CN207682951U - 一种基于平面移动并联机构的3d打印机 - Google Patents

Abstract

一种基于平面移动并联机构的3D打印机，包括框架、平面移动并联机构、打印升降台、物料输送装置和控制面板。平面移动并联机构通过转动副与滚珠丝杠副和导轨相连接，并通过三条分支运动链实现打印喷头在水平面内的二维移动，伺服电机通过减速器与滚珠丝杠连接用以给平面并联移动机构提供动力；打印升降台利用滚珠丝杠副和导杆固定于框架上，伺服电机通过减速器和滚珠丝杠副与打印升降台相连，为其在垂直面内的上下移动提供动力；物料输送装置安装于动平台上；控制面板通过控制与检测模块对打印喷头的位置进行检测，并通对其位置进行调控完成3D打印。本实用新型可以解决一般3D打印机机构解耦性差、工作空间小、承载能力弱等问题。

Description

一种基于平面移动并联机构的3D打印机

技术领域

本发明涉及到3D打印机技术领域，具体涉及一种基于平面移动并联机构的3D打印机。

背景技术

在如今的科技飞速发展的时代，人们在要求高的加工质量的同时也要求高加工效率，传统的制造方式已经无法满足人们的物质需求，快速成型技术因此应运而生。其中，应用最为广泛的便是3D打印机。

3D打印机是以数字模型为基础，运用可粘合材料，通过成成堆积的方式来构造物体的机器。3D打印机通过增材制造的方法，无需毛胚和模具能够根据计算机图形数据直接生成零件。与传统切除制造相比具有低成本、高效率、制造简单等优点。也正是这些优点使的该技术被广泛应用于珠宝、航空航天、医学、房屋建筑、海军舰艇等诸多领域。

在我国已有不少学者在此方面申请相关专利，如申请号为：201710084731.2、201610404213.x等专利。但是目前我国的3D打印行业仍然存在诸多问题如：机构解耦性差、工作空间小、承载能力弱等问题。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于平面移动并联机构的3D打印机，用以解决机构解耦性差、工作空间小、承载能力弱等问题。

为了解决上述问题本发明采用的技术方案是：一种基于平面移动并联机构的3D打印机，包括框架、平面移动并联机构、打印升降台、物料输送装置和控制面板，所述的平面移动并联机构包括动力机构、并联机构、导轨、传动机构和动平台，在框架中设置两条相垂直的导轨及与导轨相配合的两个传动机构，每个传动机构由一套动力机构驱动；所述并联机构包括第一分支运动链、第二分支运动链和第三分支运动链，第一分支运动链为恰约束运动链，包括两根转动连接的连杆，第一分支运动链的两端分别与所述框架的立柱以及动平台转动连接，且连杆之间的转动轴线以及第一分支运动链与立柱及动平台连接处的转动轴线均为竖直方向；所述第二分支运动链和第三分支运动链的结构相同，均包括转动连接的两根连杆以及转动副和万向铰，其中一根连杆通过转动副与导轨及传动机构连接，另一根连杆通过万向铰与动平台连接，万向铰具有两个同一平面且相垂直的第一转轴和第二转轴，在同一分支运动链中，第一转轴与分支运动链所连接的导轨以及转动副的轴线平行，同时平行于连杆之间的转动轴线，由动力机构通过传动机构驱动第二分支运动链及第三分支运动链沿各自所连接的导轨水平移动；所述物料输送装置安装在动平台上；所述打印升降台包括台面以及安装在框架上以驱动台面竖直上下移动的竖直升降机构。

优选的，所述的传动机构为滚珠丝杠副Ⅰ，滚珠丝杠副Ⅰ中的滚珠丝杠Ⅰ平行于与滚珠丝杠副Ⅰ相配合的导轨。

优选的，所述物料输送装置包括自上而下依次连接的物料盘、加热装置和打印喷头以及设置在动平台上的冷却装置，由冷却装置对打印喷头喷出的材料进行冷却。

优选的，所述打印升降台中的竖直升降机构包括滚珠丝杠副Ⅱ和动力装置，动力装置驱动滚珠丝杠副Ⅱ中的滚珠丝杠Ⅱ旋转，滚珠丝杠副Ⅱ中的滚珠丝杠螺母与打印升降台的台面固接。

优选的，所述滚珠丝杠Ⅱ的两侧对称设有导杆，导杆与滚珠丝杠Ⅱ平行。

优选的，所述的动力机构和动力装置均为伺服电机和减速器。

优选的，所述控制面板内设有控制模块和监测模块。

优选的，所述的动平台为矩形，第一分支运动链、第二分支运动链和第三分支运动链分别与动平台的三个侧面连接，动平台的另一侧面与驱动打印升降台台面上下移动的竖直升降装置相对。

本发明的有益效果是：提供一种基于平面移动并联机构的3D打印机，利用平面并联机构实现打印喷头所在动平台在水平面内的移动，通过滚珠丝杠副实现打印平台的升降运动。本发明的速度雅可比矩阵为对角阵，机构的一个输出运动仅由一个电机控制，解决了以往3D打印机存在的机构解耦性差，工作空间小、承载能力弱等问题。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中平面移动并联机构结构示意图；

图3为本发明中打印升降台的结构示意图；

图4为本发明中物料输送装置的结构示意图；

图中标记：1、框架，2、平面移动并联机构，3、打印升降台，4、物料输送装置，5、控制面板，6、伺服电机，7、减速器，201、导轨，202、滚珠丝杠Ⅰ，203、动平台，204、第一连杆，205、第二连杆，206、第三连杆，207、第四连杆，301、台面，302、滚珠丝杠Ⅱ、303、滚珠丝杠螺母、304、导杆，401、物料盘，402、加热装置，403、打印喷头，404、冷却装置；

L1、第一分支运动链，L2、第二分支运动链，L3、第三分支运动链，R1、第一转动副，R2-1、第二转动副Ⅰ，R2-2、第二转动副Ⅱ，U1、万向铰，U1-1、第一转轴，U1-2、第二转轴。

具体实施方式

下面结合附图，通过具体的实施方式对本发明的技术方案做进一步的说明。

如图所示，一种基于平面移动并联机构的3D打印机，包括框架1、平面移动并联机构2、打印升降台3、物料输送装置4以及控制面板5。

所述框架1为立方体结构，所述平面移动并联机构2主要包括动力机构、并联机构、导轨201、传动机构和动平台203，动力机构由伺服电机6和减速器7组成，导轨201设有两根，且相垂直，每根导轨201均水平设置在框架1的顶部，传动机构采用滚珠丝杠副Ⅰ，滚珠丝杠副Ⅰ中的滚珠丝杠Ⅰ202与导轨201一一对应且平行于相对应的导轨201，动力机构设有两套，两套动力机构中的伺服电机6安装于框架1的不同端面，以通过减速器7分别驱动两根滚珠丝杠Ⅰ202转动；所述的并联机构包括第一分支运动链L1、第二分支运动链L2和第三分支运动链L3，第一分支运动链L1为恰约束运动链，包括第一连杆204、第二连杆205和三个第一转动副R1，第一连杆204和第二连杆205通过其中一个第一转动副R1转动连接，第一连杆204通过另一个第一转动副R1与所述框架1的立柱转动连接，第二连杆205通过第三个第一转动副R1与所述动平台203转动连接，并且三个第一转动副R1的转动轴均为竖直方向；第二分支运动链L2和第三分支运动链L3的结构相同，均包括第三连杆206、第四连杆207、第二转动副和万向铰U1，每个分支运动链中具有第二转动副ⅠR2-1和第二转动副ⅡR2-2，第三连杆206和第四连杆207通过第二转动副ⅡR2-2转动连接，第三连杆206通过第二转动副ⅠR2-1与导轨201及滚珠丝杠副Ⅰ连接，第二转动副ⅠR2-1在滚珠丝杠Ⅰ202的旋转下，沿滚珠丝杠Ⅰ202及导轨201直线水平运动，并且第三连杆206通过第二转动副ⅠR2-1可实现以滚珠丝杠Ⅰ202为轴心的转动，第四连杆207通过万向铰U1与所述的动平台203连接，万向铰U1具有两个相垂直的第一转轴U1-1和第二转轴U1-2，第一转轴U1-1与第四连杆207连接，第二转轴U1-2与动平台203连接，第二转动副ⅠR2-1和第二转动副ⅡR2-2的轴线平行，并平行于导轨201及滚珠丝杠Ⅰ202，同时还平行于万向铰U1中的第一转轴U1-1的轴线并垂直于第二转轴U1-2的轴线。

所述打印升降台3包括台面301以及安装在框架1上的竖直升降机构，竖直升降机构包括滚珠丝杠副Ⅱ和动力装置，动力装置驱动滚珠丝杠副Ⅱ中的滚珠丝杠Ⅱ302旋转，滚珠丝杠副Ⅱ中的滚珠丝杠螺母303与打印升降台3的台面301固接，动力装置仍采用伺服电机6和减速器7，进一步的，在滚珠丝杠Ⅱ302的两侧对称设置两根与滚珠丝杠Ⅱ302平行的导杆304。

所述的物料输送装置4设置在动平台203上，包括物料盘401、加热装置402、打印喷头403和冷却装置404，物料通过物料盘401上的小孔进入加热装置402，通过加热装置402加热使材料熔化，然后由打印喷头403朝下方的打印升降台3的台面301喷出材料，最后由动平台203上安装的冷却装置404对打印喷头403所喷出材料进行冷却，所用的冷却装置404可以采用风扇。

所述的控制面板5内包含有控制模块与监测模块，两个模块相互配合作用来监控3D打印机打印喷头403的位置，然后将采集到的信息显示在控制面板5的显示屏上，通过控制面板5上的按钮可以对3D打印机打印喷头403的位置进行控制。

进一步的，所述的动平台203为矩形，第一分支运动链L1、第二分支运动链L2和第三分支运动链L3分别与动平台203的的三个侧面连接，动平台203的另一侧面与驱动打印升降台3台面301上下移动的竖直升降装置相对。

本发明的3D打印机由伺服电机6提供动力，通过减速器7连接滚珠丝杠副Ⅰ给并联机构中的动平台203提供在水平面内的二维移动，通过减速器7连接滚珠丝杠副Ⅱ给打印升降台3台面301提供在竖直面内的一维升降移动；3D打印机通过监测模块与控制模块将采集的信息显示在控制面板5的显示屏上，在由控制面板5调节并联机构与打印升降台3台面301的位置从而实现3D打印。

上述实施方式仅是本发明的一种实施例，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，本领域的相关人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下作出的多样变更与修改，均属于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于平面移动并联机构的3D打印机，包括框架（1）、平面移动并联机构（2）、打印升降台（3）、物料输送装置（4）和控制面板（5），其特征在于：所述的平面移动并联机构（2）包括动力机构、并联机构、导轨（201）、传动机构和动平台（203），在框架（1）中设置两条相垂直的导轨（201）及与导轨（201）相配合的两个传动机构，每个传动机构由一套动力机构驱动；所述并联机构包括第一分支运动链（L1）、第二分支运动链（L2）和第三分支运动链（L3），第一分支运动链（L1）为恰约束运动链，包括两根转动连接的连杆，第一分支运动链（L1）的两端分别与所述框架（1）的立柱以及动平台（203）转动连接，且连杆之间的转动轴线以及第一分支运动链（L1）与立柱及动平台（203）连接处的转动轴线均为竖直方向；所述第二分支运动链（L2）和第三分支运动链（L3）的结构相同，均包括转动连接的两根连杆以及转动副和万向铰（U1），其中一根连杆通过转动副与导轨（201）及传动机构连接，另一根连杆通过万向铰（U1）与动平台（203）连接，万向铰（U1）具有两个同一平面且相垂直的第一转轴（U1-1）和第二转轴（U1-2），在同一分支运动链中，第一转轴（U1-1）与分支运动链所连接的导轨（201）以及转动副的轴线平行，同时平行于连杆之间的转动轴线，由动力机构通过传动机构驱动第二分支运动链（L2）及第三分支运动链（L3）沿各自所连接的导轨（201）水平移动；所述物料输送装置（4）安装在动平台（203）上；所述打印升降台（3）包括台面（301）以及安装在框架（1）上驱动台面竖直上下移动的竖直升降机构。

2.根据权利要求1所述的一种基于平面移动并联机构的3D打印机，其特征在于：所述的传动机构为滚珠丝杠副Ⅰ，滚珠丝杠副Ⅰ中的滚珠丝杠Ⅰ（202）平行于与滚珠丝杠副Ⅰ相配合的导轨（201）。

3.根据权利要求1所述的一种基于平面移动并联机构的3D打印机，其特征在于：所述物料输送装置（4）包括物料盘（401）、加热装置（402）和打印喷头（403）以及设置在动平台（203）上的冷却装置（404），由冷却装置（404）对打印喷头（403）喷出的材料进行冷却。

4.根据权利要求1所述的一种基于平面移动并联机构的3D打印机，其特征在于：所述打印升降台（3）中的竖直升降机构包括滚珠丝杠副Ⅱ和动力装置，动力装置驱动滚珠丝杠副Ⅱ中的滚珠丝杠Ⅱ（302）旋转，滚珠丝杠副Ⅱ中的滚珠丝杠螺母（303）与打印升降台（3）的台面（301）固接。

5.根据权利要求4所述的一种基于平面移动并联机构的3D打印机，其特征在于：所述滚珠丝杠Ⅱ（302）的两侧对称设有导杆（304），导杆（304）与滚珠丝杠Ⅱ（302）平行。

6.根据权利要求5所述的一种基于平面移动并联机构的3D打印机，其特征在于：所述的动力机构和动力装置均为伺服电机（6）和减速器（7）。

7.根据权利要求1所述的一种基于平面移动并联机构的3D打印机，其特征在于：所述控制面板（5）内设有控制模块和监测模块。

8.根据权利要求1所述的一种基于平面移动并联机构的3D打印机，其特征在于：所述的动平台（203）为矩形，第一分支运动链（L1）、第二分支运动链（L2）和第三分支运动链（L3）分别与动平台（203）的三个侧面连接，动平台（203）的另一侧面与驱动打印升降台（3）台面（301）上下移动的竖直升降装置相对。