CN111791487A - 一种3d打印机 - Google Patents

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黄斌
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Abstract

本发明提供了一种3D打印机，包括框架、热床总成、移动总成、以及喷头组件，所述热床总成设置于所述框架中，所述移动总成固定连接于所述框架中，所述喷头组件滑动连接于所述移动总成上。本发明通过使用风道设计，能够有效精准的对所述喷头组件挤出的耗材进行控温，同时通过在风道中增加隔音结构，有效降低噪声，达到更好的隔音静音效果，而且通过使用平衡机构和负压腔的配合使用，能够更方便的完成具有斜度的结构，使得具有斜度的结构看起来更自然，从而减少打印时间。

Description

一种3D打印机
技术领域
本发明涉及3D打印设备领域，具体而言，涉及一种3D打印机。
背景技术
目前，3D打印机的发展较快，而最常见的仍是热熔式3D打印机，其基本打印原理是在热床上从下至上逐层打印模型的各层截面；而在开始模型实体之前，需要先在热床上打印一个基座面，该基座面的形状通常如图1所示，由往复线条构成；完成基座面后，即可在基座面上方打印模型实体。而在3D打印机的打印过程中，为了使基座面与热床之间具有足够的粘附力，避免模型移动，热床总是保持较高的温度，一般为110℃左右；然而在实际打印过程中，由于模型底部的外轮廓的散热明显优于内部的散热，因此，模型底部的外轮廓容易干结；在打印机喷头对模型上部的边缘连续施加剪力和压力时，就容易使与喷头不同侧的模型底部向上翘起，即形成底部卷曲效应，并最终导致模型被横向拖动，从而使打印无法继续；目前解决该问题的方法是，在热床表面黏贴胶布，以增强基座面与热床的摩擦力，这显然费时费力，非常麻烦。
发明内容
本发明提出了一种3D打印机以解决所述问题，
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种3D打印机，包括框架、热床总成、移动总成、以及喷头组件，所述热床总成设置于所述框架中，所述移动总成固定连接于所述框架中，所述喷头组件滑动连接于所述移动总成上；其中，
所述热床总成，被构造成用于承托打印耗材并防止打印耗材由于温度变化过快而出现质量问题；
所述移动总成，被构造成用于带动所述喷头组件沿水平界面移动；
所述喷头组件，被构造成用于将打印耗材打印到所述热床总成上。
所述的一种3D打印机，可选的，所述热床主体中开有负压腔，所述热床主体的上表面上开有若干个通孔，所述负压腔通过所述通孔与外界连通。
所述的一种3D打印机，可选的，所述通孔包括外围通孔以及中心通孔，所述外围通孔设置于所述热床主体的上表面外周，所述中心通孔设置于所述热床主体的上表面中心。
所述的一种3D打印机，可选的，所述喷头组件包括喷头主体以及镜像设置于所述喷头主体两侧的风道，所述风道通过管道与散热风扇连接，所述散热风扇固定连接于所述喷头主体的外周上，所述风道的出风口指向所述喷头主体的下方。
所述的一种3D打印机，可选的，所述风道的内壁上设置有隔音结构，所述隔音结构包括第一吸音层和隔声层，第一吸音层包括凸起部和凹陷部，凹陷部贴附在隔声层上，凸起部与隔声层之间形成空气层。
所述的一种3D打印机，可选的，所述风道的进风口的截面大于所述风道的出风口的截面。
本发明所取得的有益技术效果是：
1、通过使用风道设计，能够有效精准的对所述喷头组件挤出的耗材进行控温。
2、通过在风道中增加隔音结构，有效降低噪声，达到更好的隔音静音效果。
3、通过使用平衡机构和负压腔的配合使用，能够更方便的完成具有斜度的结构，使得具有斜度的结构看起来更自然，从而减少打印时间。
4、通过所述平衡机构与负压腔的配合使用，有效解决工件翘边的问题。
附图说明
从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的部分。
图1是本发明实施例之一中一种3D打印机的结构示意图；
图2是本发明实施例之一中一种3D打印机的结构示意图；
图3是本发明实施例之一中热床总成的上表面结构示意图；
图4是本发明实施例之一中热床总成的下表面结构示意图；
图5是本发明实施例之一中喷头组件的结构示意图；
图6是本发明实施例之一中隔音结构的结构示意图；
图7是本发明实施例之一中隔音结构的结构示意图；
图8是图7的A处结构放大示意图；
图9是本发明实施例之一中隔音结构的结构示意图；
图10是图9沿B-B剖面线剖开的剖面结构示意图。
附图标记说明：1、框架；2、热床总成；21、负压腔；22、中心通孔；23、外围通孔；24、Z向移动机构；25、平衡板；26、倾角传感器；27、激光发射器；3、移动总成；31、X向移动机构；32、第一Y向移动机构；33、第二Y向移动机构；4、喷头组件；41、喷头主体；42、风道；43、第一吸音层；431、凸起部；432、凹陷部；44、隔音层；45、空气层。
具体实施方式
为了使得本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本发明进行进一步详细说明；
本发明为一种3D打印机，根据附图说明所示讲述以下实施例：
实施例一：
一种3D打印机，包括框架1、热床总成2、移动总成3、以及喷头组件4，所述热床总成2设置于所述框架1中，所述移动总成3固定连接于所述框架1中，所述喷头组件4滑动连接于所述移动总成3上；其中，
所述热床总成2，被构造成用于承托打印耗材并防止打印耗材由于温度变化过快而出现质量问题；
所述移动总成3，被构造成用于带动所述喷头组件4沿水平界面移动；
所述喷头组件4，被构造成用于将打印耗材打印到所述热床总成2上。
所述的一种3D打印机，可选的，所述热床主体中开有负压腔21，所述热床主体的上表面上开有若干个通孔，所述负压腔21通过所述通孔与外界连通。
所述的一种3D打印机，可选的，所述通孔包括外围通孔23以及中心通孔22，所述外围通孔23设置于所述热床主体的上表面外周，所述中心通孔22设置于所述热床主体的上表面中心。
所述的一种3D打印机，可选的，所述喷头组件4包括喷头主体41以及镜像设置于所述喷头主体41两侧的风道42，所述风道42通过管道与散热风扇连接，所述散热风扇固定连接于所述喷头主体41的外周上，所述风道42的出风口指向所述喷头主体41的下方。
所述的一种3D打印机，可选的，所述风道42的内壁上设置有隔音结构，所述隔音结构包括第一吸音层43和隔声层，第一吸音层43包括凸起部431和凹陷部432，凹陷部432贴附在隔声层上，凸起部431与隔声层之间形成空气层45。
所述的一种3D打印机，可选的，所述风道42的进风口的截面大于所述风道42的出风口的截面。
实施例二：
本实施例应当理解为至少包含前述任一一个实施例的全部特征，并在其基础上进一步加以说明：
一种3D打印机，包括框架1、热床总成2、移动总成3、以及喷头组件4，所述热床总成2设置于所述框架1中，所述移动总成3固定连接于所述框架1中，所述喷头组件4滑动连接于所述移动总成3上；其中，
所述热床总成2，被构造成用于承托打印耗材并防止打印耗材由于温度变化过快而出现质量问题；
所述移动总成3，被构造成包括平行相对设置在框架1上的第一Y向移动机构32和第二Y向移动机构33、设置在第一Y向移动机构32和第二Y向移动机构33上的X向移动机构31，用于带动所述喷头组件4沿水平界面移动；
所述喷头组件4，被构造成设置于所述X向移动机构31上，用于将打印耗材打印到所述热床总成2上。
所述3D打印机的其他相关结构比如供料装置均可以使用现有技术的技术手段，故在此不再赘述。
与供料装置和喷头组件4相连的用于将固态耗材融化成液态耗材的热融挤出机构。本实施例中，固态耗材呈丝状，供料装置将丝状的固态耗材输送到热融挤出机构，热融挤出机构将固态耗材加热融化，形成液态耗材，并通过喷头组件4打印出来。
可以理解地，通过X向移动机构31带动其上的喷头组件4沿X方向移动；通过第一Y向移动机构32和第二Y向移动机构33配合，以带动X向移动机构31和喷头组件4沿Y方向移动；在喷头组件4沿X方向和/或Y方向移动过程中，热融挤出机构对供料装置提供的丝状耗材进行热融，以形成液态耗材并通过喷头组件4打印出来到热床总成2上。第一Y向移动机构32和第二Y向移动机构33的配合，以分散X向移动机构31和喷头组件4的受力，可有利于保障X向移动机构31和喷头组件4在沿Y方向快速移动和转变方向过程中，受力均匀。
第一Y向移动机构32包括第一Y向驱动电机、与第一Y向驱动电机相连的第一Y向主动轮、与第一Y向主动轮相对设置的第一Y向从动轮、以及套设在第一Y向主动轮和第一Y向从动轮之间的沿Y方向设置的第一Y向传送带。具体地，第一Y向传送带可以是皮带，也可以是其他传送带。
第二Y向移动机构33包括第二Y向驱动电机、与第二Y向驱动电机相连的第二Y向主动轮、与第二Y向主动轮相对设置的第二Y向从动轮、以及套设在第二Y向主动轮和第二Y向从动轮之间的沿Y方向设置的第二Y向传送带。具体地，第二Y向传送带可以是皮带，也可以是其他传送带。
第一Y向驱动电机和第二Y向驱动电机同步工作。具体地，第一Y向驱动电机和第二Y向驱动电机可以是伺服电机。第一Y向驱动电机和第二Y向驱动电机同步工作，使得第一Y向移动机构32和第二Y向移动机构33配合以带动X向移动机构31和喷头组件4沿Y方向快速移动和转变方向过程中，受力均匀，进而避免丢步现象发生，从而保障3D打印机的打印精度。
3D打印机还包括用于放置喷头组件4的支撑机构。支撑机构包括第一连接头、第二连接头、用于连接第一连接头和第二连接头上的支撑件。第一连接头上设有与第一Y向传送带配合的第一滑动轮，以使第一连接头沿第一Y向传送带方向移动。第二连接头上设有与第二Y向传送带配合的第二滑动轮，以使第二连接头沿第二Y向传送带方向移动。喷头组件4放置在支撑件上，并受X向移动机构31控制沿X方向移动。
具体地，X向移动机构31包括设置在第一连接头上的X向主动轮、设置在第二连接头上的X向从动轮、套设在X向主动轮和X向从动轮之间的沿X方向设置的X向传送带、以及与X向主动轮相连的X向驱动电机。具体地，X向驱动电机为伺服电机，X向传送带为皮带。喷头组件4上设有与X向传送带配合的X向滑动轮(图中未示出)，以带动喷头组件4沿X方向移动。第一滑动轮与X向主动轮同轴设置；第二滑动轮与X向从动轮同轴设置，以节省机器设备空间。
3D打印机还包括设置在框架1下方的热床总成2和用于控制热床总成2沿Z向方向移动的Z向移动机构24、以及用于保持热床总成2沿Z向移动平衡度的平衡机构。可以理解地，热床总成2用于放置打印出的物体。本实施例中，X向移动机构31、第一Y向移动机构32和第二Y向移动机构33设置在框架1上且不沿Z方向移动，通过Z向移动机构24控制热床总成2沿Z方向移动，使得热床总成2相对于喷头组件4沿Z方向移动，从而实现3D打印机沿Z方向移动的目的。
平衡机构包括与热床总成2平行相对并固定设置的平衡板25、穿过平衡板25的至少两根光杆、以及套设在光杆上用于限制平衡板25下滑的限位件。具体地，平衡板25与热床总成2可以通过设置在四个角上的螺栓螺母配合以实现固定连接，也可以通过其他连接机构以实现固定连接。可以理解地，通过平衡机构的设置，避免热床总成2沿Z方向移动时出现晃动而影响物体的打印质量。
Z向移动机构24包括Z向驱动电机、与Z向驱动电机相连的沿Z方向设置的丝杆、套设在丝杆上并与平衡板25固定连接的固定件；Z向驱动电机用于控制固定件带平衡板25沿所述丝杆移动。具体地，Z向驱动电机为伺服电机。本实施例中，固定件设置在平衡板25下方。可以理解地，固定件套设在丝杆上且与平衡板25固定连接，由于平衡板25与热床总成2固定连接，通过Z向驱动电机控制固定件在丝杆上的位置，调整平衡板25在Z方向的位置，从而调整热床总成2在Z方向的位置，以实现沿Z方向移动的目的。
在本实施例的优选方案为，所述平衡板25上的四个角上设置有调节丝杆，所述热床总成2的四个角上均设置有与所述调节丝杆螺接的丝杆套，所述调节丝杆与电机连接，所述热床总成2上的平面的四个角上分别有第一点位、第二点位、第三点位、以及第四点位，所述热床总成2上设置有四个倾角传感器26，四个所述倾角传感器26与每个点位上对应。在调平时，在获得热床总成2最高点后，遵循其余3点只升不降原则，将热床总成2按照采集四个角点的倾角转化为步进电机运动量，按照不同运动量进行调平，在调平运动完成后，热床总成2中心点设置有激光发射器27发射激光至平衡板25上的靶盘，通过激光发射器27发射到平衡板25的靶盘的偏差值确定热床总成2条调平的效果，进而进行下一步的调平或完成调平，获得在误差允许的范围内的调平结果。
可以理解地，本实施例所提供的3D打印机，通过第一Y向驱动电机和第二Y向驱动电机同步工作，使得第一Y向移动机构32和第二Y向移动机构33配合，以带动X向移动机构31和喷头组件4沿Y方向快速移动和转变方向过程中，受力均匀，进而避免丢步现象发生，从而使3D打印机的打印精度不受影响，以保障打印物体的质量。
所述的一种3D打印机，可选的，所述热床主体中开有负压腔21，所述热床主体的上表面上开有若干个通孔，所述负压腔21通过所述通孔与外界连通。所述通孔包括外围通孔23以及中心通孔22，所述外围通孔23设置于所述热床主体的上表面外周，所述中心通孔22设置于所述热床主体的上表面中心，所述中心通孔22为细孔，所述外围通孔23为大孔，所述外围通孔23的孔径大于所述中心通孔22的孔径。通过负压腔21的设置，使得在打印的时候能够使得基座能够牢固地定位在热床总成2的中心位置上，同时，配合所述外围通孔23使用能够有效将基底尽可能的大面积覆盖在热床总成2上，从而为下一步打印工件提供了牢靠的基底。同时，通过所述平衡机构与所述负压腔21的配合，能够在打印基底时通过调整热床总成2的倾角来使得支撑耗材往某个方向延伸，从而简化了打印具有斜度的结构的难度，有效节约了打印时间。
所述的一种3D打印机，可选的，所述喷头组件4包括喷头主体41以及镜像设置于所述喷头主体41两侧的风道42，所述风道42通过管道与散热风扇连接，所述散热风扇固定连接于所述喷头主体41的外周上，所述风道42的出风口指向所述喷头主体41的下方。通过该风道42的设计，能够有效控制喷头主体41挤出的耗材的温度以及冷却时间，确保整体打印的精度。
所述的一种3D打印机，可选的，所述风道42的内壁上设置有隔音结构，所述隔音结构包括第一吸音层43和隔声层，第一吸音层43包括凸起部431和凹陷部432，凹陷部432贴附在隔声层上，凸起部431与隔声层之间形成空气层45。该隔音结构通过第一吸音层43对声波进行第一次消声，然后利用第一吸音层43与隔声层之间所形成的空气层45进行第二次消声，相当于利用空气层45加大了吸音层的厚度，能够有效改善低频段辐射噪声吸收效果，同时能够节省第一吸音层43的材料用量，降低材料成本，减轻吸声材料的质量。隔音结构还包括第二吸音层，第二吸音层位于隔声层远离第一吸音层43的一侧，第二吸音层贴附于隔声层上。通过在隔声层的另一侧设置第二吸音层，能够进一步提高隔音结构对于噪声的吸收效果。优选地，第二吸音层为平板结构。在本实施例中，所述第一吸音层43为波浪形，也可以是锥台形。凸起部431可以采用圆锥台，也可以采用棱锥台，或者是圆柱等结构。
在本实施例中，由于凹陷部432为平整层，因此能够与隔声层之间形成更加良好的粘接结构，结合强度更高。
优选地，凸起部431呈矩形阵列排布。凸起部431也可以采用圆形阵列分布或者是辐射状分布，还可以采用其他的分布结构。
所述的一种3D打印机，可选的，所述风道42的进风口的截面大于所述风道42的出风口的截面。
综上所述,本发明提供了一种3D打印机，通过使用风道设计，能够有效精准的对所述喷头组件挤出的耗材进行控温，同时通过在风道中增加隔音结构，有效降低噪声，达到更好的隔音静音效果，而且通过使用平衡机构和负压腔的配合使用，能够更方便的完成具有斜度的结构，使得具有斜度的结构看起来更自然，从而减少打印时间。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (6)

1.一种3D打印机，其特征在于，包括框架、热床总成、移动总成、以及喷头组件，所述热床总成设置于所述框架中，所述移动总成固定连接于所述框架中，所述喷头组件滑动连接于所述移动总成上；其中，
所述热床总成，被构造成用于承托打印耗材并防止打印耗材由于温度变化过快而出现质量问题；
所述移动总成，被构造成用于带动所述喷头组件沿水平界面移动；
所述喷头组件，被构造成用于将打印耗材打印到所述热床总成上。
2.如权利要求1所述的一种3D打印机，其特征在于，所述热床主体中开有负压腔，所述热床主体的上表面上开有若干个通孔，所述负压腔通过所述通孔与外界连通。
3.如权利要求2所述的一种3D打印机，其特征在于，所述通孔包括外围通孔以及中心通孔，所述外围通孔设置于所述热床主体的上表面外周，所述中心通孔设置于所述热床主体的上表面中心。
4.如权利要求1所述的一种3D打印机，其特征在于，所述喷头组件包括喷头主体以及镜像设置于所述喷头主体两侧的风道，所述风道通过管道与散热风扇连接，所述散热风扇固定连接于所述喷头主体的外周上，所述风道的出风口指向所述喷头主体的下方。
5.如权利要求4所述的一种3D打印机，其特征在于，所述风道的内壁上设置有隔音结构，所述隔音结构包括第一吸音层和隔声层，第一吸音层包括凸起部和凹陷部，凹陷部贴附在隔声层上，凸起部与隔声层之间形成空气层。
6.如权利要求4所述的一种3D打印机，其特征在于，所述风道的进风口的截面大于所述风道的出风口的截面。
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