CN109049701A - 3D打印机与Stewart并联机构的联合打印系统 - Google Patents

3D打印机与Stewart并联机构的联合打印系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了3D打印机与Stewart并联机构的联合打印系统，包括框架，框架上部活动连接有滚珠丝杠a，框架上还设置有滑轨，滑轨与滚珠丝杠a平行，滚珠丝杠a上套接有滚珠丝杠座a，框架通过滑块a活动连接有滚珠丝杠b，滑块a在滑轨上运动，滚珠丝杠b另一端穿过滚珠丝杠座a，滚珠丝杠b上套接有滑块b，滑块b表面上连接有喷头；框架底部固定有基座，基座上活动连接有驱动支链，驱动支链包括六个，每个驱动支链上连接有驱动装置，驱动支链另一端活动连接有动平台。通过串联机构和Stewart并联机构间的相互配合来打印形状更为复杂的高维曲面。

Description

3D打印机与Stewart并联机构的联合打印系统
技术领域
本发明属于打印机技术领域，涉及3D打印机与Stewart并联机构的联合打印系统。
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且拥有高维度曲面时，被打印物体的融合度差以及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3D打印机与Stewart并联机构的联合打印系统，能打印含有复杂高维度曲面的物体。
本发明所采用的技术方案是，3D打印机与Stewart并联机构的联合打印系统，包括框架，框架上部活动连接有滚珠丝杠a，框架上还设置有滑轨，滑轨与滚珠丝杠a平行，滚珠丝杠a上套接有滚珠丝杠座a，框架通过滑块a活动连接有滚珠丝杠b，滑块a在滑轨上运动，滚珠丝杠b另一端穿过滚珠丝杠座a，滚珠丝杠b上套接有滑块b，滑块b表面上连接有喷头；
框架底部固定有基座，基座上活动连接有驱动支链，驱动支链包括六个，每个驱动支链上连接有驱动装置，驱动支链另一端活动连接有动平台。
本发明的特点还在于，
滚珠丝杠a两端通过连接板连接在框架上部。
每个驱动支链包括滚珠丝杠c，滚珠丝杠c外套接有滚珠丝杠座b，滚珠丝杠座b一端沿滚珠丝杠c长向连接有驱动支链体，驱动支链体外套接有缸体，驱动支链体一端伸出缸体与动平台连接，缸体下端与基座连接；滚珠丝杠座b下端与驱动装置连接。
驱动装置包括伺服电机，伺服电机连接有减速器，减速器另一端与滚珠丝杠c连接；还包括有壳体，减速器位于壳体内，壳体连接在缸体上。
减速器为三级减速器。
动平台下表面设置有与驱动支链体相适配的支柱a，驱动支链体通过球面副与支柱b连接，基座上设置有与缸体相适配的支柱b，缸体下端通过球面副与支柱a连接。
六个支柱a形成六边形，六个支柱b形成六边形，每个六边形的相邻两个边长比值为3:1。
本发明的有益效果在于：
本发明的3D打印机与Stewart并联机构的联合打印系统，将放置被打印物体的平台换成了Stewart平台，通过串联机构和Stewart并联机构间的相互配合来打印形状更为复杂的高维曲面。在原本的3D打印机上喷头能在XY平面进行移动；另外，Stewart并联机构的动平台在空间中拥有6个自由度，增加了3D打印机喷头与并联机构动平台之间的相对位移，即扩大了该打印机的打印范围。更重要的是，放置被打印物体的动平台具有六个自由度，可以通过编程控制使放置在并联机构动平台上的被打印物体表面始终与3D打印机的喷头保持垂直，保证了喷出打印材料之间的压力最大化，提高了被打印物体的融合度，能有效的打印含有复杂高维度曲面的物体，提高被打印物体的质量。该系统不仅保留了原有3D打印系统的打印功能，而且更善于打印拥有复杂几何形状的物体。
附图说明
图1是本发明3D打印机与Stewart并联机构的联合打印系统的结构示意图；
图2是本发明3D打印机与Stewart并联机构的联合打印系统一种实施例的结构示意图；
图3是本发明3D打印机与Stewart并联机构的联合打印系统内驱动支链的结构示意图；
图4是本发明3D打印机与Stewart并联机构的联合打印系统另一种实施例的结构示意图。
图中，1.框架，2.滚珠丝杠a，3.滚珠丝杠座a，4.滑块a，5.滚珠丝杠b，6.滑轨，7.基座，8.驱动支链，9.驱动装置，10.动平台，11.滚珠丝杠c，12.滚珠丝杠座b，13.驱动支链体，14.缸体，15.球面副，16.伺服电机，17.减速器，18.壳体，19.支柱a，20.支柱b，21.喷头，22.连接板。
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3D打印机与Stewart并联机构的联合打印系统，如图1所示，包括立方体框架1，框架1上部活动连接有滚珠丝杠a2，滚珠丝杠a2两端通过连接板23连接在框架1上部，滚珠丝杠a2两端通过轴承和轴承座的配合连接在两个连接板23上，两个连接板23固定在框架1互相平行的侧壁上，连接板23内设置有与滚珠丝杠a2相适配的伺服电机和减速箱，驱动滚珠丝杠a2转动；如图2所示，框架1上还设置有滑轨6，滑轨6与滚珠丝杠a2平行，滚珠丝杠a2上套接有滚珠丝杠座a3，框架1通过滑块a4活动连接有滚珠丝杠b5，滑块a4在滑轨6上运动，滚珠丝杠b5另一端穿过滚珠丝杠座a3，滚珠丝杠b5上设置有轴承，滚珠丝杠座a3内设置有轴承座，通过轴承和轴承座互相配合使滚珠丝杠b5转动，通过滚珠丝杠座a3带动滚珠丝杠b5和滑块a4运动，滚珠丝杠b5上套接有喷头21；
框架1底部固定有基座7，基座7上活动连接有驱动支链8，驱动支链8上连接有驱动装置9，驱动支链8另一端活动连接有动平台10。
如图3所示，驱动支链8包括滚珠丝杠c11，滚珠丝杠c11外套接有滚珠丝杠座b12，滚珠丝杠座b12一端沿滚珠丝杠c11长向连接有驱动支链体13，驱动支链体13外套接有缸体14，驱动支链体13一端伸出缸体14与动平台10连接，缸体14下端与基座7连接；滚珠丝杠座b12下端与驱动装置9连接。
驱动装置9包括伺服电机16，伺服电机16连接有减速器17，减速器17另一端与滚珠丝杠c11连接；还包括有壳体18，减速器17位于壳体18内，壳体18连接在缸体14上。
减速器17为三级减速器。
动平台10下表面设置有支柱a19，驱动支链体13通过球面副15与支柱b19连接，基座7上设置有支柱b20，缸体14下端通过球面副15与支柱a20连接。
如图4所示，驱动支链8包括六个，六个支柱a19形成六边形，六个支柱b20形成六边形，每个六边形的相邻两个边长比值为3:1。
本发明的3D打印机与Stewart并联机构的联合打印系统的工作过程如下：
工作时，伺服电机经减速箱减速增距后驱动滚珠丝杠a2转动，滚珠丝杠座a3沿滚珠丝杠a2运动，带动滚珠丝杠b5和滑块a4同时向一个方向运动；滚珠丝杠b5转动，滑块b22带动喷头21沿滚珠丝杠b5向另一个方向运动；伺服电机16经减速器17减速增距后驱动滚珠丝杠c11，滚珠丝杠座b12带动驱动支链体13沿滚珠丝杠c11运动，驱动支链体13连接在动平台10上，缸体14连接在基座7上，从而控制动平台10位姿发生改变。
通过以上方式，本发明的3D打印机与Stewart并联机构的联合打印系统，将放置被打印物体的平台换成了Stewart平台，通过串联机构和Stewart并联机构间的相互配合来打印形状更为复杂的高维曲面。在原本的3D打印机上喷头能在XY平面进行移动；另外，Stewart并联机构的动平台在空间中拥有6个自由度，增加了3D打印机喷头与并联机构动平台之间的相对位移，即扩大了该打印机的打印范围。更重要的是，放置被打印物体的动平台具有六个自由度，可以通过编程控制使放置在并联机构动平台上的被打印物体表面始终与3D打印机的喷头保持垂直，保证了喷出打印材料之间的压力最大化，提高了被打印物体的融合度，能有效的打印含有复杂高维度曲面的物体，提高被打印物体的质量。该系统不仅保留了原有3D打印系统的打印功能，而且更善于打印拥有复杂几何形状的物体。

Claims (7)

1.3D打印机与Stewart并联机构的联合打印系统，其特征在于，包括框架(1)，所述框架(1)上部活动连接有滚珠丝杠a(2)，所述框架(1)上还设置有滑轨(6)，所述滑轨(6)与滚珠丝杠a(2)平行，所述滚珠丝杠a(2)上套接有滚珠丝杠座a(3)，所述框架(1)通过滑块a(4)活动连接有滚珠丝杠b(5)，所述滑块a(4)在滑轨(6)上运动，所述滚珠丝杠b(5)另一端穿过滚珠丝杠座a(3)，所述滚珠丝杠b(5)上套接有滑块b(22)，所述滑块b(22)表面上连接有喷头(21)；
所述框架(1)底部固定有基座(7)，所述基座(7)上活动连接有驱动支链(8)，所述驱动支链(8)包括六个，每个所述驱动支链(8)上连接有驱动装置(9)，所述驱动支链(8)另一端活动连接有动平台(10)。
2.如权利要求1所述的3D打印机与Stewart并联机构的联合打印系统，其特征在于，所述滚珠丝杠a(2)两端通过连接板(23)连接在框架(1)上部。
3.如权利要求1所述的3D打印机与Stewart并联机构的联合打印系统，其特征在于，每个所述驱动支链(8)包括滚珠丝杠c(11)，所述滚珠丝杠c(11)外套接有滚珠丝杠座b(12)，所述滚珠丝杠座b(12)一端沿滚珠丝杠c(11)长向连接有驱动支链体(13)，所述驱动支链体(13)外套接有缸体(14)，所述驱动支链体(13)一端伸出缸体(14)与动平台(10)连接，所述缸体(14)下端与基座(7)连接；所述滚珠丝杠座b(12)下端与驱动装置(9)连接。
4.如权利要求3所述的3D打印机与Stewart并联机构的联合打印系统，其特征在于，所述驱动装置(9)包括伺服电机(16)，所述伺服电机(16)连接有减速器(17)，所述减速器(17)另一端与滚珠丝杠c(11)连接；还包括有壳体(18)，所述减速器(17)位于壳体(18)内，所述壳体(18)连接在缸体(14)上。
5.如权利要求4所述的3D打印机与Stewart并联机构的联合打印系统，其特征在于，所述减速器(17)为三级减速器。
6.如权利要求3所述的3D打印机与Stewart并联机构的联合打印系统，其特征在于，所述动平台(10)下表面设置有与驱动支链体(13)相适配的支柱a(19)，所述驱动支链体(13)通过球面副(15)与支柱b(19)连接，所述基座(7)上设置有与缸体(14)相适配的支柱b(20)，所述缸体(14)下端通过球面副(15)与支柱a(20)连接。
7.如权利要求6所述的3D打印机与Stewart并联机构的联合打印系统，其特征在于，六个所述支柱a(19)形成六边形，六个所述支柱b(20)形成六边形，每个所述六边形的相邻两个边长比值为3:1。
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