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

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。