CN110341190A - 一种基于多极坐标系的3d打印机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于多极坐标系的3D打印机，包括基座，基座上固定有步进电机，基座上方垂直固定连接有导轨，步进电机连接滚珠丝杠，导轨和滚珠丝杠平行安装，导轨和滚珠丝杠另一端滑动连接有打印喷头，基座另一端固定有第一旋转电机，第一旋转电机通过连杆连接有第二旋转电机，第二旋转电机连接有主动齿轮，主动齿轮配合连接有从动齿轮，从动齿轮上方安装有工作台；本发明实现了打印头在极坐标系下完成工作行程内任意曲线直线的打印，工作台移动量小，打印速度更快；曲面成型效果更好，尺寸精度高；结构简单，体积小，零件数少。

Description

一种基于多极坐标系的3D打印机
技术领域
本发明属3D打印技术领域，具体涉及一种基于多极坐标系的3D打印机。
背景技术
现在的3D打印机种类繁多，但结构上大同小异，主要都由挤出系统、运动系统、控制系统以及其他组成部件构成，各部分结构互相依赖、密不可分。现有的3D打印机的工作结构大多为空间正交型的机构，即传统3D打印机多为基于笛卡尔坐标系或是复杂的并联运动结构，在一个平面内的运动基本都依靠平面内两垂直方向的旋转来完成，当运动一条圆弧形轨迹时，需要插补运算来完成，打印圆弧段效率很低，速度很慢。目前基于极坐标3D打印机，多数是基于单轴以工作台绕轴线的运动来描述极坐标中的极角，并利用直线运动描述极坐标中的径向运动，工作效率仍没有明显提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于多极坐标系的3D打印机，结构灵活多变，可以完成工作行程内任意曲线直线的打印，工作效率高。
本发明所采用的技术方案是，一种基于多极坐标系的3D打印机：
包括基座，基座上固定有步进电机，基座上方垂直固定连接有导轨，步进电机连接滚珠丝杠，导轨和滚珠丝杠平行安装，导轨和滚珠丝杠另一端滑动连接有打印喷头，基座另一端固定有第一旋转电机，第一旋转电机通过连杆连接有第二旋转电机，第二旋转电机连接有主动齿轮，主动齿轮配合连接有从动齿轮，从动齿轮上方安装有工作台。
本发明的特征还在于，
打印喷头可拆卸连接在悬臂梁上，悬臂梁上可滑动连接在导轨和滚珠丝杠上。
打印喷头中心为喉管，打印喷头周向镶嵌有加热块，加热块中套有加热棒。
滚珠丝杠通过联轴器连接在步进电机上。
滚珠丝杠上套有螺母座，滚珠丝杠与联轴器螺栓连接。
主动齿轮和从动齿轮固定在齿轮固定座上。
从动齿轮与工作台通过角接触轴承连接。
从动齿轮与工作台通过螺栓螺母固定。
第二旋转电机通过第二角接触轴承连接主动齿轮。
本发明的有益效果是：
本发明一种基于多极坐标系的3D打印机，通过工作台实现了打印头在极坐标系下完成工作行程内任意曲线直线的打印，工作台移动量小，打印速度更快；由于极坐标系的特性，打印零件的曲面成型效果更好，尺寸精度高，表面质量大为改善；结构简单，体积小，零件数少；结构灵活多变，可满足对于不同尺寸的打印需求；结构模块化设计，耦合度低，安装操作、后期维护简单，有利于该产品的进一步开发利用；在同等设备外形尺寸下，极坐标的工作范围变得很大，工作台的移动量较小，噪音也大大降低，使用寿命更长。
附图说明
图1是基于多极坐标系的3D打印机示意图；
图2是基于多极坐标系的3D打印机中齿轮副结构示意图；
图3是基于多极坐标系的3D打印机中工作台连接结构示意图；
图4是基于多极坐标系的3D打印机中打印喷头结构示意图；
图5是基于多极坐标系的3D打印机中连杆结构示意图；
图6是基于多极坐标系的3D打印机中主动齿轮连接结构示意图；
图7是基于多极坐标系的3D打印机中滚珠丝杠连接结构示意图；
图8是零件位置运动方式示意图。
图中，1.悬臂梁，2.打印喷头，3.导轨，4.滚珠丝杠，5.联轴器，6.步进电机，7.基座，8.第一旋转电机，9.连杆，10.齿轮固定座，11.主动齿轮，12.第二旋转电机，13.从动齿轮，14.工作台，15.第一角接触轴承，16.螺母，17.螺栓，18.加热块，19.加热棒，20.喉管，21.第二角接触轴承，22.螺母座。
具体实施方式
下面结合附图和对本发明进行详细说明。
本发明一种基于多极坐标系的3D打印机，如图1所示，包括基座7，基座7上固定有步进电机6，基座7上方垂直固定连接有导轨3，步进电机6连接滚珠丝杠4，导轨3和滚珠丝杠4平行安装，导轨3和滚珠丝杠4另一端滑动连接有打印喷头2，基座7另一端固定有第一旋转电机8，第一旋转电机8通过连杆9连接有第二旋转电机12，第二旋转电机12连接有主动齿轮11，主动齿轮11配合连接有从动齿轮13，从动齿轮13上方安装有工作台14；
如图2-8所示，打印喷头2可拆卸连接在悬臂梁1上，悬臂梁1上可滑动连接在导轨3和滚珠丝杠4上；
打印喷头2中心为喉管20，打印喷头2周向镶嵌有加热块18，加热块18中套有加热棒19；
滚珠丝杠4通过联轴器5连接在步进电机6上；
滚珠丝杠4上套有螺母座22，滚珠丝杠4与联轴器5螺栓连接；
主动齿轮11和从动齿轮13固定在齿轮固定座10上；
从动齿轮13与工作台14通过角接触轴承15连接；
从动齿轮13与工作台14通过螺栓17螺母16固定；
第二旋转电机12通过第二角接触轴承21连接主动齿轮11。
基于多极坐标系的3D打印机中运动方式包括：
一级圆周运动(θ1)：第一旋转电机8驱动连杆9、第二旋转电机12、主动齿轮11、从动齿轮13和工作台14一起作一级圆周运动；
二级圆周运动(θ2)：第二旋转电机12驱动主动齿轮11旋转、从动齿轮13通过与主动齿轮11的齿啮合实现自身位置的变换作二级圆周运动；
三级圆周运动(θ3)：从动齿轮13与主动齿轮11齿啮合传动时，由于齿轮传动的特性，自身也会旋转，从而带动固结的驱动工作台14作三级圆周运动；
连杆9与基座7的夹角，连杆9和齿轮副(主动齿轮11和从动齿轮13)的中心线的夹角的变化实现极坐标系的极径变化(θ1、ρ1、θ2、ρ2)；
具体工作过程为，导轨3与基座7固接，保证悬臂梁1横在导轨3上作沿纵向的往复直线运动，悬臂梁1与打印喷头2固结，从而进行打印工作；在第一旋转电机8的自转下，带动连杆9、第二旋转电机12、主动齿轮11、从动齿轮13和工作台14一起作一级圆周运动，实现回转曲面的快速打印；在第二旋转电机12的自转下，带动主动齿轮11旋转、从动齿轮13通过与主动齿轮11的齿啮合实现自身位置的变换作二级圆周运动，同时，从动齿轮13自转带动工作台14作三级旋转运动，从而实现工作范围内任一点位置的获取；打印喷头2通过与悬臂梁1的固结，悬臂梁1固结在滚珠丝杠螺母座22上，滚珠丝杠4通过联轴器5与步进电机6相连，在步进电机6的驱动下，驱动滚珠丝杠4将旋转运动转化为直线运动，带动打印喷头2沿导轨3进行直线运动完成实体上的立体打印。
本发明一种基于多极坐标系的3D打印机，通过工作台实现了打印头在极坐标系下完成工作行程内任意曲线直线的打印，工作台移动量小，打印速度更快；由于极坐标系的特性，打印零件的曲面成型效果更好，尺寸精度高，表面质量大为改善；结构简单，体积小，零件数少；结构灵活多变，可满足对于不同尺寸的打印需求；结构模块化设计，耦合度低，安装操作、后期维护简单，有利于该产品的进一步开发利用；在同等设备外形尺寸下，极坐标的工作范围变得很大，工作台的移动量较小，噪音也大大降低，使用寿命更长。

Claims (9)

1.一种基于多极坐标系的3D打印机，其特征在于，包括基座(7)，基座(7)上固定有步进电机(6)，基座(7)上方垂直固定连接有导轨(3)，步进电机(6)连接滚珠丝杠(4)，导轨(3)和滚珠丝杠(4)平行安装，导轨(3)和滚珠丝杠(4)另一端滑动连接有打印喷头(2)，基座(7)另一端固定有第一旋转电机(8)，第一旋转电机(8)通过连杆(9)连接有第二旋转电机(12)，第二旋转电机(12)连接有主动齿轮(11)，主动齿轮(11)配合连接有从动齿轮(13)，从动齿轮(13)上方安装有工作台(14)。
2.根据权利要求1所述的一种基于多极坐标系的3D打印机，其特征在于，所述打印喷头(2)可拆卸连接在悬臂梁(1)上，悬臂梁(1)上可滑动连接在导轨(3)和滚珠丝杠(4)上。
3.根据权利要求1所述的一种基于多极坐标系的3D打印机，其特征在于，所述打印喷头(2)中心为喉管(20)，打印喷头(2)周向镶嵌有加热块(18)，加热块(18)中套有加热棒(19)。
4.根据权利要求1所述的一种基于多极坐标系的3D打印机，其特征在于，所述滚珠丝杠(4)通过联轴器(5)连接在步进电机(6)上。
5.根据权利要求4所述的一种基于多极坐标系的3D打印机，其特征在于，所述滚珠丝杠(4)上套有螺母座(22)，滚珠丝杠(4)与联轴器(5)螺栓连接。
6.根据权利要求5所述的一种基于多极坐标系的3D打印机，其特征在于，所述主动齿轮(11)和从动齿轮(13)固定在齿轮固定座(10)上。
7.根据权利要求5或6所述的一种基于多极坐标系的3D打印机，其特征在于，所述从动齿轮(13)与工作台(14)通过角接触轴承(15)连接。
8.根据权利要求7所述的一种基于多极坐标系的3D打印机，其特征在于，所述从动齿轮(13)与工作台(14)通过螺栓(17)螺母(16)固定。
9.根据权利要求8所述的一种基于多极坐标系的3D打印机，其特征在于，所述第二旋转电机(12)通过第二角接触轴承(21)连接主动齿轮(11)。
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