。

Claims (3)

1.基于4-PSS/PS并联机构的3D打印系统，其特征在于，包括互相平行的顶板(1)和底板(13)，所述顶板(1)和底板(13) 之间通过导轨(2)连接，沿所述导轨(2)内轴向设置有滚珠丝杠a(3)，所述滚珠丝杠a(3)上套接有滑块(6)，所述滑块(6)通过支链(7)活动连接有上平台(8)，所述上平台(8)上还活动连接有约束支链(9)，所述约束支链(9)外套接有缸筒(10)，所述缸筒(10)另一端固定在顶板(1)上，所述上平台(8)下表面固定有喷头(11)；
所述底板(13)上设置有沿X轴或Y轴运动的移动平台(12)，所述导轨(2)包括四个，所述上平台(8)上固定有分别与支链(7)和约束支链(9)相对应的支柱(5)，每个所述支柱(5)通过球面副(4)与支链(7)或约束支链(9)连接，所述上平台(8)上的四个球面副(4)形成梯形，与所述约束支链(9)连接的支柱(5)位于梯形的对角线交点。
2.如权利要求1所述的基于4-PSS/PS并联机构的3D打印系统，其特征在于，所述移动平台(12)包括两个互相平行的支撑板(12-1)，两个所述支撑板(12-1)固定在底板(13)上，两个所述支撑板(12-1)通过滚珠丝杠b(12-3)连接，两个所述支撑板(12-1)之间还设置有移动块(12-2)，所述滚珠丝杠b(12-3)穿过移动块(12-2)，且所述移动块(12-2)不与底板(13)接触，还包括有工作台(12-4)，所述工作台(12-4)下表面连接有两个互相平行的支板(12-5)，两个所述支板(12-5)之间通过滚珠丝杠c(12-6)连接，所述滚珠丝杠c(12-6)穿过移动块(12-2)，所述滚珠丝杠b(12-3)位于滚珠丝杠c(12-6)下方，且与滚珠丝杠c(12-6)垂直，所述移动块(12-2)不与工作台(12-4)接触。
3.如权利要求1所述的基于4-PSS/PS并联机构的3D打印系统，其特征在于，每个所述滑块(6)通过球面副(4)与支链(7)连接。
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