CN207724846U - 一种3d打印机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种3D打印机，其包括箱体、打印头进给机构与载物台机构。箱体由两个经冲压成型的U型半箱体对拼焊接而成，两个U型半箱体上的各个平面分别构成所箱体的六个面。打印头进给机构包括两组平行布置的X轴丝杆副、X轴驱动组件、两组平行布置的Y轴丝杆副、Y轴驱动组件、一组十字双排导轨以及一个用于安装打印头的滑台；载物台机构包括安装板、Z轴升降机构、托板及载物台。其中，Z轴升降机构包括动力丝杆、丝杆螺母、一对轴承座、两直线光轴、两两安装在两直线光轴上的四个直线轴承、两对固定座、伺服电机以及同步带传动组件。本实用新型提升了3D打印机的箱体、打印头进给机构以及载物台机构的刚性，从而提高打印机的打印精度。

Description

一种3D打印机

技术领域

本实用新型涉及一种3D打印机。

背景技术

3D打印机是近年来兴起的一种快速成型技术，其集成了CAD、CAM、激光技术、数控技术、材料等多项技术。其以计算机生成的数字模型为基础，运用具有粘结性的材料(如金属粉末、陶瓷粉末以及塑料等)，按每一层形状进行逐层打印、烧结，层层叠加，像植物生长一般最终打印出完整的实物。

3D打印机主要包括箱体、安装在箱体中的打印头进给机构(即实现X轴与Y轴进给)以及载物台机构(即实现Z轴进给)，由于3D打印机执行作业时，其打印头高速移动并产生高频冲击，因此，3D打印机的整体刚性将直接影响到3D打印机的打印精度。

现有的3D打印机主要存在以下缺陷：

1、箱体大多通过六块金属板材与架体焊接形成，费时费力，且大范围的焊接带来大量的热量，引起箱体的变形，同时，箱体的强度较低影响箱体的刚性，进而影响其抵抗高频冲击的能力；

2、现有3D打印机的打印头进给机构普遍存在结构复杂的缺陷，不利于降低制造成本与维护难度，同时，其安装对机箱的制造精度要求较高；

3、在传统的3D打印机中，其载物台通过载物台四角的导向轴进行导向，结构较为臃肿，减少了可操作空间，因此，出现了新的载物台机构，即取消在前侧的两根导向轴，仅仅以后侧的两根导向轴作为导向，引导并支撑载物台，然而其又带来新的弊端，由于载物台、托板及打印成品均具有一定的重量，仅仅依靠后侧的导向轴单边支撑，形成倾覆力矩，极易造成导向机构的单边磨损，同时，在打印头高速打印时，载物台会出现高频率的抖动现象，影响打印精度，并产生较大的噪声。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种对箱体、打印头进给机构以及载物台机构的刚性均进行提升的3D打印机。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种3D打印机，包括箱体、分别安装在箱体中的打印头进给机构与载物台机构，所述箱体呈方形，其由两个经冲压成型的U型半箱体对拼焊接而成，两个U型半箱体上的各个平面分别构成所述箱体的六个面。

进一步地，所述打印头进给机构包括两组平行布置的X轴丝杆副、X轴驱动组件、两组平行布置的Y轴丝杆副、Y轴驱动组件、一组十字双排导轨以及一个用于安装打印头的滑台；各X轴丝杆副中的X轴丝杆以及各Y轴丝杆副中的Y轴丝杆的两端均通过轴承座转动连接在所述箱体的内壁上，且两组X轴丝杆副与两组Y轴丝杆副呈方形分布；所述X轴驱动组件及Y轴驱动组件分别用于同步驱动两根X轴丝杆及两根Y轴丝杆转动；所述十字双排导轨的四对端部分别对应连接两组X轴丝杆副中的X轴丝杆螺母以及两组Y轴丝杆副中的Y轴丝杆螺母；所述滑台安装在所述十字双排导轨上以带动所述打印头分别沿十字双排导轨的两个导向方向移动。

进一步地，所述X轴驱动组件包括X轴伺服电机、由X轴伺服电机驱动的X轴小带轮、安装在某一根X轴丝杆杆端的X轴大带轮、传动连接X轴小带轮与X轴大带轮的第一同步带、安装在两X轴丝杆两端的X轴同步轮以及传动连接位于两X轴丝杆同一侧的X轴同步轮的第二同步带；所述Y轴驱动组件包括Y轴伺服电机、Y轴伺服电机驱动的Y轴小带轮、安装在某一根Y轴丝杆杆端的Y轴大带轮、传动连接Y轴小带轮与Y轴大带轮的第三同步带、安装在两Y轴丝杆两端的Y轴同步轮以及传动连接位于两Y轴丝杆同一侧的Y轴同步轮的第四同步带。

进一步地，所述第二同步带与第四同步带均为开口同步带，所述X轴驱动组件与所述Y轴驱动组件均包括用于压接所述开口同步带两端的张紧装置，X轴驱动组件中的两个张紧装置分别固定在两个Y轴丝杆螺母上，Y轴驱动组件中的两个张紧装置分别固定在两个X轴丝杆螺母上。

进一步地，所述载物台机构包括安装板、Z轴升降机构、托板以及载物台，所述安装板上设有若干螺栓孔以将其固定在所述箱体内腔中的背板上；所述Z轴升降机构安装在所述安装板上，其包括动力丝杆、安装在动力丝杆上的丝杆螺母、用于安装动力丝杆的一对轴承座、两直线光轴、两两安装在两直线光轴上的四个直线轴承、分别用于固定两直线光轴的两对固定座、伺服电机以及用于连接伺服电机输出轴与动力丝杆的同步带传动组件，所述动力丝杆及两直线光轴互相平行，且所述动力丝杆位于两直线光轴之间；所述托板包括承托端及连接端，其连接端与所述丝杆螺母连接，且各直线光轴上的两直线轴承的连接端分别连接所述连接端的上下端面；所述载物台安装在托板的承托端上。

进一步地，所述承托端的宽度小于所述连接端以及所述载物台的宽度，所述承托端的中心、连接端的中心以及载物台的中心对齐。

进一步地，所述载物台及托台由铝合金制成，所述托台的承托端的中部挖空形成框状。

进一步地，所述承托端沿长度方向的两边框下方延伸有加强肋板，所述加强肋板由所述承托端延伸至连接端。

采用上述技术方案后，本实用新型与背景技术相比，具有如下优点：

本实用新型的箱体由两个U型半箱体对拼焊接而成，减少了焊接量，能有效保证箱体的成形精度，同时，由于两个半箱体均为冲压成型，显著提高了成型后箱体的刚性。

本实用新型的打印头进给机构中，X轴丝杆副、Y轴丝杆副及十字双排导轨直接预锁紧在箱体中，其后驱动X轴丝杆副及Y轴丝杆副进行自找正，最后锁紧即可，其降低了对箱体的加工精度要求，且组件结构简单，易于降低成本与维护，并且，其采用十字双排导轨提高了刚性，能有效抵抗打印头打印时的冲击，提高打印精度。

本实用新型所设计的载物台机构中，每根直线光轴均设置两个相向设置的直线轴承以分别与托板连接端的上下端面连接，对托板形成了较大的支撑力度，减轻了直线轴承的单边磨损问题，从而克服打印头高速打印时载物台的高频率抖动现象；同时，采用铝合金制造托板与载物台，挖去托板承载端的多余重量，然后用加强肋板进行强度补强，降低了直线轴承所承受的倾覆力，进一步降低噪音与轴承损耗。

附图说明

图1为本实用新型总成示意图；

图2为本实用新型箱体组成示意图；

图3为本实用新型打印头进给机构示意图；

图4为本实用新型X轴张紧装置连接示意图；

图5为本实用新型X轴张紧装置细节图；

图6为本实用新型载物台示意图；

图7为托板与载物台的分离示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在本实用新型中需要说明的是，术语“上”“下”“左”“右”“竖直”“水平”“内”“外”等均为基于附图所示的方位或位置关系，仅仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示本实用新型的装置或元件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本实用新型的限制。

实施例

参考图1及图2所示，本实用新型公开了一种3D打印机，其包括箱体1、打印头进给机构2、载物台机构3以及操作面板4。打印头进给机构2、载物台机构3以及操作面板4均安装在箱体1中。

其中，箱体1呈方形，其由两个经冲压成型的U型半箱体11及12对拼焊接而成，U型半箱体11及12上的各个平面分别构成箱体1的六个面。本实施例中，U型半箱体11构成了箱体1的正面、顶面及背面，U型半箱体12构成了箱体1的左侧面、右侧面及底面。

参考图3所示，打印头进给机构2包括两组平行布置的X轴丝杆副21、X轴驱动组件22、两组平行布置的Y轴丝杆副23、Y轴驱动组件24、一组十字双排导轨25及一个滑台26。

其中，各X轴丝杆副21中的X轴丝杆211的两端通过轴承座27转动连接在箱体1的内壁上；各Y轴丝杆副23中的Y轴丝231杆的两端通过轴承座28转动连接在箱体1的内壁上,且两组Y轴丝杆副23与两组X轴丝杆副21呈方形分布。十字双排导轨25的四对端部分别对应连接两组X轴丝杆副21中的两个X轴丝杆螺母212以及两组Y轴丝杆副23中的两个Y轴丝杆螺母232。滑台26用于安装3D打印机的打印头(滑台的下端面设有若干用于连接打印头的螺纹孔，图中未示出)，其安装在十字双排导轨25上以带动打印头分别沿十字双排导轨25的两个导向方向移动。

X轴驱动组件22及Y轴驱动组件24分别用于同步驱动两根X轴丝杆211及两根Y轴丝杆231转动。X轴驱动组件22包括X轴伺服电机221、由X轴伺服电机221驱动的X轴小带轮222、安装在某一根X轴丝杆杆端的X轴大带轮223、传动连接X轴小带轮222与X轴大带轮223的第一同步带224、安装在两X轴丝杆211两端的X轴同步轮225以及传动连接位于两X轴丝杆211同一侧的X轴同步轮25的第二同步带26。Y轴驱动组件24包括Y轴伺服电机241、Y轴伺服电机241驱动的Y轴小带轮242、安装在某一根Y轴丝杆231杆端的Y轴大带轮243、传动连接Y轴小带轮242与Y轴大带轮243的第三同步带244、安装在两Y轴丝杆231两端的Y轴同步轮245以及传动连接位于两Y轴丝杆231同一侧的Y轴同步轮245的第四同步带246。

为便于安装与调整，第二同步带226与第四同步带246均为开口同步带，X轴驱动组件22与Y轴驱动组件24均包括用于压接所述开口同步带两端的张紧装置。X轴驱动组件中22的两个张紧装置227分别固定在两个Y轴丝杆螺母232上，Y轴驱动组件24中的两个张紧装置247分别固定在两个X轴丝杆螺母212上。

参考图4所示，张紧装置227包括基座2271、固定座2272及滑动座2273。基座2271具有一用于容置固定座2272及滑动座2273的安装腔22711，且固定座2272与滑动座2273之间存在间隙，以为滑动座2272预留调整空间。基座2271与固定座2272通过螺栓固定连接在Y轴丝杆螺母232上，滑动座2273上加工有若干长槽孔22731，长槽孔22731的长度方向与张紧装置227所要张紧的同步带(此处即第二同步带226)的长度方向一致。滑动座2273通过螺栓及长槽孔2731滑动连接在Y轴丝杆螺母232上。基座2271上旋接有将滑动座2273沿长槽孔22731长度方向顶紧的顶紧螺杆22712。参考图5所示，固定座2272及滑动座2273朝向Y轴丝杆螺母232的那一面均加工有用于压紧开口同步带的锯齿22721与22732。如此，开口同步带的一端压接在固定座2272与Y轴丝杆螺母232之间，另一端压接在滑动座2273与Y轴丝杆螺母232之间，调节顶紧螺杆22712以顶紧滑动座2273，则滑动座2273向固定座2272方向滑动，即实现开口同步带的张紧。

张紧装置247的结构以及其与丝杆螺母的连接方式与张紧装置227完全一致，在此不做赘述。

参考图6所示，载物台机构3包括安装板31、Z轴升降机构32、托板33以及载物台34。

其中，安装板31靠近其边缘位置设有6个螺栓孔311，以实现安装板31在箱体1的内腔壁中的固定，箱体1的背板上(即U型半箱体11上)设有对应的螺栓孔13，从而将整个载物台机构安装在箱体1中。

Z轴升降机构32安装在安装板31上，其包括动力丝杆321、安装在动力丝杆321上的丝杆螺母322、用于安装动力丝杆321的一对轴承座323、两直线光轴324、两两安装在两直线光轴324上的四个直线轴承325、分别用于固定两直线光轴324的两对固定座326、伺服电机327以及用于连接伺服电机327的输出轴与动力丝杆321的同步带传动组件328。动力丝杆321及两直线光轴324互相平行，且动力丝杆321位于两直线光轴324之间。同步带传动组件328包括安装在伺服电机327的输出轴上的主动轮3281、安装在动力丝杆321一端的从动轮3282以及连接主动轮3281与从动轮3282的同步带3283。

托板33包括承托端331及连接端332，其连接端332与丝杆螺母322连接，且各直线光轴324上的两直线轴承325的连接端分别连接连接端332的上下端面。载物台34安装在承托端331上。

参考图7所示，载物台34通过三组呈三角形分布的调平装置333安装在承托端331上。调平装置333包括螺栓3331、弹簧3332及调节旋钮3333。螺栓3331的螺帽端延伸有固定板3334，固定板3334通过连接销3335与载物台34销连接，载物台34上设有对应于连接销3335的销孔341。螺栓3331穿过承托端331，弹簧3332套接在螺栓3331上且位于螺帽与承托端之间，调节旋钮3333旋接在螺栓3331上且位于承托端下方。如此，由于三点确定一个平面，通过调节三组调平装置中的调节旋钮3333，即可将载物台34校平。由于调平装置为弹性支撑，容易出现晃动，为了进一步提高载物台34的校平精度，承托端331的四角分别设有导向销3311，载物台34上设有对应四个导向销3311的导向孔342。

其中，承托端331的宽度小于连接端332以及载物台34的宽度，以降低托板33的整体面积，承托端331的中心、连接端332的中心以及载物台34的中心对齐。本实施例中，为减轻重量，载物台34及托台33均由铝合金制成，承托端331的中部挖空形成框状。为提高承托端331的承载能力，承托端331沿长度方向的两边框下方均延伸有加强肋板3312，加强肋板3312由承托端331延伸至连接端332。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种3D打印机，包括箱体、分别安装在箱体中的打印头进给机构与载物台机构，其特征在于：所述箱体呈方形，其由两个经冲压成型的U型半箱体对拼焊接而成，两个U型半箱体上的各个平面分别构成所述箱体的六个面；所述载物台机构包括安装板、Z轴升降机构、托板以及载物台，所述安装板上设有若干螺栓孔以将其固定在所述箱体内腔中的背板上；所述Z轴升降机构安装在所述安装板上，其包括动力丝杆、安装在动力丝杆上的丝杆螺母、用于安装动力丝杆的一对轴承座、两直线光轴、两两安装在两直线光轴上的四个直线轴承、分别用于固定两直线光轴的两对固定座、伺服电机以及用于连接伺服电机输出轴与动力丝杆的同步带传动组件，所述动力丝杆及两直线光轴互相平行，且所述动力丝杆位于两直线光轴之间；所述托板包括承托端及连接端，其连接端与所述丝杆螺母连接，且各直线光轴上的两直线轴承的连接端分别连接所述连接端的上下端面；所述载物台安装在托板的承托端上。

2.如权利要求1所述的一种3D打印机，其特征在于：所述打印头进给机构包括两组平行布置的X轴丝杆副、X轴驱动组件、两组平行布置的Y轴丝杆副、Y轴驱动组件、一组十字双排导轨以及一个用于安装打印头的滑台；各X轴丝杆副中的X轴丝杆以及各Y轴丝杆副中的Y轴丝杆的两端均通过轴承座转动连接在所述箱体的内壁上，且两组X轴丝杆副与两组Y轴丝杆副呈方形分布；所述X轴驱动组件及Y轴驱动组件分别用于同步驱动两根X轴丝杆及两根Y轴丝杆转动；所述十字双排导轨的四对端部分别对应连接两组X轴丝杆副中的X轴丝杆螺母以及两组Y轴丝杆副中的Y轴丝杆螺母；所述滑台安装在所述十字双排导轨上以带动所述打印头分别沿十字双排导轨的两个导向方向移动。

3.如权利要求2所述的一种3D打印机，其特征在于：所述X轴驱动组件包括X轴伺服电机、由X轴伺服电机驱动的X轴小带轮、安装在某一根X轴丝杆杆端的X轴大带轮、传动连接X轴小带轮与X轴大带轮的第一同步带、安装在两X轴丝杆两端的X轴同步轮以及传动连接位于两X轴丝杆同一侧的X轴同步轮的第二同步带；所述Y轴驱动组件包括Y轴伺服电机、Y轴伺服电机驱动的Y轴小带轮、安装在某一根Y轴丝杆杆端的Y轴大带轮、传动连接Y轴小带轮与Y轴大带轮的第三同步带、安装在两Y轴丝杆两端的Y轴同步轮以及传动连接位于两Y轴丝杆同一侧的Y轴同步轮的第四同步带。

4.如权利要求3所述的一种3D打印机，其特征在于：所述第二同步带与第四同步带均为开口同步带，所述X轴驱动组件与所述Y轴驱动组件均包括用于压接所述开口同步带两端的张紧装置，X轴驱动组件中的两个张紧装置分别固定在两个Y轴丝杆螺母上，Y轴驱动组件中的两个张紧装置分别固定在两个X轴丝杆螺母上。

5.如权利要求1所述的一种3D打印机，其特征在于：所述承托端的宽度小于所述连接端以及所述载物台的宽度，所述承托端的中心、连接端的中心以及载物台的中心对齐。

6.如权利要求5所述的一种3D打印机，其特征在于：所述载物台及托台由铝合金制成，所述托台的承托端的中部挖空形成框状。

7.如权利要求6所述的一种3D打印机，其特征在于：所述承托端沿长度方向的两边框下方延伸有加强肋板，所述加强肋板由所述承托端延伸至连接端。