CN109228307A - 一种多角度并联3d打印机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一个多自由度并联的3D打印机，将3D打印机分为两部分，一部分为坐标式机械运动机构，丝杠是其主要的运动部件，打印头是坐标式机械运动机构的执行末端，坐标式机械运动机构实现打印头在一个平面上运动；另一部分为简化版Stewart并联运动平台，电动缸是其主要的运动部件，使工作平台既满足上下移动，又可以实现多角度移动。两部分相互协调运动，完成打印过程。可以打印常规打印机不能打印的模型，增加了3D打印机的功能，提高了3D打印机的发展空间。

Description

一种多角度并联3D打印机
技术领域
本发明属于3D打印技术领域，特别涉及一种多角度并联3D打印机。
背景技术
随着3D打印技术快速发展和普及，应用领域也越来越广泛，种类也越来越多，可分为金属3D打印机和非金属3D打印机。对于非金属3D打印机中常见熔融式3D打印机，其工作原理基本相同，常见的运动机构可分为2种，坐标式机械结构和Delta并联臂机械结构。熔融式3D打印机打印模型，是一层一层堆积，决定了打印头运动轨迹是一层一层运动，对于有些模型，比如说不规则内腔模型或外边沿不规则模型以及延伸模型，其工作平面是单一方向运动平面，很难满足打印需求。
发明内容
为了满足更多特殊模型打印，本发明提供一种多角度并联3D打印机，该打印机构采用坐标式机械结构和简化版Stewart并联运动平台，拥有多角度运动工作平台。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种多角度并联3D打印机，包括支架、Stewart并联机构、打印头、坐标式机械运动机构和工作台，所述的支架包括两个侧壁和一个底板，所述的Stewart并联机构设置在底板上，工作台通过Stewart并联机构支撑在支架的两个侧壁之间，Stewart并联机构调节工作台进行上下移动和多角度移动；所述的坐标式机械运动机构包括两个相互垂直的丝杠机构，所述的打印头通过坐标式机械运动机构设置在工作台上方，坐标式机械运动机构带动打印头在一个平面上运动。
所述的坐标式机械运动机构包括滑台平台、x轴运动机构和y轴运动机构；
x轴运动机构包括两个步进电机和两个丝杠，两个丝杠平行并沿x轴设置，滑台平台沿y轴设置，步进电机与丝杠连接以驱动丝杠转动，滑台平台上设置有第一滑台连接件、第二滑台连接件，第一丝杠、第二丝杠分别与第一滑台连接件、第二滑台连接件螺纹连接以带动滑台平台沿x轴运动；
y轴运动机构包括第三丝杠、滑块固定件和第三电机，第三丝杠设置在滑台平台下端，滑块固定件与第三丝杠螺纹连接，打印头设置在滑块固定件上；第三电机与第三丝杠连接以驱动第三丝杠转动，第三丝杠带动滑块固定件沿y轴运动。
所述的滑台平台上设置有用于给打印头输送打印材料的挤塑机，挤塑机与打印头连接。
y轴运动机构还包括导轨和导轨滑块，导轨设置在滑台平台下端，导轨滑块与导轨滑动配合连接，导轨滑块与滑块固定件连接。
所述的导轨为圆柱形轨道，导轨滑块上设置有与导轨配合的圆弧形滑槽。
所述的Stewart并联机构包括第一电动推缸、第二电动推缸和第三电动推缸，第一电动推缸、第二电动推缸和第三电动推缸分别通过一个球铰链与工作台下端连接。
所述的第一电动推缸、第二电动推缸和第三电动推缸均布设置在工作台下端。
本发明的有益效果是：本发明将3D打印机分为两部分，一部分为坐标式机械运动机构，丝杠是其主要运动部件，打印头是坐标式机械运动机构的执行末端，坐标式机械运动机构实现打印头在一个平面上运动；另一部分为简化版Stewart并联运动平台，电动缸是其主要运动部件，使工作平台既满足上下移动，又可以实现多角度移动。两部分相互协调运动，完成打印过程。本发明的3D打印机可以打印常规打印机不能打印的模型，增加了3D打印机功能，提高了3D打印机发展空间。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图。
图2是本发明支架示意图。
图3是本发明传动机构示意图。
图4是本发明线性轴承连接件示意图。
图5是本发明运动平台机构示意图。
其中，1-支架，2-第一步进电机，3-支撑架，4-第二步进电机，5-第一联轴器，6-第二联轴器，7-第二滑台连接件，8-第二丝杠，9-第一滑台连接件，10-第一丝杠，11-工作台，12-第一电动推缸，13-第二电动推缸，14-第三电动推缸，16-滑台平台，17-挤塑机，18-丝杠底座，19-第三丝杠，打印头21，滑块固定件22，联轴器23，24-第三电机，25-导轨，26-导轨滑块，27-第一球铰链母头，28-第一球铰链子头，29-第二球铰链母头，30-第二球铰链子头，31-第三球铰链母头，第三球铰链子头。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明一种多角度并联3D打印机的整体结构示意图，整个3D打印机由坐标式机械运动机构和简化版Stewart并联运动平台两部分构成。将3D打印机分为两部分，一部分为坐标式机械运动机构，丝杠是其主要的运动部件，打印头是坐标式机械运动机构的执行末端，坐标式机械运动机构实现打印头在一个平面上运动；另一部分为简化版Stewart并联运动平台，电动缸是其主要的运动部件，使工作平台既满足上下移动，又可以实现多角度移动。两部分相互协调运动，完成打印过程。可以打印常规打印机不能打印的模型，增加了3D打印机的功能，提高了3D打印机的发展空间。
坐标式机械运动机构主要由第一步进电机2、第二步进电机4、第二丝杠8、第一丝杠10、第二滑台连接件7、第一滑台连接件9等零部件构成，位于工作台11的上方，并固定在支架1两侧板的上端面，使打印头21能够完成在一个平面上的2个自由度移动。简化版Stewart并联运动平台主要第一电动推缸12、第二电动推缸13、第三电动推缸14和工作台11等零部件构成，第一电动推缸12、第二电动推缸13、第三电动推缸14的底座呈等边三角形分布在支架1的底板上，使工作台11能够完成多自由度的移动。第一步进电机2、第二步进电机4固定在支撑架3上，支撑架3固定于支架1的左侧板上，决定了打印头21运动的平面，也决定了3D打印机的工作空间的高度。
如图2、3和4，主要描述坐标式机械运动机构的实施方案。
在图2中，第二滑台连接件7、第一滑台连接件9在相互平行的第二丝杠8、第一丝杠10上运动，同时第二滑台连接件7、第一滑台连接件9与滑台平板16固定，第二丝杠8、第一丝杠10分别与第二步进电机4、第一步进电机2通过第二联轴器6、第一联轴器5连接，从而使第一步进电机2、第二步进电机4带动滑台平板16沿一个方向移动；挤塑机17固定于滑台平板16上，为打印头21输送打印材料。
在图3中，丝杠底座18、导轨25及第三电机24固定于滑台平台16上，第三电机24与第三丝杠19一段通过联轴器23连接，第三丝杠19另一端与丝杠底座18连接，第三丝杠19可以在丝杠底座18上旋转；打印头21固定于滑块固定件22上，滑块固定件22在第三丝杠19上运动，导轨滑块26固定于滑块固定件22上，导轨滑块26可以在导轨25上滑动，从而确保打印头21垂直于水平面，使打印头21沿另一个垂直方向移动。
图4是导轨25和导轨滑块26的装配图。导轨25水平设置在滑台平台16下端，导轨25为圆柱型，导轨滑块26上设置有圆弧形滑槽与导轨25配套使用，导轨滑块26安装在导轨25上。
图5是描述简化版Stewart并联运动平台。工作台11由三个分布均匀的、呈正三角形的相同型号的第一电动推缸12、第二电动推缸13、第三电动推缸14支撑，通过球铰链连接，其中第一球铰链母头27、第二球铰链母头29、第三球铰链母头31与工作台11固定，第一球铰链子头28、第二球铰链子头30、第三球铰链子头32与第一电动推缸12、第二电动推缸13、第三电动推缸14的推杆通过螺纹连接，从而使工作台11能够多自由度运动。
本发明的工作过程如下：
首先通过坐标式机械运动机构调节实现打印头在一个平面上运动：
第一步进电机2、第二步进电机4驱动第一丝杠和第二丝杠转动，进而带动滑台平板16沿x方向移动；同时第三电机24驱动第三丝杠19转动，进而带动滑块固定件22上的打印头21沿y轴运动。
其次是简化版Stewart并联运动平台，使工作平台既满足上下移动，又可以实现多角度移动：
第一电动推缸12、第二电动推缸13、第三电动推缸14与工作台11固定，通过同时驱动电动推缸实现工作台11的升降，通过分别控制驱动电动推缸可以实现工作台11的多自由度运动。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不隔离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (7)

1.一种多角度并联3D打印机，其特征在于：包括支架(1)、Stewart并联机构、打印头(21)、坐标式机械运动机构和工作台(11)，所述的支架(1)包括两个侧壁和一个底板，所述的Stewart并联机构设置在底板上，工作台(11)通过Stewart并联机构支撑在支架(1)的两个侧壁之间，Stewart并联机构调节工作台(11)进行上下移动和多角度移动；所述的坐标式机械运动机构包括两个相互垂直的丝杠机构，所述的打印头(21)通过坐标式机械运动机构设置在工作台(11)上方，坐标式机械运动机构带动打印头(21)在一个平面上运动。
2.根据权利要求1所述的一种多角度并联3D打印机，其特征在于：所述的坐标式机械运动机构包括滑台平台(16)、x轴运动机构和y轴运动机构；
x轴运动机构包括两个步进电机和两个丝杠，两个丝杠平行并沿x轴设置，滑台平台(16)沿y轴设置，步进电机与丝杠连接以驱动丝杠转动，滑台平台(16)上设置有第一滑台连接件(9)、第二滑台连接件(7)，第一丝杠(10)、第二丝杠(8)分别与第一滑台连接件(9)、第二滑台连接件(7)螺纹连接以带动滑台平台(16)沿x轴运动；
y轴运动机构包括第三丝杠(19)、滑块固定件(22)和第三电机(24)，第三丝杠(19)设置在滑台平台(16)下端，滑块固定件(22)与第三丝杠(19)螺纹连接，打印头(21)设置在滑块固定件(22)上；第三电机(24)与第三丝杠(19)连接以驱动第三丝杠(19)转动，第三丝杠(19)带动滑块固定件(22)沿y轴运动。
3.根据权利要求2所述的一种多角度并联3D打印机，其特征在于：所述的滑台平台(16)上设置有用于给打印头(21)输送打印材料的挤塑机(17)，挤塑机(17)与打印头(21)连接。
4.根据权利要求2所述的一种多角度并联3D打印机，其特征在于：y轴运动机构还包括导轨(25)和导轨滑块(26)，导轨(25)设置在滑台平台(16)下端，导轨滑块(26)与导轨(25)滑动配合连接，导轨滑块(26)与滑块固定件(22)连接。
5.根据权利要求4所述的一种多角度并联3D打印机，其特征在于：所述的导轨(25)为圆柱形轨道，导轨滑块(26)上设置有与导轨(25)配合的圆弧形滑槽。
6.根据权利要求1所述的一种多角度并联3D打印机，其特征在于：所述的Stewart并联机构包括第一电动推缸(12)、第二电动推缸(13)和第三电动推缸(14)，第一电动推缸(12)、第二电动推缸(13)和第三电动推缸(14)分别通过一个球铰链与工作台(11)下端连接。
7.根据权利要求6所述的一种多角度并联3D打印机，其特征在于：所述的第一电动推缸(12)、第二电动推缸(13)和第三电动推缸(14)均布设置在工作台(11)下端。
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