CN109849334A - 一种框架独立式3d打印设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种框架独立式3D打印设备，涉及3D打印技术领域，为解决现有3D打印设备打印精度差的问题而设计。该3D打印设备包括设备地基系统、铺砂支撑架和工作平台支撑及运输系统，所述设备地基系统设置有所述打印铺砂支撑架的安装基准面，设置有所述工作平台支撑及运输系统的安装基准面；所述打印铺砂支撑架与所述设备地基系统连接形成构造区域；所述工作平台支撑及运输系统设置在所述打印铺砂支撑架下方，并与所述设备地基系统连接；所述打印铺砂支撑架与所述工作平台支撑及运输系统没有直接接触，相互独立，各自通过整体式加工保证各自的尺寸精度，统一装配基准，从而保证工作平台与铺粉装置、喷墨打印装置的相对位置精度，提高设备打印精度。

Description

一种框架独立式3D打印设备

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种框架独立式3D打印设备。

背景技术

3D打印(3D Printing)是快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。

实现上述3D打印技术的设备称之为3D打印设备，3D打印设备运用于粉末打印时，首先在打印平台上铺一层粉末材料，再选择性地对局部粉末层涂覆粘结剂，然后整个打印面通过一系列机械装置的作用下降一个层厚，再重复铺粉和涂覆粘结剂的步骤，如此循环，最终打印出产品。所属3D打印设备中涉及的关键部件包括工作平台、升降装置、喷墨单元、铺粉单元、液料箱等。

目前面市的3D打印设备结构多采用型材焊接的组合式框架，其整体组合装配时需要调整框架间的相对位置精度，此位置精度直接决定了设备的整体精度，由于各环节的误差累计，导致各运动部件之间的相对位置精度和相对运动精度较差，打印的产品精度无法达到最优值；工作平台通过辊道等传动方式进出打印区域，无法保证工作平台在打印区域时其底板与举升机构的垂直精度，从而无法保证打印平台与铺粉单元运动轨迹满足设计要求的理想运动轨迹，综合体现为3D打印设备的打印精度差，最终产品的精度差。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种框架独立式3D打印设备，以解决现有3D打印设备打印精度差的技术问题。

本发明提供的一种框架独立式3D打印设备，包括包括设备地基系统、铺砂支撑架和工作平台支撑及运输系统；

所述设备地基系统设置有所述打印铺砂支撑架的安装基准面，设置有所述工作平台支撑及运输系统的安装基准面；

所述打印铺砂支撑架与所述设备地基系统连接形成构造区域；

所述工作平台支撑及运输系统设置在所述打印铺砂支撑架下方，并与所述设备地基系统连接；

所述打印铺砂支撑架与所述工作平台支撑及运输系统没有直接接触，相互独立。

进一步地，所述一种框架独立式3D打印设备还包括铺粉单元和喷墨单元，所述铺粉单元和喷墨单元都直接安装在打印铺砂支撑架上。

进一步地，所述铺粉单元包括铺粉装置和铺粉运动系统，所述铺粉运动系统连接安装在所述打印铺砂支撑架上；所述铺粉运动系统驱动所述铺粉装置运动。

进一步地，所述喷墨单元包括喷墨运动系统和喷墨打印装置，所述喷墨运动系统连接安装在所述打印铺砂支撑架上；所述喷墨运动系统驱动所述喷墨打印装置运动。

进一步地，所述一种框架独立式3D打印设备还包括工作平台，所述工作平台安装在所述工作平台支撑及运输系统上，由所述工作平台支撑及运输系统输入所述构造区域中。

进一步地，所述工作平台支撑及运输系统包括工作平台支撑架和工作平台运输系统，所述工作平台安装在所述工作平台支撑架上，所述工作平台支撑架安装在工作平台运输系统上,所述工作平台运输系统可移动地安装在设备地基系统上。

进一步地，所述一种框架独立式3D打印设备还包括举升装置，所述举升装置设置在所述工作平台的下方，且固定在所述设备地基系统上；所述举升装置驱动所述工作平台竖直升降。

进一步地，所述工作平台包括工作平台底板，所述举升装置包括插销系统和举升执行机构，所述插销系统与所述工作平台底板连接，所述举升执行机构驱动所述工作平台底板升降运动。

进一步地，所述打印铺砂支撑架上分别设有与所述设备地基系统、所述铺粉运动系统和所述喷墨运动系统安装连接的基准面，所述三个基准面基于同一加工基准进行加工，保证三个基准面的相对位置精度。

进一步地，所述设备地基系统上设置的与所述打印铺砂支撑架连接的安装基准面和与所述工作平台支撑及运输系统连接的安装基准面，所述两个基准面基于同一加工基准进行加工，保证两个基准面的相对位置精度。

本发明一种框架独立式3D打印设备带来的有益效果至少包括：通过将铺粉打印框架、工作平台升降框架分离，分别与设备地基装配，在保证各自加工尺寸和形位公差的基础上，统一装配基准，从而保证垂直度、平行度等整机形位公差，很好地改善了现有技术中存在的3D打印设备打印精度差的技术问题，从而确保了打印产品的精度。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种框架独立式3D打印设备的总体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种框架独立式3D打印设备工作状态的示意图；

图3为本发明实施例一提供的一种框架独立式3D打印设备的举升装置的示意图；

图4为本发明实施例一提供的一种框架独立式3D打印设备的举升装置插销系统的动作示意图；

图5为本发明实施例一提供的一种框架独立式3D打印设备的工作平台支撑及运输系统的示意图；

图6为本发明实施例一提供的一种框架独立式3D打印设备的俯瞰示意图；

附图标记：

1-构造区域；10-工作平台；11-工作平台底板；12-工作平台支撑侧板；20-打印铺砂支撑架；30-工作平台支撑及运输系统；31-工作平台支撑架；32-工作平台运输系统；40-举升装置；41-高精度插销系统；42-举升原动机；43-举升执行机构；44-举升传动机构；50-喷墨打印装置；60-铺粉装置；70-设备地基系统；80-铺粉运动系统；90-喷墨运动系统。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“水平”、“竖直”等指示的方位或位置关系均为基于附图所示的方位或位置关系，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“安装”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1和图2所示，本实施例提供了一种框架独立式3D打印设备，所述一种框架独立式3D打印设备包括包括设备地基系统70、铺砂支撑架20、工作平台支撑及运输系统30、铺粉单元、喷墨单元、工作平台10和附属单元；所述设备地基系统70设置有所述打印铺砂支撑架20的安装基准面，设置有所述工作平台支撑及运输系统30的安装基准面；所述打印铺砂支撑架20与所述设备地基系统70连接形成构造区域1，打印铺砂支撑架20包括至少3根立柱，所述构造区域为1个或多个独立的区域，用于构建三维部件；打印铺砂支撑架20与作为本设备安装基准的设备地基系统70直接装配连接，保证打印铺砂支撑架20与设备地基系统70的相对位置精度。所述工作平台支撑及运输系统30设置在所述打印铺砂支撑架20下方，并与所述设备地基系统70连接；所述打印铺砂支撑架20与所述工作平台支撑及运输系统30没有直接接触，相互独立。

所述铺粉单元包括铺粉装置60和铺粉运动系统80，所述铺粉运动系统80连接安装在所述打印铺砂支撑架20上；所述铺粉运动系统80驱动所述铺粉装置60运动；铺粉运动系统80的安装基座在打印铺粉支撑架20进行整体加工时保证尺寸精度，从而保证铺粉运动系统80相对设备地基系统70的位置精度，保证铺粉装置60相对设备地基系统70的位置精度；铺粉单元通过打印铺粉支撑架20与设备地基系统70连接，通过尽可能少的装配连接，保证铺粉单元与设备地基系统70的相对位置精度。

所述喷墨单元包括喷墨运动系统90和喷墨打印装置50，所述喷墨运动系统90连接安装在所述打印铺砂支撑架20上；所述喷墨运动系统90驱动所述喷墨打印装置50运动。喷墨打印装置50在喷墨运动系统90的驱动下沿y⁺→x⁺→y^-→x^-或沿y^-→x⁺→y⁺→x^-或沿x⁺→y⁺→x^-→y^-或沿x^-→y⁺→x⁺→y^-循环运动，完成喷墨动作；喷墨打印装置50的安装基座在打印铺粉支撑架20进行整体加工时保证尺寸精度和位置精度，从而保证喷墨运动系统90相对设备地基系统70的位置精度，保证喷墨打印装置50相对设备地基系统70的位置精度。所述工作平台10安装在所述工作平台支撑及运输系统30上，由所述工作平台支撑及运输系统30输入所述构造区域1中。

再结合图3和图4所示，根据本发明的实施例一种框架独立式3D打印设备，还包括举升装置40，举升装置40设置在所述工作平台10的下方，且固定在所述设备地基系统70上；所述举升装置40驱动所述工作平台10竖直升降。举升装置40是可以沿Z向做往复运动的顶升装置，它由任何可沿Z向做往复运动的单元组成，例如丝杠导轨、同步带模组、丝杠模组、大推力可控气缸、液压缸等等。为了保证铺粉层厚均匀性，举升装置40与设备地基系统70直接装配连接；所述举升装置40包括插销系统41、举升原动机42、举升执行机构43、举升传动机构44组成。打印过程中，举升执行机构43与工作平台底板11做铰接图3和图4局部放大所示，使得工作平台底板11与举升执行机构43一起做往复运动。举升装置与工作平台底板的联接方式也可以采用磁铁吸合等非机械联接方式实现。

当设备开始打印时，工作平台10进入打印构造区域，举升执行机构43沿z+方向运动与工作平台底板11贴合，高精度插销系统41在接到控制系统指令后开始动作，将插销插入工作平台底板11下部的环中，使得工作平台底板11与举升执行机构43贴合且通过高精度插销系统41铰接在一起运动，实现完全同步地向z+方向运动，从而保证工作平台底板11的运动精度。

请继续参照图1和图2，并结合图5所示，根据本发明的另一实施例所述的一种框架独立式3D打印设备，其中，工作平台支撑及运输系统30主要起支撑工作平台和运输工作平台的作用，此系统主要由工作平台支撑架31、工作平台运输系统32组成，工作平台支撑架31安装在工作平台运输系统(32)上,它们整体被安装在设备地基系统70上。所述工作平台支撑架31主要起支撑工作平台10的作用。其特征在于，可是任意一种可将工作平台支撑平稳的结构，例如含至少3根立柱的支架、铸铁件等等。所述的工作平台运输系统32主要起整体运输工作平台支撑架31和工作平台10的作用，其特征在于，可以是任何实现直线或曲线运动的系统集合，例如丝杠导轨、同步带模组、丝杠模组、大推力可控气缸、液压缸等等。

请继续参照图1和图2，并结合图6所示，根据本发明的另一实施例所述的一种框架独立式3D打印设备，其中，工作平台10用来盛放构建材料及打印完成的产品，它的结构形式为至少有一个可活动的工作平台底板11，例如平板式工作平台、鼓型工作平台、方形工作平台、圆形工作平台、菱形工作平台等等。

根据本发明的其他实施例，所述一种框架独立式3D打印设备的附属单元例如混粉装置、清洗装置、清扫装置等，此处不再赘述。

根据本发明一种框架独立式3D打印设备的各个实施例，需要进一步说明的是，所述打印铺砂支撑架20上分别设有与所述设备地基系统70、所述铺粉运动系统80和所述喷墨运动系统90安装连接的基准面，所述三个基准面基于同一加工基准进行加工，保证三个基准面的相对位置精度；同时，所述设备地基系统70上设置的与所述打印铺砂支撑架20连接的安装基准面和与所述工作平台支撑及运输系统30连接的安装基准面，所述两个基准面基于同一加工基准进行加工，保证两个基准面的相对位置精度。

根据本发明一种框架独立式3D打印设备的各个实施例，它的工作过程具体为：由打印铺粉支撑架20组成一个或多个构造区域，喷墨运动系统90安装在打印铺粉支撑架20上，在喷墨运动系统90的带动下，喷墨打印装置50沿y⁺→x⁺→y^-→x^-或沿y^-→x⁺→y⁺→x^-或沿x⁺→y⁺→x^-→y^-或沿x^-→y⁺→x⁺→y^-方向做循环运动，喷墨运动系统是任何可以完成直线运动的装置，如气缸，曲柄滑块机构，丝杠，齿轮齿条机构,皮带模组，丝杠模组等等；铺粉运动系统80安装在打印铺粉支撑架20上，铺粉装置(60)在铺粉运动系统80的带动下沿X向做往复铺粉运动，从而完成铺粉过程；工作平台10在举升装置40的带动下，工作平台的底板沿z向做往复运动，完成工作平台底板11的上下运动。

结合工作平台10的动作过程，本发明中所述的设备的运行打印过程为：工作平台10在工作平台支撑及运输系统30的作用下，进入打印构造区域，当工作平台10到达打印区域后，工作平台底板11与举升执行机构43铰接固定，在举升原动机42的作用下，工作平台底板11在举升装置40的作用下上升至最高点；铺粉装置60在铺粉运动系统80带动下沿x向运行至另一端，完成一次铺粉；此时喷墨打印装置50在喷墨运动系统90的带动下沿y⁺→x⁺→y^-→x^-或沿y^-→x⁺→y⁺→x^-或沿x⁺→y⁺→x^-→y^-或沿x^-→y⁺→x⁺→y^-开始喷墨动作，完成一次喷墨；之后铺粉装置60在铺粉运动系统80的带动下沿x向返回至初始点，完成一个打印循环；依此循环铺粉和喷墨，完成整个打印过程。打印完成后，工作平台10在工作平台支撑及运输系统30的作用下，驶离打印构造区域，从而完成打印过程。

本发明一种框架独立式3D打印设备，主要框架全部安装在具有同一基准的设备地基系统(大平台)上，整台设备的精度主要取决于设备地基系统(大平台)的精度，减少了设备的装配过程中的累计误差，从而极大地提高设备的打印精度。提供了一种3D打印设备中工作平台与举升装置诸多可实现联接的方式，改善了设备铺粉层厚的均匀性，进而提高了设备打印出砂(粉)型的精度。此设备也可组线，可以极大地提高设备效率；降低时间、经济成本。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种框架独立式3D打印设备，其特征在于，包括设备地基系统(70)、铺砂支撑架(20)和工作平台支撑及运输系统(30)；

所述设备地基系统(70)设置有所述打印铺砂支撑架(20)的安装基准面，设置有所述工作平台支撑及运输系统(30)的安装基准面；

所述打印铺砂支撑架(20)与所述设备地基系统(70)连接形成构造区域(1)；

所述工作平台支撑及运输系统(30)设置在所述打印铺砂支撑架(20)下方，并与所述设备地基系统(70)连接；

所述打印铺砂支撑架(20)与所述工作平台支撑及运输系统(30)没有直接接触，相互独立。

2.根据权利要求1所述的一种框架独立式3D打印设备，其特征在于，所述一种框架独立式3D打印设备还包括铺粉单元和喷墨单元，所述铺粉单元和喷墨单元都直接安装在打印铺砂支撑架(20)上。

3.根据权利要求2所述的一种框架独立式3D打印设备，其特征在于，所述铺粉单元包括铺粉装置(60)和铺粉运动系统(80)，所述铺粉运动系统(80)连接安装在所述打印铺砂支撑架(20)上；所述铺粉运动系统(80)驱动所述铺粉装置(60)运动。

4.根据权利要求2所述的一种框架独立式3D打印设备，其特征在于，所述喷墨单元包括喷墨运动系统(90)和喷墨打印装置(50)，所述喷墨运动系统(90)连接安装在所述打印铺砂支撑架(20)上；所述喷墨运动系统(90)驱动所述喷墨打印装置(50)运动。

5.根据权利要求1所述的一种框架独立式3D打印设备，其特征在于，所述一种框架独立式3D打印设备还包括工作平台(10)，所述工作平台(10)安装在所述工作平台支撑及运输系统(30)上，由所述工作平台支撑及运输系统(30)输入所述构造区域(1)中。

6.根据权利要求5所述的一种框架独立式3D打印设备，其特征在于，所述工作平台支撑及运输系统(30)包括工作平台支撑架(31)和工作平台运输系统(32)，所述工作平台(10)安装在所述工作平台支撑架(31)上，所述工作平台支撑架(31)安装在工作平台运输系统(32)上,所述工作平台运输系统(32)可移动地安装在设备地基系统(70)上。

7.根据权利要求5所述的一种框架独立式3D打印设备，其特征在于，所述一种框架独立式3D打印设备还包括举升装置(40)，所述举升装置(40)设置在所述工作平台(10)的下方，且固定在所述设备地基系统(70)上；所述举升装置(40)驱动所述工作平台(10)竖直升降。

8.根据权利要求7所述的一种框架独立式3D打印设备，其特征在于，所述工作平台(10)包括工作平台底板(11)，所述举升装置(40)包括插销系统(41)和举升执行机构(43)，所述插销系统(41)与所述工作平台底板(11)连接，所述举升执行机构(43)驱动所述工作平台底板(11)升降运动。

9.根据权利要求1-8任一项所述的一种框架独立式3D打印设备，其特征在于，所述打印铺砂支撑架(20)上分别设有与所述设备地基系统(70)、所述铺粉运动系统(80)和所述喷墨运动系统(90)安装连接的基准面，所述三个基准面基于同一加工基准进行加工，保证三个基准面的相对位置精度。

10.根据权利要求1-8任一项所述的一种框架独立式3D打印设备，其特征在于，所述设备地基系统(70)上设置的与所述打印铺砂支撑架(20)连接的安装基准面和与所述工作平台支撑及运输系统(30)连接的安装基准面，所述两个基于同一加工基准进行加工，保证两个个基准面的相对位置精度。