CN110696359A - 基于极坐标系与笛卡尔坐标系的混合式4d打印系统 - Google Patents

基于极坐标系与笛卡尔坐标系的混合式4d打印系统 Download PDF

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Abstract

基于极坐标系与笛卡尔坐标系的混合式4D打印系统，基座上设有圆柱导轨和滚珠丝杠；连接件与滚珠丝杠连接处设有滚珠丝杠座；连接件与连接块之间设有两根圆柱导轨b和一根滚珠丝杠b，喷嘴座套设在圆柱导轨b和滚珠丝杠b上；喷嘴下方为可旋转平台；可旋转平台与移动滑块相连；滚珠丝杠a下端与伺服电机a相连接，经过伺服电机a驱动可使旋转平台沿滚珠丝杠a移动；滚珠丝杠b与伺服电机b相连接；滚珠丝杠c与伺服电机c相连接；滑块座平台上底部设有伺服电机d，伺服电机d驱动可旋转平台转动；在伺服电机a、伺服电机b、伺服电机c及伺服电机d的共同驱动下，被打印件在可旋转平台上打印；具有精密程度高、应用范围广、打印能力强的特点。

Description

基于极坐标系与笛卡尔坐标系的混合式4D打印系统
技术领域
本发明属于3D打印机技术领域，具有涉及基于极坐标系与笛卡尔坐标系的混合式4D打印系统。
背景技术
目前传统的基于笛卡尔坐标系的3D打印系统的工作结构大多为三维空间中的正交型结构，同时现下较为新型的打印系统还有基于极坐标系的3D打印系统，其工作结构大多为龙门式或者悬臂梁式的打印结构，但两者各优缺点，单一的打印方式限制了打印系统的打印精度与效率。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供基于极坐标系与笛卡尔坐标系的混合式4D打印系统，该打印系统对基于笛卡尔坐标系的打印系统的基础上融入了基于极坐标系的打印结构，构成了具有4D打印能力的新型3D打印系统；本发明中的喷嘴可以沿Z轴方向进行竖直上下移动，也能沿X轴方向进行水平左右移动，同时放置被打印件的可绕Z轴旋转的平台也可以沿Y轴方向进行水平前后运动，此时同时构成了传统3D打印机(沿X、Y、Z轴移动的自由度)与基于极坐标的3D打印机(沿X、Z的移动与绕Y轴的转动)；即该系统是基于极坐标系与笛卡尔坐标系的混合式4D打印系统，该系统具有三维空间中的4个自由度，3个移动自由度和1个转动自由度，比基于极坐标系的打印3D系统以及基于笛卡尔坐标系的3D打印系统都要多1个自由度，比极坐标系多的是移动自由度、比笛卡尔坐标系多的是转动自由度。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：基于极坐标系与笛卡尔坐标系的混合式4D打印系统，包括有基座，基座的顶面一侧设有圆柱导轨a和滚珠丝杠a，基座顶面的另一侧设有分别与圆柱导轨a和滚珠丝杠a相对应的圆柱导轨d和滚珠丝杠d；连接件的两端分别套设在圆柱导轨a和滚珠丝杠a上；连接件与滚珠丝杠a连接处设有滚珠丝杠座a；圆柱导轨a和滚珠丝杠a顶端设有轴承座a；圆柱导轨d和滚珠丝杠d上套接有与连接件结构相同的连接块；连接件与连接块之间设有两根圆柱导轨b和一根滚珠丝杠b，两根圆柱导轨b分设在滚珠丝杠b的两侧，喷嘴座套设在两根圆柱导轨b和一根滚珠丝杠b上；喷嘴座与滚珠丝杠b的连接处设有滚珠丝杠座b；喷嘴座底部设有喷嘴；喷嘴正下方设有可旋转平台；可旋转平台设在滑块座平台上；滑块座平台底部与移动滑块相连；移动滑块套接在一根滚珠丝杠c和两根圆柱导轨c上；两根圆柱导轨c的两端和滚珠丝杠c的两端分别与两个轴承座b连接；移动滑块与滚珠丝杠c的连接处设有滚珠丝杠座c；滚珠丝杠a下端与伺服电机a相连接；滚珠丝杠b与伺服电机b相连接；滚珠丝杠c与伺服电机c相连接；滑块座平台上底部设有伺服电机d，伺服电机d驱动可旋转平台转动。
所述的移动滑块两侧分别通过一连接板与可旋转平台相连；两块连接板分别穿过基座顶面设置的两条结构相同的让位槽，可在让位槽内移动。
所述的圆柱导轨d和圆柱导轨e顶端设有连接板二；
所述的可旋转平台与滑块座平台间通过伺服电机d相连接，伺服电机d固定在滑块座平台上，可旋转平台的中心轴与伺服电机d转子轴重合，固定于伺服电机d的转子上。
所述的滑块座平台底部与移动滑块的上部直接通过螺钉固定连接。
本发明的有益效果是：
本发明的基于极坐标系与笛卡尔坐标系的混合式4D打印系统，区别于其它的3D打印系统的主要特点在于：
1)该打印系统对基于笛卡尔坐标系的打印系统的结构进行优化设计，在同一机械系统中同时融入基于极坐标系与笛卡尔坐标系，极大的提高了该打印系统的整体打印效率与精度，并丰富了其打印的方式，使该打印系统，成为一种精密程度高、应用范围广、打印能力强的基于极坐标系与笛卡尔坐标系的混合式4D打印系统；
2)相比传统的基于笛卡尔坐标系的3D打印系统而言，该打印系统多了基于极坐标系的打印方式使其更擅长打印回转类零件与具有曲面和圆弧被打印件，同时又比单独的基于极坐标系的3D打印系统多了一个垂直于横梁和竖杆方向上的直线打印移动自由度，弥补了传统的基于笛卡尔坐标系的3D打印系统打印在打印直线方面上的打印精度与效率，从根本上提高了打印系统的打印性能；
3)该基于极坐标系与笛卡尔坐标系的混合式4D打印系统具有三维空间中的4个自由度(3个移动自由度和1个转动自由度)，比基于极坐标系的打印3D系统以及基于笛卡尔坐标系的3D打印系统都还要多1个自由度(比极坐标系多的是移动自由度、比笛卡尔坐标系多的是转动自由度)；
4)该基于极坐标系与笛卡尔坐标系的混合式4D打印系统的机械结构相对比较简单，故其外观尺寸可以做到很小，有利于方便携带以及节约成本；该打印系统的整体结构呈开放化、模块化布置，装配以及拆卸过程简单易学，极大的提高了该打印系统得可重构性。
5)该基于极坐标系与笛卡尔坐标系的混合式4D打印系统中既包含基于笛卡尔坐标系的传统3D打印系统的所有优点，也具有基于极坐标系的3D打印系统擅长打印圆弧曲线以及旋转类曲面的能力，并能根据被打印件的形状随意切换该打印系统的打印模式(基于极坐标系打印/基于笛卡尔坐标系/基于混合式打印)，故能极大的同时提高打印效率以及打印精度。
本发明提出了一种基于极坐标系与笛卡尔坐标系的混合式4D打印系统，该打印系统对基于笛卡尔坐标系的打印系统的结构进行了改进，在原有系统的基础上融入基于极坐标系的打印系统，极大的提高了该打印系统的整体打印效率于精度，并丰富了其打印的方式。
更重要的是，本发明中的4D打印系统相比传统的基于笛卡尔坐标系的3D打印系统而言，多了基于极坐标系的打印系统使其更擅长打印回转零件，又不失传统3D打印的打印方式，同时又比单独的基于极坐标系的3D打印系统多了一个垂直于横梁和竖杆方向上的直线打印移动自由度，弥补了基于极坐标系的3D打印系统在打印直线方面上的打印精度以及打印方式，从根本上提高了打印系统的打印性能，使得被打印物体具有更高的打印精度与效率，使其成为一种精密程度高、应用范围广、打印能力强的基于极坐标系与笛卡尔坐标系的混合式4D打印系统。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的运动说明的三维坐标系图。
图1中：1.基座，2.圆柱导轨a，3.让位槽，4.滚珠丝杠a，5.连接件，6.滚珠丝杠座a，7.轴承座a，8.滚珠丝杠座b，9.喷嘴座，10.圆柱导轨b，11.滚珠丝杠b，12.喷嘴，13.被打印件，14.可旋转平台，15.圆柱导轨c，16.轴承座b，17.滚珠丝杠c，18.滚珠丝杠座c，19.伺服电机d，20.移动滑块，21.滑块座平台，22.圆柱导轨d，23.滚珠丝杠d，24.连接块，25.连接板一。
具体实施方式
下面结合附图和发明内容对本发明进行详细说明：
参见图1、2，基于极坐标系与笛卡尔坐标系的混合式4D打印系统，包括有基座1，基座1的顶面一侧设有圆柱导轨a2和滚珠丝杠a4，基座1顶面的另一侧设有分别与圆柱导轨a2和滚珠丝杠a4相对应的圆柱导轨d22和滚珠丝杠d23；连接件5的两端分别套设在圆柱导轨a2和滚珠丝杠a4上；连接件5与滚珠丝杠a4连接处设有滚珠丝杠座a6；圆柱导轨a2和滚珠丝杠a4顶端设有轴承座a7；圆柱导轨c22和圆柱导轨d23上套接有与连接件5结构相同的连接块24(同上)；连接件5与连接块24之间设有两根圆柱导轨b10和一根滚珠丝杠b11，两根圆柱导轨b10分设在滚珠丝杠b11的两侧，喷嘴座9套设在两根圆柱导轨b10和一根滚珠丝杠b11上；喷嘴座9与滚珠丝杠b11的连接处设有滚珠丝杠座b8；喷嘴座9底部设有喷嘴12；喷嘴12正下方设有可旋转平台14；可旋转平台14设在滑块座平台21上；滑块座平台21底部与移动滑块20相连；移动滑块20套接在一根滚珠丝杠c17和两根圆柱导轨c15上；两根圆柱导轨c15的两端和滚珠丝杠c17的两端分别与两个轴承座b16连接；移动滑块20与滚珠丝杠c17的连接处设有滚珠丝杠座c18；滚珠丝杠a4下端与伺服电机a相连接；滚珠丝杠b11与伺服电机b相连接；滚珠丝杠c17与伺服电机c相连接；滑块座平台21上底部设有伺服电机d19，伺服电机d19驱动可旋转平台14转动。
所述的移动滑块20两侧分别通过一连接板25与可旋转平台14相连；两块连接板25分别穿过基座1顶面设置的两条结构相同的让位槽3，可在让位槽3内移动。(连接板(是移动滑块上面的那两个竖板吧)与可旋转平台14不直接相连，而是通过伺服电机间接相连，前面红字有说明)
所述的圆柱导轨d22和滚珠丝杠d23顶端设有连接板二；
所述的可旋转平台14与滑块座平台21间通过伺服电机d(19)相连接，伺服电机d19固定在滑块座平台21上，可旋转平台14的中心轴与伺服电机d19转子轴重合，固定于伺服电机19的转子上。
所述的圆柱导轨a2和圆柱导轨d22过圆心角的连线与滚珠丝杠a4和滚珠丝杠d23过圆心角的连线相交。
被打印件13处在可旋转平台14上。
打印系统具有三维空间中的4个自由度(喷嘴12沿圆柱导轨a2的轴线方向上的竖直上下移动自由度、喷嘴12沿圆柱导轨b10的轴线方向上的水平左右移动自由度、可旋转平台14沿圆柱导轨c15的轴线方向上的水平前后移动自由度、可旋转平台14绕滑块座平台21的轴线方向进行转动的旋转自由度)，比基于极坐标系的打印3D系统以及基于笛卡尔坐标系的3D打印系统都还要多1个自由度，比极坐标系多的是移动自由度、比笛卡尔坐标系多的是转动自由度；
本发明的工作原理是：
本发明的基于极坐标系与笛卡尔坐标系的混合式4D打印系统，如图1所示。本发明的基于极坐标系与笛卡尔坐标系的混合式4D打印系统中的四个运动(沿Z轴方向的运动、沿X轴方向的运动、沿Y轴方向的运动、绕Z轴方向的运动)分别由四个伺服电机(伺服电机a、伺服电机b、伺服电机c、伺服电机d)驱动，伺服电机a驱动滚珠丝杠a4转动，使得滚珠丝杠座a6带动连接件5沿圆柱导轨a2的轴线方向进行竖直上下运动；伺服电机b驱动滚珠丝杠b11转动，使得滚珠丝杠座b8带动喷嘴座9在沿圆柱导轨b10的轴线方向进行水平左右运动；伺服电机c驱动滚珠丝杠c17转动，使得滚珠丝杠座c18带动移动滑块20沿圆柱导轨c15的轴线方向进行水平前后运动；伺服电机d19固定安装在滑块座平台21上，可旋转平台14由伺服电机d19驱动使可旋转平台14转动，被打印件13在可旋转平台14上进行打印。

Claims (5)

1.基于极坐标系与笛卡尔坐标系的混合式4D打印系统，包括有基座(1)，其特征在于，基座(1)的顶面一侧设有圆柱导轨a(2)和滚珠丝杠a(4)，基座(1)顶面的另一侧设有分别与圆柱导轨a(2)和滚珠丝杠a(4)相对应的圆柱导轨d(22)和滚珠丝杠d(23)；连接件(5)的两端分别套设在圆柱导轨a(2)和滚珠丝杠a(4)上；连接件(5)与滚珠丝杠a(4)连接处设有滚珠丝杠座a(6)；圆柱导轨a(2)和滚珠丝杠a(4)顶端设有轴承座a(7)；圆柱导轨d(22)和滚珠丝杠d(23)上套接有与连接件(5)结构相同的连接块(24)；连接件(5)与连接块(24)之间设有两根圆柱导轨b(10)和一根滚珠丝杠b(11)，两根圆柱导轨b(10)分设在滚珠丝杠b(11)的两侧，喷嘴座(9)套设在两根圆柱导轨b(10)和一根滚珠丝杠b(11)上；喷嘴座(9)与滚珠丝杠b(11)的连接处设有滚珠丝杠座b(8)；喷嘴座(9)底部设有喷嘴(12)；喷嘴(12)正下方设有可旋转平台(14)；可旋转平台(14)设在滑块座平台(21)上；滑块座平台(21)底部与移动滑块(20)相连；移动滑块(20)套接在一根滚珠丝杠c(17)和两根圆柱导轨c(15)上；两根圆柱导轨c(15)的两端和滚珠丝杠c(17)的两端分别与两个轴承座b(16)连接；移动滑块(20)与滚珠丝杠c(17)的连接处设有滚珠丝杠座c(18)；滚珠丝杠a(4)下端与伺服电机a相连接；滚珠丝杠b(11)与伺服电机b相连接；滚珠丝杠c(17)与伺服电机c相连接；滑块座平台(21)上底部设有伺服电机d(19)，伺服电机d(19)驱动可旋转平台(14)转动。
2.根据权利要求1所述的基于极坐标系与笛卡尔坐标系的混合式4D打印系统，其特征在于，所述的移动滑块(20)两侧分别通过一连接板一(25)与可旋转平台(14)相连；两块连接板(25)分别穿过基座(1)顶面设置的两条结构相同的让位槽(3)，可在让位槽(3)内移动。
3.根据权利要求1所述的基于极坐标系与笛卡尔坐标系的混合式4D打印系统，其特征在于，所述的圆柱导轨d(22)和圆柱导轨e(23)顶端设有连接板二。
4.根据权利要求1所述的基于极坐标系与笛卡尔坐标系的混合式4D打印系统，其特征在于，所述的可旋转平台(14)与滑块座平台(21)间通过伺服电机d(19)相连接，伺服电机d(19)固定在滑块座平台(21)上，可旋转平台(14)的中心轴与伺服电机d(19)转子轴重合，固定于伺服电机(19)的转子上。
5.根据权利要求1所述的基于极坐标系与笛卡尔坐标系的混合式4D打印系统，其特征在于，所述的圆柱导轨a(2)和圆柱导轨d(22)过圆心角的连线与滚珠丝杠a4和滚珠丝杠d(23)过圆心角的连线相交。
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