CN204712464U - 五自由度快速成型加工装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种五自由度快速成型加工装置，包括框架（1）、框架（1）顶部的材料盘（3）、设置在框架（1）正前方底部的操作板（6）和屏幕（7）以及控制板（8）；它还包括沿X轴以及Z轴自由移动的二自由度喷头组件（2）、夹持装置（4）以及沿Y轴自由移动、绕Z轴自由转动以及绕A轴自由转动的三自由度平台组件（5）；本实用新型可以消除“台阶效应”，提高打印斜面的表面质量；对于圆截面零件的加工效率高；可以在球形平台上进行加工，空间利用率好。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种快速成型装置，具体是一种五自由度快速成型加工装置，属于快速成型制造技术领域。
背景技术
熔融沉积具有维护成本低，安全可靠、无废料等优点，被广泛应用于产品开发、快速模具制作、医疗器械的设计开发及人体器官的原型制作，代表着快速成型制造技术的一个重要发展方向。
市面上现有三维快速成型机的平台通常只有三个自由度，通过平台相对于打印喷头X、Y、Z轴三个方向的移动熔融沉积出所需零件。该种快速成型机有两个明显的缺点：一方面平台相对于喷头只能移动，加工效率低；另一方面，在制作有斜面的零件时，由于切片厚度的存在，在成型后的实体表面会出现“台阶效应”，严重影响产品的表面精度。
目前解决这个问题大多采用自适应分层方法，根据成形零件表面的曲率和斜率来自动调整切片厚度，从而得到高品质的光滑表面。利用自适应分层，可以使得“台阶效应”变弱，但使其层数增多，成型时间增加；并且不能完全消除“台阶效应”，对于表面精度要求很高的零件，在零件打印完成后，还需要后期处理，这无疑增加了加工的成本和时间。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本实用新型提供一种五自由度快速成型加工装置，不仅能够消除“台阶效应”、加工表面质量良好的斜面，同时还能大大提高圆截面零件的加工效率。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种五自由度快速成型加工装置，包括框架、框架顶部的材料盘、设置在框架正前方底部的操作板和屏幕以及控制板；
它还包括可沿X轴和Z轴自由移动的二自由度喷头组件；
所述的二自由度喷头组件包括Z轴电机支架和Z轴丝杠支架，二者之间的滚珠丝杠通过联轴器一与丝杠电机连接；直线滑轨与框架通过螺栓连接，直线滑块与X轴Y轴链接块螺栓连接、X轴Y轴链接块以X轴方向上的支撑光轴支撑，支撑光轴之间设有同步带一，其中，喷头与同步带一连接，X轴移动电机通过同步带一带动喷头沿X轴移动；
还包括夹持装置，包括固定在可旋转支撑上的齿条保持架，小电机通过螺栓固接在齿条保持架上，小电机依次与小齿轮、两根齿条配合，齿条通过螺栓分别与两个夹持箭头连接；小电机通过小齿轮、齿条传动带动两个夹持箭头相对移动；
还包括可沿Y轴自由移动、绕Z轴自由转动以及绕A轴自由转动的三自由度平台组件；其包括Y轴移动装置、Z轴旋转装置及A轴倾斜装置；
所述的Y轴移动装置包括设置在Y轴支架上的Y轴支撑光轴和可沿Y轴移动的下板，Y轴光轴滑块固定在下板上且可沿Y轴支撑光轴移动，下板通过下板同步带连接块与同步带二连接，Y轴电机支架上固定的Y轴电机通过同步带二带动下板沿Y轴移动；
所述的Z轴旋转装置包括可绕Z轴旋转的中间板以及嵌入下板中心的推力轴承；下板轴一端嵌入推力轴承，另一端与大带轮通过螺栓连接，大带轮与中间板通过螺栓连接，Z轴旋转电机固定在下板上，Z轴旋转电机输出端与小带轮键连接，通过同步带三带动中间板绕Z轴旋转；
所述的A轴倾斜装置包括可绕A轴倾斜的上板以及与中间板螺栓连接的倾斜电机固定座；倾斜电机输出端通过联轴器二与传递扭矩轴连接，支撑与中间板螺栓连接，可旋转支撑与上板螺栓连接，倾斜电机通过传递扭矩轴带动上板倾斜。
所述的A轴倾斜装置中的A轴为面XOY内的任意轴。
所述的框架的顶板、前板及侧板均嵌入透明的有机玻璃。
所述的可绕Z轴旋转的中间板形状为圆形。
所述的可绕A轴倾斜的上板形状为圆形。
与现有的三自由度快速成型机相比，本实用新型的喷头相对于加热平台具有沿X轴和Y轴以及Z轴的自由移动、绕Z轴的自由转动以及绕A轴的自由转动共计五个自由度，可实现五自由度快速成型，可以在铺设斜面时旋转倾斜加热平台，使喷头与平台垂直，以消除“台阶效应”，得到表面质量较好的斜面零件；还能在铺设圆截面零件时，选择最佳铺设方式，大大提高铺设效率；本实用新型还能在球形平台上进行铺设。
附图说明
图1为本实用新型的总体结构图；
图2为本实用新型的二自由度喷头组件结构视图；
图3为本实用新型的夹持装置示意图；
图4为本实用新型的三自由度平台组件的Y轴移动装置结构示意图；
图5为本实用新型的三自由度平台组件的Z轴旋转装置结构示意图；
图6为本实用新型的三自由度平台组件的A轴倾斜装置结构示意图；
图7为本实用新型中五自由度坐标原理图。
图中：1、框架，2、二自由度喷头组件，2.1、Z轴电机支架，2.2、丝杠电机，2.3、联轴器一，2.4、滚珠丝杠，2.5、直线滑轨，2.6、直线滑块，2.7、X轴Y轴链接块，2.8、Z轴丝杠支架，2.9、同步带一，2.10、喷头，2.11、支撑光轴，2.12、X轴移动电机，3、材料盘，4、夹持装置，4.1、小电机，4.2、齿条保持架，4.3、齿条，4.4、小齿轮，4.5、夹持箭头，5、三自由度平台组件，5.1、Y轴支架，5.2、Y轴支撑光轴，5.3、Y轴光轴滑块，5.4、下板，5.5、下板同步带连接块，5.6、同步带二，5.7、Y轴电机支架，5.8、Y轴电机，5.9、Z轴旋转电机，5.10、推力轴承，5.11、下板轴，5.12、大带轮，5.13、中间板，5.14、同步带三，5.15、小带轮，5.16、倾斜电机固定座，5.17、倾斜电机，5.18、联轴器二、5.19、可旋转支撑，5.20、上板，5.21、传递扭矩轴，5.22、支撑，6、操作板，7、屏幕，8、控制板。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
如图1所示，一种五自由度快速成型加工装置，包括框架1、框架1顶部的材料盘3、设置在框架1正前方底部的操作板6和屏幕7以及控制板8；所述的框架1的顶板、前板及侧板均嵌入透明的有机玻璃，一方面可以保持恒温，利于工件成型，另一方面便于观察；
如图2所示，它还包括可沿X轴以及Z轴自由移动的二自由度喷头组件2；
所述的二自由度喷头组件2包括Z轴电机支架2.1和Z轴丝杠支架2.8，二者之间的滚珠丝杠2.4通过联轴器一2.3与丝杠电机2.2连接；直线滑轨2.5与框架1通过螺栓连接，直线滑块2.6与X轴Y轴链接块2.7螺栓连接、X轴Y轴链接块2.7以X轴方向上的支撑光轴2.11支撑，支撑光轴2.11之间设有同步带一2.9，其中，喷头2.10与同步带一2.9连接，X轴移动电机2.12通过同步带一2.9带动喷头2.10沿X轴移动；即二自由度喷头组件2可在X轴和Z轴自由移动；
如图3所示：还包括夹持装置4，包括固定在可旋转支撑5.19上的齿条保持架4.2，小电机4.1通过螺栓固接在齿条保持架4.2上，小电机4.1依次与小齿轮4.4、两根齿条4.3配合，齿条4.3通过螺栓分别与两个夹持箭头4.5连接；小电机4.1通过小齿轮4.4、齿条4.3传动带动两个夹持箭头4.5相对移动；从而带动箭头4.5相对移动，实现夹紧松开功能；
还包括可沿Y轴自由移动、绕Z轴自由转动以及绕A轴自由转动的三自由度平台组件5；其包括Y轴移动装置、Z轴旋转装置及A轴倾斜装置；
如图4所示：所述的Y轴移动装置包括设置在Y轴支架5.1上的Y轴支撑光轴5.2和可沿Y轴移动的下板5.4，Y轴光轴滑块5.3固定在下板5.4上且可沿Y轴支撑光轴5.2移动，下板5.4通过下板同步带连接块5.5与同步带二5.6连接，Y轴电机支架5.7上固定的Y轴电机5.8通过同步带二5.6带动下板5.4沿Y轴移动；
如图5所示：所述的Z轴旋转装置包括可绕Z轴旋转的中间板5.13以及嵌入下板5.4中心的推力轴承5.10；下板轴5.11一端嵌入推力轴承5.10，另一端与大带轮5.12通过螺栓连接，大带轮5.12与中间板5.13通过螺栓连接，Z轴旋转电机5.9固定在下板5.4上，Z轴旋转电机5.9输出端与小带轮5.15键连接，通过同步带三5.14带动中间板5.13绕Z轴旋转；
如图6所示：所述的A轴倾斜装置包括可绕A轴倾斜的上板5.20以及与中间板5.13螺栓连接的倾斜电机固定座5.16；倾斜电机5.17输出端通过联轴器二5.18与传递扭矩轴5.21连接，支撑5.22与中间板5.13螺栓连接，可旋转支撑5.19与上板5.20螺栓连接，倾斜电机5.17通过传递扭矩轴5.21带动上板5.20倾斜。
如图7所示：所述的A轴倾斜装置中的A轴为面XOY内的任意轴。
所述的可绕Z轴旋转的中间板5.13和可绕A轴倾斜的上板5.20形状为圆形，便于旋转。
工作过程：
计算机软件读取模型的STL文件，生成模型骨架图，并将其分为平台5.20未倾斜时垂直于喷头2.10的主体部分和不垂直于喷头2.10的支架部分。
首先进行主体部分的打印，并实时检测是否有支架出现，当出现支架时，微机控制平台5.20进行一定角度的旋转和倾斜，使支架成型面与喷头2.10垂直，再进行支架部分的打印。支架部分打印完成后，进行反向变换，继续打印主体部分，直至将整个零件熔融堆积成型。
综上所述：本实用新型的喷头2.10相对于加热平台5.20具有沿X轴和Y轴以及Z轴的自由移动、绕Z轴的自由转动以及绕A轴的自由转动共计五个自由度，可实现五自由度快速成型，可以在铺设斜面时旋转倾斜加热平台5.20，使喷头2.10与平台5.20垂直，以消除“台阶效应”，得到表面质量较好的斜面零件；还能在铺设圆截面零件时，选择最佳铺设方式，大大提高铺设效率；本实用新型还能在球形平台上进行铺设。
Claims (5)
1.一种五自由度快速成型加工装置，包括框架（1）、框架（1）顶部的材料盘（3）、设置在框架（1）正前方底部的操作板（6）和屏幕（7）以及控制板（8）；
其特征在于，它还包括可沿X轴以及Z轴自由移动的二自由度喷头组件（2）；
所述的二自由度喷头组件（2）包括Z轴电机支架（2.1）和Z轴丝杠支架（2.8），二者之间的滚珠丝杠（2.4）通过联轴器一（2.3）与丝杠电机（2.2）连接；直线滑轨（2.5）与框架（1）通过螺栓连接，直线滑块（2.6）与X轴Y轴链接块（2.7）螺栓连接、X轴Y轴链接块（2.7）以X轴方向上的支撑光轴（2.11）支撑，支撑光轴（2.11）之间设有同步带一（2.9），其中，喷头（2.10）与同步带一（2.9）连接，X轴移动电机（2.12）通过同步带一（2.9）带动喷头（2.10）沿X轴移动；
还包括夹持装置（4），包括固定在可旋转支撑（5.19）上的齿条保持架（4.2），小电机（4.1）通过螺栓固接在齿条保持架（4.2）上，小电机（4.1）依次与小齿轮（4.4）、两根齿条（4.3）配合，齿条（4.3）通过螺栓分别与两个夹持箭头（4.5）连接；小电机（4.1）通过小齿轮（4.4）、齿条（4.3）传动带动两个夹持箭头（4.5）相对移动；
还包括可沿Y轴自由移动、绕Z轴自由转动以及绕A轴自由转动的三自由度平台组件（5）；其包括Y轴移动装置、Z轴旋转装置及A轴倾斜装置；
所述的Y轴移动装置包括设置在Y轴支架（5.1）上的Y轴支撑光轴（5.2）和可沿Y轴移动的下板（5.4），Y轴光轴滑块（5.3）固定在下板（5.4）上且可沿Y轴支撑光轴（5.2）移动，下板（5.4）通过下板同步带连接块（5.5）与同步带二（5.6）连接，Y轴电机支架（5.7）上固定的Y轴电机（5.8）通过同步带二（5.6）带动下板（5.4）沿Y轴移动；
所述的Z轴旋转装置包括可绕Z轴旋转的中间板（5.13）以及嵌入下板（5.4）中心的推力轴承（5.10）；下板轴（5.11）一端嵌入推力轴承（5.10），另一端与大带轮（5.12）通过螺栓连接，大带轮（5.12）与中间板（5.13）通过螺栓连接，Z轴旋转电机（5.9）固定在下板（5.4）上，Z轴旋转电机（5.9）输出端与小带轮（5.15）键连接，通过同步带三（5.14）带动中间板（5.13）绕Z轴旋转；
所述的A轴倾斜装置包括可绕A轴倾斜的上板（5.20）以及与中间板（5.13）螺栓连接的倾斜电机固定座（5.16）；倾斜电机（5.17）输出端通过联轴器二（5.18）与传递扭矩轴（5.21）连接，支撑（5.22）与中间板（5.13）螺栓连接，可旋转支撑（5.19）与上板（5.20）螺栓连接，倾斜电机（5.17）通过传递扭矩轴（5.21）带动上板（5.20）倾斜。
2.根据权利要求1所述的一种五自由度快速成型加工装置，其特征在于，所述的A轴倾斜装置中的A轴为面XOY内的任意轴。
3.根据权利要求1或2所述的一种五自由度快速成型加工装置，其特征在于，所述的框架（1）的顶板、前板及侧板均嵌入透明的有机玻璃。
4.根据权利要求1或2所述的一种五自由度快速成型加工装置，其特征在于，所述的可绕Z轴旋转的中间板（5.13）形状为圆形。
5.根据权利要求1或2所述的一种五自由度快速成型加工装置，其特征在于，所述的可绕A轴倾斜的上板（5.20）形状为圆形。
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