CN208197087U - 三维传动系统及基于该系统的胶凝材料3d打印机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种三维传动系统及基于该系统的胶凝材料3D打印机，所述胶凝材料3D打印机由该三维传动系统、胶凝材料输出装置和电机构成；三维传动系统包括传动方向两两正交的X向传动装置、Y向传动装置和Z向传动装置；X向传动装置通过电机驱动的齿轮齿条副传动；Y向传动装置通过电机驱动的同步轴、同步轮和同步带驱动；Z向传动装置通过电机驱动的滚珠丝杠副传动；所述的胶凝材料输出装置设置在所述的X传动装置上。本实用新型的胶凝材料3D打印机可广泛应用于以胶凝材料为原料的实验室或建筑工地，能够实现迅速、高效、稳定的三维打印。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种增材制造设备，具体涉及一种胶凝材料3D打印机。
背景技术
增材制造(Additive Manufacturing，AM)俗称3D打印，融合了计算机辅助设计、材料加工与成形技术、以数字模型文件为基础，通过软件与数控系统将专用的金属材料、非金属材料以及医用生物材料，按照挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积，制造出实体物品的制造技术。相对于传统的、对原材料去除－切削、组装的加工模式不同，是一种“自下而上”通过材料累加的制造方法，从无到有。这使得过去受到传统制造方式的约束，而无法实现的复杂结构件制造变为可能。近二十年来，AM技术取得了快速的发展，“快速原型制造 (Rapid Prototyping)”、“三维打印(3D Printing)”、“实体自由制造(Solid Free‐formFabrication)”之类各异的叫法分别从不同侧面表达了这一技术的特点。
当代建筑用量最大、范围最广、最经济的建筑材料‐混凝土的发展虽然只有不到200年的历史，却已成为当代社会使用量巨大的建筑工程材料，为人类社会的发展与前进做出了不可取代的贡献。然而随着工程建设的不断加快，混凝土在生产应用方面的高能耗、高污染的弊端也逐渐显露出来，严重阻碍了其发展。为适应绿色制造发展需求，混凝土需要不断地注入新鲜的血液。3D打印作为第三次工业革命的重要标志，广泛应用于各个研究领域，对传统社会生产产生巨大冲击，成为改变未来的创造性技术。
现有技术中，用于胶凝材料3D打印的设备普遍在稳定性和精确性方面存在不足，使胶凝材料3D打印的规模化推广受到制约。
实用新型内容
本实用新型的目的在于：提供一种具有高稳定性和精确性的胶凝材料3D打印机。
本实用新型的上述目的通过以下技术方案实现：
首先，本发明提供一种三维传动系统，它包括传动方向两两正交的X向传动装置、Y向传动装置和Z向传动装置；其中，
所述的Z向传动装置包括4条导轨Z，所述的4条导轨Z两两一组，分别处于两个平行平面，每组内两导轨Z间距固定；每组的2条导轨Z都设置与之配合的1个滑块Z；每组内两条导轨Z之间设置与导轨Z平行的滚珠丝杠副，其丝母与同组滑块Z固定连接，两组滚珠丝杠副的丝杠端部分别通过伞齿轮组连接同一个同步轴Z；所述同步轴Z转动时可依次通过伞齿轮组、滚珠丝杠副带动滑块Z沿导轨Z同步滑动；
所述的Y向传动装置包括一对相互平行的导轨Y，分别于中部固定连接一对所述的滑块Z；所述的一对导轨Y一侧还设有同步轴Y，其两端分别设置同步轮；每条所述的导轨Y上分别设置与之配合的滑块Y，所述的滑块Y固定连接同步带；所述的同步带与所述的同步轮在所述的导轨Y一侧相互配合；所述同步轴Y转动时可通过同步轮、同步带带动所述的滑块Y沿导轨Y同步滑动；
所述的X向传动装置包括至少一条导轨X，其两端分别固定连接一对所述的滑块Y；所述的导轨X上设有齿轮齿条副和滑块X，由所述齿轮齿条副向所述的滑块X传动，使其沿导轨X 滑动。
本实用新型的三维传动系统中，为了使Z向传动更加顺畅和稳定，优选所述的两组导轨Z 之间进一步设置水平框架，两条滚珠丝杠设有伞齿轮组的一端固定在所述的水平框架上，同时将每条滚珠丝杠另一端与同组的2条导轨Z安装在同一个连接底座上，每个滚珠丝杠与所述连接底座之间设置圆锥滚子轴承。
基于所述的三维传动系统，本实用新型进一步提供一种胶凝材料3D打印机，其中，所述的导轨X上设置胶凝材料输出装置；所述的导轨X上设置驱动电机以驱动所述的齿轮齿条副运动；所述的同步轴Y上设置驱动电机以驱动所述的同步轴Y转动；所述的同步轴Z上设置驱动电机以驱动所述的同步轴Z转动。
通过预设程序控制所述驱动电机的运行顺序，可使所述的胶凝材料输出装置沿X、Y或Z 三个方向中的任意一个或多个方向运动，完成胶凝材料的3D打印。
为了使胶凝材料输出装置在X向的运动更加平稳，本实用新型的一个优选的实施方式中，所述三维传动系统的X向传动装置设置2条平行的导轨X，每条导轨X上都设有滑块X，所述的胶凝材料输出装置设置在所述的2条导轨X之间并与2个所述的滑块X固定连接；另一个优选的实施方式中，所述三维传动系统的X向传动装置还设置1条平行于所述导轨X的辅助轴，所述的辅助轴上设置与之配合的滑块X’，所述的胶凝材料输出装置设置在所述的导轨X 与所述的辅助轴之间并与所述的滑块X和滑块X’固定连接。
本实用新型的胶凝材料3D打印机中，为了优化同步轴Z上的传动，优选在所述的同步轴 Z上进一步设置减速机，更优选蜗轮蜗杆减速机。
本实用新型的胶凝材料3D打印机中，为了使打印机整体更加稳固，优选在Z向传动装置每组两导轨Z间加装水平和斜拉件。
本实用新型的胶凝材料3D打印机中，所述的胶凝材料输出装置可以是现有技术中各种可以作为胶凝材料打印头的装置。本实用新型中优选的胶凝材料输出装置包括螺旋输送式挤出头和电机；所述的电机通过驱动挤出头中的螺旋送料装置完成胶凝材料的挤出。
本实用新型的胶凝材料3D打印机可广泛应用于以胶凝材料为原料的实验室和建筑工地，能够实现迅速、高效、稳定的三维打印。使用前，将所述的驱动电机连接外部控制系统，并向控制系统输入预先设计好的工程图样，控制系统根据工程图样实时调控各方向的驱动电机，同时胶凝材料输出装置受到自身电机驱动，能够按照工程图样逐层提供物料，以无机材料的增材制造方式完成工程的建造。
附图说明
图1是实施例1所述的胶凝材料3D打印机整体结构示意图。
图2是实施例1所述的胶凝材料3D打印机挤出头的结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，本实用新型结合示意图进行详细描述，在详述本实用新型实施例时，为便于说明，表示装置结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本实用新型保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
实施例1
一种胶凝材料3D打印机，它包括三维传动系统、打印喷头和电机；所述的三维传动系统包括X向传动装置、Y向传动装置和Z向传动装置；其中，
如图1所示，所述的Z向传动装置包括4条导轨Z 11，4条导轨Z 11两两一组分别处于两个平行平面，每组内两导轨Z 11间距固定；每组的2条导轨Z 11都设置与之配合的1个滑块Z 12；每组内两条导轨Z 11之间设置与导轨Z 11平行的滚珠丝杠副，两滚珠丝杠副顶端设置水平框架18，在水平框架18上，丝杠131顶端分别通过伞齿轮组14连接同一个同步轴Z 15，同步轴Z 15上设置电机0以驱动同步轴Z 15转动，电机0一侧还设有蜗轮蜗杆减速机16；同时，每条丝杠131另一端与同组的2条导轨Z 11安装在同一个连接底座19上，每个丝杠131与连接底座19之间设置圆锥滚子轴承20；两滚珠丝杠副的丝母132与同组滑块Z 12通过连接板10固定连接；每组两导轨Z 11间加装水平和斜拉的加固件17；电机0驱动同步轴 Z15转动时可依次通过伞齿轮组14、滚珠丝杠副带动4个滑块Z 12沿导轨Z 11同步滑动。
如图1所示，所述的Y向传动装置包括一对相互平行的导轨Y 21，分别于中部通过连接板10固定连接一对滑块Z 12；一对导轨Y 21一侧还设有同步轴Y 23，其两端分别设置同步轮24；每条所述的导轨Y 21上分别设置与之配合的滑块Y 22，所述的滑块Y 22固定连接同步带25；所述的同步带25与所述的同步轮24在所述的导轨Y 21一侧相互配合；所述同步轴 Y 23上设置电机0以驱动所述的同步轴Y 23转动，同步轴Y 23转动时可通过同步轮24、同步带25带动所述的2个滑块Y 22沿导轨Y 21同步滑动；
如图1所示，所述的X向传动装置设置2条平行的导轨X 31，每条导轨X 31上都设有与之配合的滑块X 32，2条导轨X 31两端分别固定连接，然后进一步固定连接在一对所述的滑块Y 22上；两个滑块X 32之间通过打印头支架36固定安装螺旋输送式打印头35和打印电机 37，某一条导轨X 31的一侧设置齿条33，该导轨X 31上同时配合齿条33安装有齿轮34和电机0，所述电机0驱动齿轮34在齿条33上带动滑块X 32及打印头35一起沿2个导轨X 31 滑动。
如图1、2所示，打印头35包括挤出腔351、透明桶352、螺旋推进轴(图中未示出)、上盖354；其中挤出腔351向下插入打印头支架36内，挤出腔351一侧设有水平的进料口355，进料口355水平位置低于所述导轨X 31的位置，用于外接胶凝材料搅拌和输送设备；透明桶352外壁与所述的打印头支架36固定连接；螺旋推进轴纵贯挤出腔351和透明桶352内部，其顶部穿过上盖354并与设置在上盖354上的打印电机37连接，受打印电机37的驱动以螺旋输送方式向下方的挤出腔351输出胶凝材料。所述透明桶352用于在打印过程中观察物料进出情况，以便及时做出调整，在出料速度低于进料速度时可以作为物料缓冲存储空间。
实施例2
一种胶凝材料3D打印机，其结构大体与实施例1相同，区别在于，所述的三维传动系统的X向传动装置设置1条导轨X和1条平行于所述导轨X的辅助轴，所述的辅助轴上设置与之配合的滑块X’，所述的胶凝材料输出装置设置在所述的导轨X与所述的辅助轴之间并与所述的滑块X和滑块X’固定连接。
Claims (9)
1.一种三维传动系统，它包括传动方向两两正交的X向传动装置、Y向传动装置和Z向传动装置；其特征在于：
所述的Z向传动装置包括4条导轨Z，所述的4条导轨Z两两一组分别处于两个平行平面，每组内两导轨Z间距固定；每组的2条导轨Z都设置与之配合的滑块Z；每组内两条导轨Z之间设置与导轨Z平行的滚珠丝杠副，其丝母与同组滑块Z固定连接，两组滚珠丝杠副的一边丝杠端部,分别通过伞齿轮组连接同一个同步轴Z；所述同步轴Z转动时可依次通过伞齿轮组、滚珠丝杠副带动滑块Z沿导轨Z同步滑动；
所述的Y向传动装置包括一对相互平行的导轨Y，一对导轨Y分别固定连接一对所述的滑块Z；所述的一对导轨Y一侧还设有同步轴Y，同步轴Y两端分别设置同步轮；每条所述的导轨Y上分别设置与之配合的滑块Y，所述的滑块Y固定连接同步带；所述的同步带与所述的同步轮在所述的导轨Y一侧相互配合；所述同步轴Y转动时可通过同步轮、同步带带动所述的滑块Y沿导轨Y同步滑动；
所述的X向传动装置包括至少一条导轨X，其两端分别固定连接所述的一对滑块Y；所述的导轨X上设有齿轮齿条副和滑块X，由所述齿轮齿条副向所述的滑块X传动，使其沿导轨X滑动。
2.根据权利要求1所述的三维传动系统，其特征在于：两组导轨Z之间进一步设置水平框架，两条滚珠丝杠设有伞齿轮组的一端固定在所述的水平框架上，同时将每条滚珠丝杠另一端与同组的2条导轨Z安装在同一个连接底座上，每个滚珠丝杠与所述连接底座之间设置圆锥滚子轴承。
3.一种胶凝材料3D打印机，它由权利要求1所述的三维传动系统、胶凝材料输出装置和驱动电机构成；所述的胶凝材料输出装置设置在所述的导轨X上；所述的导轨X上设置驱动电机以驱动所述的齿轮齿条副运转；所述的同步轴Y上设置驱动电机以驱动所述的同步轴Y转动；所述的同步轴Z上设置驱动电机以驱动所述的同步轴Z转动。
4.根据权利要求3所述的胶凝材料3D打印机，其特征在于：所述三维传动系统的X向传动装置设置2条平行的导轨X，每条导轨X上都设有滑块X，所述的胶凝材料输出装置设置在所述的2条导轨X之间并与2个所述的滑块X固定连接。
5.根据权利要求3所述的胶凝材料3D打印机，其特征在于：所述三维传动系统的X向传动装置还设置1条平行于所述导轨X的辅助轴，所述的辅助轴上设置与之配合的滑块X’，所述的胶凝材料输出装置设置在所述的导轨X与所述的辅助轴之间并与所述的滑块X和滑块X’固定连接。
6.根据权利要求3所述的胶凝材料3D打印机，其特征在于：所述的同步轴Z上进一步设置减速机。
7.根据权利要求6所述的胶凝材料3D打印机，其特征在于：所述的减速机为蜗轮蜗杆减速机。
8.根据权利要求3所述的胶凝材料3D打印机，其特征在于：所述的Z向传动装置每组两个所述的导轨Z间加装水平和斜拉件。
9.根据权利要求3所述的胶凝材料3D打印机，其特征在于：所述的胶凝材料输出装置包括螺旋输送式挤出头和电机；所述的电机通过驱动挤出头中的螺旋送料装置完成胶凝材料的挤出。
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