CN208745362U - 一种3d打印机的xy轴运动机构 - Google Patents

一种3d打印机的xy轴运动机构 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种3D打印机的XY轴运动机构,其特征是,X轴运动机构架设在Y轴运动机构上;X轴滑块可滑动地卡套在X轴运动机构的X轴工字形方轨上;Z轴运动机构纵向设置在机箱内部;挤料机构设置在X轴滑块上方;3D打印头设置在X轴滑块下方挤料机构设有压紧装置。其优点是:X轴运动机构受Y轴运动机构驱动其作Y轴方向的直线运动,搭载3D打印头的X轴滑块在X轴工字形方轨上作X轴方向的直线运动。挤料机构的压紧装置可以对不同材质的打印材料进行适配,兼容性好;搭载的X轴滑块仅受X轴方向的力,磨损小,使用寿命长,维护工作量小,3D打印头运动流畅,打印出丝均匀顺畅准确,打印效果更佳;适用于高速度的大型3D打印机。

Description

一种3D打印机的XY轴运动机构
技术领域
本实用新型涉及一种3D打印机,尤其涉及一种基于高温熔融堆积的快速成型3D打印机。
背景技术
3D打印机是一种精密的机电一体化设备,一般由设置在机架上的X轴、Y轴和Z轴三个轴组成,X轴和Y轴设在一个垂直于Z轴的XY运动平面内,统称为XY轴;3D打印头组件设置在X轴上,即X轴与Y轴一上一下纵横交错形成一个十字交叉从3D打印头组件中穿过,X轴、Y轴和Z轴之间相互独立运动,通过打印平台来调节他们之间的间距,实现3D打印机的立体打印工作。常见的3D打印机的XY轴机构普遍存在以下的缺陷:XY轴机械结构复杂,定位精度稳定性差,造成机械阻力大,机械振动大,3D打印头安装和拆卸比较困难。
为克服上述缺陷,申请人申请了一件FDM类3D打印机,专利号为“2016204199697”、名称为“一种3D打印头的新型XY轴机构”的实用新型专利,其主要技术方案是:X轴和Y轴为轴承钢制成的方轨,对应于X轴和Y轴,滑座上设有纵横交错设置的滑动块,滑动块匹配地套接在方轨上,使用时,3D打印头组件设有滑座上。方轨侧面设有燕尾滑槽,滑动块由下往上通过滑槽套接在方轨上,燕尾滑槽的底部设有方形油槽。此外,X轴和Y轴的两端设有滑块和驱动滑块作直线运动的驱动装置。这种结构虽然结构简单、紧凑、科学,设计合理、流畅,容易制造;提高了XY轴的运动精度;减少了机械阻力,降低了机械振动;3D打印头更容易安装和拆卸;安装调测更方便、快捷,适用于高速度的大中型3D打印机。但是当用在大型3D打印机时也存在一些缺陷,由于3D打印机体积较大,3D打印头组件设有滑座上,工作时,X轴和Y轴的作用力同时作用在滑座上,当打印头在中间位置移动的时候,由于滑座双向交叉受力,摩擦力较大,导致磨损大,使用时间长了,而且很难保证它的运动精度,不可避免地影响打印的精度。
实用新型内容
为解决现有3D打印机的十字交叉结构的XY轴运动机构存在的上述缺陷,本实用新型提供一种的性能更为优异的3D打印机的XY轴运动机构,其方案如下:
一种3D打印机的XY轴运动机构,其特征是,XY平面运动机构包括平面安装框架、X轴运动机构和Y轴运动机构,X轴运动机构架设在Y轴运动机构上、并受Y轴运动机构驱动其作Y轴方向的直线运动;其中,平面安装框架的上部四角处均设有轴承座;
Y轴运动机构包括Y轴驱动装置、2组Y轴滑轨组件、主动传动杆、从动传动杆、以及左右对称设置的2组Y轴同步带组件,每组Y轴同步带组件包括Y轴同步带、Y轴主动同步轮和Y轴从动同步轮,Y轴主动同步轮和Y轴从动同步轮通过Y轴同步带联动;2组同步带组件的Y轴主动同步轮设于Y轴主动传动杆的两端,2组同步带组件的从动同步轮设于从动传动杆的两端;Y轴驱动装置包括Y轴步进电机、Y轴驱动同步带和Y轴驱动同步轮,Y轴步进电机和Y轴驱动同步轮之间Y轴驱动同步带传动联接,Y轴步进电机设置在平面安装框架内侧,Y轴驱动同步轮套设在主动传动杆上;主动传动杆和从动传动杆的两头均可转动地设在轴承座上;2组Y轴滑轨组件对称地设置在平面安装框架2条相对的边框上,1组Y轴滑轨组件分别对应1组Y轴同步带组件,每组Y轴滑轨组件包括Y轴导轨和Y轴滑块,Y轴导轨固定在Y轴同步带下方的平面安装框架的边框上,Y轴滑块下部可滑动地设在Y轴导轨上,Y轴滑块上部固定在Y轴同步带;平面安装框架的边框上设有2个限位开关,2个限位开关分布在其中1组Y轴滑轨组件的Y轴导轨的两端外侧,2个限位开关受Y轴滑块到达极限位置触发;
X轴运动机构包括X轴步进电机、X轴工字形方轨、X轴滑块和X轴同步带组件,X轴同步带组件包括X轴同步带、X轴主动同步轮和X轴从动同步轮,X轴主动同步轮和X轴从动同步轮通过X轴同步带联动;X轴工字形方轨两端跨接固定在Y轴滑轨组件的Y轴滑块上,X轴滑块下部可滑动地卡套在X轴工字形方轨上,X轴滑块上部固定在X轴同步带上,X轴主动同步轮设置在X轴步进电机设置的输出轴上,X轴步进电机设置在其中一组Y轴滑轨组件的Y轴滑块上,X轴从动同步轮设置在另一组Y轴滑轨组件的Y轴滑块上。
作为上述方案的改进和说明,前述X轴滑块的顶部设有打印线材输送到3D打印头内的挤料机构,挤料机构包括挤料座、挤料步进电机和挤料头、挤料盖;挤料盖可拆卸地设在挤料头前侧,挤料步进电机设于挤料座一侧,挤料头竖直设置在挤料座前侧;挤料头内部设有供打印线材穿过的纵向送料通道,挤料头内部设有挤料腔,纵向送料通道从挤料腔中向下穿过,挤料腔内设有压紧装置、以及可相对滚动的送料轮和轴承滚轮,送料轮和轴承滚轮相对分布在纵向送料通道的左右两侧,挤料步进电机的输出轴伸进送料轮所在的挤料腔,送料轮套在挤料步进电机的输出轴上,轴承滚轮设置在压紧装置上,送料轮和轴承滚轮之间形成一个与纵向送料通道相通的送料过道;压紧装置包括压紧拐臂、调节臂和调节螺丝;压紧拐臂的拐弯处通过一转轴可转动地固定在右下侧,轴承滚轮可转动地设置在压紧拐臂上翘的上拐臂侧面,调节臂压在压紧拐臂平放的下拐臂上;挤料头内部左侧设有供调节臂上下升降活动的调节槽,在调节槽上方设有限定调节螺丝活动空间的T形槽,调节螺丝通过螺纹设置调节臂的上部,T形槽上方设有供调整工具介入的调节孔;调节槽上部侧面设有观察窗,调节臂的上部侧面设有伸进到观察窗的位置指标臂;
X轴滑块底部衔接有将打印线材融熔后进行增材打印的3D打印头,打印头包括喉管,将打印材料融熔并挤出的融熔喷头,以及对融熔喷头进行加热的铝块;喉管上端固定在X轴滑块底部,融熔喷头设置在喉管下端,融熔喷头通过喉管与挤料机构的出料口连通;铝块套在喉管和融熔喷头上,将喉管和融熔喷头连接在一起;融熔喷头固定在导料管下端,导料管上端固定在X轴滑块上并与挤料机构的出料口相通;铝块内埋设有加热管和热电偶;融熔喷头上部为安装部,融熔喷头下部设有圆锥结构的喷嘴,喷嘴内部设有一个倒圆台形结构的熔腔,熔腔下方设有延伸到喷嘴外的喷孔;X轴滑块内部设有供打印线材穿过的纵向穿线孔,纵向穿线孔上部和纵向送料通道下部之间设有导料管。
作为上述方案的改进和说明,前述X轴滑块的侧面设有模型散热蜗扇,模型散热蜗扇下方衔接有风口对着喷嘴的导风配件;挤料座侧面设有挤料散热风扇。模型散热蜗扇与导风配件形成定向冷却,将打印喷头挤出的融熔的打印材料快速降温成型,有利于提高打印精度,避免因材料的在融熔状态下产生小变形,影响打印效果。
作为上述方案的说明,XY平面运动机构的X轴运动机构和Y轴运动机构由以前的“十”字形结构,转为“H”形结构,作为3D打印头载体的X轴滑块在XY平面上运动时,只受X轴方向滑动的作用力,Y轴方向的移动转嫁到X轴运动机构上,即X轴运动机构搭载X轴滑块在Y轴运动机构作Y轴方向的运动,X轴滑块不会同时受X轴和Y轴两个方向的力而导致磨损过大,而影响使用寿命,增加维护工作量。Y轴运动机构使用双侧同步带及双传动杆,保证运动稳定性。由控制器控制X轴运动机构和Y轴运动机构的联动,实现了挤料机构和3D打印头在XY平面内任意位置的移动,减少了机械阻力,降低了机械振动;3D打印头更容易安装和拆卸;安装调测更方便、快捷,适用于高速度的大中型3D打印机的XY轴运动机构;挤料机构的压紧装置,可以对不同材质的打印材料进行适配,兼容性好。
由上可知,本实用新型具有如下的优点:结构简单、紧凑、科学,设计合理,容易制造;近距离送料,送料更精准;挤料机构的压紧装置,可以对不同材质的打印材料进行适配,兼容性好;搭载的X轴滑块仅受X轴方向的力,磨损小,使用寿命长,维护工作量小,3D打印头运动流畅,打印出丝均匀顺畅准确,打印效果更佳;适用于高速度的大型3D打印机的XY轴运动机构。
附图说明
图1为XY平面运动机构的结构图。
图2为图1的俯视图。
图3为3D打印头、X轴滑块和挤料机构安装状态的的主视图。
图4为图3的立体图。
图5为图3的A-A向剖视图。
附图标号说明:5-挤料机构,6-3D打印头; 30-平面安装框架, 31- X轴运动机构,32-Y轴运动机构, 33-轴承座;310- X轴步进电机,311- X轴工字形方轨,312- X轴滑块,313 - X轴同步带组件, 314-X轴同步带, 315-X轴主动同步轮, 316-X轴从动同步轮,317-纵向穿线孔;320-Y轴驱动装置,321-主动传动杆,322-从动传动杆, 323 - Y轴同步带组件, 324-Y轴同步带, 325-Y轴主动同步轮, 326-Y轴从动同步轮, 327-Y轴步进电机,328- Y轴驱动同步带, 329-Y轴驱动同步轮, 330-Y轴滑轨组件330, 331-Y轴导轨, 332-Y轴滑块, 333-限位开关;50-挤料座,51-挤料头, 52-挤料步进电机,53-纵向送料通道,54-输出轴,55-送料轮,56-轴承滚轮, 57-挤料盖, 58-送料过道, 59-挤料腔, 510-挤料散热风扇,511-压紧装置,512-调节臂,513-调节螺丝,514-调节槽,515-T形槽,516-调节孔,517-观察窗,518-位置指标臂,519-导料管,520-压紧拐臂;60-融熔喷头,61-喉管, 62-铝块, 64-喷嘴,65-熔腔,66-喷孔, 68-加热管, 69-热电偶;98-模型散热蜗扇,99-导风配件。
具体实施方式
下面结合附图和优选的实施方式,对本实用新型及其有益技术效果进行进一步详细说明。
参见图1 ~图5,一种3D打印机的XY轴运动机构32,其特征是,XY平面运动机构包括平面安装框架30、X轴运动机构31和Y轴运动机构32,X轴运动机构31架设在Y轴运动机构32上、并受Y轴运动机构32驱动其作Y轴方向的直线运动;其中,平面安装框架30的上部四角处均设有轴承座33;
参见图1 ~图2,Y轴运动机构32包括Y轴驱动装置320、2组Y轴滑轨组件330、主动传动杆321、从动传动杆322、以及左右对称设置的2组Y轴同步带组件323,每组Y轴同步带组件323包括Y轴同步带324、Y轴主动同步轮325和Y轴从动同步轮326,Y轴主动同步轮325和Y轴从动同步轮326通过Y轴同步带324联动;2组同步带组件的Y轴主动同步轮325设于Y轴主动传动杆321的两端,2组同步带组件的从动同步轮设于从动传动杆322的两端;Y轴驱动装置320包括Y轴步进电机327、Y轴驱动同步带328和Y轴驱动同步轮329,Y轴步进电机327和Y轴驱动同步轮329之间Y轴驱动同步带328传动联接,Y轴步进电机327设置在平面安装框架30内侧,Y轴驱动同步轮329套设在主动传动杆321上;主动传动杆321和从动传动杆322的两头均可转动地设在轴承座33上;2组Y轴滑轨组件330对称地设置在平面安装框架302条相对的边框上,1组Y轴滑轨组件330分别对应1组Y轴同步带组件323,每组Y轴滑轨组件330包括Y轴导轨331和Y轴滑块332,Y轴导轨331固定在Y轴同步带324下方的平面安装框架30的边框上,Y轴滑块332下部可滑动地设在Y轴导轨331上,Y轴滑块332上部固定在Y轴同步带324;平面安装框架30的边框上设有2个限位开关333,2个限位开关333分布在其中1组Y轴滑轨组件330的Y轴导轨331的两端外侧,2个限位开关333受Y轴滑块332到达极限位置触发;
X轴运动机构31包括X轴步进电机310、X轴工字形方轨311、X轴滑块312和X轴同步带组件313,X轴同步带组件313包括X轴同步带314、X轴主动同步轮315和X轴从动同步轮316,X轴主动同步轮315和X轴从动同步轮316通过X轴同步带314联动;X轴工字形方轨311两端跨接固定在Y轴滑轨组件330的Y轴滑块332上,X轴滑块312下部可滑动地卡套在X轴工字形方轨311上,X轴滑块312上部固定在X轴同步带314上,X轴主动同步轮315设置在X轴步进电机310设置的输出轴54上,X轴步进电机310设置在其中一组Y轴滑轨组件330的Y轴滑块332上,X轴从动同步轮316设置在另一组Y轴滑轨组件330的Y轴滑块332上。
X轴滑块312的顶部设有打印线材输送到3D打印头6内的挤料机构5,挤料机构5包括挤料座50、挤料步进电机52和挤料头51、挤料盖57;挤料盖57可拆卸地设在挤料头51前侧,挤料步进电机52设于挤料座50一侧,挤料头51竖直设置在挤料座50前侧;挤料头51内部设有供打印线材穿过的纵向送料通道53,挤料头51内部设有挤料腔59,纵向送料通道53从挤料腔59中向下穿过,挤料腔59内设有压紧装置511、以及可相对滚动的送料轮55和轴承滚轮56,送料轮55和轴承滚轮56相对分布在纵向送料通道53的左右两侧,挤料步进电机52的输出轴54伸进送料轮55所在的挤料腔59,送料轮55套在挤料步进电机52的输出轴54上,轴承滚轮56设置在压紧装置511上,送料轮55和轴承滚轮56之间形成一个与纵向送料通道53相通的送料过道58;压紧装置511包括压紧拐臂520、调节臂512和调节螺丝513;压紧拐臂520的拐弯处通过一转轴可转动地固定在右下侧,轴承滚轮56可转动地设置在压紧拐臂520上翘的上拐臂侧面,调节臂512压在压紧拐臂520平放的下拐臂上;挤料头51内部左侧设有供调节臂512上下升降活动的调节槽514,在调节槽514上方设有限定调节螺丝513活动空间的T形槽515,调节螺丝513通过螺纹设置调节臂512的上部,T形槽515上方设有供调整工具介入的调节孔516;调节槽514上部侧面设有观察窗517,调节臂512的上部侧面设有伸进到观察窗517的位置指标臂518;
参见图3 ~图5,X轴滑块312底部衔接有将打印线材融熔后进行增材打印的3D打印头6,打印头包括喉管61,将打印材料融熔并挤出的融熔喷头60,以及对融熔喷头60进行加热的铝块62;喉管61上端固定在X轴滑块312底部,融熔喷头60设置在喉管61下端,融熔喷头60通过喉管61与挤料机构5的出料口连通;铝块62套在喉管61和融熔喷头60上,将喉管61和融熔喷头60连接在一起;融熔喷头60固定在导料管519下端,导料管519上端固定在X轴滑块312上并与挤料机构5的出料口相通;铝块62内埋设有加热管68和热电偶69;融熔喷头60上部为安装部,融熔喷头60下部设有圆锥结构的喷嘴64,喷嘴64内部设有一个倒圆台形结构的熔腔65,熔腔65下方设有延伸到喷嘴64外的喷孔66;X轴滑块312内部设有供打印线材穿过的纵向穿线孔317,纵向穿线孔317上部和纵向送料通道53下部之间设有导料管519。
参见图3~图4,X轴滑块312的侧面设有模型散热蜗扇98,模型散热蜗扇98下方衔接有风口对着喷嘴64的导风配件99;挤料座50侧面设有挤料散热风扇510。
根据上述说明书及具体实施例并不对本实用新型构成任何限制,本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式,对本实用新型的一些修改和变形,也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。

Claims (3)

1.一种3D打印机的XY轴运动机构,其特征是,XY平面运动机构包括平面安装框架、X轴运动机构和Y轴运动机构,X轴运动机构架设在Y轴运动机构上、并受Y轴运动机构驱动其作Y轴方向的直线运动;其中,平面安装框架的上部四角处均设有轴承座;
Y轴运动机构包括Y轴驱动装置、2组Y轴滑轨组件、主动传动杆、从动传动杆、以及左右对称设置的2组Y轴同步带组件,每组Y轴同步带组件包括Y轴同步带、Y轴主动同步轮和Y轴从动同步轮,Y轴主动同步轮和Y轴从动同步轮通过Y轴同步带联动;2组同步带组件的Y轴主动同步轮设于Y轴主动传动杆的两端,2组同步带组件的从动同步轮设于从动传动杆的两端;Y轴驱动装置包括Y轴步进电机、Y轴驱动同步带和Y轴驱动同步轮,Y轴步进电机和Y轴驱动同步轮之间Y轴驱动同步带传动联接,Y轴步进电机设置在平面安装框架内侧,Y轴驱动同步轮套设在主动传动杆上;主动传动杆和从动传动杆的两头均可转动地设在轴承座上;2组Y轴滑轨组件对称地设置在平面安装框架2条相对的边框上,1组Y轴滑轨组件分别对应1组Y轴同步带组件,每组Y轴滑轨组件包括Y轴导轨和Y轴滑块,Y轴导轨固定在Y轴同步带下方的平面安装框架的边框上,Y轴滑块下部可滑动地设在Y轴导轨上,Y轴滑块上部固定在Y轴同步带;平面安装框架的边框上设有2个限位开关,2个限位开关分布在其中1组Y轴滑轨组件的Y轴导轨的两端外侧,2个限位开关受Y轴滑块到达极限位置触发;
X轴运动机构包括X轴步进电机、X轴工字形方轨、X轴滑块和X轴同步带组件,X轴同步带组件包括X轴同步带、X轴主动同步轮和X轴从动同步轮,X轴主动同步轮和X轴从动同步轮通过X轴同步带联动;X轴工字形方轨两端跨接固定在Y轴滑轨组件的Y轴滑块上,X轴滑块下部可滑动地卡套在X轴工字形方轨上,X轴滑块上部固定在X轴同步带上,X轴主动同步轮设置在X轴步进电机设置的输出轴上,X轴步进电机设置在其中一组Y轴滑轨组件的Y轴滑块上,X轴从动同步轮设置在另一组Y轴滑轨组件的Y轴滑块上。
2.如权利要求1所述的3D打印机的XY轴运动机构,其特征是:所述X轴滑块的顶部设有打印线材输送到3D打印头内的挤料机构,挤料机构包括挤料座、挤料步进电机和挤料头、挤料盖;挤料盖可拆卸地设在挤料头前侧,挤料步进电机设于挤料座一侧,挤料头竖直设置在挤料座前侧;挤料头内部设有供打印线材穿过的纵向送料通道,挤料头内部设有挤料腔,纵向送料通道从挤料腔中向下穿过,挤料腔内设有压紧装置、以及可相对滚动的送料轮和轴承滚轮,送料轮和轴承滚轮相对分布在纵向送料通道的左右两侧,挤料步进电机的输出轴伸进送料轮所在的挤料腔,送料轮套在挤料步进电机的输出轴上,轴承滚轮设置在压紧装置上,送料轮和轴承滚轮之间形成一个与纵向送料通道相通的送料过道;压紧装置包括压紧拐臂、调节臂和调节螺丝;压紧拐臂的拐弯处通过一转轴可转动地固定在右下侧,轴承滚轮可转动地设置在压紧拐臂上翘的上拐臂侧面,调节臂压在压紧拐臂平放的下拐臂上;挤料头内部左侧设有供调节臂上下升降活动的调节槽,在调节槽上方设有限定调节螺丝活动空间的T形槽,调节螺丝通过螺纹设置调节臂的上部,T形槽上方设有供调整工具介入的调节孔;调节槽上部侧面设有观察窗,调节臂的上部侧面设有伸进到观察窗的位置指标臂;X轴滑块底部衔接有将打印线材融熔后进行增材打印的3D打印头,打印头包括喉管,将打印材料融熔并挤出的融熔喷头,以及对融熔喷头进行加热的铝块;喉管上端固定在X轴滑块底部,融熔喷头设置在喉管下端,融熔喷头通过喉管与挤料机构的出料口连通;铝块套在喉管和融熔喷头上,将喉管和融熔喷头连接在一起;融熔喷头固定在导料管下端,导料管上端固定在X轴滑块上并与挤料机构的出料口相通;铝块内埋设有加热管和热电偶;融熔喷头上部为安装部,融熔喷头下部设有圆锥结构的喷嘴,喷嘴内部设有一个倒圆台形结构的熔腔,熔腔下方设有延伸到喷嘴外的喷孔;X轴滑块内部设有供打印线材穿过的纵向穿线孔,纵向穿线孔上部和纵向送料通道下部之间设有导料管。
3.如权利要求1或2所述的3D打印机的XY轴运动机构,其特征是:所述X轴滑块的侧面设有模型散热蜗扇,模型散热蜗扇下方衔接有风口对着喷嘴的导风配件;挤料座侧面设有挤料散热风扇。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112373019A (zh) * 2020-11-04 2021-02-19 刘佳鑫 一种生物3d打印机

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