CN111251601A - 一种3d打印机的运动装置 - Google Patents

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CN111251601A CN202010128302.2A CN202010128302A CN111251601A CN 111251601 A CN111251601 A CN 111251601A CN 202010128302 A CN202010128302 A CN 202010128302A CN 111251601 A CN111251601 A CN 111251601A
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何冰
陈鹏飞
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Abstract

本发明公开了一种3D打印机的运动装置，包括X轴运动装置、Y轴运动装置、Z轴运动装置、打印平台以及用于承载上述部件的设备框架；X轴运动装置设置在设备框架上，Y轴运动装置能够在X轴运动装置驱动下沿X轴方向往复运动，Z轴运动装置垂直于X轴、Y轴所组成的平面设置在该平面的下方并且固定在设备框架上，打印平台能够在Z轴运动装置驱动下沿Z轴方向往复运动，相较于现有技术本发明设备运行稳定性强，打印精度高。

Description

一种3D打印机的运动装置
技术领域
本发明属于3D打印技术领域，尤其涉及一种3D打印机的运动装置。
背景技术
3D打印技术，也称增材制造技术，是在计算机控制下将三维成型零件均匀离散成多层二维结构，并沿一定路径逐层堆积材料，最终实现三维零件成型制造的技术。它无需专用刀具、夹具、模具即可制造任意复杂形状的零件，能够有效缩短新产品研发周期，降低新产品研发成本，满足市场日益增长的产品个性化、定制化需求。
FDM熔融沉积成型技术是3D打印技术的一种，是指将热塑性的丝材加热至熔融状态，利用计算机控制打印喷头根据成型零件的截面轮廓轨迹运动，将熔融态丝材逐层堆积在打印平台上，最终实现零件的三维制造成型。目前已广泛应用于工业工程、艺术、教育等领域的原型件设计制造、产品功能开发验证、特殊复杂零件的直接生产等方面。
对于工业级3D打印设备，运动装置的稳定性是设备运行平稳、负载大，同时保证打印精度的根本，是完成打印过程、获得高质量打印件的基础。然而，目前国内外关于FDM运动装置的研究较少，应用于工业级3D打印机时打印精度较低，且设备的运行稳定性不足。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种3D打印机的运动装置，设备运行稳定性强，打印精度高。
本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的：
一种3D打印机的运动装置，包括X轴运动装置、Y轴运动装置、Z轴运动装置、打印平台以及用于承载上述部件的设备框架；X轴运动装置设置在设备框架上，Y轴运动装置能够在X轴运动装置驱动下沿X轴方向往复运动，Z轴运动装置垂直于X轴、Y轴所组成的平面设置在该平面的下方并且固定在设备框架上，打印平台能够在Z轴运动装置驱动下沿Z轴方向往复运动。
进一步的，所述设备框架包括用于承载X轴运动装置与Y轴运动装置的第一横向固定板、第二横向固定板、第一纵向固定板、第二纵向固定板以及用于承载上述部件的底部支撑座；所述X轴运动装置固定在第一横向固定板上，第一纵向固定板与第二纵向固定板的顶端与第一横向固定板固定连接，底端与第二横向固定板固定连接，第二横向固定板设置在底部支撑座上。
进一步的，所述X轴运动装置包括X轴驱动装置、连接板、第一水平导轨以及第二水平导轨；第一水平导轨以及第二水平导轨沿X轴方向平行设置在设备框架上，连接板能够在X轴驱动装置的驱动下在第一水平导轨和第二水平导轨上来回移动。
进一步的，所述X轴驱动装置包括X轴电动机、X轴联轴器、两个X轴轴承、两个X轴轴承座、X轴滚珠丝杠轴、X轴丝杠螺母以及水平传动块；
所述X轴电动机设置在设备框架上，两个X轴轴承分别通过两个X轴轴承座固定在设备框架上，X轴滚珠丝杠轴的一端内套与其中一个X轴轴承内，另一端穿过另一个X轴轴承通过X轴联轴器与X轴电动机的输出轴连接，在第一水平导轨和第二水平导轨上分别设有第一水平滑块和第二水平滑块，在第一水平滑块和第二水平滑块上分别固定有第一水平连接块和第二水平连接块，连接板的两端分别和第一水平连接块和第二水平连接块固定连接，X轴丝杠螺母套在X轴滚珠丝杠轴上，X轴丝杠螺母和水平传动块固定连接，水平传动块和第一水平连接块固定连接。
进一步的，在X轴滚珠丝杠轴远离X轴电动机一端的下方设有水平限位开关，在水平传动块的两侧设有水平向弹性垫，在X轴滚珠丝杠轴两端的两个X轴轴承座内侧设有水平向硬限位块。
进一步的，所述Y轴运动装置包括Y轴驱动装置和纵向导轨，所述纵向导轨沿Y轴方向设置在连接板上，在纵向导轨上设置有纵向滑块，Y轴驱动装置能够驱动纵向滑块在在纵向导轨上来回移动；
所述Y轴驱动装置包括Y轴电动机、Y轴联轴器、两个Y轴轴承、两个Y轴轴承座、Y轴滚珠丝杠轴、Y轴丝杠螺母以及纵向传动块；所述Y轴电动机设置在连接板上，两个Y轴轴承分别通过两个Y轴轴承座固定在连接板上，Y轴滚珠丝杠轴的一端内套与其中一个Y轴轴承内，另一端穿过另一个Y轴轴承通过Y轴联轴器与Y轴电动机的输出轴连接；，在纵向滑块上固定设有纵向连接块，Y轴丝杠螺母套在Y轴滚珠丝杠轴上，Y轴丝杠螺母和纵向传动块固定连接，纵向传动块和纵向连接块固定连接。
进一步的，在Y轴滚珠丝杠轴远离X轴电动机一端的下方设有纵向限位开关，在纵向传动块的两侧设有纵向弹性垫，在Y轴滚珠丝杠轴两端的两个Y轴轴承座内侧设有纵向硬限位块。
进一步的，所述Z轴运动装置包括Z轴驱动装置、打印平台以及四根竖向光轴；
四根竖向光轴垂直于打印平台分设在其四角，每个竖向光轴上均滑动设有直线轴承，直线轴承固设有竖向连接块，四个竖向连接块分别与打印平台四角固定连接；打印平台能够在Z轴驱动装置的驱动下沿竖直方向往复运动。
进一步的，所述Z轴驱动装置包括Z轴电动机、减速机、第一锥齿轮、第二锥齿轮、第一传动轴、第二传动轴、第三锥齿轮、第四锥齿轮、第五锥齿轮、第六锥齿轮以及两根Z轴丝杠轴；
所述两根Z轴丝杠轴分设在打印平台的两侧与竖向光轴平行设置；在Z轴丝杠轴上设有Z轴丝杠螺母，Z轴丝杠螺母上固定有竖向连接块，两个竖向连接块分别与打印平台的两侧固定连接；所述Z轴电动机固定在设备框架上，Z轴电动机通过减速机与第一锥齿轮连接，第一锥齿轮与第二锥齿轮啮合，第二锥齿轮通过第一传动轴与第三锥齿轮连接，第二锥齿轮通过第二传动轴与第四锥齿轮连接，第五锥齿轮和第六锥齿轮分别固定在两根Z轴丝杠轴上，第三锥齿轮与第五锥齿轮啮合，四锥齿轮与第六锥齿轮啮合。
进一步的，所述连接板为梯形结构。
本发明的优点主要在于以下几点：
1、X轴运动装置，通过联轴器连接保证传动精度，滚珠丝杠保证运行位移精度，与丝杠平行设置的两个直线导轨保证运行方向精度。安装时，应保证丝杠轴、联轴器和电动机轴的同轴度；滚珠丝杠及两个水平导轨的平行度；框架顶板的水平度。
并且限位装置采用软硬限位两种方式，对运动装置及整个设备起到双重保护的作用。
2、Y轴运动装置，通过联轴器连接保证传动精度，滚珠丝杠保证运行位移精度，与丝杠平行设置的直线导轨保证运行方向精度。安装时，应保证丝杠轴、联轴器和电动机轴的同轴度；滚珠丝杠及水平导轨的平行度；三脚架上表面的水平度。
限位装置采用软硬限位两种方式，对运动装置及整个设备起到双重保护的作用。
3、Z轴运动装置，通过锥齿轮传动保证两侧丝杆轴同步运动，滚珠丝杠保证运行位移精度，与丝杠平行设置的两个光轴保证运行方向精度。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中X轴、Y轴运动装置示意图；
图3为本发明中X、Y轴安全限位装置示意图；
图4为本发中的Z轴运动装置工作原理图。
具体实施方式
为了进一步描述本发明的技术特点和效果，以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步描述。
本文中的坐标系以X轴滚珠丝杠轴1-5的起始端为坐标原点，以X轴滚珠丝杠轴1-5轴向为X轴方向，以Y轴滚珠丝杠轴轴向为Y轴方向，以Ｚ轴滚珠丝杠轴轴向为Ｚ轴方向。
参照图1至图4所示，一种3D打印机的运动装置，包括X轴运动装置1、Y轴运动装置2、Z轴运动装置4、打印平台5以及用于承载上述部件的设备框架6；X轴运动装置1设置在设备框架6上，Y轴运动装置能够在X轴运动装置1驱动下沿X轴方向往复运动，Z轴运动装置4垂直于X轴、Y轴所组成的平面设置在该平面的下方并且固定在设备框架6上，打印平台5能够在Z轴运动装置4驱动下沿Z轴方向往复运动。
进一步的，所述设备框架6包括用于承载X轴运动装置1与Y轴运动装置2的第一横向固定板6-1、第二横向固定板6-2、第一纵向固定板6-3、第二纵向固定板6-4以及用于承载上述部件的底部支撑座6-5；所述X轴运动装置1固定在第一横向固定板6-1上，第一纵向固定板6-3与第二纵向固定板6-4的顶端与第一横向固定板6-1固定连接，底端与第二横向固定板6-2固定连接，第二横向固定板6-2设置在底部支撑座6-5上，设备框架采用板式结构，能够有效保证横向固定版6-1的平面度，为运行装置提供稳定支撑。
进一步的，所述X轴运动装置1包括X轴驱动装置、连接板2-14、第一水平导轨1-8以及第二水平导轨1-11；第一水平导轨1-8以及第二水平导轨1-11沿X轴方向平行设置在设备框架6上，连接板2-14能够在X轴驱动装置的驱动下在第一水平导轨1-8和第二水平导轨1-11上来回移动。
进一步的，所述X轴驱动装置包括X轴电动机1-1、X轴联轴器1-2、两个X轴轴承1-3、两个X轴轴承座1-4、X轴滚珠丝杠轴1-5、X轴丝杠螺母1-6以及水平传动块1-7；
所述X轴电动机1-1设置在设备框架6的固定板6-1上，两个X轴轴承1-3分别通过两个X轴轴承座1-4固定在设备框架6上，X轴滚珠丝杠轴1-5的一端内套与其中一个X轴轴承1-3内，另一端穿过另一个X轴轴承1-3通过X轴联轴器1-2与X轴电动机1-1的输出轴连接，在第一水平导轨1-8和第二水平导轨1-11上分别设有第一水平滑块1-9和第二水平滑块1-12，在第一水平滑块1-9和第二水平滑块1-12上分别固定有第一水平连接块1-10和第二水平连接块1-13，连接板2-14的两端分别和第一水平连接块1-10和第二水平连接块1-13固定连接，X轴丝杠螺母1-6套在X轴滚珠丝杠轴1-5上，X轴丝杠螺母1-6和水平传动块1-7固定连接，水平传动块1-7和第一水平连接块1-10固定连接。
进一步的，在X轴滚珠丝杠轴1-5远离X轴电动机1-1一端的下方设有水平限位开关1-14，在水平传动块1-7的两侧设有水平向弹性垫1-16，在X轴滚珠丝杠轴1-5两端的两个X轴轴承座1-4内侧设有水平向硬限位块1-15。
进一步的，所述Y轴运动装置2包括Y轴驱动装置和纵向导轨2-8，所述纵向导轨2-8沿Y轴方向设置在连接板2-14上，在纵向导轨2-8上设置有纵向滑块2-9，Y轴运驱动装置能够驱动纵向滑块2-9在在纵向导轨2-8上来回移动；
所述Y轴驱动装置包括Y轴电动机2-1、Y轴联轴器2-2、两个Y轴轴承2-3、两个Y轴轴承座2-4、Y轴滚珠丝杠轴2-5、Y轴丝杠螺母2-6以及纵向传动块2-7；所述Y轴电动机2-1设置在连接板2-14上，两个Y轴轴承2-3分别通过两个Y轴轴承座2-4固定在连接板2-14上，Y轴滚珠丝杠轴2-5的一端内套与其中一个Y轴轴承2-3内，另一端穿过另一个Y轴轴承2-3通过Y轴联轴器2-2与Y轴电动机2-1的输出轴连接；，在纵向滑块2-9上固定设有纵向连接块2-10，Y轴丝杠螺母2-6套在Y轴滚珠丝杠轴2-5上，Y轴丝杠螺母2-6和纵向传动块2-7固定连接，纵向传动块2-7和纵向连接块2-10固定连接。
进一步的，在Y轴滚珠丝杠轴2-5远离X轴电动机2-1一端的下方设有纵向限位开关2-11，在纵向传动块2-7的两侧设有纵向弹性垫2-13，在Y轴滚珠丝杠轴2-5两端的两个Y轴轴承座2-4内侧设有纵向硬限位块2-12。
进一步的，所述Z轴运动装置4包括Z轴驱动装置、打印平台5以及四根竖向光轴4-17；
四根竖向光轴4-17垂直于打印平台5分设在其四角，每个竖向光轴4-17上均滑动设有直线轴承4-21，直线轴承4-21固设有竖向连接块4-25，四个竖向连接块4-25分别与打印平台5四角固定连接；打印平台5能够在Z轴驱动装置的驱动下沿竖直方向往复运动。
进一步的，所述Z轴驱动装置包括Z轴电动机4-1、减速机4-2、第一锥齿轮4-3、第二锥齿轮4-4、第一传动轴4-5、第二传动轴4-6、第三锥齿轮4-7、第四锥齿轮4-8、第五锥齿轮4-9、第六锥齿轮4-10以及两根Z轴丝杠轴4-11；
所述两根Z轴丝杠轴4-11分设在打印平台5的两侧与竖向光轴4-17平行设置；在Z轴丝杠轴4-11上设有Z轴丝杠螺母4-13，Z轴丝杠螺母4-13上固定有竖向连接块4-15，两个竖向连接块4-15分别与打印平台5的两侧固定连接；所述Z轴电动机4-1固定在设备框架6上，Z轴电动机4-1通过减速机4-2与第一锥齿轮4-3连接，第一锥齿轮4-3与第二锥齿轮4-4啮合，完成输入的换向，第二锥齿轮4-4通过第一传动轴4-5与第三锥齿轮4-7连接，第二锥齿轮4-4通过第二传动轴4-6与第四锥齿轮4-8连接，第五锥齿轮4-9和第六锥齿轮4-10分别固定在两根Z轴丝杠轴4-11上，第三锥齿轮4-7与第五锥齿轮4-9啮合，四锥齿轮4-8与第六锥齿轮4-10啮合，完成输入的再次换向，同时保证了两根Z轴丝杠轴4-11的同步性。
进一步的，所述连接板2-14为梯形结构。
工作的时候打印头３安装在纵向连接块2-10上，整个Y轴运动装置2在X轴电动机1-1的驱动下沿着X轴方向运动，纵向连接块2-10带着打印头3在Y轴电动机2-1驱动下沿Y轴方向运动，没打印完一层，Z轴电动机4-1，带动打印平台5在竖直方向上向下运动继续完成打印，四根竖向光轴4-17起到打印平台沿Z轴方向运动的导向作用。
上述实施例不以任何形式限定本发明，凡采取等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种3D打印机的运动装置，其特征在于：包括X轴运动装置（1）、Y轴运动装置（2）、Z轴运动装置（4）、打印平台（5）以及用于承载上述部件的设备框架（6）；X轴运动装置（1）设置在设备框架（6）上，Y轴运动装置能够在X轴运动装置（1）驱动下沿X轴方向往复运动，Z轴运动装置（4）垂直于X轴、Y轴所组成的平面设置在该平面的下方并且固定在设备框架（6）上，打印平台（5）能够在Z轴运动装置（4）驱动下沿Z轴方向往复运动。
2.根据权利要求1所述的一种3D打印机的运动装置，其特征在于：所述设备框架（6）包括用于承载X轴运动装置（1）与Y轴运动装置（2）的第一横向固定板（6-1）、第二横向固定板（6-2）、第一纵向固定板（6-3）、第二纵向固定板（6-4）以及用于承载上述部件的底部支撑座（6-5）；所述X轴运动装置（1）固定在第一横向固定板（6-1）上，第一纵向固定板（6-3）与第二纵向固定板（6-4）的顶端与第一横向固定板（6-1）固定连接，底端与第二横向固定板（6-2）固定连接，第二横向固定板（6-2）设置在底部支撑座（6-5）上。
3.根据权利要求1所述的一种3D打印机的运动装置，其特征在于：所述X轴运动装置（1）包括X轴驱动装置、连接板（2-14）、第一水平导轨（1-8）以及第二水平导轨（1-11）；，第一水平导轨（1-8）以及第二水平导轨（1-11）沿X轴方向平行设置在设备框架（6）上，连接板（2-14）能够在X轴驱动装置的驱动下在第一水平导轨（1-8）和第二水平导轨（1-11）上来回移动。
4.根据权利要求3所述的一种3D打印机的运动装置，其特征在于：所述X轴驱动装置包括X轴电动机（1-1）、X轴联轴器（1-2）、两个X轴轴承（1-3）、两个X轴轴承座（1-4）、X轴滚珠丝杠轴（1-5）、X轴丝杠螺母（1-6）以及水平传动块（1-7）；
所述X轴电动机（1-1）设置在设备框架（6）上，两个X轴轴承（1-3）分别通过两个X轴轴承座（1-4）固定在设备框架（6）上，X轴滚珠丝杠轴（1-5）的一端内套与其中一个X轴轴承（1-3）内，另一端穿过另一个X轴轴承（1-3）通过X轴联轴器（1-2）与X轴电动机（1-1）的输出轴连接，在第一水平导轨（1-8）和第二水平导轨（1-11）上分别设有第一水平滑块（1-9）和第二水平滑块（1-12），在第一水平滑块（1-9）和第二水平滑块（1-12）上分别固定有第一水平连接块（1-10）和第二水平连接块（1-13），连接板（2-14）的两端分别和第一水平连接块（1-10）和第二水平连接块（1-13）固定连接，X轴丝杠螺母（1-6）套在X轴滚珠丝杠轴（1-5）上，X轴丝杠螺母（1-6）和水平传动块（1-7）固定连接，水平传动块（1-7）和第一水平连接块（1-10）固定连接。
5.根据权利要求4所述的一种3D打印机的运动装置，其特征在于：在X轴滚珠丝杠轴（1-5）远离X轴电动机（1-1）一端的下方设有水平限位开关（1-14），在水平传动块（1-7）的两侧设有水平向弹性垫（1-16），在X轴滚珠丝杠轴（1-5）两端的两个X轴轴承座（1-4）内侧设有水平向硬限位块（1-15）。
6.根据权利要求3所述的一种3D打印机的运动装置，其特征在于：所述Y轴运动装置（2）包括Y轴驱动装置和纵向导轨（2-8），所述纵向导轨（2-8）沿Y轴方向设置在连接板（2-14）上，在纵向导轨（2-8）上设置有纵向滑块（2-9），Y轴驱动装置能够驱动纵向滑块（2-9）在在纵向导轨（2-8）上来回移动；
所述Y轴驱动装置包括Y轴电动机（2-1）、Y轴联轴器（2-2）、两个Y轴轴承（2-3）、两个Y轴轴承座（2-4）、Y轴滚珠丝杠轴（2-5）、Y轴丝杠螺母（2-6）以及纵向传动块（2-7）；所述Y轴电动机（2-1）设置在连接板（2-14）上，两个Y轴轴承（2-3）分别通过两个Y轴轴承座（2-4）固定在连接板（2-14）上，Y轴滚珠丝杠轴（2-5）的一端内套与其中一个Y轴轴承（2-3）内，另一端穿过另一个Y轴轴承（2-3）通过Y轴联轴器（2-2）与Y轴电动机（2-1）的输出轴连接；在纵向滑块（2-9）上固定设有纵向连接块（2-10），Y轴丝杠螺母（2-6）套在Y轴滚珠丝杠轴（2-5）上，Y轴丝杠螺母（2-6）和纵向传动块（2-7）固定连接，纵向传动块（2-7）和纵向连接块（2-10）固定连接。
7.根据权利要求6所述的一种3D打印机的运动装置，其特征在于：在Y轴滚珠丝杠轴（2-5）远离X轴电动机（2-1）一端的下方设有纵向限位开关（2-11），在纵向传动块（2-7）的两侧设有纵向弹性垫（2-13），在Y轴滚珠丝杠轴（2-5）两端的两个Y轴轴承座（2-4）内侧设有纵向硬限位块（2-12）。
8.根据权利要求2所述的一种3D打印机的运动装置，其特征在于：所述Z轴运动装置（4）包括Z轴驱动装置、打印平台（5）以及四根竖向光轴（4-17）；
四根竖向光轴（4-17）垂直于打印平台（5）分设在其四角，每个竖向光轴（4-17）上均滑动设有直线轴承（4-21），直线轴承（4-21）固设有竖向连接块（4-25），四个竖向连接块（4-25）分别与打印平台（5）四角固定连接；打印平台（5）能够在Z轴驱动装置的驱动下沿竖直方向往复运动。
9.根据权利要求8所述的一种3D打印机的运动装置，其特征在于：所述Z轴驱动装置包括Z轴电动机（4-1）、减速机（4-2）、第一锥齿轮（4-3）、第二锥齿轮（4-4）、第一传动轴（4-5）、第二传动轴（4-6）、第三锥齿轮（4-7）、第四锥齿轮（4-8）、第五锥齿轮（4-9）、第六锥齿轮（4-10）以及两根Z轴丝杠轴（4-11）；
所述两根Z轴丝杠轴（4-11）分设在打印平台（5）的两侧与竖向光轴（4-17）平行设置；在Z轴丝杠轴（4-11）上设有Z轴丝杠螺母（4-13），Z轴丝杠螺母（4-13）上固定有竖向连接块（4-15），两个竖向连接块（4-15）分别与打印平台（5）的两侧固定连接；所述Z轴电动机（4-1）固定在设备框架（6）上，Z轴电动机（4-1）通过减速机（4-2）与第一锥齿轮（4-3）连接，第一锥齿轮（4-3）与第二锥齿轮（4-4）啮合，第二锥齿轮（4-4）通过第一传动轴（4-5）与第三锥齿轮（4-7）连接，第二锥齿轮（4-4）通过第二传动轴（4-6）与第四锥齿轮（4-8）连接，第五锥齿轮（4-9）和第六锥齿轮（4-10）分别固定在两根Z轴丝杠轴（4-11）上，第三锥齿轮（4-7）与第五锥齿轮（4-9）啮合，四锥齿轮（4-8）与第六锥齿轮（4-10）啮合。
10.根据权利要求3所述的一种3D打印机的运动装置，其特征在于：所述连接板（2-14）为梯形结构。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022105032A1 (zh) * 2020-11-20 2022-05-27 深圳市创想三维科技有限公司 一种用于3d打印机的z轴装置及3d打印机

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