CN204894517U - 一种桌面3d打印机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种桌面3D打印机，包括：机架、X轴运动机构、Y轴运动机构以及Z轴运动机构，机架为开放式机构。其中X轴运动机构包括横梁、步进电机、同步带，横梁则架在左右两根光杆上。Y轴运动机构包括左右两根同步带，其中一根由步进电机带动。Z轴运动机构包括安装在机架左右两侧的丝杆和光杆。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
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。3D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3D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。后两种则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。
本实用新型提供了一种桌面3D打印机，其特征在于，包括：机架、工作台和喷头机构，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，其中，X轴表示前后方向，Y轴表示左右方向，Z轴表示上下方向；所述喷头机构设置在所述X轴运动机构上，所述工作台设置在所述Z轴运动机构上，所述Y轴运动机构可带动所述X轴运动机构左右运动。
所述Y轴运动机构分为相同的两部分别安装在机架的两侧，所述Y轴同步带通过固定块固定在横梁的两端。
所述Z轴运动机构安装在机架上，所述热床通过丝杆螺母、光杆轴套安装在丝杆上。丝杆底端装有齿形同步轮和同步带和Z轴步进电机相连。
所述工作台安装在Z轴丝杆上，所述平衡板导热板通过螺钉固定在热床上。
具体地所述机架包括顶部和四周的框架杆、底部的线箱三角形支撑架、底部的塑料侧板。
优选地，所述Z轴运动机构中可提供Z轴方向运动的模块包括Z轴步进电机、丝杆以及Z轴光轴，所述丝杆以及Z轴光轴分别通过丝杆上支座和丝杆下支座固定在所述机架上，所述Z轴步进电机固定在所述玻璃板上，所述丝杆的下端安装齿形同步轮通过同步带与所述Z轴步进电机连接，所述运动模块还包括丝杆螺母以及Z轴光轴轴套。
优选地，所述X轴运动机构垂直于Y轴运动机构和Z轴运动机构安装在所述中央X轴横梁上，所述X轴运动机构包括X轴横梁，X轴步进电机、X轴同步带、X轴齿形同步轮、两个光轴滑套和滑套固定板、X轴导轨和X轴滑块，所述X轴齿形同步轮安装在所述X轴横梁上其中一个同步轮与步进电机相连，X轴同步带安装在同步轮上，并且X轴同步带的开口处通过齿形固定块与喷头固定。所述X轴横梁下方还安装有X轴导轨和X轴滑块，所述X轴横梁上安装有光轴滑套，横梁架在光轴上。喷头通过滑块安装在导轨上。
优选地，所述Y轴运动机构由两个模块组成，包括Y轴同步带两根、Y轴齿形同步轮四个、Y轴步进电机、Y轴齿形固定块两个、Y轴固定板四块，所述每个模块的两个同步轮通过同步带相连，在同步带的开口端通过齿形固定块固定在横梁上。所述Y轴步进电机与其中一侧的一个齿形同步轮相连，并且步进电机固定在固定板上。所述固定板固定在机架上。
优选地，所述喷头机构包括支撑架、三个丝料导套、加热块、一个喷嘴、一个步进电机、一个进丝齿轮、两个进丝滚轮、两个滚轮支架以及一个风扇、一个散热片、加热棒、一个热电偶，所述步进电机支架安装在支撑架上，所述丝料导管一端与进丝齿轮连接一端与加热块连接，所述喷嘴安装在加热块的下面，所述进丝齿轮和进丝滚轮均安装在滚轮支架上，并且进丝齿轮安装在步进电机轴上，所述风扇安装在支撑架上正对着散热片，所述加热棒和热电偶均安装在加热块里面。
优选地，所述工作台机构包括热床、导热板、平衡板、限位框、工作板、加热块和螺钉弹簧若干。所述加热块通过螺钉固定在导热板上，导热板通过螺钉固定在热床上。限位框通过螺钉固定在平衡板上，工作板安装在限位框内。所述平衡板通过螺钉固定在热床上，且螺钉上装有弹簧。
优选地，所述工作板为所料板。
优选地，所述导热板为纯铜导热板。
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加大了加工尺寸又大大简化了结构，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3D打印机Z轴运动机构采用双边丝杆驱动和光轴稳固，使竖直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3D打印机Y轴运动机构和Z轴运动机构均采用双边支撑，避免了目前普遍采用的单臂悬身结构，提高了系统的刚度和稳定性。
4、由于本实用新型的桌面3D打印机Z轴运动机构中连接电机轴与丝杆的同步带采用一对张紧轮张紧，提高了运动的精准性和改善了对同步带的适应性。
5、由于本实用新型的桌面3D打印机工作台机构中固定平衡板的螺柱上套有压簧，可方便的通过螺柱调节成型基板的水平，使成型精度提高。在平衡板下装有一块纯铜导热板，有效的改善了产品翘曲现象。
6、由于本实用新型的桌面3D打印机喷头机构中将步进电机上置从而打印机能适应两种不同直径的线料。而且在喷头中还设有线料检测装置，检测是否供料。
附图说明
图1是本实用新型的桌面3D打印机的三维结构示意图；
图2是本实用新型的桌面3D打印机的机架结构意图；
图3是本实用新型的桌面3D打印机的X轴运动机构结构示意图；
图4是本实用新型的桌面3D打印机的Z轴运动机构结构示意图；
图5是本实用新型的桌面3D打印机的Y轴运动机构结构示意图；
图6是本实用新型的桌面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3D打印机的工作台机构结构示意图。
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3D打印机包括机架6、X轴运动机构1、Z轴运动机构3、Y轴运动机构2、喷头机构7、工作台5以及控制系统。其中，X轴表示前后方向，Y轴表示左右方向，Z轴表示上下方向。
如图2所示，本实用新型的桌面3D打印机的机架6为开放式结构，包括上下和四周的框杆、底部线箱支撑架和箱体侧板，为整机提供稳定的支撑。
如图3所示，本实用新型的桌面3D打印机的X轴运动机构1，包括X轴横梁1-c、X轴齿形同步轮1-j、X轴同步带1-e、X轴步进电机1-i。X轴横梁1-c安装在机架6左右两侧的光杆上，并在横梁1-c下方安装有滑槽导轨1-d和滑块1-h。X轴步进电机1-i和X轴齿形同步轮1-j安装在横梁1-c的两侧，X轴同步带1-e安装在X轴齿形同步轮1-j上，且喷头7装夹在X轴同步带1-e上。通过X轴横梁1-c通过固定安装在其两端的X轴滑套1-b及与之配合的部件1-a，纵向垂直可滑动地安装在两个Y向机架光轴上，两个Y向机架光轴沿Y轴固定在机架6靠近顶部的框杆上。X轴横梁1-c的下部设置X轴导轨1-d，X轴导轨1-d通过部件1-k、1-l、1-m等固定在X轴横梁1-c上喷头机构7，X轴导轨1-d上配合安装有X轴滑块1-h，X轴滑块1-h上固定连接，X轴横梁1-c的下部还设置有X轴同步带1-e，X轴同步带1-e一端与固定安装在X轴横梁1-c上的X轴步进电机1-i及由该电机驱动的齿形同步轮1-j连接，X轴同步带1-e的另一端则与部件1-f配合，部件1-f、1-g等配合安装在X轴横梁1-c的端部。X轴同步带1-e通过X轴滑块1-h与喷头机构7固定连接，且X轴同步带1-e安装在齿形同步轮1-j上。同时X轴滑块1-h与X轴导轨1-d和喷头机构7固定连接，当X轴步进电机1-i转动时带动齿形同步轮1-j转动，继而带动X轴同步带1-e转动，X轴滑块1-h在X轴同步带1-e的牵引下沿X轴导轨1-d导向下做前后运动。
如图4所示，本实用新型的桌面3D打印机的Z轴运动机构3布置在机架左右两侧上，工作台5在Z轴运动机构3作用下实现上下运动。Z轴步进电机3-e固定在玻璃板3-d上，丝杆3-b和Z轴光轴3-c两端也固定在机架上，Z轴步进电机3-e通过同步带3-f驱动丝杆3-b端部的齿形同步轮3-g，热床5-f分别同时和丝杆螺母5-i、光轴轴套5-j固定连接，当Z轴步进电机3-e转动时，同步带3-f带动丝杆3-b转动，热床5-f在丝杆螺母5-i的牵引和光轴轴套5-j的导向作用下做上下运动。
如图7所示，工作台5包括热床5-f、丝杆螺母5-i两个、光轴套5-j四个、加热块5-h、导热板5-g、平衡板5-d、工作板5-a、限位框5-b、螺钉5-c和弹簧5-e若干。所述丝杆螺母5-i光轴套5-j安装在热床上5-f，热床5-f中心按米字型挖空。所述加热块5-h通过螺钉5-c固定在导热板上5-g)，导热板5-g则固定在热床5-f上。工作板5-a安装在限位框5-b内，限位框5-b则通过螺钉5-c紧固在平衡板5-d上。所述平衡板5-d通过螺钉5-c固定在热床5-f上并在螺钉5-c上套有弹簧5-e。
如图5所示，本实用新型的桌面3D打印机的Y轴运动机构2安装在机架6上。Y轴步进电机2-a和Y轴同步轮2-b分别安装在左右Y轴固定板2-e上，X轴横梁1-c通过Y轴固定块2-d与Y轴齿形同步带2-c固定连接，X轴横梁1-c同时还与机架光轴连接。当Y轴步进电机2-a转动并带动Y轴同步带2-c转动时，X轴横梁1-c在Y轴同步带2-c的牵引和X轴滑套1-b的导向作用下做左右运动。
如图6所示，本实用新型的桌面3D打印机的喷头机构7布置在X轴横梁1-c上，步进电机7-k固定在支撑板7-j上，进丝齿轮7-d安装在步进电机7-k的伸出轴上。两滚轮7-e安装在内滚轮支架7-l上。散热风扇7-i正对着散热片7-f并固定在支撑板7-j上，喷嘴7-h安装在加热块7-g里。工作时，步进电机7-k转动时带动电机轴上的进丝齿轮7-d转动，卡在进丝齿轮7-d和进丝滚轮7-e之间的丝料在进丝齿轮7-d转矩的驱动下，进入加热块7-g中，在加热块7-g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7-h，并从喷嘴7-h中喷出在工作板5-a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 (9)
1.一种桌面3D打印机，其特征在于，包括：机架(6)、工作台(5)和喷头机构(7)，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(2)、Z轴运动机构(3)，其中，X轴表示前后方向，Y轴表示左右方向，Z轴表示上下方向；
所述喷头机构(7)设置在所述X轴运动机构(1)上，所述工作台(5)设置在所述Z轴运动机构(3)上，所述Y轴运动机构(2)可带动所述X轴运动机构(1)左右运动。
2.根据权利要求1所述的桌面3D打印机，其特征在于，所述机架(6)还包括底部线料箱，整体为开放式结构。
3.根据权利要求1所述的桌面3D打印机，其特征在于，所述X轴运动机构(1)垂直于所述Y轴运动机构(2)和Z轴运动机构(3)，所述X轴机构包括X轴横梁(1-c)、X轴齿形同步轮(1-j)、X轴同步带(1-e)、X轴步进电机(1-i)；所述X轴横梁(1-c)安装在所述机架(6)左右两侧的光杆上，并在所述横梁(1-c)下方安装有滑槽导轨(1-d)和滑块(1-h)；所述X轴步进电机(1-i)和X轴齿形同步轮(1-j)安装在所述横梁(1-c)的两侧，所述X轴同步带(1-e)安装在所述X轴齿形同步轮(1-j)上，且喷头(7)装夹在X轴同步带(1-e)上。
4.根据权利要求1所述的桌面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(2-a)、Y轴齿形同步轮(2-b)、Y轴开口同步带(2-c)、Y轴固定块(2-d)；所述Y轴开口同步带(2-c)安装在机架(6)两侧的Y轴齿形同步轮(2-b)上，其中一侧的Y轴齿形同步轮(2-b)安装在Y轴步进电机(2-a)上；所述Y轴固定块(2-d)将Y轴开口同步带(2-c)固定在X轴横梁(1-c)上。
5.根据权利要求1所述的桌面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-e)、轴承座(3-a)、丝杆(3-b)、玻璃板(3-d)、Z轴齿形同步轮(3-g)、闭式Z轴同步带(3-f)、张紧轮(3-h)、光杆(3-c)和热床(5-f)；所述热床(5-f)安装在所述丝杆(3-b)和光杆(3-c)上并且所述丝杆(3-b)和光杆(3-c)两端通过轴承座(3-a)固定在机架(6)上；在所述丝杆(3-b)的底部安装有Z轴齿形同步轮(3-g)；所述闭式Z轴同步带(3-f)将Z轴步进电机(3-e)和Z轴齿形同步轮(3-g)连接，Z轴步进电机(3-e)固定在玻璃板(3-d)上；在Z轴同步带(3-f)两边安装有一对张紧轮(3-h)。
6.根据权利要求1所述的桌面3D打印机，其特征在于，所述喷头机构(7)包括线料(7-a)、导线套(7-b)、外滚轮支架(7-c)、进丝齿轮(7-d)、进丝滚轮(7-e)、散热片(7-f)、加热块(7-g)、喷嘴(7-h)、散热风扇(7-i)、支撑架(7-j)、喷头步进电机(7-k)、内滚轮支架(7-1)；所述线料(7-a)穿过导线套(7-b)到达进丝齿轮(7-d)与进丝滚轮(7-e)的间隙处，所述进丝齿轮(7-d)安装在喷头步进电机(7-k)的伸出轴上，喷头步进电机(7-k)固定在支撑架(7-j)上，在内滚轮支架(7-1)上进丝齿轮(7-d)的两侧装有进丝滚轮(7-e)；所述加热块(7-g)和散热片(7-f)安装在支撑架(7-j)的底部，喷嘴(7-h)安装在加热块(7-g)上，在散热片(7-f)一侧的支撑架(7-j)上装有散热风扇(7-i)。
7.根据权利要求1所述的桌面3D打印机，其特征在于，所述工作台(5)包括热床(5-f)、丝杆螺母(5-i)、光轴套(5-j)、加热块(5-h)、导热板(5-g)、平衡板(5-d)、工作板(5-a)、限位框(5-b)、螺钉(5-c)和弹簧(5-e)；所述丝杆螺母(5-i)、光轴套(5-j)安装在热床上(5-f)，热床(5-f)中心按米字型挖空；所述加热块(5-h)通过螺钉(5-c)固定在导热板上(5-g)，导热板(5-g)则固定在热床(5-f)上；工作板(5-a)安装在限位框(5-b)内，限位框(5-b)则通过螺钉(5-c)紧固在平衡板(5-d)上；所述平衡板(5-d)通过螺钉(5-c)固定在热床(5-f)上并在螺钉(5-c)上套有弹簧(5-e)。
8.根据权利要求7所述的桌面3D打印机，其特征在于，所述工作板(5-a)是塑料板。
9.根据权利要求7所述的桌面3D打印机，其特征在于，所述导热板(5-g)为纯铜导热板。
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