CN204801050U

CN204801050U - 一种桌面熔融沉积3d打印机

Info

Publication number: CN204801050U
Application number: CN201520337456.7U
Authority: CN
Inventors: 陈鹏; 梅永亮; 王春喜
Original assignee: Yichun University
Current assignee: Yichun University
Priority date: 2015-05-25
Filing date: 2015-05-25
Publication date: 2015-11-25
Anticipated expiration: 2025-05-25

Abstract

本实用新型提供了一种桌面熔融沉积3D打印机，包括：机架、打印台、喷头、X轴运动机构、Z轴运动机构以及Y轴运动机构，机架机构为开放式。其中X轴运动机构包括横梁、步进电机、丝杆、滑槽、滑块，横梁则架在左右两根光杆上。Y轴运动机构包括左右两根丝杆，分别由两个步进电机带动。Z轴运动机构包括安装在机架后侧板的丝杆、两根光杆和打印托板。在打印喷头处装有一个步进电机，将线料送进融熔挤出。由于本实用新型的桌面熔融沉积3D打印机将机架设计成开放式，既能为整机提供稳定可靠的支撑又大大简化了结构，从而降低了制造成本，同时提高了机器的可操作性和可维护性。

Description

一种桌面熔融沉积3D打印机

技术领域

本实用新型属于3D打印技术领域，更具体地，涉及一种桌面熔融沉积3D打印机。

背景技术

3D打印技术是一种采用逐点或逐层成型方法制造物理模型、模具和零件的先进制造技术；是综合材料科学、CAD/CAM、数控和激光等先进技术于一体的新型制造技术。3D打印技术是基于离散/堆积的成型思想，将计算机上构建的零件三维CAD模型沿高度方向分层切片，得到每层截面信息，然后输出到快速成型设备上逐层扫描填充，再沿高度方向上粘结叠加，逐步形成三维实体零件。与传统机械加工中“减材料”的工艺相比，3D打印技术能从CAD模型生产出零件原型，缩短了新产品设计和开发周期，是制造技术领域的一次重大突破。

3D打印技术起源于美国，以极高的柔性和应用范围获得制造业和学术界的积极响应，很快发展到日本、欧洲和我国。三维打印技术在不需要任何刀具、模具及工装卡具的情况下，可实现任意复杂形状新产品样件的快速制造。用三维打印技术制造出的模型或样件可直接用于新产品设计验证、功能检验、外观验证、工程分析、市场订货等、非常有利于优化产品设计，从而大大提高新产品开发的一次成功率，提高产品的市场竞争力，缩短研发周期，降低研发成本。

目前，3D打印技术已有十多种工艺，按照成型能源的不同，可分为激光加工和非激光加工两大类，其中典型的有：激光固化造型、选择性激光烧结、分层实体制造、熔融沉积制造、三维立体打印。

其中，前三种存在的共同问题是：

(1)机器成本高，这些3D打印机都必须配备激光器，以及高性能的数控系统，因此机器成本高；(2)运行成本高，这些3D打印机都要求特定性能的成型材料，因此运行成本高；(3)操作维护复杂，环境友好性差，这些3D打印机的结构较复杂、体积较大、对环境有一定的污染，因此，不便于操作维护，不适合于家庭及办公室使用。

后两种3D打印机和前三种3D打印机相比，在成形件的大小、精度和强度等方面，可能有所差别，但是，他们不必配置昂贵的激光器，结构较简单，外形小巧，对环境无污染，因此成本较低，特别适合于家庭及办公室使用，成为3D打印机的一种发展方向。

熔融沉积制造3D打印机采用丝状材料(如ABS塑料丝)作为加工物，用加热器将其加热到熔融状态，通过送丝机构从喷头挤出细丝材料，加热喷头在计算机的控制下，根据三维模型的截面轮廓数据作X-Y平面运动，逐层选择性融覆形成三维实体。熔融沉积制造3D打印工艺由于其独特的技术原理，比较适合于家庭、办公用品以及模具行业新产品开发，另外还被广泛用于医学、医疗、考古等三维实体模型制造，具有很强的应用前景。

现有的典型熔融沉积制造3D打印机受材料特性及软硬件技术难度的影响大多存在机器结构不够稳定、成型精度不高、成型速度低、成本高昂等问题，限制了其进一步推广使用。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种桌面熔融沉积3D打印机，其结构精巧、成本低、噪音小、成型精度高、操作简单、维护方便，尤其适合在家庭和办公室中使用，便于推广。

本实用新型提供的一种桌面熔融沉积3D打印机，包括：机架、喷头、打印台，其特征在于，在所述机架的X轴、Y轴、Z轴方向分别设有X轴运动机构、Y轴运动机构、Z轴运动机构；所述机架为开放结构，所述X轴运动机构包括架设在机架X轴方向的X轴横梁，X轴横梁上装有X轴步进电机、X轴丝杆和打印喷头；所述Y轴运动机构包括在Y轴方向机架的左右两侧都装设的Y轴传动丝杆和Y轴步进电机，Y轴传动丝杆通过X轴丝杆支座、X轴光轴支座与X轴横梁固定；所述Z轴运动机构包括在Z轴方向在机架后侧板设置的一根Z轴丝杆和两根Z轴光杆；在Z轴丝杆支座上连接所述打印台。

优选地，所述机架包括底部控制箱、前后左右侧板、上盖板、下底板、框架角钢，整体为开放式结构。

优选地，所述X轴运动机构垂直于Y轴运动机构和Z轴运动机构，所述X轴机构包括X轴横梁、X轴传动丝杆、X轴丝杆支座、X轴步进电机，所述X轴横梁架在左右两侧的Y轴光杆上，并在所述X轴横梁下方安装有X轴滑槽导轨和X轴滑块；所述X轴步进电机通过螺栓安装在X轴横梁上，所述X轴传动丝杆通过X轴刚性联轴器与X轴步进电机相连；在X轴传动丝杆上装有X轴丝杆螺母座，所述喷头固定在X轴丝杆螺母座上。

优选地，所述Y轴运动机构包括Y轴步进电机、Y轴光杆立式支座四个、Y轴丝杆两个、Y轴丝杆螺母和Y轴丝杆螺母座两个、Y轴光杆箱式轴承两个；所述Y轴光杆箱式轴承分别安装在两侧的Y轴光轴上，两侧的Y轴丝杆通过刚性联轴器与Y轴步进电机相连；所述Y轴丝杆螺母安装在Y轴丝杆螺母座上，Y轴丝杆螺母座、Y轴光杆箱式轴承通过螺栓固定在X轴横梁上。

优选地，所述Z轴运动机构包括Z轴步进电机一个、轴承座两个、Z轴丝杆一根、Z轴光杆两根、丝杆支座和丝杆螺母一个、光杆箱式轴承两个；所述打印台固定在丝杆支座和光杆箱式轴承上并且Z轴光杆再通过立式支座固定在机架上；所述丝杆螺母装在丝杆螺母座上且一起装在丝杆上；Z轴丝杆通过刚性联轴器与Z轴步进电机相连。

优选地，所述喷头包括喷头外壳、喷头外壳盖、连接板、进丝滚轮、加热块、滚轮调节杆、喷嘴、调节螺杆、步进电机、进丝齿轮；线料穿过喷头外壳导线孔到达进丝齿轮与进丝滚轮的间隙处，所述进丝齿轮安装在步进电机的伸出轴上，步进电机固定在喷头外壳上，在调节杆上安装进丝滚轮与进丝齿轮啮合；所述调节螺杆调节啮合间隙，连接板连接喷头与X轴丝杆螺母支座。

优选地，所述打印台包括托板、调节螺母、弹簧及弹簧套四个、浮动调节板、侧固定板、工作基板、调节螺钉、防侧斜柱四个、长固定螺钉、短固定螺钉若干；所述托板通过长固定螺钉安装在侧固定板上，侧固定板安装在Z轴丝杆螺母座上；在所述托板和浮动调节板间装有四个防侧斜柱和装有弹簧的弹簧套，调节螺钉将托板和浮动调节板串连在一起，由调节螺母调节；所述工作基板通过螺钉固定在浮动调节板上。

优选地，所述打印台为悬臂式。

优选地，所述Y轴运动机构包括两个Y轴传动丝杆和两个Y轴步进电机。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下优点：

1、由于本实用新型的桌面熔融沉积3D打印机将机架设计框架开放式，既能为整机提供稳定可靠的支撑又大大简化了结构，从而降低了制造成本，同时提高了机器的可操作性和可维护性。

2、由于本实用新型的桌面熔融沉积3D打印机X、Y、Z轴运动机构采用高精度丝杆驱动和光轴稳固，使各方向承载能力增加而且运动更加平稳，同时丝杆传动精度高噪声低。

3、由于本实用新型的桌面熔融沉积3D打印机Y轴运动机构采用双丝杆螺母，消除丝杆的反向间隙，进一步保证硬件的传动精度。且丝杆的刚性得到很好的保证，在工作过程中丝杆的变形程度极其微小对打印精度不会产生影响。

4、由于本实用新型的桌面熔融沉积3D打印机打印台机构中增加了防侧斜柱，很好的防止了浮动调节板测斜，提高了打印的精度保证了平稳性。

附图说明

图1是本实用新型的桌面熔融沉积3D打印机的三维示图；

图2是本实用新型的桌面熔融沉积3D打印机的机架结构意图；

图3是桌面熔融沉积3D打印机的X向运动机构结构示意图；

图4是桌面熔融沉积3D打印机的Z向运动机构结构示意图；

图5是桌面熔融沉积3D打印机的Y向运动机构结构示意图；

图6是本实用新型的桌面熔融沉积3D打印机的喷头机构结构示意图。

图7是本实用新型的桌面熔融沉积3D打印机的打印台机构结构示意图。

图8是本实用新型的桌面熔融沉积3D打印机的机架底板结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本实用新型的桌面熔融沉积3D打印机由机架6、X轴运动机构1、Z轴运动机构3、Y轴运动机构4、喷头机构5、打印台2以及控制系统组成。

如图2所示，本实用新型的桌面熔融沉积3D打印机的机架6由上下盖板和四周的框杆角钢及侧板、底部控制线箱组成，为整机提供稳定的支撑。

如图3所示，本实用新型的桌面熔融沉积3D打印机的X轴运动机构1通过横梁1-b纵向垂直安装在光杆轴承1-c上，两个Y轴光杆轴承1-c安装在横梁1-b上，X轴步进电机1-i通过刚性联轴器1-h与丝杆1-l相联。X轴丝杆螺母座1-g通过连接块5-f与喷头5固定连接，且X轴丝杆螺母座1-g与X轴滑块1-d固定连接。同时X轴滑块1-d与X轴导轨1-j和横梁1-b固定连接，当X轴步进电机1-i转动时带动X轴丝杆螺母座1-g移动，喷头5由X轴滑块1-d在X轴导轨1-j的牵引下沿X轴导轨1-j左右运动。

如图4所示，本实用新型的桌面熔融沉积3D打印机的Z轴运动机构2布置在机架后侧机架6上。Z轴步进电机3-h固定在底部机架6上，丝杆3-b通过Z轴刚性联轴器3-g与Z轴步进电机3-h相联，Z轴光杆3-c由立式支座固定在机架6的后侧板上，打印台2固定在Z轴光杆3-c和丝杆3-b的箱式轴承3-e丝杆螺母座3-d上，当Z轴步进电机3-h转动时丝杆3-b带动打印台2做上下运动。

如图5所示，本实用新型的桌面熔融沉积3D打印机的Y轴运动机构4安装在机架6上。Y轴步进电机4-c和Y轴光杆4-g固定在机架6上，X轴横梁1-b通过光杆轴承1-c串连在光杆4-g，Y轴丝杆螺母座1-e与Y轴轴承1-c固定连接。当Y轴步进电机4-c转动通过刚性联轴器4-d带动Y轴丝杆4-e上的螺母座1-e移动从而使喷头沿Y轴移动。

如图6所示，本实用新型的桌面熔融沉积3D打印机的喷头机构5布置在横梁1-b上，进丝步进电机5-h固定在喷头外壳5-c上，进丝齿轮5-e安装在步进电机5-h的伸出轴上，滚轮5-j安装在调节杆5-d上并与进丝齿轮5-e啮合。喷嘴5-g安装进丝齿轮5-e下方，喷嘴5-g外面套有加热块5-h。工作时，步进电机5-i转动时带动电机轴上的进丝齿轮5-e转动，线料由进丝齿轮5-e和滚轮5-j转矩的驱动下，进入加热块5-h中，在加热块5-h的作用下丝料被融化，融化的丝料在后续丝料的推动下进入喷嘴5-g，并从喷嘴5-g中喷出在工作板上堆积成型。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种桌面熔融沉积3D打印机，包括：机架(6)、喷头(5)、打印台(2)，其特征在于，

在所述机架(6)的X轴、Y轴、Z轴方向分别设有X轴运动机构(1)、Y轴运动机构(4)、Z轴运动机构(3)；

所述机架(6)为开放结构，所述X轴运动机构(1)包括架设在机架(6)X轴方向的X轴横梁(1-b)，X轴横梁(1-b)上装有X轴步进电机(1-i)、X轴丝杆(1-l)和打印喷头(5)；所述Y轴运动机构(4)包括在Y轴方向机架的左右两侧都装设的Y轴传动丝杆(4-e)和Y轴步进电机(4-c)，Y轴传动丝杆(4-e)通过X轴丝杆支座(1-e)、X轴光轴支座(1-c)与X轴横梁(1-b)固定；所述Z轴运动机构(3)包括在Z轴方向在机架后侧板设置的一根Z轴丝杆(3-b)和两根Z轴光杆(3-c)；在Z轴丝杆支座(3-d)上连接所述打印台(2)。

2.根据权利要求1所述的桌面熔融沉积3D打印机，其特征在于，所述机架(6)包括底部控制箱、前后左右侧板、上盖板、下底板、框架角钢，整体为开放式结构。

3.根据权利要求1所述的桌面熔融沉积3D打印机，其特征在于，所述X轴运动机构(1)垂直于Y轴运动机构(4)和Z轴运动机构(3)，所述X轴机构包括X轴横梁(1-b)、X轴传动丝杆(1-l)、X轴丝杆支座(1-g)、X轴步进电机(1-i)，所述X轴横梁(1-b)架在左右两侧的Y轴光杆(4-g)上，并在所述X轴横梁(1-b)下方安装有X轴滑槽导轨(1-j)和X轴滑块(1-d)；所述X轴步进电机(1-i)通过螺栓安装在X轴横梁(1-b)上，所述X轴传动丝杆(1-e)通过X轴刚性联轴器(1-h)与X轴步进电机(1-i)相连；在X轴传动丝杆(1-e)上装有X轴丝杆螺母座(1-g)，所述喷头(5)固定在X轴丝杆螺母座(1-g)上。

4.根据权利要求1所述的桌面熔融沉积3D打印机，其特征在于，所述Y轴运动机构包括Y轴步进电机(4-c)、Y轴光杆立式支座(3-a)四个、Y轴丝杆(4-e)两个、Y轴丝杆螺母和Y轴丝杆螺母座(1-e)两个、Y轴光杆箱式轴承(1-c)两个；所述Y轴光杆箱式轴承(1-c)分别安装在两侧的Y轴光轴(4-g)上，两侧的Y轴丝杆(4-e)通过刚性联轴器(4-d)与Y轴步进电机(4-c)相连；所述Y轴丝杆螺母(4-f)安装在Y轴丝杆螺母座(1-e)上，Y轴丝杆螺母座(1-e)、Y轴光杆箱式轴承(1-c)通过螺栓(1-a)固定在X轴横梁(1-b)上。

5.根据权利要求1所述的桌面熔融沉积3D打印机，其特征在于，所述Z轴运动机构包括Z轴步进电机(3-h)一个、轴承座(3-i)两个、Z轴丝杆(3-b)一根、Z轴光杆(3-c)两根、丝杆支座(3-d)和丝杆螺母(3-f)一个、光杆箱式轴承(3-e)两个；所述打印台(2)固定在丝杆支座(3-d)和光杆箱式轴承(3-e)上并且Z轴光杆(3-c)再通过立式支座(3-a)固定在机架(6)上；所述丝杆螺母(3-f)装在丝杆螺母座(3-d)上且一起装在丝杆(3-b)上；Z轴丝杆(3-b)通过刚性联轴器(3-g)与Z轴步进电机(3-h)相连。

6.根据权利要求1所述的桌面熔融沉积3D打印机，其特征在于，所述喷头(5)包括喷头外壳(5-c)、喷头外壳盖(5-b)、连接板(5-f)、进丝滚轮(5-j)、加热块(5-h)、滚轮调节杆(5-d)、喷嘴(5-g)、调节螺杆(5-a)、步进电机(5-i)、进丝齿轮(5-e)；线料穿过喷头外壳(5-c)导线孔到达进丝齿轮(5-e)与进丝滚轮(5-j)的间隙处，所述进丝齿轮(5-e)安装在步进电机(5-i)的伸出轴上，步进电机(5-i)固定在喷头外壳(5-c)上，在调节杆(5-d)上安装进丝滚轮(5-j)与进丝齿轮(5-e)啮合；所述调节螺杆(5-a)调节啮合间隙，连接板(5-f)连接喷头(5)与X轴丝杆螺母支座(1-g)。

7.根据权利要求1所述的桌面熔融沉积3D打印机，其特征在于，所述打印台(2)包括托板(2-k)、调节螺母(2-j)、弹簧(2-h)及弹簧套(2-l)四个、浮动调节板(2-a)、侧固定板(2-b)、工作基板(2-c)、调节螺钉(2-e)、防侧斜柱(2-g)四个、长固定螺钉(2-f)、短固定螺钉(2-d)若干；所述托板(2-k)通过长固定螺钉(2-f)安装在侧固定板(2-b)上，侧固定板(2-b)安装在Z轴丝杆螺母座(3-d)上；在所述托板(2-k)和浮动调节板(2-a)间装有四个防侧斜柱(2-g)和装有弹簧(2-h)的弹簧套(2-l)，调节螺钉(2-e)将托板(2-k)和浮动调节板(2-a)串连在一起，由调节螺母(2-j)调节；所述工作基板(2-c)通过螺钉(2-d)固定在浮动调节板上(2-a)。

8.根据权利要求7所述的桌面熔融沉积3D打印机，其特征在于，所述打印台(2)为悬臂式。

9.根据权利要求7所述的桌面熔融沉积3D打印机，其特征在于，所述Y轴运动机构包括两个Y轴传动丝杆(4-e)和两个Y轴步进电机(4-c)。