CN207808482U - 一种大型高精度的熔融沉积3d打印机 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于3D打印技术领域，针对现有桌面级3D打印机成型尺寸小精度低的缺点，发明了一种大型高精度3D打印机。整体机架和机壳采用激光切割一体成型技术，保证直线导轨的平行度和平面度，减小了机器整体的震动，增强了大尺寸机器的稳定性。Z轴双丝杠加四光轴设计保障了打印平台的垂直度和稳定性，提高了整体结构的可靠性，其中成型室恒温控制系统，可以有效避免高分子材料打印过程中的曲翘，提高打印精度和打印质量。通过以上关键技术创新，本实用新型设计了一种能获得大型高精度熔融沉积3D打印机,以更好地满足3D打印的市场需求。

Description

一种大型高精度的熔融沉积3D打印机

技术领域

本实用新型涉及一种大型高精度熔融沉积3D打印机，属于3D打印(增材制造)技术领域。

背景技术

3D打印，也称为增材制造，是根据所设计的3D模型，通过3D打印设备逐层增加材料来制造三维产品的技术。与传统制造技术相比，3D打印不必事先制造模具，不必在制造过程中去除大量的材料，也不必通过复杂的锻造工艺就可以得到最终产品，因此，在生产上可以实现结构优化、节约材料和节省能源。目前，3D打印技术常用于新产品开发、快速单件及小批量零件制造、复杂形状零件的制造、模具的设计与制造等，也适合于难加工材料的制造、外形设计检查、装配检验和快速反求工程等。3D打印这种基于材料堆积法的高新制造技术受到了国内外越来越广泛的关注，将促成一种新型的生产方式，具有广阔的发展前景。

熔融沉积3D打印机(Fused Deposition Modeling) 即FDM 3D打印机，机械结构简单，制造成本和维护成本也最低，因此FDM也是当今世界上使用最广泛的3D打印技术。桌面级FDM 3D打印机的成型尺寸小，不能满足人们打印大型模型的需求；而现有大型的FDM 3D打印机，可靠性差且精度低，长时间打印容易出现错误，导致模型打印失败，从而降低生产效率，提高生产成本。

在3D打印技术中，目前，应用于FDM工艺的材料基本上是聚合物。成型材料一般为ABS、PLA、PA、PC、PVA、PPSF、石蜡等。聚合物的优点是熔点低、易成型，缺点是收缩率大，容易曲翘变形。因此，FDM 3D打印技术目前主要是制作模型或手板样件。但是没有成型室温度循环和控温技术难以保证打印制品的成功率。

发明内容

针对现有技术的不足，本实用新型旨在提供一种能获得大型高精度熔融沉积3D打印产品，以更好地满足社会发展的需求。

为了达到上述目的，本实用新型提供的技术方案是：一种高精度、大型的3D打印机，该大型指其成型空间尺寸为500×500×900mm，其高精度性能指其打印精度在0.1mm，实现其高精度的两个关键结构，其一是稳定的打印平台，机架与壳体连接在一起，而在壳体的底部加装缓冲脚垫，可以整体减缓机器的震动，提高打印精度；其二是恒温控制系统，在成型室加装发热装置，温控调节装置，循环装置，同时协作控制成型室温度。其高精度性能在于伺服电机或闭环电路，防止丢步。大型平台的加工精度在0.01mm，Z轴丝杠的精度在0.02mm。导轨的平行度和平面度均在以下。

所述大型高精度的熔融沉积 3D打印机，X、Y方向上的平面移动装置，Z方向的升降打印平台，控制Z方向升降的丝杠和光轴，送丝系统，挤出系统，温控循环系统，电路控制系统等。所述X、Y方向上的平面移动装置包括X轴导轨、Y轴平行导轨，其中X轴导轨、Y轴平行导轨分别固定在Y轴平行导轨滑块上和机架上，其中Y轴平行导轨固定在机架顶部，由电机通过带动传动轴带动传动皮带使滑块沿Y轴平行导轨移动，X轴导轨安装在Y轴滑块上，由电机带动皮带使挤出装置沿X方向移动。

上述Z轴升降打印平台包括Z方向的丝杠和光轴及穿过Z方向的丝杠和光轴平行支架，在平行支架上分别有与丝杠和光轴配合的螺孔和光轴导轨。平行支架上固定有热板，Z轴电机带动Z轴丝杠转动而实现热板在Z方向上的往复运动。

上述X轴、Y轴、Z轴的起始端都装有限位装置。

所述恒温控制系统包括底部带风扇加热源、温度传感器及排风扇，恒温控制系统单独工作，如果打印材料需要，可以启动恒温系统，在机架底部放置有一个带风扇的加热源，热源加热，风扇将热风吹到壳体内部，温度传感器根据壳体内部的温度控制热源的开闭，顶部的排风扇将壳体内部的热风抽出壳体内部，保证壳体内部的热风始终是流动状态，既可以使丝料快速冷却粘接，又可以避免整体模型因快速冷却而曲翘。

上述挤出装置固定在X轴滑块上，X轴传送皮带的两端分别固定在挤出装置上，通过X轴电机的转动，带动挤出装置移动。

上述挤出装置包括挤出电机、导轮、喉管、加热块、喉管冷却风扇、喷嘴冷却风扇，其中挤出电机和导轮将丝料送至喉管中，通过加热块的加热将丝料挤出，喉管冷却风扇置于导轮前面，避免因为喉管太热而导致堵丝，喷嘴冷却风扇置于挤出电机后面，通过管道将风送到喷头上方，加快吐出丝料的冷却凝结。

上述机架为长方体，所述机架至于壳体内，壳体包含一个钣金外壳和结构固定件。

上述壳体底部设有四个可调支撑脚垫。

附图说明

图1为本实用新型的总体结构示意图。

图2 为本实用新型挤出装置的结构示意图。

图3为本实用新型恒温系统的结构示意图。

配件名称。

机架1、Y轴电机2、Y轴平行导轨3、X轴导轨4、限位开关5、X轴电机6、传动皮带7、弹簧8、脚接9、Z轴电机10、Z轴光轴导轨11、Z轴丝杠12、平行支架13、热床14、玻璃平板15、滑块16、传动轴17、挤出电机18、喷嘴冷却风扇19、喷嘴20、加热块21、喉管22、导轮23、喉管冷却风扇24、机壳25、触屏26、减震脚垫27、带风扇的加热源28、排风扇29、温度传感器30、盘丝31、主板控制器32。

具体实施方式

参照图1所示，该大型高精度熔融沉积3D打印机的结构，包括机架（1），机壳（25），X、Y方向上的平面移动装置，Z方向的升降打印平台，挤出装置、送料系统，温控循环系统，电路控制系统组成。

机壳（25）包括左侧的配电箱和耗材箱，及右侧的打印区域。其中机架（1）放置于右侧的打印区域内，底端及侧面分别通过脚接（9）与机壳（25）固定，在箱体底部装有四个可调减震脚垫（27）。箱体采用上开盖，前开门结构，方便打印完的大型模型的取出。上盖上设置有观察口，方便观察成型室内部情况。

机架包括X轴导轨（4），Y轴平行导轨（3），Z轴丝杠（12），Z轴光轴（11），脚接（9），Y轴传动轴（17），传动皮带（7）等。机架由方形铝型材通过角接连接而成，每个顶角都有3个脚接（9）固定连接，保证了其立体结构的稳定性。Y轴平行导轨（3）固定在机架（1）顶端，Y轴电机（2）固定在机架后侧横梁上，Y轴电机（2）通过带动Y轴传动轴（17）转动从而带动Y轴皮带（7）及固定在其上的Y轴滑块（16）移动。X轴导轨（4）安装在Y轴滑块（16）上，通过支架使X轴电机悬挂在Y轴一侧，X轴电机（6）通过带动皮带（7）使X轴滑块（16）移动。Z轴电机（10）为两个，分别固定在机架Y轴方向的底端，Z轴电机与丝杠（12）连接，光轴导轨（11）分别固定在Z轴电机（10）的两侧，丝杠和光轴均穿过平行支架（13），与机架顶端横梁固定，热床（14）固定在两侧的平行支架（13）上，电机通过带动丝杠转动，从而带动热板上下移动。

挤出装置安装在X轴滑块（16）上，挤出装置包括挤出电机（18）、导轮（23）、喉管（22）、加热块（21）、喉管冷却风扇（24）、喷嘴冷却风扇（19），其中挤出电机（18）和导轮（23）将丝料送至喉管（22）中，通过加热块（21）的加热将丝料从喷嘴（20）挤出，喉管冷却风扇（24）置于导轮（23）前面，避免因为喉管太热而导致堵丝，喷嘴冷却风扇（19）置于挤出电机后面，通过管道将风送到喷嘴（20）上方，加快吐出丝料的冷却凝结。

温控循环系统包括带风扇的加热源（28），温度传感器（30），排风扇（29）。其中带风扇的加热源（28）置于机壳（25）底部，温度传感器（30）置于机壳中热床附近，排风扇（29）位于箱体后面，于挤出装置在同一平面上，热源加热将热风自然送到上面，保证打印平台附近温度符合打印材料需求，排风扇从后面将箱体内的热风排出，促使箱体内的风流动起来，既能减缓打印材料的快速冷却，又可以是打印出的丝料快速粘接，提高打印质量。

电路控制系统通过触屏（26）控制发出指令，X、Y方向上的平面移动装置及Z方向的升降打印平台回到原点位置，挤出装置，热床及温控循环系统加热升温至设定温度，X、Y方向上的平面移动装置到指定打印位置开始打印作业，完成平面打印后，Z方向的打印平台下降0.2mm，继续下一层打印，直至打印完成。

Claims (8)

1.一种大型高精度的熔融沉积3D打印机，其特征在于成型尺寸为500×500× 900mm，打印精度在0.1mm的工业级熔融沉积3D打印机，该大型高精度熔融沉积3D打印机的结构，包括机架（1），机壳（25），Y、X方向上的平面移动装置，Z方向升降打印平台，挤出装置，送料系统，温控循环系统，电路控制系统组成，其中机架（1）结构采用了四根立柱、八根横梁以及与机壳脚接固件，有效的保证了打印过程中平稳，减少了震动，Z方向升降打印平台结构采用了两根丝杠导轨和四根光轴导轨，双丝杠能有效保证其打印精度，温控循环系统提供散热及恒温热循环控制，保证其成型室恒温，避免大尺寸模型曲翘变形。

2.根据权利要求1所述的一种大型高精度的熔融沉积3D打印机，其打印运动结构功能特征在于Y、X方向上的平面移动装置包括Y轴导轨（3）、Y轴联动皮带（7）、Y轴联动轴（17），Y轴平行导轨（3）与Y轴联动皮带（7）相连，Y轴联动皮带（7）与Y轴联动轴（17）相连， Y轴电机（2）安装在其中X轴方向的机架上，通过上述Y轴电机带动Y轴联动光轴转动，从而带动X直线导轨（4）沿Y方向移动，X直线导轨（4）的左端配有电机（6）和Y轴联动皮带（7），使挤出装置沿X轴联动皮带移动，从而实现了打印喷头在打印平台上的移动。

3.根据权利要求1或2所述的一种大型高精度的熔融沉积3D打印机，其成型尺寸限位功能特征在于位于X轴、Y轴、Z轴的移动初始端设有限位开关（5），通过程序预设成型尺寸，保证回归原点精度在0.1mm以内。

4.根据权利要求1或2所述的一种大型高精度的熔融沉积3D打印机，其打印稳定性特征在于机架为长方体结构包括四根立柱和八根横梁，机架（1）安装在机壳（25）内，机架（1）的底部与机壳设有脚接（9），保证3D打印机的机架与机壳连为整体，并使机架与机壳重心一致，用于锁定Z方向的震动，机架（1）的顶部与机壳设有脚接（9），用于锁定X、Y方向的摆动。

5.根据权利要求1或2所述的一种大型高精度的熔融沉积3D打印机，其Z方向升降打印平台特征在于机架两侧的两根丝杠导轨（12）和四根光轴导轨（11），通过平行支架结构（13）相连接，打印平台两侧的平行支架设有与丝杠导轨配合的螺丝孔及光轴导轨配合的通孔，Z轴的电机（10）安装在机架的底端， Z轴的电机（10）与丝杠导轨（12）连接，保证Z轴的电机（10）带动丝杠转动而实现打印平台在Z轴方向的平稳升降，控制Z方向的精度在0.02以内，并且打印平台的配有弹簧（8）和玻璃平板（15）结构，从而保证该3D打印机的打印模型精度在0.1mm以内，且易拆装和调平。

6.根据权利要求1所述的一种大型高精度的熔融沉积3D打印机，其挤出装置和送料系统特征在于高分子盘丝（31）通过送料孔和特氟龙管直接插入上述挤出装置，挤出装置配有电机，将丝料通过齿轮咬合源源不断的送入喷头中挤出，喷头配有加热块（21）和热敏电阻，保证喷头温度恒定于设置温度，使高分子材料处于粘流态，通过主板的脉冲信号控制电机保证喷头的挤出量，在100%到120%之间，挤出喷嘴（20）直径为0.2mm，0.4mm，0.5mm，0.6mm或0.8mm，丝料直径为1.75mm或 3.0mm两种，通过主板控制温度实现多种材料的打印。

7.根据权利要求1所述的一种大型高精度的熔融沉积3D打印机，其温控循环系统功能特征在于机壳内设有加热装置（28）、温度传感器（30），以及循环风扇（29），通过加热装置迅速升温使成型室的温度恒定在80度，通过风扇保证整机的散热和热循环及成型室温度均匀一致，保证打印模型的形状精度在0.1mm以内。

8.根据权利要求1所述的一种大型高精度的熔融沉积3D打印机，其电路控制系统功能特征在于X，Y，Z三个方向上的驱动器控制三个方向的步进电机，其中X，Y方向各一个电机，Z方向为双电机，控制主板加断电续打模块，保证意外断电后的模型可继续写入，且重复定位精度控制在0.01mm。