CN117922001A - 一种无限打印装置及其打印方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种无限打印装置及其打印方法，装置包括机构机架、三轴传动机构、喷头模组和皮带传动机构，喷头安装在与水平面呈45度的安装于Z轴滑台上的喷头支撑架上，喷头的角度可调范围为0°至90°之间，打印方法包括如下的步骤：三维绘图、选择打印角度、切片处理、数控代码后处理及工件打印。本发明一种无限打印装置及其打印方法通过采用特殊的结构设计和数控代码处理方式，能够实现对长度超过打印台的立体工件进行无限打印，提高了打印效率和打印范围。通过使用步进电机和滚珠丝杠等传动机构结合本发明中特殊的打印方法，能够实现可变角度的打印，并且操作简单、易于掌握。本发明的无限打印装置和打印方法在工业和个人DIY领域都具有广泛应用前景。
Description
技术领域
本发明属于3D打印机领域。
背景技术
3D打印技术是一种利用数字模型文件，通过逐层叠加的方式，将材料打印成实体的技术。3D打印技术具有制造周期短、成本低、设计灵活、个性化定制等优点，广泛应用于工业、医疗、教育、艺术等领域。3D打印技术的核心是3D打印机，它是一种根据物体的三维模型数据，通过成型设备以逐层叠加的方式制造实体的设备。
无限打印是指在打印过程中，根据打印物体的长度，动态调整打印平台的移动距离，以突破打印范围的限制，实现任意长度的打印。变角度打印是指在打印过程中，根据打印物体的形状和结构，动态调整打印头的倾斜角度，以减少或消除支撑结构的使用，提高打印效率和质量。
目前，已有专利提出了实现变角度打印和无限打印的方案，但是方案存在一些不足。例如，公开号为CN112297420A的专利提出了一种3D打印机，其结构为三棱柱结构，通过设置加入皮带轴和可旋转角度的喷头组件，可以实现无限打印和变角度打印。但是，该专利的不足之处在于：三棱柱结构的打印精度较低，容易产生误差和偏差；而且三棱柱结构占体积较大；变角度喷头组件在控制方面有一定难度等等。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以变角度打印的无限打印装置和对应的打印方法，能够有效解决上述问题，适应不同的切片角度来打印复杂形状的物体且可以实现无限打印来更好地完成批量打印任务。
本发明提供的技术方案如下：一种无限打印装置，具体是一种用于打印立体工件的装置，装置包括机构机架、三轴传动机构、喷头模组和皮带传动机构，所述机构机架为由铝型材和连接板组合而成，用于支撑上方其他运动机构；所述三轴传动机构由X轴、Y轴和喷头所在的Z轴组成，传动机构通过滚珠丝杠进行直线传动，驱动电机为步进电机；喷头具有三个方向的自由度，喷头安装在与水平面呈45度的安装于Z轴滑台上的喷头支撑架上，采用45度的安装方式可以使得喷头打印时与模型尽量不产生干涉；Z轴传动机构安装于Y轴滑台上，Y轴传动机构安装于X轴滑台上；皮带传动机构和X轴传动机构安装于机架上；喷头能够在其中两轴(X轴和Z轴)的运动速度不同的情况下旋转，从而实现喷头角度可调的功能；喷头的角度可调范围为0°至90°之间，以满足不同打印需求。所述皮带传动机构的皮带安装在机架上，位于喷头下方并保持水平，驱动电机输出端与橡胶辊相连，传动皮带与橡胶辊相连。
本发明还涉及一种无限打印方法，适用于一无限打印装置进行一长度超过打印台的立体工件的打印，包括以下步骤：第一步，三维绘图，采用三维绘图软件对要打印的模型建模；第二步，选择打印角度，通过改变X轴和Z轴的速度比例可以改变喷头移动轨迹所组成的平面相对于水平面的角度，即可以选择喷头打印角度θ；第三步，切片处理，模型需要在切片软件中以第二步中确定的打印角度与打印平面相对摆放，使得与底面接触的边在打印范围内即可，与水平面呈打印角度的方向即为打印时皮带轴的方向；在切片软件中将打印层高除以sinθ后对模型进行切片处理得到初步打印数控代码；第四步，数控代码后处理，将初步打印数控代码放入使用python语言编辑的脚本的文件夹中，运行脚本，将自动生成处理后的打印数控代码；第五步，工件打印，三轴传动机构和皮带轴按照处理后的数控代码运动完成工件的打印，具体过程如下：用三轴传动机构提供三维运动打印一层之后通过传动皮带将打印好的部分沿轴向移动一层距离；循环执行以上步骤以进行无限打印。
本发明的无限打印装置和打印方法通过采用特殊的结构设计和数控代码处理方式，能够实现对长度超过打印台的立体工件进行无限打印，提高了打印效率和打印范围。同时，通过使用步进电机和滚珠丝杠等传动机构结合本发明中特殊的打印方法，能够实现可变角度的打印，并且操作简单、易于掌握。本发明的无限打印装置和打印方法在工业和个人DIY领域都具有广泛应用前景。
附图说明
图1是本申请提出的一种无限打印装置总体结构轴测图；
图2是本申请提出的一种无限打印装置的另一幅轴测图，视角由图1转动180度；
图3是本申请提出的一种无限打印装置的另一幅轴测图，视角由图2顺时针旋转90度；
图4是本申请提出的一种无限打印方法流程图；
图5是本申请提出的一种无限打印方法中一实施例的切片软件中模型摆放姿态图；
图6是本申请提出的一种无限打印方法中一实施例的坐标转换原理图。
图中标记：1-机构机架，2-Y轴，3-Z轴，4-X轴，5-皮带；201-Y轴电机，202-Y轴电机联轴器，203-Y轴电机座，204-Y轴滑轨缓冲胶圈，205-Y轴支撑机架，206-Y轴丝杠，207-Z轴电机支架，208-Y轴滑轨，209-Y轴远端限位挡片，210-Y轴远端光电限位开关，211-Y轴近端光电限位开关，212-Y轴近端限位挡片，213-Y轴滑块；301-Z轴电机，302-Z轴同步轮，303-Z轴同步带，304-Z轴丝杠同步轮，305-Z轴丝杆，306-Z轴滑台，307-Z轴近端光电限位开关，308-Z轴远端光电限位开关，309-Z轴限位挡片，310-喷头支撑架，311-喷头，312-Z轴滑轨，313-Z轴滑块，314-Z轴电机座，315-Z轴支撑机架；401-X轴电机，402-X轴电机联轴器，403-X轴电机座，404-X轴丝杠，405-X轴轴承支座，406-X轴远端限位挡片，407-X轴远端光电限位开关，408-X轴滑块，409-X轴移动支撑机架，410-X轴近端光电限位开关，411-X轴近端限位挡片，412-X轴支撑机架，413-X轴滑轨，414-X轴滑轨缓冲胶圈。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
以下对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，实际的实施方式并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明提出一种无限打印装置，即公开了一种3D打印机，能够用于多个领域，具有广泛的应用前景，包括有机构机架1、Y轴2、Z轴3、X轴4和皮带5。
如图1所示，所述的机构机架1位于整体架构的下方，起到支撑作用，各轴都架在机架1上以实现稳定运动。
在一个优选的实施例当中，如图1所示，Y轴电机201与通过紧固件与Y轴电机座203连接，Y轴电机座203安装在Y轴支撑机架205上。Y轴滑块213与Y轴滑轨208连接，Z轴电机支架207安装在Y轴滑块213上。Y轴电机201与Y轴丝杠206通过Y轴电机联轴器202连接，从而驱动Z轴电机支架207沿Y轴滑轨208移动。
Y轴的行程控制由安装在Y轴支撑机架205上的Y轴远端限位挡片209、Y轴近端限位挡片212和Y轴滑轨缓冲胶圈204以及安装在Z轴电机支架207上的Y轴远端光电限位开关210、Y轴近端光电限位开关211实现。
X轴电机401与通过紧固件与X轴电机座403连接，X轴电机座403安装在X轴支撑机架412上。X轴滑块408与X轴滑轨413连接，X轴移动支撑支架409安装在X轴滑块408上。X轴电机401与X轴丝杠404通过X轴电机联轴器402连接，通过安装在Y轴支撑机架上的X轴轴承支座405，驱动Y轴和Z轴部分沿X轴滑轨405移动。
X轴的行程控制由安装在X轴移动支撑机架409上的X轴远端限位挡片406、X轴近端限位挡片411和X轴滑轨缓冲胶圈414以及安装在机架1上的X轴远端光电限位开关407、X轴近端光电限位开关410实现。
如图2所示，Z轴电机301与通过紧固件与Z轴电机座314连接，Z轴电机座314安装在Z轴支撑机架315上。Z轴滑块313与Z轴滑轨312连接，Z轴滑台306安装在Z轴滑块313上，喷头311呈45度安装在喷头支撑架310上，喷头支撑架310通过紧固件固定在Z轴滑台306上，喷头支撑架使得喷头与水平面呈45度。Z轴电机301与Z轴丝杠305通过Z轴同步轮302，Z轴同步带303，Z轴丝杠同步轮304组成的传动机构连接，从而驱动Z轴滑台306沿Z轴滑轨312移动。
Z轴的行程控制由安装在Z轴移动支撑机架315上的Z轴近端光电限位开关307、Z轴远端光电限位开关308和安装在Z轴滑台306上的Z轴限位挡片实现。
皮带5作为可移动的打印平台，由电机驱动(图中未标注)，由于其循环运输的特性，无需限位开关。
如图4所示，本实施例的无限打印装置的工作过程如下：
第一步，三维绘图，采用商业化三维绘图软件对要打印的模型建模；
第二步，选择打印角度，通过改变X轴和Z轴的速度比例可以改变喷头移动轨迹所组成的平面相对于水平面的角度，即可以选择喷头打印角度θ，在本实施例中选取θ＝45°。
第三步，切片处理，模型需要在切片软件中以步骤b中确定的打印角度与打印平面相对摆放，使得与底面接触的边在打印范围内即可，与水平面呈打印角度的方向即为打印时皮带轴的方向。在切片软件中将打印层高除以sin45°后对模型进行切片处理得到初步打印数控代码。
第四步，控代码后处理，将初步打印数控代码放入使用python语言编辑的脚本的文件夹中，运行脚本，将自动生成处理后的打印数控代码。
第五步，工件打印，三轴传动机构和皮带轴按照处理后的数控代码运动完成工件的打印，具体过程如下：用三轴传动机构提供三维运动打印一层之后通过传动皮带将打印好的部分沿轴向移动一层距离；循环执行以上步骤以进行无限打印。
如图6所示，在本实施例中：以打印角度θ＝45°为例，在切片软件中倾斜45°摆放长方体，切片软件中的层1和层2之间，ΔZ是从层1到层2切片软件中的层高，ΔX1是无限打印装置中从层1到层2皮带轴方向的层高，ΔX是从层1到层2中喷头在X方向的位移变化量，ΔZ1是无限打印装置中对应Z方向的位移，因为无限打印装置中X轴和Z轴的电机接在同一个驱动上，这样两个轴同步移动打出的轨迹将是与喷头垂直的面，相当于两轴位移合成一个方向的位移，所以即上述工作过程中，第三步和第四步中对位移的处理方式——将层高除sin 45°以且将X轴位移量乘以sin 45°。
综上所述，本实施例的无限打印装置及打印方法，本发明的无限打印装置和打印方法通过采用特殊的结构设计和数控代码处理方式，能够实现对长度超过打印台的立体工件进行无限打印，提高了打印效率和打印范围。同时，通过使用步进电机和滚珠丝杠等传动机构，能够完成高精度和高速度且能够改变打印角度的打印工作，并且操作简单，易于掌握，制作成本低，也便于维护。本发明的无限打印装置和打印方法在工业和个人DIY领域都具有广泛应用前景。
Claims (3)
1.一种无限打印装置，其特征在于：包括机构机架、三轴传动机构、喷头模组和皮带传动机构，所述机构机架为由铝型材和连接板组合而成，用于支撑上方其他运动机构；所述三轴传动机构由X轴、Y轴和喷头所在的Z轴组成，传动机构通过滚珠丝杠进行直线传动，驱动电机为步进电机；喷头具有三个方向的自由度，喷头安装在与水平面呈45度的安装于Z轴滑台上的喷头支撑架上，采用45度的安装方式可以使得喷头打印时与模型尽量不产生干涉；Z轴传动机构安装于Y轴滑台上，Y轴传动机构安装于X轴滑台上；皮带传动机构和X轴传动机构安装于机架上；喷头能够在其中X轴和Z轴的运动速度不同的情况下旋转，从而实现喷头角度可调的功能；喷头的角度可调范围为0°至90°之间，所述皮带传动机构的皮带安装在机架上，位于喷头下方并保持水平，驱动电机输出端与橡胶辊相连，传动皮带与橡胶辊相连。
2.根据权利要求1所述的一种无限打印装置，其特征在于：Y轴电机通过紧固件与Y轴电机座连接，Y轴电机座安装在Y轴支撑机架上，Y轴滑块与Y轴滑轨连接，Z轴电机支架安装在Y轴滑块上，Y轴电机与Y轴丝杠通过Y轴电机联轴器连接，从而驱动Z轴电机支架沿Y轴滑轨移动，Y轴的行程控制由安装在Y轴支撑机架上的Y轴远端限位挡片、Y轴近端限位挡片和Y轴滑轨缓冲胶圈以及安装在Z轴电机支架上的Y轴远端光电限位开关、Y轴近端光电限位开关实现；X轴电机与通过紧固件与X轴电机座连接，X轴电机座安装在X轴支撑机架上，X轴滑块与X轴滑轨连接，X轴移动支撑支架安装在X轴滑块上，X轴电机与X轴丝杠通过X轴电机联轴器连接，通过安装在Y轴支撑机架上的X轴轴承支座，驱动Y轴和Z轴部分沿X轴滑轨移动，X轴的行程控制由安装在X轴移动支撑机架上的X轴远端限位挡片、X轴近端限位挡片和X轴滑轨缓冲胶圈以及安装在机架上的X轴远端光电限位开关、X轴近端光电限位开关实现；Z轴电机与通过紧固件与Z轴电机座连接，Z轴电机座安装在Z轴支撑机架上，Z轴滑块与Z轴滑轨连接，Z轴滑台安装在Z轴滑块上，喷头呈45度安装在喷头支撑架上，喷头支撑架通过紧固件固定在Z轴滑台上，喷头支撑架使得喷头与水平面呈45度，Z轴电机与Z轴丝杠通过Z轴同步轮，Z轴同步带，Z轴丝杠同步轮组成的传动机构连接，从而驱动Z轴滑台沿Z轴滑轨移动，Z轴的行程控制由安装在Z轴移动支撑机架上的Z轴近端光电限位开关、Z轴远端光电限位开关和安装在Z轴滑台上的Z轴限位挡片实现。
3.一种无限打印方法，采用权利要求1所述的一种无限打印装置，其特征在于包括以下步骤：第一步，三维绘图，采用三维绘图软件对要打印的模型建模；第二步，选择打印角度，通过改变X轴和Z轴的速度比例改变喷头移动轨迹所组成的平面相对于水平面的角度，选择喷头打印角度θ；第三步，切片处理，模型需要在切片软件中以第二步中确定的打印角度与打印平面相对摆放，使得与底面接触的边在打印范围内，与水平面呈打印角度的方向为打印时皮带轴的方向；在切片软件中将打印层高除以sinθ后对模型进行切片处理得到初步打印数控代码；第四步，数控代码后处理，将初步打印数控代码放入使用python语言编辑的脚本的文件夹中，运行脚本，将自动生成处理后的打印数控代码；第五步，工件打印，三轴传动机构和皮带轴按照处理后的数控代码运动完成工件的打印，用三轴传动机构提供三维运动打印一层之后通过传动皮带将打印好的部分沿轴向移动一层距离；循环执行以上步骤以进行无限打印。
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