CN112475323A - 一种金属3d打印机成形缸系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及3D打印领域，涉及一种金属3D打印机成形缸系统，所述成形缸系统包括缸体、升降装置、导向装置和支撑装置；缸体的顶部与成型室的底部连接，且通过连接孔连通；升降装置、导向装置和支撑装置均设置在缸体内部；支撑装置设置在所述缸体内部的上端，导向装置设置在位于支撑装置下端的缸体内部的侧壁上，升降装置设置在导向装置上，并可沿着导向装置上下滑动，支撑装置与升降装置的一端连接。本发明的有益效果是，本发明的形缸系统具有支撑装置的刚度大，受刮刀冲击影响小，从而保证打印精度，延长滚珠丝杠的使用寿命；结构简单，成本低，装配效率高且一致性好，能保证基板四侧面与缸体间的缝隙的一致性。

Description

一种金属3D打印机成形缸系统

技术领域

本发明涉及3D打印领域，特别是涉及一种金属3D打印机成形缸系统。

背景技术

金属3D打印机在打印前需调节基板与缸体四周的间隙相等，而受实际加工影响，装配及调节过程繁琐，一致性和标准化程度低。

为提高打印精度，同样需要调节基板与刮刀的相对平行度，以减少打印过程中，刮刀对基板及所固连提升装置的冲击，但打印过程中刮刀又容易刮蹭基板上的成形件，从而冲击基板及提升装置，而现有提升装置多与基板下方板的中心连接，呈现中心支撑的形式，整体刚度不够，会造成打印精度的偏差。

发明内容

本发明公开了一种金属3D打印机成形缸系统，以解决现有技术的上述技术问题以及其他潜在问题中的任一问题。

为了解决上述技术问题，本法发明的技术方案是：一种金属3D打印机成形缸系统，所述成形缸系统包括缸体、升降装置、导向装置和支撑装置；

其中，所述缸体的顶部与成型室的底部连接，且通过连接孔连通；

所述升降装置、导向装置和支撑装置均设置在所述缸体内部；

所述支撑装置设置在所述缸体内部的上端，所述导向装置设置在位于所述支撑装置下端的所述缸体内部的侧壁上，所述升降装置设置在所述导向装置上，并可沿着所述导向装置上下滑动，所述支撑装置与所述升降装置的一端连接。

进一步，所述成形缸系统还包括限位装置；

所述限位装置包括标准光栅和光栅读数头，所述标准光栅安装在所述升降装置上，所述光栅读数头安装在所述导向装置上。

进一步，所述导向装置包括基座、导轨和滑块，

其中，所述基座固定于所述缸体的侧壁上，两排所述导轨平行固连于所述基座上，所述滑块设置在所述导轨上，且所述滑块能够沿着所述导轨上下滑动。

进一步，所述升降装置包括底座、升降电机、减速器、联轴器、滚珠丝杠、丝杠螺母、支架，下支座、上支座、下端盖、上端盖、角接触轴承和滚珠轴承；

其中，所述下支座、所述上支座分别与所述基座相连，所述下支座、所述上支座设有轴线相重合的圆柱孔，圆柱孔内分别安装有所述角接触轴承和所述滚珠轴承，分别支撑所述滚珠丝杠的两端，所述下端盖、所述上端盖分别与所述下支座、所述上支座相连，以对所述角接触轴承、所述滚珠轴承进行轴向定位；

所述底座固定在所述缸体的底部，所述减速器与所述底座相连，所述电机输出轴与所述减速器输入孔相连，所述减速器输出轴通过所述联轴器与所述滚珠丝杠相连，所述丝杠螺母与所述滚珠丝杠组成螺旋副，所述丝杠螺母与所述支架固连，在所述丝杠螺母带动下，所述支架能沿所述滚珠丝杠轴线移动。

进一步，所述支撑装置包括基板、密封板、加热板和调节板；

其中，所述基板、密封板和调节板依次由上到下层叠设置；

所述调节板的一端与所述支架固接，且所述调节板的中心位置设有通孔，所述加热板嵌入到所述通孔内，使所述加热板与所述密封板紧密接触。

进一步，所述调节板的四个角上分别设有第一长圆孔；位于2个所述第一长圆孔之间的所述密封板上均设有第二长圆孔，所述基板的四个角上以原点o为圆心的均设有弧形孔；

所述第一长圆孔的布置方向为横向布置，所述第二长圆孔的布置方向为数值布置，所述滚珠丝杠的轴线与所述基板的中心线重合，以实现所述基板的四周侧的侧边与所述缸体的内壁之间的间隙宽度均相等。

本发明还提供一种实现所述基板的四周侧的侧边与所述缸体的内壁之间的间隙宽度均相等的调节方法，具体包括以下步骤：

S1)先调节所述调节板上的第一长圆孔，使所述调节板x方向两个侧边距所述缸体内壁侧面间隙相同；

S2)再调节所述密封板上的第二长圆孔，使所述密封板y方向两个侧边距所述缸体内壁侧面间隙相同；

S3)最后调节所述基板上的弧形孔，改变所述基板绕z轴的扭转角度，使所述基板侧面与所述缸体内壁侧面平行。

进一步，所述缸体的顶部与成型室之间采用螺栓连接，且连接处设有密封结构，所述密封结构为密封条。

进一步，所述减速器为L型减速器。

一种金属3D打印机，所述金属3D打印机包括支撑框架、光路系统、粉末循环系统、冷却模块、成型室和成形缸系统，所述成形缸采用上述的成形缸系统。

本发明的有益效果为：由于采用上述技术方案，本发明的系统具有支撑装置的刚度大，受刮刀冲击影响小，从而保证打印精度，延长滚珠丝杠的使用寿命；结构简单，成本低，装配效率高且一致性好，能保证基板四侧面与缸体间的缝隙的一致性。

附图说明

图1为本发明一种金属3D打印机成形缸系统的整体剖视图；

图2为本发明一种金属3D打印机成形缸系统的下极限状态图；

图3为本发明一种金属3D打印机成形缸系统的上极限状态图；

图4为本发明一种金属3D打印机成形缸系统的支撑装置的爆炸图；

图5为本发明一种金属3D打印机成形缸系统的升降装置的剖视图。

图中：

1.缸体；2.升降装置；201.底座；202.电机；203.减速器；204.联轴器；205.滚珠丝杠；206.丝杠螺母；207.支架；208.下支座；209.角接触轴承；210.下端盖；211.上支座；212.滚珠轴承；213.上端盖；3.导向装置；31.基座；32.导轨；33.滑块；4.支撑装置；41.调节板；42.加热板；43.密封板；44.密封条；45.基板；46.通孔；411.第一长圆孔；431.第二长圆孔；451.弧形孔；5.限位装置；51.标准光栅；52.光栅读数头；6.成型室；7.连接孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。

如图1所示，本发明一种金属3D打印机成形缸系统，所述成形缸系统包括缸体1、升降装置2、导向装置3和支撑装置4；

其中，所述缸体1的顶部与成型室6的底部连接，且通过连接孔7连通；

所述成型室6底部的连接孔7与所述缸体1的内壁尺寸相同。

所述升降装置2、导向装置3和支撑装置4均设置在所述缸体1内部；

所述支撑装置4设置在所述缸体1内部的上端，所述导向装置3设置在位于所述支撑装置4下端的所述缸体1内部的侧壁上，所述升降装置2设置在所述导向装置3上，并可沿着所述导向装置3上下滑动，所述支撑装置2与所述升降装置3的一端连接，所述升降装置3上下运动时带动所述支撑装置2一起移动，

所述成形缸系统还包括限位装置5；

所述限位装置5包括标准光栅51和光栅读数头52，所述标准光栅51安装在所述升降装置2上，所述光栅读数头52安装在所述导向装置3上。

所述导向装置3包括基座31、导轨32和滑块33，

其中，所述基座31固定于所述缸体1的侧壁上，两排所述导轨32平行固连于所述基座31上，所述滑块33设置在所述导轨32上，且所述滑块33可沿着所述导轨32上下滑动。

所述升降装置2包括底座201、电机202、减速器203、联轴器204、滚珠丝杠205、丝杠螺母206、支架207，下支座208、上支座211、下端盖210、上端盖213、角接触轴承209和滚珠轴承213；

其中，所述下支座208和上支座211分别与所述基座31相连，所述下支座208和上支座211上均设有轴线相重合的圆柱孔，所述圆柱孔内分别安装有所述角接触轴承209和所述滚珠轴承213，分别支撑所述滚珠丝杠205的两端，所述下端盖210和上端盖213分别与所述下支座208和上支座211相连，以对所述角接触轴承209和滚珠轴承213进行轴向定位，如图5所示；

所述底座201固定在所述缸体1的底部，所述减速器203与所述底座201相连，所述电机202的输出轴与所述减速器203输入孔相连，所述减速器203输出轴通过所述联轴器204与所述滚珠丝杠205相连，所述丝杠螺母206与所述滚珠丝杠205组成螺旋副，所述丝杠螺母206与所述支架207固连，在所述丝杠螺母206带动下，所述支架207能沿所述滚珠丝杠205的轴线移动。

所述支撑装置包括基板45、密封板43、加热板42和调节板41；

其中，所述基板45、密封板43和调节板41依次由上到下层叠设置；

所述调节板41的一端与所述支架207固接，且所述调节板41的中心位置设有通孔46，所述加热板42嵌入到所述通过46内，使所述加热板42与所述密封板43紧密接触。(所述通孔46的截面与所述加热板42形状相同，且截面积是加热板42面积的1.1倍)

所述调节板41的四个角上分别设有第一长圆孔411；位于2个所述第一长圆孔411之间的所述密封板43上均设有第二长圆孔431，所述基板45的四个角上设有以原点o为圆心的弧形孔451，如图4所示；

所述第一长圆孔411与所述第二长圆孔431的布置方向相互垂直，所述滚珠丝杠205的轴线与所述基板45的中心点重合；

所述基板45的侧边与所述缸体的内壁的之间的间隙均相等。

本发明还提供一种调节所述基板45四个侧面与所述缸体1四个内壁的间隙均相等的方法，具体包括以下步骤：

S1)调节所述调节板41上的第一长圆孔411，使所述调节板41在x方向两个侧边距所述缸体1内壁侧面间隙相同；

S2)调节所述密封板43上的第二长圆孔431，使所述密封板43在y方向两个侧边距所述缸体1内壁侧面间隙相同；

S3)调节所述基板45上的弧形孔451，改变所述基板45绕z轴的扭转角度，使所述基板45侧面与所述缸体1内壁侧面平行。

所述缸体1的顶部与成型室6之间螺栓连接，且连接处采用螺栓连接设有密封结构，所述密封结构为密封垫。

所述减速器203为L型减速器。

一种金属3D打印机，所述金属3D打印机包括支撑框架、光路系统、粉末循环系统、冷却模块、成型室和成形缸系统，所述成形缸采用上述的成形缸系统。

实施例：

一种金属3D打印机成形缸系统，主要结构包括缸体1、升降装置2、导向装置3、支撑装置4和限位装置5，缸体1与成型室6上下相连，中间设有密封结构，连接方式可选为螺栓连接，密封结构可选为密封垫，成型室6底部通过连接孔与缸体1连通，方孔尺寸与缸体1的内壁尺寸相同。升降装置2设于缸体1内部，主要包括底座201、电机202、减速器203、联轴器204、滚珠丝杠205、丝杠螺母206和支架207，底座201呈“几”字形(图2所示)，固连于缸体1底部，减速器203与底座201上下相连，同时，为节省空间，减速器203选L形布局，电机202输出轴与减速器203输入孔相连，减速器203输出轴通过联轴器204与滚珠丝杠205相连，丝杠螺母206与滚珠丝杠205组成螺旋副，丝杠螺母206与支架207固连，支架207包括与丝杠螺母206相连的平板、与调节板41相连的平板、与丝杠螺母206相连的竖板，竖板与平板相互垂直。

启动电机202，经L型的减速器203、联轴器204、滚珠丝杠205传动，使丝杠螺母206上下移动，从而带动支架207沿滚珠丝杠205轴线上下移动，在进行滚珠丝杠205选型时，其重复定位精度需高于设备成形精度，其行程需大于设备成形高度。

升降装置2还包括下支座208、上支座211、下端盖210、上端盖213、角接触轴承209和滚珠轴承212，下支座208、上支座211的底面分别与基座31进行螺栓连接，并用定位销提高连接精度，下支座208、上支座211设有轴线相重合的圆柱孔，下支座208的圆柱孔内安装有角接触轴承209，以支撑滚珠丝杠205的下端，上支座211的圆柱孔内安装有滚珠轴承212，以支撑滚珠丝杠205的上端，下端盖210、上端盖213分别与下支座208、上支座211相连，以对角接触轴承209、滚珠轴承212进行轴向定位，同时起到密封的作用，避免异物或金属粉末的进入。

导向装置3包括基座31、导轨32和滑块33，基座31固定于缸体1的内侧面，基座31的底面为平面，上表面设有阶梯面，其中与导轨32相连的面加工精度选6级，两排导轨32平行固连于基座31上，其中导轨32的行程需大于滚珠丝杠205的行程，导轨32和滑块33组成移动副，滑块33与支架207固连，以对支架207的移动起到导向作用及支撑作用，如图3所示。

现有设备以电动缸作为驱动设备，电动缸输出轴末端与支撑装置4中心点相连，在打印过程中，当受到刮刀横向外力时，其刚度差，基板45易摆动及发生倾斜，从而造成打印中断和成形误差，受冲击影响，电动缸使用寿命会降低。而在本发明中，通过支架207及导向装置3的支撑，支撑装置4的刚度高，基板45在受刮刀横向外力时，能将作用力传递到支架207上，支架207再通过导向装置3将作用力释放，既不会产生倾斜或摆动，也不会对滚动丝杠产生冲击。

滚珠丝杠205的轴线与基板45中心点重合，并改变零件尺寸或材料，使支架207与支撑装置4所组成部件的重心与滚珠丝杠205的轴线重合，即避免使滚珠丝杠205受到悬臂力作用。

支撑装置4包括调节板41、密封板43和基板45，调节板41与支架207进行螺栓连接，调节板41上方与密封板43进行螺栓连接，密封板43上方与基板45进行螺栓连接，密封板43与基板45截面尺寸相等，支架207与调节板41中心设有方形槽，位于方形槽中的加热板42与密封板43的下表面相连，加热板42产生热量，通过密封板43使基板45达到指定温度。密封板43四个侧面设有截面相同的梯形槽，密封条44截面也为梯形槽，密封条44外形尺寸大于密封板43外形尺寸，密封板43通过密封条44与缸体1内壁无缝隙相连。

由于加工及装配误差，需要设置调节孔来调节顶层基板45四个侧面与缸体1内部四个面的间隙值，优选地，基板45四个角上设有以原点o为圆心的弧形孔451，从而调节顶层基板45绕z轴的扭转角度，调节范围为±2°；调节板41上四个角设有第一长圆孔411，方向沿x方向，从而调节顶层基板45沿x方向的间隙，调节范围为±2mm；密封板43上四边中间点设有第二长圆孔431，方向沿y方向，从而调节顶层基板45沿y方向的间隙，调节范围为±2mm，最终使基板45四个侧面与缸体1四个内壁的间隙均相等。

本发明还设有限位装置5，包括标准光栅51和光栅读数头52，其中标准光栅51固定于支架207上，光栅读数头52与基座31固连，利用限位装置5来监测基板45的升降量，并将信号反馈到控制系统。

本发明的使用过程如下：

首先安装支架207，再安装其它板，基板的安装及调节过程为：S1、调节调节板41上的第一长圆孔411，使调节板41沿x方向两个侧边距离缸体1内侧面的间隙相同，完成调节板41的安装；S2、调节密封板43上的第二长圆孔431，使密封板43沿y方向两个侧边距离缸体1内侧面的间隙相同，完成密封板43的安装；S3、调节基板45上弧形孔451，改变基板45绕z轴的扭转角度，最终使基板45四个侧面与缸体1四个内侧面相互平行，完成基板45的安装。进行上下移动，进行极限位置处、中间位置处间隙值的多次测量，若间隙值不满足要求，再次重复S1～S3的操作，使基板45四个侧面与缸体1四个内侧面的间隙均相等；

在控制系统中设定加热板42的加热温度及功率，并达到设定温度后；

开启电机202，通过减速器203、联轴器204、滚珠丝杠205、支架207传动，使支撑装置4上下移动，由导向装置3进行导向，由限位装置5进行监测及信号反馈。

以上是本申请的优选实施方式，不以此限定本发明的保护范围，应当指出，对于该技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种金属3D打印机成形缸系统，其特征在于，所述成形缸系统包括缸体、升降装置、导向装置和支撑装置；

其中，所述缸体的顶部与成型室的底部连接，且通过连接孔连通；

所述升降装置、导向装置和支撑装置均设置在所述缸体内部；

所述支撑装置设置在所述缸体内部的上端，所述导向装置设置在位于所述支撑装置下端的所述缸体内部的侧壁上，所述升降装置设置在所述导向装置上，并可沿着所述导向装置上下滑动，所述支撑装置与所述升降装置的一端连接。

2.根据权利要求1所述的金属3D打印机成形缸系统，其特征在于，所述成形缸系统还包括限位装置；

所述限位装置包括标准光栅和光栅读数头，所述标准光栅安装在所述升降装置上，所述光栅读数头安装在所述导向装置上。

3.根据权利要求1所述的金属3D打印机成形缸系统，其特征在于，所述导向装置包括基座、导轨和滑块，

其中，所述基座固定于所述缸体的侧壁上，两排所述导轨平行固连于所述基座上，所述滑块设置在所述导轨上，且所述滑块能够沿着所述导轨上下滑动。

4.根据权利要求3所述的金属3D打印机成形缸系统，其特征在于，所述升降装置包括底座、升降电机、减速器、联轴器、滚珠丝杠、丝杠螺母、支架，下支座、上支座、下端盖、上端盖、角接触轴承和滚珠轴承；

其中，所述下支座、所述上支座分别与所述基座相连，所述下支座、所述上支座设有轴线相重合的圆柱孔，圆柱孔内分别安装有所述角接触轴承和所述滚珠轴承，分别支撑所述滚珠丝杠的两端，所述下端盖、所述上端盖分别与所述下支座、所述上支座相连，以对所述角接触轴承、所述滚珠轴承进行轴向定位；

所述底座固定在所述缸体的底部，所述减速器与所述底座相连，所述电机输出轴与所述减速器输入孔相连，所述减速器输出轴通过所述联轴器与所述滚珠丝杠相连，所述丝杠螺母与所述滚珠丝杠组成螺旋副，所述丝杠螺母与所述支架固连，在所述丝杠螺母带动下，所述支架能沿所述滚珠丝杠轴线移动。

5.根据权利要求4所述的金属3D打印机成形缸系统，其特征在于，所述支撑装置包括基板、密封板、加热板和调节板；

其中，所述基板、密封板和调节板依次由上到下层叠设置；

所述调节板的一端与所述支架固接，且所述调节板的中心位置设有通孔，所述加热板嵌入到所述通孔内，使所述加热板与所述密封板紧密接触。

6.根据权利要求5所述的金属3D打印机成形缸系统，其特征在于，所述调节板的四个角上分别设有第一长圆孔；位于2个所述第一长圆孔之间的所述密封板上均设有第二长圆孔，所述基板的四个角上以原点o为圆心的均设有弧形孔；

所述第一长圆孔的布置方向为横向布置，所述第二长圆孔的布置方向为数值布置，所述滚珠丝杠的轴线与所述基板的中心线重合，以实现所述基板的四周侧的侧边与所述缸体的内壁之间的间隙宽度均相等。

7.一种实现如权利要求6所述的金属3D打印机成形缸系统的基板的四周侧的侧边与所述缸体的内壁之间的间隙宽度均相等的调节方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：

S1)先调节所述调节板上的第一长圆孔，使所述调节板x方向两个侧边距所述缸体内壁侧面间隙相同；

S2)再调节所述密封板上的第二长圆孔，使所述密封板y方向两个侧边距所述缸体内壁侧面间隙相同；

S3)最后调节所述基板上的弧形孔，改变所述基板绕z轴的扭转角度，使所述基板侧面与所述缸体内壁侧面平行。

8.根据权利要求1所述的金属3D打印机成形缸系统，其特征在于，所述缸体的顶部与成型室之间采用螺栓连接，且连接处设有密封结构，所述密封结构为密封条。

9.根据权利要求1所述的金属3D打印机成形缸系统，其特征在于，所述减速器为L型减速器。

10.一种金属3D打印机，所述金属3D打印机包括支撑框架、光路系统、粉末循环系统、冷却模块、成型室和成形缸系统，其特征在于，所述成形缸采用如权利要求1-7所述任一项所述的成形缸系统。

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