CN206856017U - 三维打印机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种三维打印机，包括机架，机架包括相对设置的上支撑座、下支撑座以及三组驱动装置，三组驱动装置沿上支撑座的周向均匀地设置在上支撑座和下支撑座之间，其中，三维打印机还包括打印平台和第一打印头，第一打印头固定安装在上支撑座上，每一组驱动装置包括导轨、连接块、支撑臂和驱动组件，导轨连接在上支撑座和下支撑座之间，连接块沿导轨的延伸方向与导轨可滑动地连接，支撑臂的两端分别与打印平台、连接块铰接，驱动组件驱动连接块沿导轨往复移动。该三维打印机能够防止打印时与打印头连接的电源线、信号线和打印出的三维实体发生触碰、干扰。

Description

三维打印机

技术领域

本实用新型涉及打印技术领域，具体地说，是涉及一种三维打印机。

背景技术

三维打印机是一种利用快速成型技术进行打印三维物体的设备，其以数字模型为基础，利用塑料或粉末金属等材料，逐层地打印出三维物体。三维打印的过程首先是通过计算机辅助设计（CAD）或计算机动画建模软件建模，再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面，再根据分析截面信息得到加工路径，从而指导打印机逐层打印。按照工作原理的不同，其所利用的快速成型技术有熔融挤压成型、激光选择性烧结成型、光固化成型等。

虽然目前市场上三维打印机的种类繁多，但最为常见的是由FDM三维成型的打印机，FDM(Fused Deposition Modeling, 熔融沉积成型)是一种通过熔融材料叠加堆积而形成三维实体模型的工艺，一般采用逐层固化成型方法，使打印后的树脂一层一层地变成固体，从而产生固体成像产品。而FDM打印机又可根据坐标方式分为平行式三维打印机和并联式三维打印机，但是，现有的FDM打印机无论是平行式三维打印机还是并联式三维打印机，均是根据预设的三维打印数据来控制打印头进行移动，并使打印头对成型材料进行加热后，向打印平台逐层喷射熔融状态的成型材料，成型材料固化后形成所要打印的三维实体。

然而，由于现有的FDM三维打印机在进行打印时，均是通过移动的打印头在固定的打印平台上进行成型材料的喷射、固化并形成所要打印的三维实体。但是，这样的三维打印机结构和打印方法存在如下缺陷：

第一，由于成型材料需要与打印头连接，而打印头在打印时需要根据三维打印数据进行移动，使得成型材料靠近打印头的一端容易出现扭曲、变形的情况，并且移动的打印头会影响成型材料的输送质量，进而影响打印头喷出的熔融状态的成型材料的质量；

第二，打印头需要与电源线、信号线进行固定连接，而打印头在打印过程中进行移动时，连接在打印头上的电源线、信号线均会进行相应的移动。此外，为了保证打印头在移动过程中具有足够的形成，使得电源线、信号线必需预留足够的长度，然而，预留的长度在打印时容易出现与打印出来的三维实体发生干涉的情况，尤其是大型的三维打印机，使得三维打印机在进行打印作业时，连接在打印头上的电源线、信号线容易与打印头上的其他部件或打印中的三维实体发生触碰或相互干扰，影响三维实体的打印，对打印出来的三维实体造成“破坏”，或者导致打印不成功。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型的主要目的是提供一种能够防止打印时与打印头连接的电源线、信号线和打印出的三维实体发生触碰、干扰，且能够有效提高打印质量的三维打印机。

为了实现本实用新型的主要目的，本实用新型提供一种三维打印机，包括机架，机架包括上支撑座、下支撑座和三组驱动装置，下支撑座和上支撑座相对地设置，三组驱动装置沿上支撑座的周向均匀地设置在上支撑座和下支撑座之间,其中，三维打印机还包括打印平台和第一打印头，第一打印头固定安装在上支撑座上，每一组驱动装置包括导轨、连接块、支撑臂和驱动组件，导轨连接在上支撑座和下支撑座之间，连接块沿导轨的延伸方向与导轨可滑动地连接，支撑臂的两端分别与打印平台、连接块铰接，驱动组件驱动连接块沿导轨往复移动。

由上可见，通过将第一打印头固定在机架的上支撑座上，使得三维打印机在进行打印作业时，第一打印头能够固定不动，进而避免与第一打印头连接的电源线、信号线在打印过程中与打印出的三维实体发生触碰，防止打印出的三维实体发生破损。此外，通过三组驱动装置驱动打印平台进行移动，使得打印平台能够根据预设的三维打印数据相对第一打印头进行移动，如竖直移动、水平移动、倾斜运动等。

进一步的方案是，每一组驱动装置的连接块在靠近打印平台的一侧设置有第一球铰接头，第一球铰接头与支撑臂的第一端铰接，打印平台具有用于承载三维实体的载物端面和与载物端面相对一侧的连接端面，连接端面上设置有三组沿周向均匀分布的第二球铰接头，一组第二球铰接头与一组驱动装置的支撑臂的第二端铰接。

更进一步的方案是，连接端面上具有铰接座，三组第二球铰接头均位于铰接座上。

更进一步的方案是，铰接座位于连接端面的中部。

由上可见，支撑臂的两端分别与连接块的第一球铰接头、打印平台的第二球铰接头铰接，使得打印平台在进行水平移动、竖直移动以及倾斜运动时，能够进行更加灵活的移动，而将支撑臂的第二端与打印平台中部的铰接座铰接的第二球铰接头铰接，能够提高驱动装置对打印平台的驱动精度，进而提高三维打印机的打印精度和打印质量。

更进一步的方案是，驱动组件包括驱动电机、第一带轮、第二带轮和同步带，驱动电机与下支撑座固定连接，第一带轮与驱动电机的电机轴固定连接，第二带轮与上支撑座固定连接，第一带轮和第二带轮的连线与延伸方向平行，同步带连接在第一带轮和第二带轮之间，同步带驱动连接块沿延伸方向移动。

更进一步的方案是，连接块与导轨之间设置有直线轴承。

由上可见，在连接块和导轨之间设置直线轴承，使得连接块在沿导轨的延伸方向进行直线运动时，能够具有摩擦阻力小、移动精度高和运动快捷等优点。

更进一步的方案是，支撑臂为伸缩杆。

由上可见，将使用伸缩杆作为伸缩臂，能够使得打印平台在进行倾斜运动时，各伸缩臂之间能够进行灵活的调节，使得打印平台能够进行较好的倾斜调节。

附图说明

图1是本实用新型三维打印机第一实施例的结构图。

图2是本实用新型三维打印机第一实施例的驱动装置的结构图。

图3是本实用新型三维打印机第一实施例的驱动装置的另一视角下的结构图。

图4是本实用新型三维打印机第一实施例的打印平台的结构图。

图5是本实用新型三维打印机第一实施例的打印平台与支撑臂的连接示意图。

图6是本实用新型三维打印机第一实施例的第一打印头省略部分组件后的剖视图。

图7是本实用新型三维打印机第一实施例的第一打印头的结构图。

图8是本实用新型三维打印机第二实施例的第一打印头和第二打印头的结构示意图。

图9是本实用新型三维打印机的打印方法实施例的第一使用状态图。

图10是本实用新型三维打印机的打印方法实施例的第二使用状态图。

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

具体实施方式

三维打印机第一实施例：

参照图1，三维打印机10包括机架1、第一打印头2和打印平台3，第一打印头2用于对成型材料进行加热使成型材料呈熔融状态后向打印平台3喷射熔融状态的成型材料形成三维实体。

参照图2至图4，并结合图1，机架1包括上支撑座11、下支撑座12和三组驱动装置13。三组驱动装置13沿上支撑座11的周向均匀地设置在上支撑座11和下支撑座12之间，打印平台3位于上支撑座11、下支撑座12和三组驱动装置13围成的空间内。

具体地，每一组驱动装置13包括导轨131、连接块132、支撑臂133和驱动组件134，导轨131固定连接在上支撑座11和下支撑座12之间，连接块132沿导轨131的延伸方向与导轨131可滑动地连接，并且，连接块132和导轨131之间设置有直线轴承130，直线轴承130的外圈固定安装在连接块131上，直线轴承130的内圈与导轨131连接，直线轴承130具有摩擦阻力小、移动精度高和运动快捷的有优点，使得当连接块132沿导轨131的延伸方向滑动时，能够减小连接块132和导轨131之间的摩擦力，使得连接块131在滑动过程中不会出现卡顿，进而提高三维打印机10的打印精度和打印质量。

连接块132在靠近打印平台3的一侧设置有第一球铰接头1321，打印平台3具有载物端面31和与载物端面31相对一侧的连接端面32，载物端面31朝向打印头2设置，并且载物端面31用于承载三维实体。连接端面32的中部设置有铰接座321，铰接座321上设置有三组第二球铰接头322，三组第二球铰接头322沿上支撑座11的周向均匀分布。

支撑臂133的两端分别与连接块132和打印平台3铰接，具体地，支撑臂133的两端分别设置有球座接头1331和球座接头1332。如图2和图5所示，一组驱动装置13的支撑臂133的球座接头1331与铰接座321上相对设置的一组第二球铰接头322铰接，支撑臂133的球座接头1332与同一组驱动装置13的连接块132的第一球铰接头1321铰接。通过使支撑臂133与打印平台3的中部进行铰接的连接方式，能够提高驱动装置13的打印平台3的驱动精度，进而提高三维打印机10的打印精度和打印质量。

驱动组件134用于控制并驱动同一组驱动装置13的连接块132沿导轨131的延伸方向往复移动。驱动组件134包括驱动电机1341、第一带轮1342、第二带轮1343和同步带1344，驱动电机1341通过固定架135固定安装在下支撑座12。第一带轮1342与驱动电机1341的电机轴固定连接，第二带轮1343通过固定架136与上支撑座11固定连接，并且第一带轮1342和第二带轮1343的连接与导轨131的延伸方向平行。同步带1344连接在第一带轮1342和第二带轮1343之间，并且,连接块132与一部分的同步带1344固定连接，驱动电机1341驱动第一带轮1342并通过第二带轮1343带动同步带1344转动，进而使得连接块132沿导轨131的延伸方向滑动。

需要说明的是，三组驱动装置13可相独立地或相同步地运动。例如，当三组驱动装置13相同步地运动时，三组驱动电机1341同步驱动本组的连接块132沿导轨131的延伸方向做同步滑动，使得打印平台3相对于第一打印头2做靠近或远离第一打印头2的竖直移动。当三组驱动装置13相独立地运动时，每一组驱动电机1341独立驱动本组的连接块132沿导轨131的延伸方做向独立滑动，使得打印平台3相对于第一打印头2进行水平移动或倾斜运动。

参照图6和图7，第一打印头2包括加热块22、第一喷嘴23和至少一个挤出机构21，其中，挤出机构21用于输送成型材料，如三维打印机10所使用的打印线材。加热块22用于对挤出机构21输送的成型材料进行加热，使成型材料呈熔融状态后被输送到第一喷嘴23，并由第一喷嘴23向打印平台3喷射熔融状态的成型材料，进而根据预设的三维打印数据打印出三维实体。

具体地，挤出机构21的数量为四个，并且第一打印头2还包括固定座24，固定座24安装在上支撑座11上并位于靠近打印平台3的一侧，固定座24上沿上支撑座11的周向设置有四个导孔241，每一个挤出机构21通过一根导管26与固定座24上的一个导孔241连接，导孔241和导管26用于为成型材料提供移动通道，使得每一个挤出机构21输送的成型材料能够通过单独的通道进入加热块22。

加热块22绕加热块22的轴线与固定座24可转动地连接，并且，加热块22的外周沿上支撑座11的周向设置有四个卡槽222，每一卡槽222的开口处设置有斜面。此外，加热块的中部上还设置有一个挤出孔221，通过转动加热块22，使得挤出孔221有选择地与其中一个导孔241对接，进而使得第一打印头2有选择的使用四个挤出机构21输送的成型材料中的一种，满足三维打印机10的不同打印需求，例如，当每一个挤出机构21输送一种颜色的成型材料时，三维打印机10的第一打印头2能够有选择地使用其中一种或多种颜色的成型材料进行打印。

优选地，第一打印头2还包括电机25和锁紧装置，电机25能够根据预设的三维打印数据控制加热块22进行转动，进而选择不同颜色的成型材料。锁紧装置包括锁片27、弹簧28和螺栓29，锁片27通过螺栓29与固定座24连接，弹簧28套装在螺栓29上并且弹簧28的两端分别与锁片27、螺栓29抵接。当加热块22的挤出孔221与固定座24的其中一个导孔241对接时，在弹簧28的反作用力下锁片27刚好扣合在加热块22的卡槽222内。当电机25驱动加热块22转动，使挤出孔221与其他三个导孔241中的一个进行对接时，锁片27顺着卡槽222的开口处的斜面脱离卡槽222并对弹簧28进行压缩，当加热块的挤出孔221与其他三个导孔241中的一个完成对接时，锁片27再一次扣合在加热块22的卡槽222内，对加热块22进行锁定。

由上述方案可见，本实施例提供的三维打印机在进行三维打印时，是根据预设的三维打印数据来控制打印平台相对于第一打印头进行移动，并使第一印头对成型材料进行加热后，向打印平台逐层喷射熔融状态的成型材料，成型材料固化后形成所要打印的三维实体。解决了现有的传统三维打印机在进行三维打印时，通过控制打印头在固定的打印平台上进行三维实体打印时所存在的问题。保证三维打印机在进行打印时，使得成型材料靠近打印头的一端不会出现扭曲、变形的情况，提高成型材料的输送质量和三维打印机的打印质量。此外，还保证了三维打印机在打印过程中，与打印头连接的电源线、信号线不会与打印出的三维实体发生触碰或相互干扰，避免影响三维实体的打印，有效的防止电源线、信号线对打印出来的三维实体造成“破坏”，或者导致打印不成功的情况发生。

三维打印机第二实施例：

应用三维打印机第一实施例的实用新型构思，三维打印机第二实施例与第一实施例的不同之处在于第二实施例的第一打印头4包括储粉仓41、第二喷嘴42和装粉口43，其中，储粉仓41用于装载成型材料，该成型材料主要为粉状成型材料，并且，储粉仓41的内部设置可自转的螺杆411，螺杆411在控制系统的控制下进行自转，从而将储粉仓41内的粉状成型材料输送到第二喷嘴42处，并由第二喷嘴42用于向打印平台喷射粉状的成型材料。其中，第二喷嘴42位于储粉仓41的下游端，装粉口43位于储粉仓41的上游端。

三维打印机还包括第二打印头40和加热装置（未示出），第二打印头用于装载粘接剂并对第二喷嘴42喷射出的成型材料进行初步固化，而加热装置用于对第二喷嘴喷射出的成型材料进行二次固化。

具体地，本实施例所述的粉状成型材料由90%的金属粉末和10%的石蜡粉末组成（或树脂材料粉末）。第二打印头40内装有石蜡液体作为粘结剂。

使用三维打印机进行打印操作时，首先，第一打印头4的第二喷嘴42在打印平台上喷涂形成第一层粉末材料。然后，启动第二打印头40，第二打印头40的打印喷嘴把粘结剂喷涂到第一层粉末材料之上，粘结剂会包裹住金属粉末，继续在打印平台上喷涂第二层粉末材料和进行初步固化的步骤，直到形成三维物体初品。

最后，把三维物体初品通过加热装置在高温环境800℃至2000℃下二次固化形成三维实体成品，并使三维实体初品内部的粘结剂石蜡以及粉末材料内的石蜡粉末挥发逸出三维实体之外，最终完成三维物体的成型。

三维打印机的打印方法实施例：

本实用新型提供一种三维打印机的打印方法，其使用了上述实施例中的三维打印机进行打印，三维打印机10包括机架1，机架1包括上支撑座11、下支撑座12和三组驱动装置13，下支撑座12和上支撑座11相对地设置，三组驱动装置13沿上支撑座11的周向均匀地设置在上支撑座11和下支撑座12之间，其中，三维打印机10还包括打印平台3和第一打印头2，第一打印头2固定安装在上支撑座11上，每一组驱动装置13包括导轨131、连接块132、支撑臂133和驱动组件134，导轨131连接在上支撑座11和下支撑座12之间，连接块132沿导轨131的延伸方向与导轨131可滑动地连接，支撑臂133的两端分别与打印平台3、连接块132铰接，驱动组件134驱动连接块132沿导轨131的延伸方向往复移动，其打印方法包括以下步骤：

第一步，三维打印机10 接收模型数据并生成分层切片数据。

第二步，三维打印机10根据生成的分层切片数据驱动打印平台3按照预设轨迹移动。

第三步，获取打印平台3的当前位置，并对打印平台3进行调节，使打印平台3位于预设的打印原点。

第四步，第一打印头2的挤出机构21将成型材料输送至加热块22进行加热，使成型材料呈熔融状态后从第一喷嘴23被喷射至打印平台3上，形成三维实体。同时，三组驱动装置13根据生成的分层切片数据相同步地或相独立地驱动打印平台3相对第一打印头移动，进行当前分层切片的打印。

第五步，三组驱动装置13根据各层的切片数据控制打印平台3相对第一打印头2移动，完成三维实体的打印。同时，熔融状态的成型材料在被第一喷嘴23喷射至打印平台3上后迅速的凝结固化，形成三维实体。

第六步，在打印完毕并且打印平台3回到初始位置后，使三维实体与打印平台3进行分离，取下打印完毕的三维实体。

其中，第四步中三组驱动装置13根据生成的分层切片数据相同步地或相独立地驱动打印平台3相对第一打印头移动包括：

当三组驱动装置13相同步地运动时，三组驱动电机1341同步驱动本组的连接块132沿导轨131的延伸方向做同步滑动，使得打印平台3相对于第一打印头2做靠近或远离第一打印头2的竖直移动，使得三维打印机10能够沿竖直方向进行三维实体的打印。或者，

如图9和图10所示，当三组驱动装置13相独立地运动时，每一组驱动电机1341独立驱动本组的连接块132沿导轨131的延伸方做向独立滑动，使得打印平台3能够相对于第一打印头2进行水平移动或倾斜运动，使得三维打印机10能沿水平方向对三维实体进行打印，或者使得三维打印机10能够在某一特定的角度下对三维实体进行打印。

需要说明的是，每一组驱动装置13的支撑臂133均可具有伸缩功能，使得当打印平台3在进行倾斜运动时，支撑臂133能够通过伸缩功能调节自身长度的同时，结合支撑臂133与打印平台3、同一组的驱动装置13的连接块132之间铰接结构，使得打印平台3在进行倾斜运动是能够更加顺畅，使得三维打印机10具有更多的打印角度。

此外，当第一打印头2上的多个挤出机构21输送不同颜色的成型材料时，可以通过调节加热块22上的挤出孔与固定座24上的不同导孔进行对接，进而使得第一喷嘴23能够进行不同颜色的成型材料的喷射，进而使三维打印机10能够进行不同颜色的三维实体的打印。

由上述方案可见，本实施例提供的三维打印机的打印方法是：三维打印机在进行三维实体打印时，通过将第一打印头固定在机架上，并根据预设的三维打印数据来控制打印平台相对于第一打印头进行移动来完成三维实体的打印。

该打印方法不同于现有的通过控制打印头在固定的打印平台上进行三维实体打印的打印方法，并且本实施例提供的三维打印机的打印方法能保证三维打印机在进行打印时，使得成型材料靠近打印头的一端不会出现扭曲、变形的情况，提高成型材料的输送质量和三维打印机的打印质量。此外，还保证了三维打印机在打印过程中，与打印头连接的电源线、信号线不会与打印出的三维实体发生触碰或相互干扰，避免影响三维实体的打印，有效的防止电源线、信号线对打印出来的三维实体造成破坏，或者导致打印不成功的情况发生。

此外，本实施例提供的三维打印机的打印方法与现有的三维打印机的打印方法相比，还具有三维打印机在进三维实体打印时，打印平台可实现倾斜的优点，使得三维打印机在打印机时具有更多的可选打印角度。

最后需要强调的是，以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种变化和更改，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.三维打印机，包括机架，所述机架包括上支撑座、下支撑座和三组驱动装置，所述下支撑座和所述上支撑座相对地设置，三组所述驱动装置沿所述上支撑座的周向均匀地设置在所述上支撑座和所述下支撑座之间；

其特征在于：

所述三维打印机还包括：

打印平台；

打印头，所述打印头固定安装在所述上支撑座上；

每一组所述驱动装置包括：

导轨，所述导轨连接在所述上支撑座和所述下支撑座之间；

连接块，所述连接块沿所述导轨的延伸方向与所述导轨可滑动地连接；

支撑臂，所述支撑臂的两端分别与所述打印平台、所述连接块铰接；

驱动组件，所述驱动组件驱动所述连接块沿所述导轨往复移动。

2.根据权利要求1所述的三维打印机，其特征在于：

每一组所述驱动装置的所述连接块在靠近所述打印平台的一侧设置有第一球铰接头，所述第一球铰接头与所述支撑臂的第一端铰接；

所述打印平台具有用于承载三维实体的载物端面和与所述载物端面相对一侧的连接端面，所述连接端面上设置有三组沿所述周向均匀分布的第二球铰接头，一组所述第二球铰接头与一组所述驱动装置的所述支撑臂的第二端铰接。

3.根据权利要求2所述的三维打印机，其特征在于：

所述连接端面上具有铰接座，三组所述第二球铰接头均位于所述铰接座上。

4.根据权利要求3所述的三维打印机，其特征在于：

所述铰接座位于所述连接端面的中部。

5.根据权利要求1至4任一项所述的三维打印机，其特征在于：

所述驱动组件包括：

驱动电机，所述驱动电机与所述下支撑座固定连接；

第一带轮，所述第一带轮与所述驱动电机的电机轴固定连接；

第二带轮，所述第二带轮与所述上支撑座固定连接，所述第一带轮和所述第二带轮的连线与所述延伸方向平行；

同步带，所述同步带连接在所述第一带轮和所述第二带轮之间，所述同步带驱动所述连接块沿所述延伸方向移动。

6.根据权利要求5所述的三维打印机，其特征在于：

所述连接块与所述导轨之间设置有直线轴承。

7.根据权利要求6所述的三维打印机，其特征在于：

所述支撑臂为伸缩杆。