CN206828360U - 基于极坐标系的玻璃3d打印机 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种基于极坐标系的玻璃3D打印机，所述玻璃3D打印机包括玻璃熔制出料机构、玻璃成型平台和平台驱动机构，所述玻璃熔制出料机构具有将熔制玻璃出料至玻璃成型平台的出料口，所述平台驱动机构用于驱动所述玻璃成型平台基于所述出料口在该玻璃成型平台上沿投料方向具有投影地进行三维运动，所述三维运动为基于极坐标系的转动并平移的三维运动。本公开的3D打印机可以实现复杂玻璃制品的精确制作，保证复杂玻璃制品不同批次尺寸的一致性，为大批量复杂形状玻璃制品的精确制作提供了设备条件，且特别适用于制作圆形玻璃制品。

Description

基于极坐标系的玻璃3D打印机

技术领域

本公开涉及玻璃成型装置技术领域，具体地，涉及一种基于极坐标系的玻璃3D打印机。

背景技术

玻璃是由硅酸盐等原料通过高温熔制，再经冷却制得。平板玻璃由生产单位通过浮法、溢流法或狭缝法生产，生活用玻璃制品由模具定型或工人师傅手工操作制成。

目前，制作复杂形状的玻璃制品只能由工人手工制作，但工人手动制作的玻璃制品不准确、不精确，与设计形状会有较大偏差，目前国内尚无自动制作复杂玻璃制品的设备。

实用新型内容

本公开的目的是提供一种基于极坐标系的玻璃3D打印机，本公开提供的3D打印机可以在3D范围内制作复杂形状的玻璃制品。

为了实现上述目的，本公开提供一种基于极坐标系的玻璃3D打印机，所述玻璃3D打印机包括玻璃熔制出料机构、玻璃成型平台和平台驱动机构，所述玻璃熔制出料机构具有将熔制玻璃出料至玻璃成型平台的出料口，所述平台驱动机构用于驱动所述玻璃成型平台基于所述出料口在该玻璃成型平台上沿投料方向具有投影地进行三维运动，所述三维运动为基于极坐标系的转动并平移的三维运动。

可选的，所述玻璃熔制出料机构包括加热炉，所述出料口位于所述加热炉的底部，并且所述玻璃成型平台位于所述出料口下方。

可选的，所述加热炉的底部设置有用于封闭或打开所述出料口以控制熔制玻璃出料的玻璃出料机构。

可选的，所述玻璃出料机构包括滑动轨道、出料挡板和直线驱动件，所述滑动轨道位于所述加热炉出料口两侧，所述直线驱动件可驱动所述出料挡板沿滑动轨道直线移动以封闭或打开所述出料口。

可选的，所述平台驱动机构包括升降子机构、水平驱动器和旋转驱动器，所述升降子机构包括升降平台和驱动所述升降平台竖直升降的升降驱动单元，所述水平驱动器位于所述升降平台上方，所述旋转驱动器与所述水平驱动器传动连接且由所述水平驱动器驱动进行水平直线运动，所述玻璃成型平台设置在所述旋转驱动器上且由所述旋转驱动器驱动进行水平旋转运动。

可选的，所述玻璃成型平台与所述旋转驱动器可拆卸地相连。

可选的，所述旋转驱动器的顶部设置有旋转盘，所述玻璃成型平台的底部与所述旋转盘的顶部中的一者设置有十字形凸起，另一者设置有与所述十字形凸起相匹配的十字形凹槽。

可选的，所述升降驱动单元包括升降电机和沿竖直方向布置的丝杠，所述丝杠沿轴向与所述升降平台垂直固定并与所述丝杠螺纹配合，所述升降电机与所述丝杠传动连接。

可选的，所述丝杠为两根，所述升降驱动单元还包括位于所述丝杠外侧的同步带和套在所述升降电机的转轴外侧的同步带轮，所述升降电机通过所述同步带轮和同步带与所述丝杠传动连接。

可选的，所述玻璃3D打印机还包括支架，所述支架包括竖直设置的导柱以及垂直于导柱设置的上底板和下底板，所述升降电机位于所述上底板顶部且转轴穿过所述上底板进入上底板和下底板之间，所述丝杠通过带座轴承与所述下底板相连。

可选的，所述上底板和下底板之间竖直设置有立柱，所述立柱穿过所述升降平台。

本公开的3D打印机可以实现复杂玻璃制品的精确制作，保证复杂玻璃制品不同批次尺寸的一致性，为大批量复杂形状玻璃制品的精确制作提供了设备条件，且特别适用于制作圆形玻璃制品。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是本公开玻璃3D打印机一种具体实施方式的结构示意图。

图2是本公开玻璃出料机构一种具体实施方式的结构示意图(打开出料口)。

图3是本公开玻璃出料机构另一种具体实施方式的结构示意图(封闭出料口)。

图4是本公开平台驱动机构一种具体实施方式的结构示意图。

图5是本公开平台驱动机构一种具体实施方式的结构示意图。

图6是本公开升降驱动单元和支架一种具体实施方式的结构示意图。

附图标记说明

1玻璃熔制出料机构 11加热炉 12滑动轨道

13固定架 14直线驱动件 15出料挡板

2玻璃成型平台

3平台驱动机构 31升降电机 32上底板

33同步带 34同步带轮 35丝杠

36下底板 37导柱 38立柱

39带座轴承

321升降平台 322水平驱动器 323水平移动板

325推力轴承 326直线导轨 327旋转驱动器

328旋转盘

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指3D打印机实际使用时的上下，“内、外”是指部件轮廓的内外。

如图1所示，本公开提供一种极坐标系的玻璃3D打印机，所述玻璃3D打印机包括玻璃熔制出料机构1、玻璃成型平台2和平台驱动机构3，所述玻璃熔制出料机构1具有将熔制玻璃出料至玻璃成型平台2的出料口，所述平台驱动机构3用于驱动所述玻璃成型平台2基于所述出料口在该玻璃成型平台2上沿投料方向具有投影地进行三维运动，所述三维运动为基于极坐标系的转动并平移的三维运动。

本公开提供的3D打印机能够将玻璃熔制出料机构的熔制玻璃出料在玻璃成型平台上进行3D成型，从而保证了玻璃制品制作的精确性和可复制性，同时为大规模生产玻璃制品提供了条件，且特别适用于制作圆形玻璃制品。

玻璃熔制出料机构用于将玻璃熔制后出料至玻璃平台，如图1-3所示，所述玻璃熔制出料机构1包括加热炉11，所述出料口位于所述加热炉的底部，并且所述玻璃成型平台2位于所述出料口下方。通过将出料口设置在加热炉的底部，提高了熔制玻璃出料的均匀性。另外，加热炉还设置有加料口，加料口优选位于加热炉的顶部，以方便使玻璃熔化后依靠重力出料，该加料口在不加料时可以采用加料口塞进行密封，加热炉顶部还可以设置有微小通气孔，用于与外部大气相连通。加热炉的加热方式可以为电加热，用于加热至1000℃以上从而将玻璃熔化，一般可以包括外部的壳体和位于壳体内的电加热部件。为了提高隔热和保温性能，加热炉底部可以设置有耐火砖作为底衬，且加热炉的壳体四周内侧和上部均可以设置耐火材料。

玻璃原料通过加料口倒入加热炉后，通过加热炉加热至合适温度，玻璃熔化，达到合适的粘度，玻璃液经过出料口流出，当玻璃制品完成后，需要阻止玻璃液的流出，因此，所述加热炉11的底部可以设置有用于封闭或打开所述出料口以控制熔制玻璃出料的玻璃出料机构，该玻璃出料机构能够控制玻璃液的出料，从而实现玻璃制品制作的可操作性。

一种具体实施方式，如图2-3所示，所述玻璃出料机构包括滑动轨道12、出料挡板15和直线驱动件14，所述滑动轨道12位于所述加热炉11出料口两侧，所述直线驱动件14可驱动所述出料挡板15沿滑动轨道12直线移动以封闭或打开所述出料口。例如，所述直线驱动件14可以为气缸，气缸通过固定架13固定在加热炉的底壁，且气缸的活塞杆与出料挡板15上的连接孔相连以实现同轴移动，当气缸的活塞杆收缩时，出料挡板15打开，玻璃液流出出料；反之，当气缸活塞杆伸出时，出料挡板15堵住出料口。另外，为了提高出料挡板密封出料口的效果，出料挡板上表面优选贴住加热炉的底壁。

本公开所述平台驱动机构3驱动所述玻璃成型平台2进行基于极坐标系的转动并平移的三维运动，一种具体实施方式，如图4-5所示：所述平台驱动机构3包括升降子机构、水平驱动器322和旋转驱动器327，所述升降子机构包括升降平台321和驱动所述升降平台321竖直升降的升降驱动单元，所述水平驱动器322位于所述升降平台321上方，所述旋转驱动器327与所述水平驱动器322传动连接且由所述水平驱动器322驱动进行水平直线运动，所述玻璃成型平台2设置在所述旋转驱动器327上且由所述旋转驱动器327驱动进行水平旋转运动。玻璃成型平台可以基于极坐标系的ρ向、θ向和Z向被驱动，极坐标系下的坐标由坐标点与原点距离和连线以及X向角度确定。所述水平驱动器322可以包括单向驱动器，所述旋转驱动器327可以为旋转电机，通过单向驱动器的水平驱动和旋转电机的旋转驱动，可以控制玻璃成型点的位置。例如可以通过根据程序设定，在玻璃液下落过程中，控制玻璃成型平台水平移动，这样，玻璃液落在平台的不同位置，形成不同形状，制出精确复杂的玻璃制品，特别适用于制作圆形玻璃制品。随着玻璃制品体积增加，可以调整升降平台321的水平高度，保证升降平台和出料口之间具有合适的距离。

玻璃成型平台位于出料口下侧，玻璃液流出出料口后，落在平台上冷却固定。玻璃制品在玻璃成型平台2上成型后，可以将玻璃成型平台2与玻璃制品一起移开进行后续处理，因此，所述玻璃成型平台2与所述旋转驱动器327可拆卸地相连。一种具体实施方式，如图4-5所示，所述旋转驱动器327的顶部设置有旋转盘328，所述玻璃成型平台2的底部与所述旋转盘328的顶部中的一者设置有十字形凸起，另一者设置有与所述十字形凸起相匹配的十字形凹槽。通过将玻璃成型平台2的十字形凸起或凹槽与旋转盘328的十字形凹槽或凸起相匹配，可以实现玻璃成型平台的固定并能够使旋转驱动器327驱动玻璃成型平台进行3D运动，当玻璃制品成型时，可以将玻璃成型平台取下。

水平驱动器和旋转驱动器是本领域技术人员熟知的，例如水平驱动器可以包括单轴驱动器，旋转驱动器可以包括旋转电机。单轴驱动器由电机驱动，通过丝杠传动实现玻璃成型平台2的移动。例如如图4-5所示，升降平台321中间凹陷，单轴驱动器安装在升降平台凹陷处的上方。升降平台321上方安装有两个直线导轨326，直线导轨326通过滑块连接水平移动板323，玻璃成型平台2位于水平移动板323上方，旋转电机固定于水平移动板323下表面。通过单轴驱动器的电机转动可以以丝杠和丝杠螺母副驱动水平移动板323沿直线导轨326进行前后直线移动。旋转电机的电机轴头从水平移动板323中孔中伸出，电机轴头安装有旋转盘328，可以通过平键带动旋转盘328旋转。旋转盘328底部由推力轴承325支撑。旋转盘328上表面有十字形凹槽。玻璃成型平台2下表面设置有十字形凸起，并嵌入旋转盘328的十字形凹槽中。旋转电机转动时能够通过旋转盘328带动玻璃成型平台2转动。

升降驱动单元用于驱动玻璃成型平台的升降，可以具有多种形式，一种具体实施方式，如图1和6所示，所述升降驱动单元包括升降电机31和沿竖直方向布置的丝杠35，所述丝杠35沿轴向与所述升降平台321垂直固定并与所述丝杠螺纹配合，所述升降电机31与所述丝杠35传动连接。通过升降电机可以带动丝杠绕其轴线方向旋转，并可以进一步带动与丝杠螺纹配合的升降平台321升降。为了提高升降平台升降的稳定性，如图6所示，所述丝杠35可以为两根，所述升降驱动单元还可以包括位于所述丝杠35外侧的同步带33和套在所述升降电机31的转轴外侧的同步带轮34，所述升降电机31可以通过所述同步带轮34和同步带33与两根丝杠35传动连接。通过升降电机带动同步带轮和同步轮以驱动两根丝杠同时旋转，能够驱动升降平台沿竖直方向稳定地进行升降。当然，丝杠也可以为多于两根，以进一步提高升降平台升降的稳定性。

升降电机可以固定在墙上、板上或架上，例如如图6所示，所述玻璃3D打印机还可以包括支架，所述支架可以包括竖直设置的导柱37以及垂直于导柱37设置的上底板32和下底板36，所述升降电机31可以位于所述上底板32顶部且转轴穿过所述上底板32进入所述上底板32和下底板36之间，所述丝杠35可以通过带座轴承39与所述下底板36相连，当丝杠为多根时，其顶端和底端可以分别通过带座轴承39与上底板32和下底板36相连。支架可以由钢板和钢管连接而成，导柱37可以为四根，分别连接上下底板的四角。通过设置支架一方面可以固定升降驱动单元，另一方面也可以将玻璃熔制出料机构1和玻璃成型平台2固定其上，从而方便整个玻璃3D打印机的运输。

为了更进一步提高升降平台的升降稳定性，如图6所示，所述上底板32和下底板36之间可以竖直设置有立柱38，所述立柱38穿过所述升降平台321，立柱底部可通过地脚螺钉固定。通过设置立柱38，升降平台可以沿立柱38上下移动，使升降平台整体升降更加平稳。

下面将通过具体实施方式进一步说明本公开，但是本公开并不因此而受到任何限制。

在采用本公开的玻璃3D打印机进行制作玻璃制品时，加热炉可采用电加热炉，具体的可采用电阻丝加热。加热炉两侧炉壁中间有电加热电阻丝。通电时，可使加热炉升至1000℃以上，熔化玻璃原料。加热炉底部有出料口，玻璃液通过出料口流出。

如图4-5所示，升降平台321上的水平驱动器可采用电机驱动，水平驱动器一端水平安装电机，电机轴头和丝杠相连，丝杠螺母副与水平移动板323相连。电机转动时，带动丝杠旋转，通过丝杠螺母副驱动水平移动板323移动。

玻璃成型平台2可先进行预热，再固定到第二水平驱动器323上，预热温度约300℃-500℃，以减小高温玻璃液与玻璃成型平台2的温度差，避免玻璃液冷却后发生裂纹。

如图1-3所示，制作复杂玻璃制品时，首先将玻璃原料放入加热炉11，并加热将玻璃原料熔化。调整升降平台至合适高度后，通过控制直线驱动件14打开出料挡板15。细柱状玻璃液落到玻璃成型平台2上冷却固定。如图4-5所示，通过程序设置水平驱动器322和旋转驱动器327进行移动，玻璃液落到玻璃成型平台2的不同位置，也可以向上叠加。随着玻璃成型平台2的移动和玻璃液的下落冷却，精确复杂的玻璃制品就可制作完成，最后关闭出料挡板。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (10)

1.一种基于极坐标系的玻璃3D打印机，其特征在于，所述玻璃3D打印机包括玻璃熔制出料机构(1)、玻璃成型平台(2)和平台驱动机构(3)，所述玻璃熔制出料机构(1)具有将熔制玻璃出料至玻璃成型平台(2)的出料口，所述平台驱动机构(3)用于驱动所述玻璃成型平台(2)基于所述出料口在该玻璃成型平台(2)上沿投料方向具有投影地进行三维运动，所述三维运动为基于极坐标系的转动并平移的三维运动。

2.根据权利要求1所述的玻璃3D打印机，其特征在于，所述玻璃熔制出料机构(1)包括加热炉(11)，所述出料口位于所述加热炉的底部，并且所述玻璃成型平台(2)位于所述出料口下方。

3.根据权利要求2所述的玻璃3D打印机，其特征在于，所述加热炉(11)的底部设置有用于封闭或打开所述出料口以控制熔制玻璃出料的玻璃出料机构。

4.根据权利要求3所述的玻璃3D打印机，其特征在于，所述玻璃出料机构包括滑动轨道(12)、出料挡板(15)和直线驱动件(14)，所述滑动轨道(12)位于所述加热炉(11)出料口两侧，所述直线驱动件(14)可驱动所述出料挡板(15)沿滑动轨道(12)直线移动以封闭或打开所述出料口。

5.根据权利要求1所述的玻璃3D打印机，其特征在于，所述平台驱动机构(3)包括升降子机构、水平驱动器(322)和旋转驱动器(327)，所述升降子机构包括升降平台(321)和驱动所述升降平台(321)竖直升降的升降驱动单元，所述水平驱动器(322)位于所述升降平台(321)上方，所述旋转驱动器(327)与所述水平驱动器(322)传动连接且由所述水平驱动器(322)驱动进行水平直线运动，所述玻璃成型平台(2)设置在所述旋转驱动器(327)上且由所述旋转驱动器(327)驱动进行水平旋转运动。

6.根据权利要求5所述的玻璃3D打印机，其特征在于，所述玻璃成型平台(2)与所述旋转驱动器(327)可拆卸地相连。

7.根据权利要求6所述的玻璃3D打印机，其特征在于，所述旋转驱动器(327)的顶部设置有旋转盘(328)，所述玻璃成型平台(2)的底部与所述旋转盘(328)的顶部中的一者设置有十字形凸起，另一者设置有与所述十字形凸起相匹配的十字形凹槽。

8.根据权利要求5所述的玻璃3D打印机，其特征在于，所述升降驱动单元包括升降电机(31)和沿竖直方向布置的丝杠(35)，所述丝杠(35)沿轴向与所述升降平台(321)垂直固定并与所述丝杠(35)螺纹配合，所述升降电机(31)与所述丝杠(35)传动连接。

9.根据权利要求8所述的玻璃3D打印机，其特征在于，所述丝杠(35)为两根，所述升降驱动单元还包括位于所述丝杠(35)外侧的同步带(33)和套在所述升降电机(31)的转轴外侧的同步带轮(34)，所述升降电机(31)通过所述同步带轮(34)和同步带(33)与所述丝杠(35)传动连接。

10.根据权利要求8所述的玻璃3D打印机，其特征在于，所述玻璃3D打印机还包括支架，所述支架包括竖直设置的导柱(37)以及垂直于导柱(37)设置的上底板(32)和下底板(36)，所述升降电机(31)位于所述上底板(32)顶部且转轴穿过所述上底板(32)进入上底板(32)和下底板(36)之间，所述丝杠(35)通过带座轴承(39)与所述下底板(36)相连；所述上底板(32)和下底板(36)之间竖直设置有立柱(38)，所述立柱(38)穿过所述升降平台(321)。