CN206937991U - 一种无间隙配合导向运动的3d打印头结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种无间隙配合导向运动的3D打印头结构，包括固定架、打印头、X轴传动组件、两组Y轴传动组件、光轴、打印平台、Z轴传动组件、Y轴步进电机以及封闭同步带轮机构，所述X轴传动组件与所述光轴平行设置，所述两组Y轴传动组件分别设置在所述X轴传动组件及所述光轴的两侧，所述光轴设置在所述固定架的上部，所述打印平台位于所述X轴传动组件、Y轴传动组件的下方；所述封闭同步带轮机构包括同步带以及所述同步带配合的主动同步轮以及从动同步轮，所述主动同步轮与所述Y轴步进电机连接，所述从动同步轮穿设在所述光轴上；所述打印头固定在所述X轴传动组件上。本实用新型能提高打印精度、结构更稳定，使用寿命长，打印更安静。

Description

一种无间隙配合导向运动的3D打印头结构

技术领域

本实用新型涉及3D打印机领域，确切地说是指一种无间隙配合导向运动的3D打印头结构。

背景技术

3D打印机通过一块微处理器的主电路板将处理后的3D模型文件转换成X、Y、Z轴和E轴喷头供料的步进电机数据，交给4个或多个步进电机控制电路进行控制，然后让步进电机控制电路控制工件输出打印头X轴、Y轴方向移动、Z轴的垂直移动和E轴(喷头供料)的速度，比较精确地让高温喷头将原料(PLA塑料丝)融化后一层一层地喷在工件输出打印平台上叠加，形成最终的实体模型。

目前3D打印机打印头X、Y和Z轴方向相对移动的导向运动工作原理常见方式是：

X轴、Y轴先由步进电机传动，带动同步轮转动，由于同步带和同步轮间的啮合，便拖动同步带来回运动，并传递动力使X轴、Y轴也做往返运动，再加上直线光轴和直线轴承或箱式轴承的配合固定导向，这样的结构才确保X轴和Y轴运动方向保持直线。而Z轴先由步进电机传动，带动联轴器同步转动，再把动力传至联轴器上的丝杆，通过丝杆的转动转化成丝杆螺母的上下直线运动，再由光轴和直线轴承或箱式轴承的配合导向作用，完成Z轴打印平台的稳定上下直线运动。以上所述的现有技术具有如下缺点：1、光轴与直线轴承的配合精度不高，导致在导向传动过程中运动定位有偏差；2、光轴直线度和直径误差较大，导向传动过程容易出现卡顿、偏向等问题；3、光轴在安装完机器后，运输过程容易变形，最后导致机器不能使用；4、轴承里面的小滚珠容易脱落或卡死不再滚动，传动过程摩擦光轴阻力大，易刮损光轴；5、此结构在X轴、Y轴运动中由于光轴和轴承导向过程有微小震动而导致打印精度下降；6、由于Z轴平台的自重，光轴与直线轴承配合有间隙使得平台往前倾斜；7、打印过程中光轴和轴承间的相对运动噪音相对较大。

实用新型内容

针对上述缺陷，本实用新型解决的技术问题在于提供一种无间隙配合导向运动的3D打印头结构，改善X轴、Y轴在相对垂直运动中的直线运动精度，提高打印头的定位精度从而提升打印质量。

为了解决以上的技术问题，本实用新型提供的一种无间隙配合导向运动的3D打印头结构，包括固定架、打印头、X轴传动组件、两组Y轴传动组件、光轴、打印平台、Z轴传动组件、Y轴步进电机以及封闭同步带轮机构，所述X轴传动组件与所述光轴平行设置，所述两组Y轴传动组件分别设置在所述X轴传动组件及所述光轴的两侧，所述光轴设置在所述固定架的上部，所述打印平台位于所述X轴传动组件、Y轴传动组件的下方；所述封闭同步带轮机构包括同步带以及所述同步带配合的主动同步轮以及从动同步轮，所述主动同步轮与所述Y轴步进电机连接，所述从动同步轮穿设在所述光轴上；所述打印头固定在所述X轴传动组件上；

所述X轴传动组件包括X轴步进电机、X轴滚动轨、固定板、设置在所述固定板上的X轴滚轮组、X轴同步轮、与所述X轴同步轮配合的X轴同步带，所述X轴同步轮与所述X轴步进电机连接；所述X轴滚动轨两端分别连接一端板；

所述Y轴传动组件包括Y轴步进电机、Y轴滚动轨、Y轴滚轮组、Y轴同步带、与所述Y轴同步带配合的Y轴从动轴承、Y轴轴承座，所述Y轴轴承座及Y轴滚动轨与所述光轴一端连接，所述Y轴从动轴承位于所述光轴的另一端，所述Y轴滚动轨设置在所述光轴的侧边，所述Y轴同步带位于所述Y轴滚动轨的滚动槽中，所述Y轴滚轮组包括至少两个滚轮，分别位于所述Y轴滚动轨的滚动槽中并与所述Y轴同步带接触；

所述Z轴传动组件包括打印平台、两组相配合的Z轴滚动轨及Z轴滚轮组、Z轴步进电机、与所述Z轴步进电机的电机轴通过联轴器连接的丝杆、与所述丝杆配合的丝杆螺母，所述丝杆及Z轴滚动轨穿过所述打印平台。

优选地，所述Z轴滚动轨的顶端与所述固定架的上部连接，所述Z轴滚动轨的底端与所述固定架的下部连接。

优选地，所述Y轴滚轮组包括三个滚轮，其中两个滚轮位于所述Y轴滚动轨的上方，其中一个滚轮位于所述Y轴滚动轨的下方。

优选地，所述Y轴滚轮组固定在所述端板上。

优选地，所述打印头固定在所述固定板上。

本实用新型提供的无间隙配合导向运动的3D打印头结构，由于橡胶等柔性材质制成的滚轮与滚动轨之间是无间隙配合，靠滚轮在滚动轨间滚动来传动，这不仅能使各轴的运动顺滑，且因为滚轮外边是柔性材质的缘故，可以吸收运动中的微小震动，从而提高打印精度。另外此种导向运动方式使得整个X轴、Y轴和Z轴两两垂直的运动结构更加牢固稳定，使用寿命更加持久，打印过程更加安静。

附图说明

图1为本实用新型实施例中无间隙配合导向运动的3D打印头结构的结构示意图；

图2为图1中X轴传动组件的结构示意图；

图3为图1中X轴传动组件的俯视图；

图4为图1中Y轴传动组件的结构示意图；

图5为图1中Z轴传动组件的结构示意图。

具体实施方式

为了本领域的技术人员能够更好地理解本实用新型所提供的技术方案，下面结合具体实施例进行阐述。

本实施例的无间隙配合导向运动的3D打印头结构主要用于3D打印机X轴、Y轴及Z轴运动结构，该结构主要用于热熔堆积技术(FDM)的3D打印机。

参见图1～图5，该结构包括固定架A、打印头19、X轴传动组件、两组Y轴传动组件、光轴14、打印平台15、Z轴传动组件、Y轴步进电机以及封闭同步带轮机构。其中，X轴传动组件与光轴14平行设置，两组Y轴传动组件分别设置在X轴传动组件及光轴14的两侧，光轴14设置在固定架A的上部，打印平台位于X轴传动组件、Y轴传动组件的下方；封闭同步带轮机构包括同步带7以及该同步带7配合的主动同步轮7a以及从动同步轮7b，主动同步轮7a与Y轴步进电机5连接，从动同步轮7b穿设在光轴14上；

X轴传动组件包括X轴步进电机1、X轴滚动轨18、固定板18a、设置在固定板18a上的X轴滚轮17、X轴同步轮16、与X轴同步轮16配合的X轴同步带2，X轴同步轮16与X轴步进电机1连接；X轴滚动轨两端分别连接一端板18b；打印头19固定在固定板18a上；

Y轴传动组件包括Y轴步进电机5、Y轴滚动轨4、Y轴滚轮组、Y轴同步带20、与Y轴同步带20配合的Y轴同步轮20a、Y轴从动轴承8，Y轴轴承座13及Y轴滚动轨与光轴14的一端连接，Y轴从动轴承8位于光轴的另一端，Y轴滚动轨4设置在光轴14的一侧，Y轴同步带20位于Y轴滚动轨的滚动槽中，Y轴滚轮组包括三个滚轮3，其中两个位于Y轴滚动轨上方的滚动槽中并与Y轴同步带接触，另一个位于Y轴滚动轨下方的滚动槽中并与Y轴同步带接触；

Z轴传动组件包括打印平台15、两组相配合的Z轴滚动轨21及Z轴滚轮组、Z轴步进电机22、与Z轴步进电机22的电机轴通过联轴器23连接的丝杆24，丝杆24及Z轴滚动轨21穿过打印平台15，丝杆24与打印平台15之间设置丝杆螺母25。

工作时，微处理器的主电路板将处理后的3D模型文件转换成X、Y、Z轴和E轴喷头供料的步进电机数据，当X轴步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动X轴步进电机1按设定的方向转动一个固定的角度(即步进角)，通过控制脉冲个数来控制角位移量，与X轴步进电机1连接的X轴同步轮16跟随X轴步进电机1转动相同的角度，由与X轴同步轮16紧密结合的X轴同步带2把这一角度转换成一定量的直线位移，再经过X轴滚轮17与X轴滚动轨18无间隙配合的直线导向运动这一结构使X轴上的打印头19做稳定的直线往返运。而Y轴步进电机5也按设定的方向转动一个固定的角度，主动同步轮7a也跟随Y轴步进电机5转动相同角度，带动封闭同步带7把动力传递到光轴14上的从动同步轮7b，同时使光轴14开始转动并带动光轴14两边的Y轴同步轮20a，最后再使两边的Y轴同步带20带动整个X轴传动组件运动，而经过Y轴滚轮3与Y轴滚动轨4无间隙配合导向作用下，确保精准稳定地在Y方向做直线往返运动。Z轴则不同于X轴、Y轴的传动方式，Z轴先有步进驱动器接收到一个脉冲信号，然后驱动Z轴步进电机22按设定方向转动一个固定角度，经过联轴器23作用带动丝杆24转动相同的一个角度，再由丝杆螺母25把转动的角位移量转化成竖直运动的位移量，在Z轴滚轮与Z轴滚动轨21无间隙配合导向下使Z轴整个打印平台15平稳的直线上下运动。

本实施例的无间隙配合导向运动的3D打印头结构，具有如下优点：

1、使用寿命长，少磨损，不易损坏；

2、打印过程由于橡胶滚轮的作用更加静音；

3、整个XYZ轴运动结构阻力更小；

4、整个结构更加牢固稳定，打印过程更加平稳；

5、橡胶滚轮与铝型材无间隙配合，橡胶滚轮在铝型材上滚动减少摩擦震动提高打印精度。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种无间隙配合导向运动的3D打印头结构，其特征在于，包括固定架、打印头、X轴传动组件、两组Y轴传动组件、光轴、打印平台、Z轴传动组件、Y轴步进电机以及封闭同步带轮机构，所述X轴传动组件与所述光轴平行设置，所述两组Y轴传动组件分别设置在所述X轴传动组件及所述光轴的两侧，所述光轴设置在所述固定架的上部，所述打印平台位于所述X轴传动组件、Y轴传动组件的下方；所述封闭同步带轮机构包括同步带以及所述同步带配合的主动同步轮以及从动同步轮，所述主动同步轮与所述Y轴步进电机连接，所述从动同步轮穿设在所述光轴上；所述打印头固定在所述X轴传动组件上；

所述X轴传动组件包括X轴步进电机、X轴滚动轨、固定板、设置在所述固定板上的X轴滚轮组、X轴同步轮、与所述X轴同步轮配合的X轴同步带，所述X轴同步轮与所述X轴步进电机连接；所述X轴滚动轨两端分别连接一端板；

所述Y轴传动组件包括Y轴步进电机、Y轴滚动轨、Y轴滚轮组、Y轴同步带、与所述Y轴同步带配合的Y轴从动轴承、Y轴轴承座，所述Y轴轴承座及Y轴滚动轨与所述光轴一端连接，所述Y轴从动轴承位于所述光轴的另一端，所述Y轴滚动轨设置在所述光轴的侧边，所述Y轴同步带位于所述Y轴滚动轨的滚动槽中，所述Y轴滚轮组包括至少两个滚轮，分别位于所述Y轴滚动轨的滚动槽中并与所述Y轴同步带接触；

所述Z轴传动组件包括打印平台、两组相配合的Z轴滚动轨及Z轴滚轮组、Z轴步进电机、与所述Z轴步进电机的电机轴通过联轴器连接的丝杆、与所述丝杆配合的丝杆螺母，所述丝杆及Z轴滚动轨穿过所述打印平台。

2.根据权利要求1所述的无间隙配合导向运动的3D打印头结构，其特征在于，所述Z轴滚动轨的顶端与所述固定架的上部连接，所述Z轴滚动轨的底端与所述固定架的下部连接。

3.根据权利要求1所述的无间隙配合导向运动的3D打印头结构，其特征在于，所述Y轴滚轮组包括三个滚轮，其中两个滚轮位于所述Y轴滚动轨的上方，其中一个滚轮位于所述Y轴滚动轨的下方。

4.根据权利要求2所述的无间隙配合导向运动的3D打印头结构，其特征在于，所述Y轴滚轮组固定在所述端板上。

5.根据权利要求2所述的无间隙配合导向运动的3D打印头结构，其特征在于，所述打印头固定在所述固定板上。