CN209409309U - 工业级无限尺寸3d打印机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及的一种工业级无限尺寸3D打印机，包括打印机机架、挤出装置、驱动挤出装置在X方向运动的第一运动机构、驱动挤出装置在Z方向运动的第二运动机构和在Y方向运动的平台；挤出装置固定在打印机机架的上，且位于Y方向运动的平台的上方，第一运动机构与挤出装置连接，用于驱动挤出装置在X方向运动，第二运动机构与挤出装置连接，用于驱动挤出装置在Z方向运动；挤出装置与平台的运动方向成钝角。随着需要打印的物料从挤出装置中挤出，挤出装置在第一运动机构和第二运动机构的驱动下在X和Z方向移动，物料在平台上沉积出产品的与X‑Z平面平行的界面，随着平台在Y方向运动，使得沉积产品在Y方向不断延长，沉积出三维产品。

Description

工业级无限尺寸3D打印机

技术领域

本发明涉及工业3D打印设备领域，具体涉及工业级无限尺寸3D打印机。

背景技术

3D打印技术又称增材制造技术，成型过程是采用NX、Pro/E、SolidWorks、 3DMAX等制图软件对需要打印的产品，进行三维建模，然后导出成STL等格式文件，再使用分层软件进行分层，生成GCODE文件，最后将GCODE文件导入到3D打印机中，机器自动读取文件，将材料进行层层叠加到工作平台上，最终打印出整个产品；成型技术主要包括：熔融沉积成型(FDM)、光固化快速成型 (SLA)、选择性激光烧结成型(SLS)、分层实体制造(LOM)、三维打印制造 (3DP)等工艺。3D打印技术能够完成复杂零部件的制造，缩短研发时间，生产出传统加工方式难以加工的产品，在医疗器械、汽车工业、科研教学、航空航天等领域有着巨大的发展前景，被誉为第三次工业革命的标志。

特种工程塑料主要包括聚苯硫醚(PPS)、聚砜(PSF)、聚酰亚胺(PI)、聚芳酯(PAR)、液晶聚合物(LCP)、聚醚醚酮(PEEK)、含氟聚合物(PTFE、PVDF、 PCTFE、PFA)等，特种工程塑料种类多、性能优异价格昂贵。例如：PPS比重小、强度高、耐腐蚀，可用其取代金属材料，制成军事装备所需的结构部件。如：发动机散热器、车体门、电动泵等，跨海水陆两用坦克炮塔底座、耐腐蚀旋转齿轮、密封环、活塞环、密封垫片、电喷发动机转子叶轮等，可有效降低战车的重量，提高其机动性、可靠性、破损安全性以及乘坐舒适性；用PPS制成的自润滑轴承、滑动垫片等制品非常适合于武器及装甲战车在各种恶劣的自然条件下使用，提高装备的可靠性和战时出勤率。

目前可供熔融沉积型3D打印的材料品种较少，并且对材料的要求较高，使用最广泛的打印材料为聚乳酸和ABS，而特种工程塑料却较难在FDM打印中应用，打印产品不能直接用于工业领域甚至军事领域，只可作为模型并无太大实用效果；国内外的FDM打印机所采用的材料均是直径均匀的线材，导致原材料在打印之前已经经历了一次热成型，导致高分子材料的力学强度有所下降；目前的 3D打印受制于技术原因，打印产品尺寸小，例如，在申请号为2018105442374 的发明专利中公开了一种基于熔融沉积成型的3D打印机包括挤出装置、打印机机架、台面移动机构和台面，但打印机出的产品尺寸会受到打印机架及台面的大小的约束，因此设计一种工业级无限尺寸3D打印机非常有必要，既能够打印特种工程塑料，满足工业、军事、医疗等特殊领域；又可以打印无限尺寸的物件，拓宽其适用范围。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种可打印颗粒或粉末状的特种工程塑料、工程塑料和通用塑料的3D打印机，且打印的产品尺寸在某一个维度上可以无限大。

本发明涉及的工业级无限尺寸3D打印机，包括打印机机架、挤出装置、履带工作台机构和驱动挤出装置在履带工作台机构上打印的运动机构，履带工作台机构水平设置在打印机机架上且位于打印机机架的顶部，运动机构通过挤出框倾斜设置在打印机机架上，挤出框倾斜设置在打印机机架的顶部，挤出框的倾斜角为锐角；运动机构滑动设置在挤出框上；所述的运动机构包括第一运动机构和第二运动机构，挤出装置设置在第一运动机构上，挤出装置的工作头指向履带工作台机构，第一运动机构设置在第二运动机构上，第一运动机构驱动挤出装置在第一运动机构上移动；第二运动机构设置在挤出框上用于驱动挤出装置沿挤出框的倾斜方向上下运动，挤出装置与履带工作台机构的运动方向成钝角；定义第一运动机构驱动挤出装置运动的方向为X方向，第二运动机构驱动挤出装置运动的方向为Z方向，履带工作台机构的运动方向为Y方向。

随着需要打印的物料从挤出装置中挤出，挤出装置在第一运动机构和第二运动机构的驱动下移动，并在履带工作台机构上沉积出打印品的一个截面，随着履带工作台机构的运动，使得沉积的打印品在履带工作台机构的运动方向不断延长，沉积出三维产品。

进一步的，所述的挤出框为四根金属杆连接成的长方形金属框，挤出框中与 X方向平行的金属杆为X方向金属杆，与Z方向平行的金属杆为Z方向金属杆，挤出框所在的平面为X-Z平面；所述的打印机机架是金属杆连接成的长方体金属框架，打印机机架中与Y方向平行的金属杆为Y方向金属杆，与X方向平行的金属杆为X方向金属杆；挤出框中的X方向金属杆与打印机机架中的X方向金属杆连接，挤出框中的Z方向金属杆与打印机机架中的Y方向金属杆成锐角。

进一步的，所述的挤出装置包括料斗、第一步进电机、第一电机座、料筒、螺杆、喷头和加热圈；第一步进电机通过第一电机座固定在料筒的一端，螺杆位于料筒内，第一步进电机的电机轴通过联轴器与螺杆连接，喷头安装在料筒的另一端，料筒的侧面近第一步进电机端开设有料筒进料口，料筒进料口连接有用于进料的料斗，所述的料斗上设置有卸料阀，加热圈设置在料筒外表面靠近喷头段。挤出装置通过第二连接座与第一运动机构连接，第二连接座上设置有用于卡接料筒的料筒卡箍。

所述的螺杆分成加料段、熔融段和均化段，加料段靠近料筒进料口端，均化段靠近喷头端；螺杆为等距变深螺杆，从加料段的第一个螺槽开始至均化段的第一个螺槽的深度逐渐变浅，位于熔融段的中间段至少有两个连续的螺槽的深度是相同的，螺杆的螺棱和螺槽宽度相同，螺杆的均化段的螺槽深度一致且深度最浅，螺纹升角为16.7°-17.6°；

物料经过料斗，进入料筒，在螺杆转动的带动下，物料向喷头方向移动，物料在料筒中被加热后变成熔融状态，最终从喷头挤出。

进一步的，所述第二运动机构包括第二丝杆、第三丝杆、用于连接二丝杆与第三丝杆的丝杆同步带、第三电机同步带、第三步进电机；第二丝杆和第三丝杆通过第二轴承座平行设置在Z方向金属杆的上表面，且第二丝杆和第三丝杆分别与Z方向金属杆平行，第三步进电机固定在Z方向金属杆的下表面，第三步进电机的电机轴与第二丝杆平行，第三步进电机的电机轴上套设有第一主动轮，第二丝杆的一端套设有第一从动轮和第二从动轮，第三电机同步带绕过所述的第一主动轮和第二丝杆上的第一从动轮连接第三步进电机的电机轴与第二丝杆，第三丝杆的近第三步进电机端设置有第三从动轮，丝杆同步带绕过第二从动轮和第三从动轮连接第二丝杆和第三丝杆。

进一步的，所述的第一运动机构包括第二步进电机、第二电机座、第一丝杆、光轴和第一连接座；第一运动机构设置在长方形金属框的上表面，第二步进电机设置在第二电机座上，第一丝杆、光轴和X方向金属杆相互平行，第一丝杆的一端通过联轴器与第二步进电机的电机轴连接，第一丝杆的另一端与第一连接座转动连接，光轴的一端与第二电机座连接，另一端与第一连接座连接；所述的第二连接座上平行开设有第一螺纹通孔和第一通孔，第一丝杆和光轴分别从第二连接座上的第一螺纹通孔和第一通孔中穿过，料筒与X-Z平面垂直；第二电机座上还开设有第二螺纹通孔，第二丝杆从第二螺纹通孔中穿过，第二步进电机通过第二电机座设置在第二丝杆上；第一连接座上开设有第三螺纹通孔，第三丝杆从第三螺纹通孔中穿过，第一连接座设置在第三丝杆上。

第三步进电机转动，通过第三电机同步带带动第二丝杆转动，第二丝杆通过丝杆同步带带动第三丝杆转动，由于第一电机座通过第二螺纹通孔与第一丝杆连接，第一连接座通过第三螺纹通孔与第三丝杆连接，随着第二丝杆和第三丝杆的转动，带动了第二电机座和第一连接座分别沿第二丝杆和第三丝杆移动，从而实现了第一丝杆及挤出装置在Z方向上的移动；第二步进电机带动第一丝杆转动，在第一丝杆的带动下，连接在第一丝杆上的第二连接座沿第一丝杆移动，从而带动挤出装置沿第一丝杆移动，实现带动挤出装置沿X方向的移动。

进一步的，履带工作台机构包括履带、第一辊筒、第二辊筒、第四步进电机、第四电机同步带和第一辊筒同步带；第四步进电机固定在Y方向金属杆下表面的一端，第四步进电机电机轴与X方向金属杆平行，第一辊筒和第二辊筒分别水平设置在立方体金属框架的上表面，第一辊筒和第二辊筒的两端分别通过第二轴承座与两条Y方向金属杆垂直连接，第一辊筒与第四步进电机邻近，第四步进电机电机轴上设置有第二主动轮，第一辊筒的近第四步进电机端设置有第四从动轮和第五从动轮，第二辊筒的近第四步进电机端设置有第六从动轮，第四电机同步带绕过第二主动轮和第四从动轮连接第四步进电机的电机转轴与第一辊筒，第一辊筒同步带绕过第五从动轮连接第一辊筒和第二辊筒，第一辊筒和第二辊筒之间设置履带。

第四步进电机转动后通过第四电机同步带带动第一辊筒转动，第一辊筒通过第一辊筒同步带带动第二辊筒转动，第一辊筒和第二辊筒与Y方向垂直，从而实现环绕在第一辊筒和第二辊筒之间的履带沿Y方向运动。

进一步的，所述履带工作台机构还包括第三辊筒，第三辊筒设置在第一辊筒和第二辊筒之间，且与第一辊筒邻近，第三辊筒的两端通过第二轴承座与两条Y 方向金属杆垂直连接。

当打印品随履带运动到第二辊筒后，再继续向前移动时打印产品的下表面部分从履带上脱离，方便对产品的拾取。

进一步的，所述的3D打印机还包括储料装置和送料装置，所述的储料装置设置在打印机机架内，储料装置通过送料装置与挤出装置连接；所述的储料装置是漏斗状的储料箱，在储料箱侧面设置有加料口，储料箱的底端开设有出料口，所述储料箱的外表面与长方体金属框架中竖直设置的金属杆固定连接；所述的送料装置包括与出料口相连接的送料管和设置在送料管上的鼓风机；送料管的另一端通过料斗-送料管夹套与挤出装置的料斗连接，料斗上设置有限位开关。

将储料箱设置在打印机机架内，一方向可以节约空间，另一方面可以使打印机的重心靠下，更得于稳定。采用鼓风机上料，由于挤出的速度远小于上料的速度，在料斗上设置限位开关，当物料的体积超过限位开关时，物料对限位开关产生一定的压力，进而转化为电信号，控制鼓风机停止运转，可以实现间歇上料。

进一步的，Y方向金属杆与相应的Z方向金属杆之间通过Y-Z轴连接板固定连接。可以加固长方形金属框与长方体金属框架间的连接

进一步的，喷头的挤出方向与履带工作平台机构的运动方向成135°角。喷头的挤出方向与履带工作平台机构的运动方向在135-180°范围内时，角度越大，料筒与平台越趋于平行，喷头与平台间可能的接触面积就越大，有可能会破坏平台，同时挤出装置的重心会更向第一步进电机的方向偏移，影响挤出装置运行时的平衡；在135-90°范围内，喷头有可能会与打印的物体产生摩擦或刮蹭，破坏已打印好的产品部分。

有益效果：

解决了国内外3D打印行业中特种工程塑料无法打印的问题；突破了FDM 打印机对打印线材的限制，无需再使用直径均匀的线材，可以使用粉末或颗粒状的原料，也可以使用改性增强料、回收料等等；采用3D打印、新型履带平台、自动供料以及螺旋挤出四大技术共同实现了工业级无限尺寸3D打印；缩短了塑料的热成型过程，降低打印产品的生产成本；同时本打印机结构简洁，使用方便，生产成本低，拓宽打印技术的应用领域，能够满足工业、军事、医疗等等对打印产品的要求。

附图说明

图1是挤出装置和第二连接座的结构爆炸示意图；

图2是挤出装置和第二连接座的剖面示意图；

图3是3D打印机的第一运动机构示意图；

图4是3D打印机的第二运动机构示意图；

图5是3D打印机的履带工作台机构示意图；

图6是3D打印机的整体结构示意图；

图7是送料装置和储料装置示意图；

图8是打印机机架和挤出框示意图。

100、挤出装置；101、第一步进电机；102、联轴器；103、第一电机座；104、第二连接座；105、料筒卡箍；106、喷头；107、螺杆；108、料筒；109、料斗； 110、卸料盖；111、限位开关；112、温度传感器；113、加热圈；114、卸料孔； 115、料筒进料口；

200、第一运动机构：201、第二步进电机；202、第一丝杆；203、第一轴承座；204、光轴；205、第二螺纹通孔；206、第一通孔；207、第一螺纹通孔；208、第一连接座；209、第二电机座；300、第二运动机构；301、第三步进电机；302、第一主动轮；303、第三电机同步带；304、第二丝杆；305、第二从动轮；306、第二轴承座；307、丝杆同步带；308、第三丝杆；309、第三螺纹通孔；310、第一从动轮；311、第三从动轮；400、履带工作台机构；401、履带；402、第一辊筒；403、第三辊筒；404、第四步进电机；405、电机固定板；406、第四电机同步带；407、第二辊筒；408、第一辊筒同步带；409、第二主动轮；410、第四从动轮、411、第五从动轮；412、第六从动轮；500、储料装置；501、储料箱；502、加料口；503、加料口；600、送料装置；601、料斗-送料管夹套；602、送料管； 603、鼓风机；604、送料管-储料箱夹套；700、打印机机架；701、标准件螺丝； 702、Z方向金属杆；703、连接板；704、X方向金属杆；705、橡胶垫；706、Y 方向金属杆；707、角码；800、挤出框。

具体实施方式

以下仅为本发明的其中一种实施案例，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

如图6所示，工业级无限尺寸3D打印机，包括打印机机架700、挤出装置 100、履带工作台机构400和驱动挤出装置100在履带工作台机构400上打印的运动机构，履带工作台机构400水平设置在打印机机架700上且位于打印机机架 700的顶部，运动机构通过挤出框800倾斜设置在打印机机架700上，挤出框800 倾斜设置在打印机机架700的顶部，挤出框800的倾斜角为锐角；运动机构滑动设置在挤出框800上；

所述的运动机构包括第一运动机构200和第二运动机构300，挤出装置100 设置在第一运动机构200上，挤出装置100的工作头指向履带工作台机构400，第一运动机构200设置在第二运动机构300上，第一运动机构200驱动挤出装置100在第一运动机构200上移动；第二运动机构300设置在挤出框800上用于驱动挤出装置100沿挤出框800的倾斜方向上下运动，挤出装置100与履带工作台机构400的运动方向成钝角；

定义第一运动机构驱动挤出装置运动的方向为X方向，第二运动机构驱动挤出装置运动的方向为Z方向，履带工作台机构的运动方向为Y方向。

如图7所示，工业级无限尺寸3D打印机还包括储料装置500和送料装置600，储料装置500设置在打印机机架700内，储料装置500通过送料装置600与挤出装置100连接，挤出装置100设置在打印机机架700的上，且位于履带工作台机构400的上方，挤出装置100与履带工作台机构400的运动方向成钝角。

如图8所示，所述的挤出框800为四根金属杆连接成的长方形金属框，挤出框800中与X方向平行的金属杆为X方向金属杆704，与Z方向平行的金属杆为 Z方向金属杆702，挤出框800所在的平面为X-Z平面；所述的打印机机架700 是金属杆连接成的长方体金属框架，打印机机架700中与Y方向平行的金属杆为 Y方向金属杆706，与X方向平行的金属杆为X方向金属杆704；挤出框800中的X方向金属杆704与打印机机架700中的X方向金属杆704连接，挤出框800 中的Z方向金属杆702与打印机机架700中的Y方向金属杆706成45°角。所述金属杆匀采用铝型材，各相邻的金属杆之间通过角码707连接，Y方向金属杆 706与Z方向金属杆702之间通过连接板703固定，连接板703与Y方向金属杆 706和Z方向金属杆702之间通过标准件螺丝701固定。长方体金属框架下表面的四个角分别设置有圆形橡胶垫705，能够减缓运输及使用过程中产生的震荡，保护设备正常使用，延长使用寿命。

如图7所示，所述的储料装置500包括设置在长方体金属框架中的漏斗状的储料箱501、设置在储料箱501侧面的加料口502和设置在储料箱底端的出料口 503，所述储料箱501的外表面与长方体金属框架中竖直设置的金属杆固定连接。

送料装置600包括与出料口503相连接的送料管602和设置在送料管602 上的鼓风机603。储料箱501的出料口503与送料管602之间通过送料管-储料箱夹套604进行连接，送料管602另一端通过料斗-送料管夹套601与料斗109连接，进而利用鼓风机603鼓风，将物料送至储料箱501上方的料斗109，再经料筒进料口115进入到料筒108中，实现向料筒108中持续稳定的供料。

如图1和图2所示，所述的挤出装置100包括料斗109、第一步进电机101、第一电机座103、料筒108、螺杆107、喷头106、加热圈112和温度传感器113，料筒108的一端通过第一电机座103固定有第一步进电机101，料筒108内设置有螺杆107，第一步进电机101的电机轴通过联轴器102与螺杆107连接，料筒 108的另一端设置有喷头106，料筒108的侧面近第一步进电机101端开设有料筒进料口115，料斗109与料筒进料口115焊接，所述的料斗109上设置有限位开关111和用于卸料的卸料孔114，分别用来对余料进行清理以及控制鼓风机603稳定送料，所述的卸料孔114位于料斗109上，与料筒进料口115邻近，卸料孔 114上设置有卸料盖110，3D打印机正常工作时，卸料盖110盖在卸料孔114上，当需要卸料的时候，再打开卸料盖110；加热圈113设置在料筒108的外表面靠近喷头段，用于给料筒108内的物料加热，温度传感器112设置在料筒108上有加热圈的一段，与料筒108的外表面接触，用于检测料筒108外表面的温度。

本发明中的螺杆107是塑化、输送物料的最重要部件，根据物料在挤出装置中的三种物理状态的变化过程以及对螺杆107各部位的工作要求，通常将螺杆 107分成加料段，又称固体输送段；熔融段，又称压缩段；均化段，又称计量段。加料段靠近料筒进料口115端，均化段靠近喷头106端；本发明中的螺杆107与传统等深等距的输料螺杆不同，本发明中的螺杆107为等距变深螺杆，加料段(即加料口处)至少有两个连续的螺槽的深度是相同的，稳定的将塑料颗粒送至熔融段，熔融段是从加料段最后一个螺槽开始至均化段第一个螺槽的区间，其螺槽深度逐渐变浅，但位于熔融段，整根螺杆107的螺棱、螺槽宽度不变，螺槽宽度与螺杆直径相同，均化段螺槽深度为(0.02-0.06)×螺杆直径，螺杆107上加料段的螺槽较深，主要是用来输送物料；从加料段到熔融段的螺槽深度由深变浅，将加料段疏松的物料进行压缩剪切摩擦，配合外部加热圈113，对物料进行熔融；螺杆107的均化段的螺槽深度一致且深度较浅，主要是将塑料熔体定温定压定量的从喷头106挤出，且螺旋升角为16.7°-17.6°。所述螺杆107采用特殊材质为 48号钢、40Cr、氨化钢、38CrMoAl或高温合金中的一种。挤出装置100采用螺杆剪切与加热圈112加热双重作用，能够将颗粒状或粉末状的塑料原料、改性增强料及特种工程塑料进行熔融挤出，实现3D打印，达到工业领域对注塑零件的使用强度要求，同时利用工程材料或特种工程塑料进行打印，能够替代部分的金属零件。

如图3所示，第一运动机构200包括第二步进电机201、第二电机座209、第一丝杆202、光轴204、第二连接座104和第一连接座208。

第一运动机构200设置在长方形金属框的上表面，第二步进电机201设置在第二电机座209上，第二步进电机201的电机轴通过联轴器102与第一丝杆202 连接，第一丝杆202与Z方向金属杆702平行，光轴204通过轴承与第二电机座209连接，所述轴承通过第一轴承座203与第二电机座209连接，光轴204 与第一丝杆202平行，第一丝杆202的另一端与第一连接座208通过轴承连接，所述轴承通过第一轴承座203与第一连接座208连接，光轴204的另一端与第一连接座208通过轴承连接，所述轴承通过第一轴承座203与第一连接座208连接；第二连接座104上平行开设有第一螺纹通孔205和第一通孔206，第一丝杆202 和光轴204分别从第二连接座104上的第一螺纹通孔205和第一通孔206中穿过。

挤出装置100通过第二连接座104与第一丝杆202和光轴204连接，第二连接座104上固定设置有料筒卡箍105，用于卡接挤出装置100的料筒108，从而实现把挤出装置100固定在第一运动机构200的第一丝杆202和光轴204上。

如图4所示，第二运动机构300包括第三步进电机301、第二丝杆304、第三丝杆308、第三电机同步带303和连接二丝杆与第三丝杆308的丝杆同步带307。

第二丝杆304和第三丝杆308平行设置在长方形金属框的上表面，通过第二轴承座306固定在Z方向金属杆702上，第三步进电机301固定在Z方向金属杆702的下表面，第三步进电机301的电机轴与第二丝杆304平行，第三步进电机301的电机轴上套设有第一主动轮302，第二丝杆304的一端套设有第一从动轮310和第二从动轮305，第三电机同步带303绕过所述的第一主动轮302和第二丝杆304上的第一从动轮310连接第三步进电机301的电机轴与第二丝杆304，第三丝杆308的近第三步进电机303端设置有第三从动轮311，丝杆同步带307 绕过第二从动轮305和第三从动轮311连接第二丝杆304和第三丝杆308；

第二电机座209上还开设有第二螺纹通孔205，第二丝杆304从第二电机座 209上的螺纹通孔中穿过，第二步进电机201通过第二电机座209设置在第二丝杆304上；第一连接座208上开设有第三螺纹通孔309，第三丝杆308从第三螺纹通孔309中穿过，第一连接座208设置在第三丝杆308上。

如图5所示，履带工作台机构400包括履带401、第一辊筒402、第二辊筒 407、第三辊筒403、第四步进电机404、第四电机同步带406、第一辊筒同步带和第二辊筒同步带；

第四步进电机404通过电机固定板405固定在Y方向金属杆下表面的一端，第一辊筒402、第二辊筒407和第三辊筒403分别水平设置在立方体金属框架的上表面，第一辊筒402、第二辊筒407和第三辊筒403的两端分别通过第二轴承座306与两条Y方向金属杆706垂直连接，第三辊筒403位于第一辊筒402和第二辊筒407之间，且与第一辊筒邻近，第四步进电机404电机轴上设置有第二主动轮409，第一辊筒402的近第四步进电机404端设置有第四从动轮和第五从动轮，第二辊筒407的近第四步进电机端404设置有第六从动轮，第四电机同步带406绕过第二主动轮409和第四从动轮410连接第四步进电机401的电机转轴与第一辊筒402，从而第四步进电机404的电机机轴可以带动第一辊筒402转动，第一辊筒同步带408绕过第五从动轮411和第六从动轮412连接第一辊筒402和第二辊筒407，第一辊筒402和第二辊筒407之间设置有宽履带401。

第二辊筒407的直径与第三辊筒403的直径相同，所以位于第二辊筒407 和第三辊筒403之间的履带401上表面与水平面平行，第一辊筒402的直径小于第三辊筒403的直径，所以履带401在第一辊筒402处所在的平面高度小于在第三辊筒403处的高度，当在履带401上打印产品时，挤出装置100只在第二辊筒407和第三辊筒403上方的区域运动，挤出装置100的喷头106挤出方向与履带 401的运动方向成135°角。随着打印的产品在履带401上形成，履带401也在间断的沿着Y方向运动，当履带401上的打印品限履带401运动到第三辊筒403 处后，由于第一辊筒401的高度低于第三辊筒403的高度，打印品的自由端开始从履带401上脱离。

将粉末状或颗粒状的塑料原料、改性料、回收料从进料口加入到储料箱501，储料箱501中的物料经出料口503进入送料管中，鼓风机503吹送物料沿送料管 602到达挤出装置100，料斗109上设置的限位开关111可以控制鼓风机自动稳定送料，料斗上还设置有卸料孔114，可以料斗中的余料进行清理。

第一步进电机101带动位于料筒108中的螺杆107转动，螺杆107带动料筒 108中的物料向喷头106方向移动，在料筒108中，物料经进加热圈113的加热端，使物料成为熔融状态，最后从喷头106挤出，将熔融物料挤出至履带401 上，挤出装置100的喷头106挤出方向与挤出框800架所在的平面X-Z平面垂直，与履带401运动方向成135°角，在第一运动机构200和第二运动机构300 的驱动下，打印出打印品的一个与X-Z平面平行的截面，随履带401旋转动，产品在Y方向上发生位移，挤出装置100继续打印产品的另一个与X-Z平面平行的截面，随着履带401带动产品在Y方向上的不断移动，进而完成整个产品的整体打印。随着履带401的转动，打印产品在Y方向上可以无线延长，最终实现打印产品的尺寸无限长；结合加热圈112约400℃的加热以及螺杆107的强制挤出，也可以使用特种工程塑料实现打印，满足工业、军事零件的特殊打印制作。

Claims (10)

1.工业级无限尺寸3D打印机，其特征在于所述的3D打印机包括打印机机架(700)、挤出装置(100)、履带工作台机构(400)和驱动挤出装置(100)在履带工作台机构(400)上打印的运动机构，履带工作台机构(400)水平设置在打印机机架(700)上且位于打印机机架(700)的顶部，运动机构通过挤出框(800)倾斜设置在打印机机架(700)上，挤出框(800)倾斜设置在打印机机架(700)的顶部，挤出框(800)的倾斜角为锐角；运动机构滑动设置在挤出框(800)上；所述的运动机构包括第一运动机构(200)和第二运动机构(300)，挤出装置(100)设置在第一运动机构(200)上，挤出装置(100)的工作头指向履带工作台机构(400)，第一运动机构(200)设置在第二运动机构(300)上，第一运动机构(200)驱动挤出装置(100)在第一运动机构(200)上移动；第二运动机构(300)设置在挤出框(800)上用于驱动挤出装置(100)沿挤出框(800)的倾斜方向上下运动，挤出装置(100)与履带工作台机构(400)的运动方向成钝角；

定义第一运动机构驱动挤出装置运动的方向为X方向，第二运动机构驱动挤出装置运动的方向为Z方向，履带工作台机构的运动方向为Y方向。

2.根据权利要求1所述的工业级无限尺寸3D打印机，其特征在于，所述的挤出框(800)为四根金属杆连接成的长方形金属框，挤出框(800)中与X方向平行的金属杆为X方向金属杆(704)，与Z方向平行的金属杆为Z方向金属杆(702)，挤出框(800)所在的平面为X-Z平面；所述的打印机机架(700)是金属杆连接成的长方体金属框架，打印机机架(700)中与Y方向平行的金属杆为Y方向金属杆(706)，与X方向平行的金属杆为X方向金属杆(704)；挤出框(800)中的X方向金属杆(704)与打印机机架(700)中的X方向金属杆(704)连接，挤出框(800)中的Z方向金属杆(702)与打印机机架(700)中的Y方向金属杆(706)成锐角。

3.根据权利要求1所述的工业级无限尺寸3D打印机，其特征在于，所述的挤出装置(100)包括料斗(109)、第一步进电机(101)、第一电机座(103)、料筒(108)、螺杆(107)、喷头(106)和加热圈(112)；第一步进电机(101)通过第一电机座(103)固定在料筒(108)的一端，螺杆(107)位于料筒(108)内，第一步进电机(101)的电机轴通过联轴器(102)与螺杆(107)连接，喷头(106)安装在料筒(108)的另一端，料筒的侧面近第一步进电机(101)端开设有料筒进料口(115)，料筒进料口(115)连接有用于进料的料斗(109)，所述的料斗(109)上设置有卸料阀(114)，加热圈(112)设置在料筒(108)外表面靠近喷头段；

所述的螺杆(107)分成加料段、熔融段和均化段，加料段靠近料筒进料口(115)端，均化段靠近喷头(106)端；螺杆(107)为等距变深螺杆，从加料段的第一个螺槽开始至均化段的第一个螺槽的深度逐渐变浅，位于熔融段的中间段至少有两个连续的螺槽的深度是相同的，螺杆(107)的螺棱和螺槽宽度相同，螺杆(107)的均化段的螺槽深度一致且深度最浅，螺纹升角为16.7°-17.6°；

挤出装置(100)通过第二连接座(104)与第一运动机构(200)连接，第二连接座(104)上设置有用于卡接料筒(108)的料筒卡箍(105)。

4.根据权利要求2所述的工业级无限尺寸3D打印机，其特征在于，所述第二运动机构(300)包括第二丝杆(304)、第三丝杆(308)、用于连接二丝杆(304)与第三丝杆(308)的丝杆同步带(307)、第三电机同步带(303)、第三步进电机(301)；

第二丝杆(304)和第三丝杆(308)通过第二轴承座(306)平行设置在Z方向金属杆(702)的上表面，且第二丝杆(304)和第三丝杆(308)分别与Z方向金属杆(702)平行，第三步进电机(301)固定在Z方向金属杆的下表面，第三步进电机(301)的电机轴与第二丝杆(304)平行，第三步进电机(301)的电机轴上套设有第一主动轮(302)，第二丝杆(304)的一端套设有第一从动轮(310)和第二从动轮(305)，第三电机同步带(303)绕过所述的第一主动轮(302)和第二丝杆(304)上的第一从动轮(310)连接第三步进电机(301)的电机轴与第二丝杆(304)，第三丝杆(308)的近第三步进电机(301)端设置有第三从动轮(311)，丝杆同步带(307)绕过第二从动轮(305)和第三从动轮(311)连接第二丝杆(304)和第三丝杆(308)。

5.根据权利要求3所述的工业级无限尺寸3D打印机，其特征在于，所述的第一运动机构(200)包括第二步进电机(201)、第二电机座(209)、第一丝杆(202)、光轴(204)和第一连接座(208)；

第一运动机构(200)设置在长方形金属框的上表面，第二步进电机(201)设置在第二电机座(209)上，第一丝杆(202)、光轴(204)和X方向金属杆(704) 相互平行，第一丝杆(202)的一端通过联轴器(102)与第二步进电机(201)的电机轴连接，第一丝杆(202)的另一端与第一连接座(208)转动连接，光轴(204)的一端与第二电机座(209)连接，另一端与第一连接座(208)连接；

所述的第二连接座(104)上平行开设有第一螺纹通孔(207)和第一通孔(206)，第一丝杆(202)和光轴(204)分别从第二连接座(104)上的第一螺纹通孔(207)和第一通孔(206)中穿过，料筒(108)与X-Z平面垂直；

第二电机座(209)上还开设有第二螺纹通孔(205)，第二丝杆(304)从第二螺纹通孔(205)中穿过，第二步进电机(201)通过第二电机座(209)设置在第二丝杆(304)上；第一连接座(208)上开设有第三螺纹通孔(309)，第三丝杆(308)从第三螺纹通孔(309)中穿过，第一连接座(208)设置在第三丝杆(308)上。

6.根据权利要求2所述的工业级无限尺寸3D打印机，其特征在于，履带工作台机构(400)包括履带(401)、第一辊筒(402)、第二辊筒(407)、第四步进电机(404)、第四电机同步带(406)和第一辊筒同步带(408)；

第四步进电机(404)固定在Y方向金属杆(706)下表面的一端，第四步进电机(404)电机轴与X方向金属杆(704)平行，第一辊筒(402)和第二辊筒(407)分别水平设置在立方体金属框架的上表面，第一辊筒(402)和第二辊筒(407)的两端分别通过第二轴承座(306)与两条Y方向金属杆垂直连接，第一辊筒(402)与第四步进电机(404)邻近，第四步进电机(404)电机轴上设置有第二主动轮(409)，第一辊筒(402)的近第四步进电机(404)端设置有第四从动轮(410)和第五从动轮(411)，第二辊筒(407)的近第四步进电机(404)端设置有第六从动轮(412)，第四电机同步带(406)绕过第二主动轮(409)和第四从动轮(410)连接第四步进电机(404)的电机转轴与第一辊筒(402)，第一辊筒同步带(408)绕过第五从动轮(411)和第六从动轮(412)连接第一辊筒(402)和第二辊筒(407)，第一辊筒(402)和第二辊筒(407)之间设置履带(401)。

7.根据权利要求6所述的工业级无限尺寸3D打印机，其特征在于，所述履带工作台机构(400)还包括第三辊筒(403)，第三辊筒(403)设置在第一辊筒(402)和第二辊筒(407)之间，且与第一辊筒(402)邻近，第三辊筒(403)的两端通过第二轴承座(306)与两条Y方向金属杆垂直连接。

8.根据权利要求1所述的工业级无限尺寸3D打印机，其特征在于，所述的3D打印机还包括储料装置(500)和送料装置(600)，所述的储料装置(500)设置在打印机机架(700)内，储料装置(500)通过送料装置(600)与挤出装置(100)连接；

所述的储料装置(500)是漏斗状的储料箱(501)，在储料箱(501)侧面设置有加料口(502)，储料箱(501)的底端开设有出料口(503)，所述储料箱(501)的外表面与长方体金属框架中竖直设置的金属杆固定连接；

所述的送料装置(600)包括与出料口(503)相连接的送料管(602)和设置在送料管(602)上的鼓风机(603)；送料管(602)的另一端通过料斗-送料管夹套(601)与挤出装置(100)的料斗(109)连接。

9.根据权利要求2所述的工业级无限尺寸3D打印机，其特征在于，Y方向金属杆(706)与相应的Z方向金属杆(702)之间通过Y-Z轴连接板固定连接(703)。

10.根据权利要求3所述的工业级无限尺寸3D打印机，其特征在于，喷头(106)的挤出方向与履带工作台机构(400)的运动方向成135°角。