CN206085677U - 四自由度串并混联3d打印机机械结构 - Google Patents
四自由度串并混联3d打印机机械结构 Download PDFInfo
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Abstract
四自由度串并混联3D打印机机械结构由机架、滑动台、并联机构、竖直驱动系统、送料系统和打印头组成。滑动台上加工有三个有精度要求的通孔，该通孔与机架上的三根圆柱形滑动导轨相配合，使滑动台可以沿着竖直方向自由滑动。3RRR并联机构安装于滑动台上，所述并联机构是一个平面并联机构，其动平台在所在平面内具有两个移动和一个转动共三个自由度。打印头竖直向下安装在动平台底面上。所述四自由度串并混联3D打印机机械结构拥有三个移动和一个水平面内的转动共四个自由度，具有工作空间大，响应迅速，打印速度快，打印精度高，稳定性好等特性。可以在打印过程中调整打印头绕竖直方向的转动姿态，以避开打印过程中可能的视线遮挡，便于观察者对打印细节进行观察。
Description
技术领域
本实用新型涉及3D打印机领域，尤其涉及一种四自由度串并混联3D打印机机械结构。
背景技术
随着科学技术的发展，3D打印技术已应用于生物工程与医学、建筑、服装、机构设计、工艺模型、和产品外观设计等诸多行业中。3D打印技术属于快速成型技术领域，其是以数字模型文件为基础，通过打印喷头在打印平台上逐层喷出打印材料的方式来构建三维物体。
目前，主流的3D打印机的运动结构分为串联式结构和并联式结构。三轴直角坐标结构属于最常见的串联式3D打印机结构，Delta并联3D打印机属于最常见的并联打印机结构。三轴直角坐标结构3D打印机存在着响应速度慢的问题；Delta并联3D打印机响应速度快，但是限于结构特点，打印机结构的刚度较低，稳定性差。许多3D打印机的打印头上都安装有风扇和照射灯，在打印过程中风扇和照射灯所处的位置可能会遮挡观察人员的视线，不便于观察者对打印细节进行观察。
发明内容
本实用新型的目的在于解决已有技术存在的问题，提供一种四自由度串并混联3D打印机机械结构，以期达到工作空间大，响应迅速，打印速度快，打印精度高，稳定性好，便于对打印细节实时观察等特性。
四自由度串并混联3D打印机机械结构的设计思路：由于并联机构具有承载大，刚度大，响应速度快等优点，借助于现有的3RRR平面并联机构再整合上一个垂直于并联机构运动平面方向的运动便构成了一个具有工作空间大，响应迅速，打印速度快，打印精度高，稳定性好的新型3D打印机。
本实用新型通过以下技术方案实现：
四自由度串并混联3D打印机机械结构由机架、滑动台、并联机构、竖直驱动系统、送料系统和打印头组成。
所述机架由下底板、上底板和圆柱形滑动导轨组成。
所述滑动台上加工有三个有精度要求的通孔，该通孔与机架上的三根圆柱形滑动导轨相配合，使滑动台可以沿着竖直方向自由滑动。
所述并联机构安装于滑动台上，其组成包括：驱动电机、驱动杆、传动杆、动平台。并联机构具有三个完全相同且中心对称分布的分支，每一个分支上有一个驱动电机、一个驱动杆和一个传动杆。驱动电机输出轴与驱动杆的一端固定安装；驱动杆的另一端与传动杆的一端构成旋转铰；传动杆的一另端与动平台通过旋转铰铰接。所述并联机构所有分支上的旋转铰的轴线均平行于驱动电机的输出轴线和动平台的法线。打印头竖直向下安装在动平台底面上。所述并联机构是一个平面并联机构，其动平台在所在平面内具有两个移动和一个转动共三个自由度。
所述竖直驱动系统主要由：丝杠、驱动螺母、从动齿轮、主动齿轮、电机、轴承、安装架、上端盖和下端盖组成。其中，丝杠与驱动螺母相配合；丝杠的下端固定在滑动台上；驱动螺母与从动齿轮通过螺钉固定安装；安装架通过螺钉固定在上底板的上表面；上端盖与安装架固定，下端盖与上底板下表面固定；借助于两个轴承，驱动螺母被上端盖和下端盖压紧在安装架内；从动齿轮与主动齿轮相互啮合，主动齿轮固定在电机上，电机安装在安装架上。电机的转动借助于齿轮的传动带动驱动螺母转动，驱动螺母与丝杠的相互配合带动丝杠上下移动(丝杠只移动、不转动)，由于丝杠与滑动台固定，丝杠的上下移动带动滑动台实现上下移动。
在并联机构和竖直驱动系统的共同驱动下，所述四自由度串并混联3D打印机机械结构拥有三个移动自由度和一个水平面内的转动共四个自由度。
所述送料系统包括输送管、送料电机和材料盘。
所述打印头竖直向下安装在动平台底面上，打印头上安装有风扇和照射灯。所述四自由度串并混联3D打印机机械结构可以在打印过程中调整打印头绕竖直方向的转动姿态，以避开打印过程中可能的视线遮挡，便于观察者对打印细节进行观察。
本实用新型的优点在于：
空座空间大，响应迅速，打印速度快，打印精度高，稳定性好，便于对打印细节实时观察等特性。
附图说明
图1四自由度串并混联3D打印机机械结构示意图；
图2机架结构示意图；
图3并联机构安装结构示意图；
图4并联机构结构示意图；
图5四自由度串并混联3D打印机机械结构俯视图；
图6四自由度串并混联3D打印机机械结构横向局部剖视图；
图7竖直驱动系统沿图5中A-A方向局部剖视图；
附图标记：1-机架；101-下底板；102-上底板；103-滑动导轨；2-滑动台；201-通孔；3-并联机构；301-驱动电机；302-驱动杆；303-传动杆；304-动平台；305-旋转铰；306-旋转铰；4-竖直驱动系统；401-丝杠；402-驱动螺母；403-从动齿轮；404-主动齿轮；405-电机；406-轴承；407-安装架；408-上端盖；409-下端盖；5-送料系统；501-输送管；502-送料电机；503-材料盘；6-打印头；601-风扇；602-照射灯。
具体实施方式
四自由度串并混联3D打印机机械结构由机架(1)、滑动台(2)、并联机构(3)、竖直驱动系统(4)、送料系统(5)和打印头(6)组成。
所述机架(1)由下底板(101)、上底板(102)和圆柱形滑动导轨(103)组成。
所述滑动台(2)上加工有三个有精度的通孔(201)，该通孔(201)与机架(1)上的三根圆柱形滑动导轨(103)相配合，使滑动台(2)可以沿着竖直方向自由滑动。
所述并联机构(3)安装于滑动台(2)上，其组成包括：驱动电机(301)、驱动杆(302)、传动杆(303)、动平台(304)。并联机构(3)有三个完全相同且中心对称分布的分支组成，每一个分支上有一个驱动电机(301)、一个驱动杆(302)和一个传动杆(303)。驱动电机(301)输出轴与驱动杆(302)的一端固定安装；驱动杆(302)的另一端与传动杆(303)的一端构成旋转铰(305)；传动杆(303)的一另端与动平台(304)通过旋转铰(306)铰接。所述并联机构(3)所有分支上的旋转铰(305、306)的轴线均平行于驱动电机(301)的输出轴线和动平台(304)的法线。打印头(6)竖直向下安装在动平台(304)底面上。所述并联机构(3)是一个平面并联机构，其动平台(304)具有在所在平面内的两个移动自由度和一个转动自由度共三个自由度。
所述竖直驱动系统(4)主要由：丝杠(401)、驱动螺母(402)、从动齿轮(403)、主动齿轮(404)、电机(405)、轴承(406)、安装架(407)、上端盖(408)和下端盖(409)组成。其中，丝杠(401)与驱动螺母(402)相配合；丝杠(401)的下端固定在滑动台(2)上；驱动螺母(402)与从动齿轮(403)通过螺钉固定安装；安装架(407)通过螺钉固定在上底板(102)上；上端盖(408)与安装架(407)固定，下端盖(409)与上底板(102)底面相固定；借助于两个轴承(406)驱动螺母(402)被上端盖(408)和下端盖(409)固定在安装架(407)内；从动齿轮(403)与主动齿轮(404)相互啮合，主动齿轮(404)固定在电机(405)上，电机(405)安装在安装架(407)上。电机(405)的转动借助于齿轮(403、404)的传动带动驱动螺母(402)转动，驱动螺母(402)与丝杠(401)的相互配合带动丝杠(401)上下移动，由于丝杠(401)与滑动台(2)固定，丝杠(401)的上下移动带动滑动台(2)实现上下移动。
在并联机构(3)和竖直驱动系统(4)的共同驱动下，所述四自由度串并混联3D打印机机械结构拥有三个移动自由度和一个水平面内的转动共四个自由度。
所述送料系统(5)包括输送管(501)、送料电机(502)和材料盘(503)。
所述打印头(6)竖直向下安装在动平台(304)底面上，打印头(6)上安装有风扇(601)和照射灯(602)。所述四自由度串并混联3D打印机机械结构可以在打印过程中调整打印头(6)绕竖直方向的转动姿态，以避开打印过程中由风扇(601)或照射灯(602)可能引起的视线遮挡，便于观察者对打印细节进行观察。
Claims (1)
1.四自由度串并混联3D打印机机械结构由机架(1)、滑动台(2)、并联机构(3)、竖直驱动系统(4)、送料系统(5)和打印头(6)组成；
所述机架(1)由下底板(101)、上底板(102)和圆柱形滑动导轨(103)组成；
所述滑动台(2)上加工有三个有精度的通孔(201)，该通孔(201)与机架(1)上的三根圆柱形滑动导轨(103)相配合，使滑动台(2)可以沿着竖直方向自由滑动；
所述并联机构(3)安装于滑动台(2)上，其组成包括：驱动电机(301)、驱动杆(302)、传动杆(303)、动平台(304)，并联机构(3)有三个完全相同且中心对称分布的分支组成，每一个分支上有一个驱动电机(301)、一个驱动杆(302)和一个传动杆(303)，驱动电机(301)输出轴与驱动杆(302)的一端固定安装，驱动杆(302)的另一端与传动杆(303)的一端构成旋转铰(305)，传动杆(303)的一另端与动平台(304)通过旋转铰(306)铰接；所述并联机构(3)所有分支上的旋转铰(305、306)的轴线均平行于驱动电机(301)的输出轴线和动平台(304)的法线，打印头(6)竖直向下安装在动平台(304)底面上；
所述竖直驱动系统(4)主要由丝杠(401)、驱动螺母(402)、从动齿轮(403)、主动齿轮(404)、电机(405)、轴承(406)、安装架(407)、上端盖(408)和下端盖(409)组成，丝杠(401)与驱动螺母(402)相配合，丝杠(401)的下端固定在滑动台(2)上，驱动螺母(402)与从动齿轮(403)通过螺钉固定安装，安装架(407)通过螺钉固定在上底板(102)上，上端盖(408)与安装架(407)固定，下端盖(409)与上底板(102)底面相固定，借助于两个轴承(406)驱动螺母(402)被上端盖(408)和下端盖(409)固定在安装架(407)内，从动齿轮(403)与主动齿轮(404)相互啮合，主动齿轮(404)固定在电机(405)上，电机(405)安装在安装架(407)上，电机(405)的转动借助于齿轮(403、404)的传动带动驱动螺母(402)转动，驱动螺母(402)与丝杠(401)的相互配合带动丝杠(401)上下移动，由于丝杠(401)与滑动台(2)固定，丝杠(401)的上下移动带动滑动台(2)实现上下移动。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107009615A (zh) * | 2017-05-23 | 2017-08-04 | 安徽恒利增材制造科技有限公司 | 一种双料缸3d打印机的打印平台 |
| CN107379522A (zh) * | 2017-09-12 | 2017-11-24 | 河南科技大学 | 一种基于平面移动并联机构的3d打印机 |
| CN111683769A (zh) * | 2017-11-27 | 2020-09-18 | 阿尔卡姆公司 | 用于增材制造的平台装置 |
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2016
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