CN109367003A - 基于6自由度并联机构的圆柱形6d打印机系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于6自由度并联机构的圆柱形6D打印系统，圆柱筒与打印机的基座活动连接，圆柱筒的内侧薄壁均匀设有螺旋线状轨道，滑座的一端位于螺旋状轨道内，滑座的另一端与滚珠丝杠座连接，滚珠丝杠座上安装有滚珠丝杠，连接板的一端安装在滚珠丝杠上，通过伺服电机驱动滚珠丝杠的转动，从而带动连接板沿滚珠丝杠座上的导轨移动，连接板的另一端与用于打印的喷嘴连接，连接板带动喷嘴在圆柱筒的径向进行移动，从而进行打印工作，基座中间位置上安装有6自由度并联机构，6自由度并联机构的顶部连接有用于放置被打印件并联机构上平台。本发明实现了平面XOY的打印运动，实现了该基于螺旋线的6D打印系统在提高打印质量与打印精度上的功能。

Description

基于6自由度并联机构的圆柱形6D打印机系统

技术领域

本发明属于3D打印机技术领域，涉及一种基于6自由度并联机构的圆柱形6D打印机系统。

背景技术

目前3D打印机的工作结构大多为空间正交型的机构，且材料成型的形式比较单一，多采用平面分层的方式实现整个工件的加工，在其运动过程中底座的水平方向不发生变化，因此在成型过程中，喷嘴与底座平面的夹角始终处于一个固定数值，这种原理虽然简单实用，但并没有考虑到弧面或曲面材料成形时打印方向变化的问题，当材料在逐层打印形成弧面或曲面的过程中，由于喷头与底座平面间始终没有发生角度的改变，逐层打印中喷出材料所成形线条之间的距离会发生变化；另外，在成型具有悬吊、悬臂结构的零件时，通常需要添加支撑结构；特别是在成型纤维增强型复合材料时，不能完全按照纤维取向成型；这无疑会导致局部精度不一致，以至于影响整个工件最终的精度。

此外，传统3D打印机的运动形式是由三个独立的伺服电机驱动空间正交的轴向运动而实现的；其重要的机械结构为三个相互正交的轴线，缺少旋转运动限制了传统3D打印的打印精度与使用范围。于是，本发明从节约成本与提高打印精度的角度出发，提出了基于6自由度并联机构的6D打印机械机构，该6D并不是基于打印材料类型来区分的(4D打印：打印智能材料，5D打印：生物材料与活性器官再造)，而是按照空间机械自由度来定义的6D打印系统，即空间3个独立的移动自由度与3个独立的转动自由度。其中6自由度并联机构能实现空间的6个独立自由度，螺旋线的运动方式通过一个驱动电机同时实现了绕Z轴的转动与沿Z轴的移动(节约成本)；另外，悬臂梁上沿径向的导轨实现了XOY平面的直线打印运动。该系统不仅节约了制造成本，而且避免了传统3D打印系统打印精度低与需要添加支撑结构的缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于6自由度并联机构的圆柱形6D打印系统，该系统基于螺旋线运动可以用两个独立伺服电机间的相互配合完成传统3D打印机3个独立伺服电机才能完成的打印工作，同时使用6自由度并联机构用于承载被打印物体，考虑到6自由度并联机构自身拥有刚度大、自重负荷比高、速度快、精度高无累计误差、并且具有各向同性，以至于该种6D打印结构融合了并联机构的优点；使该基于6自由度的圆柱形6D打印系统能适应更多的打印环境。

为实现上述目的本发明采用以下技术方案：

基于6自由度并联机构的圆柱形6D打印系统，包括打印机的基座、6自由度并联机构、螺旋线状轨道、圆柱筒、滑座、滚珠丝杠、连接板、喷嘴、滚珠丝杠座、并联机构上平台，圆柱筒与打印机的基座活动连接，圆柱筒的内侧薄壁均匀设有螺旋线状轨道，滑座的一端位于螺旋状轨道内，并可以在螺旋状轨道内进行滑动，滑座的另一端与滚珠丝杠座连接，滚珠丝杠座上安装有滚珠丝杠，连接板的一端安装在滚珠丝杠上，通过伺服电机驱动滚珠丝杠的转动，从而带动连接板沿滚珠丝杠座上的导轨移动，连接板的另一端与用于打印的喷嘴连接，连接板带动喷嘴在圆柱筒的径向进行移动，从而进行打印工作，基座中间位置上安装有6自由度并联机构，6自由度并联机构的顶部连接有用于放置被打印件并联机构上平台。

优选的，通过一个伺服电机驱动滑座在螺旋线轨道上移动，从而完成喷嘴在Z轴方向的移动和绕Z轴的转动。

优选的，6自由度并联机构分别利用三个独立的伺服电机驱动用于放置被打印物体的上平台实现了被打印物体在空间中的6维运动，避免了喷头与被打印物体始终保持一个角度的缺点，使得打印运动更加柔性化。

本发明的有益效果是：本发明的基于6自由度并联机构的圆柱形6D打印系统，同时利用悬臂梁的导轨运动实现了平面XOY的打印运动，再加上6自由度并联机构的6维转动自由度；实现了该基于螺旋线的6D打印系统在提高打印质量与打印精度上的功能。更重要的是，6自由度并联机构开发已经非常成熟，更有利用该产品的开发利用。

附图说明

图1为本发明剖视示意图；

图2为本发明结构示意图；

图中：1.基座，2.6自由度并联机构，3.螺旋线状轨道，4.圆柱筒，5.滑座，6.滚珠丝杠，7.连接板，8.喷嘴，9.滚珠丝杠座，10.被打印件，11.并联机构上平台，12.导轨。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的阐述。

如图1-2示，基于6自由度并联机构的圆柱形6D打印系统，包括打印机的基座1、6自由度并联机构2、螺旋线状轨道3、圆柱筒4、滑座5、滚珠丝杠6、连接板7、喷嘴8、滚珠丝杠座9、并联机构上平台11，圆柱筒4与打印机的基座1活动连接，圆柱筒4的内侧薄壁均匀设有螺旋线状轨道3，滑座8的一端位于螺旋状轨道3内，并可以在螺旋状轨道3内进行滑动，滑座8的另一端与滚珠丝杠座9连接，滚珠丝杠座9上安装有滚珠丝杠6，连接板7的一端安装在滚珠丝杠6上，通过伺服电机驱动滚珠丝杠6的转动，从而带动连接板7沿滚珠丝杠座9上的导轨12移动，连接板7的另一端与用于打印的喷嘴5连接，连接板7动喷嘴(5)在圆柱筒的径向进行移动，从而进行打印工作，基座1中间位置上安装有6自由度并联机构2，6自由度并联机构2的顶部连接有用于放置被打印件10并联机构上平台11。

通伺服电机驱动滑座8在螺旋线轨道3上移动，从而完成喷嘴5在Z轴方向的移动和绕Z轴的转动。6自由度并联机构2分别利用三个独立的伺服电机驱动用于放置被打印物体10的上平台11实现了被打印物体10在空间中的6维运动，避免了喷头8与被打印物体10始终保持一个角度的缺点，使得打印运动更加柔性化。

6自由度并联机构由6个相同的驱动支链组成，每一条驱动支链由两个球面副和一个移动副组成，驱动杆上2端的球面副分别与该并联机构的上平台与下平台相连接，简称该支链为SPS支链(其中S为球面副，P为移动副，S为球面副)，由于该支链SPS自身的自由度为6，即该支链对6自由度并联机构的上平台并不起约束作用，这种结构导致其6自由度并联机构的上平台在空间中的自由度为6，实现了新型打印系统的6D打印。

本发明的圆柱形6D打印系统，区别于传统3D打印机的主要特点在于：传统的3D打印机的喷嘴只能在实现平面移动，放置被打印物体的工作台只能实现Z轴方向移动，这也是3D打印系统从机械结构观点被称作为3D打印的原因；而本发明的基于6自由度并联机构的圆柱形6D打印系统，同时利用悬臂梁的导轨运动实现了平面XOY的打印运动，再加上6自由度并联机构的6维转动自由度；实现了该基于螺旋线的6D打印系统在提高打印质量与打印精度上的功能。更重要的是，6自由度并联机构开发已经非常成熟，更有利用该产品的开发利用。

以上所述为本发明较佳实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.基于6自由度并联机构的圆柱形6D打印系统，其特征在于，包括打印机的基座(1)、6自由度并联机构(2)、螺旋线状轨道(3)、圆柱筒(4)、滑座(5)、滚珠丝杠(6)、连接板(7)、喷嘴(8)、滚珠丝杠座(9)、并联机构上平台(11)，圆柱筒(4)与打印机的基座(1)活动连接，圆柱筒(4)的内侧薄壁均匀设有螺旋线状轨道(3)，滑座(8)的一端位于螺旋状轨道(3)内，并可以在螺旋状轨道(3)内进行滑动，滑座(8)的另一端与滚珠丝杠座(9)连接，滚珠丝杠座(9)上安装有滚珠丝杠(6)，连接板(7)的一端安装在滚珠丝杠(6)上，通过伺服电机驱动滚珠丝杠(6)的转动，从而带动连接板(7)沿滚珠丝杠座(9)上的导轨(12)移动，连接板(7)的另一端与用于打印的喷嘴(5)连接，连接板(6)带动喷嘴(5)在圆柱筒的径向进行移动，从而进行打印工作，基座(1)中间位置上安装有6自由度并联机构(2)，6自由度并联机构(2)的顶部连接有用于放置被打印件(10)并联机构上平台(11)。

2.如权利要求1所述的基于6自由度并联机构的圆柱形6D打印系统，其特征在于，通过一个伺服电机驱动滑座(8)在螺旋线轨道(3)上移动，从而完成喷嘴(5)在Z轴方向的移动和绕Z轴的转动。

3.如权利要求1所述的基于6自由度并联机构的圆柱形6D打印系统，其特征在于，6自由度并联机构(2)分别利用三个独立的伺服电机驱动用于放置被打印物体(10)的上平台(11)实现了被打印物体(10)在空间中的6维运动，避免了喷头(8)与被打印物体(10)始终保持一个角度的缺点，使得打印运动更加柔性化。