CN209551984U - 一种多自由度3d打印设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及机械设备技术领域，特别是涉及一种多自由度3D打印设备。包括:机架；多自由度驱动装置，设置于所述机架上，通过控制装置与控制系统连接，至少包括：第一方向驱动机构、第二方向驱动机构和第三方向驱动机构；打印装置，通过所述多自由度驱动装置驱动在第一方向、第二方向和第三方向上移动，所述打印装置通过所述控制装置与所述控制系统连接。本实用新型多自由度3D打印设备至少具有下列优点：通过多自由度的3D打印设备，通过一套控制系统进行整体的自动控制，节省了人力和物力，降低了成本，多自由度驱动设备实现了各方向的同步驱动，提高了加工制造的精度。

Description

一种多自由度3D打印设备

技术领域

本实用新型涉及机械设备技术领域，特别是涉及一种多自由度3D打印设备。

背景技术

现在，3D打印技术已经广泛应用于各行各业，在建筑行业也经常利用 3D打印技术进行混凝土施工。建筑行业3D打印的主要工作原理是将配置好的混凝土浆体通过挤料装置，在三维软件的控制下，按照预先设置好的打印程序，由喷嘴挤出进行打印，最终得到设计的混凝土构件。挤料装置相对于混凝土3D打印系统是打印成型的关键配件，浆体中颗粒大小要由喷嘴口径大小决定，打印成型的试件的尺寸大小也将由挤料装置决定。目前国内建筑行业3D打印，在材料、设备和设计等综合研究方面也已经取得一定进展。

但是，现有的用于建筑的3D打印设备都是用于制造大型的构件，如墙壁板、地板、楼梯构件等，小型构件，如墙面装饰模块、连接构件等仍然采用人工浇筑，或现场人工制作等方法，效率低，浪费人力，物力，成本高。现有的3D打印机因为尺寸庞大，为了驱动各方向的移动，通常每个方向采用至少两个电机驱动，并且各方向独立驱动，互不关联，在一个方向上两侧移动不同步，各方向加工不协调，从而导致加工制造出的构件尺寸不精确等质量问题。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于，提供一种新型结构的多自由度3D打印设备，所要解决的技术问题是效率低，浪费人力，物力，成本高，各方向独立驱动，互不关联，在一个方向上两侧移动不同步，各方向加工不协调，从而导致加工制造出的构件尺寸不精确等质量问题。

本实用新型的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本实用新型提出的一种多自由度3D打印设备，包括:

机架；

多自由度驱动装置，设置于所述机架上，通过控制装置与控制系统连接，至少包括：第一方向驱动机构、第二方向驱动机构和第三方向驱动机构；

打印装置，通过所述多自由度驱动装置驱动在第一方向、第二方向和第三方向上移动，所述打印装置通过所述控制装置与所述控制系统连接。

本实用新型的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

优选的，前述的多自由度3D打印设备，其中所述机架包括第一方向轨道，在所述第一方向轨道上设有沿所述第一方向轨道可滑动地第二方向轨道，在所述第二方向轨道上设有沿所述第二方向轨道可滑动地第三方向轨道，所述打印装置可滑动地设置于所述第三方向轨道。

优选的，前述的多自由度3D打印设备，其中所述第一方向驱动机构设置于所述第一方向轨道上，包括第一电机和第一传动机构，所述第一电机通过所述第一传动机构驱动所述第二方向轨道沿所述第一方向轨道滑动；

所述第二方向驱动机构设置于所述第二方向轨道上，包括第二电机和第二传动机构，所述第二电机通过所述第二传动机构驱动所述第三方向轨道沿所述第二方向轨道滑动；

所述第三方向驱动机构设置于所述第三方向轨道上，包括第三电机和第三传动机构，所述第三电机通过所述第三传动机构驱动所述打印装置沿所述第三方向轨道滑动。

优选的，前述的多自由度3D打印设备，其中所述第一传动机构为第一皮带传动机构，由通过第一皮带连接的两个皮带轮构成，其中一个所述皮带轮与所述第一电机连接，所述第一皮带与所述第二方向轨道连接；

所述第二传动机构为第二皮带传动机构，由通过第二皮带连接的两个皮带轮构成，其中一个所述皮带轮与所述第二电机连接，所述第二皮带与所述第三轨道连接；

所述第三传动机构为第三皮带传动机构，由通过第三皮带连接的两个皮带轮构成，其中一个所述皮带轮与所述第三电机连接，所述第三皮带与所述打印装置连接。

优选的，前述的多自由度3D打印设备，其中所述第一方向轨道和所述第二方向轨道均由平行设置的两根轨道组成；

在所述第一方向轨道的两根所述轨道上沿第一方向各设置一套所述第一皮带传动机构，两套所述第一皮带传动机构的相同端的相对设置的两个所述皮带轮通过第一转动轴连接，并且所述第一转动轴穿过其中一个皮带轮连接所述第一电机；

在所述第二方向轨道的两根所述轨道上沿第二方向各设置一套所述第二皮带传动机构，两套所述第二皮带传动机构的相同端的相对设置的两个所述皮带轮通过第二转动轴连接，并且所述第二转动轴穿过其中一个皮带轮连接所述第二电机。

优选的，前述的多自由度3D打印设备，其中所述打印装置包括：

固定板，可滑动地设置于所述第三方向轨道，并与所述第三皮带连接；

浆料挤出机构，固定于所述固定板，用于添加、搅拌和挤出浆料。

优选的，前述的多自由度3D打印设备，其中所述浆料挤出机构包括：

容器，包括相互连接的第一部分和第二部分，在所述第一部分设有第一开口端，在所述第二部分设有第二开口端，所述第一部分呈直筒状；

端盖，设置于所述第一开口端；

第四电机，固定于所述端盖上；

集料斗，其第一端在所述第一部分的侧壁连通所述容器，相对与所述第一端的第二端为进料口；

气流通道，穿过所述端盖的本体，用于所述容器的内部与外界之间气体流通；

搅拌器，设置于所述容器的内部，并与所述第四电机连接，用于搅拌所述浆料；

出料机构，与所述第二开口端可拆卸地连接，其一端的端部具有输出口，用于输出所述浆料，所述输出口的直径小于所述第一开口端直径，所述出料机构包括第一出料筒、第二出料筒和第三出料筒。

优选的，前述的多自由度3D打印设备，其中所述搅拌器包括：

搅拌杆，设置于所述容器的内部；

搅拌叶片，在所述搅拌杆的两侧对称地连接两个所述搅拌叶片；

螺旋叶片，与所述搅拌杆外侧壁连接，沿所述搅拌杆的长度方向延伸。

优选的，前述的多自由度3D打印设备，其中还包括底盘，包括底板，设置于第一方向轨道的两个相对的轨道之间。

优选的，前述的多自由度3D打印设备，其中所述底盘还设有相邻的，相互连接的三个侧壁板。

借由上述技术方案，本实用新型多自由度3D打印设备至少具有下列优点：

通过多自由度的3D打印设备，通过一套控制系统进行整体的自动控制，节省了人力和物力，降低了成本，多自由度驱动设备实现了各方向的同步驱动，提高了加工制造的精度。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本实用新型的实施例提出的多自由度3D打印设备的立体图；

图2是本实用新型的实施例提出的打印装置的剖视图；

图3是本实用新型的实施例提出的搅拌器的正视图。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的多自由度 3D打印设备其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

如图1所示，本实用新型的一个实施例提出的一种多自由度3D打印设备，其包括:机架；多自由度驱动装置，设置于所述机架上，通过控制装置 (图中未示)与控制系统(图中未示)连接，至少包括：第一方向驱动机构、第二方向驱动机构和第三方向驱动机构；打印装置9，通过所述多自由度驱动装置驱动在第一方向I、第二方向II和第三方向III上移动，所述打印装置9通过所述控制装置与所述控制系统连接。

通过多自由度的3D打印设备，通过一套控制系统进行整体的自动控制，节省了人力和物力，降低了成本，多自由度驱动设备实现了各方向的同步驱动，提高了加工制造的精度。

本实用新型的实施例提出的多自由度3D打印设备，总体尺寸可采用，第一方向尺寸为900～1200mm，第二方向尺寸为1000～1300mm，第三方向尺寸为1000～1200mm，可打印在三个方向上的最大尺寸为800～1000mm的构件，占地面积少。

作为优选方式，所述机架包括第一方向轨道1，在所述第一方向轨道1 上设有沿所述第一方向轨道1可滑动地第二方向轨道4，在所述第二方向轨道4上设有沿所述第二方向轨道4可滑动地第三方向轨道7，所述打印装置 9可滑动地设置于所述第三方向轨道7。

通过第一方向轨道调整第二方向轨道，调整打印装置在第一方向上的位置，通过第二方向轨道调整第三方向轨道，调整打印装置在第二方向上的位置，通过第三方向轨道调整打印装置在第三方向的位置，实现了打印装置在第一方向、第二方向和第三方向的位置，使得打印装置精确定位。

作为优选方式，所述第一方向驱动机构设置于所述第一方向轨道1上，包括第一电机3和第一传动机构(图中未示)，所述第一电机3通过所述第一传动机构驱动所述第二方向轨道4沿所述第一方向轨道1滑动。

所述第二方向驱动机构设置于所述第二方向轨道4上，包括第二电机5 和第二传动机构(图中未示)，所述第二电机5通过所述第二传动机构驱动所述第三方向轨道7沿所述第二方向轨道4滑动。

所述第三方向驱动机构设置于所述第三方向轨道7上，包括第三电机8 和第三传动机构(图中未示)，所述第三电机8通过所述第三传动机构驱动所述打印装置9沿所述第三方向轨道7滑动。

每个方向均通过一个电机和传动装置进行驱动，结构简单，便于操作和控制。

作为优选方式，所述第一传动机构为第一皮带传动机构，由通过第一皮带连接的两个皮带轮构成，其中一个所述皮带轮与所述第一电机2连接，所述第一皮带与所述第二方向轨道4连接。

所述第二传动机构为第二皮带传动机构，由通过第二皮带连接的两个皮带轮构成，其中一个所述皮带轮与所述第二电机5连接，所述第二皮带与所述第三轨道7连接。

所述第三传动机构为第三皮带传动机构，由通过第三皮带连接的两个皮带轮构成，其中一个所述皮带轮与所述第三电机8连接，所述第三皮带与所述打印装置9连接。

通过皮带传动机构，降低了成本，便于操作和控制以及日常维护。

作为优选方式，所述第一方向轨道1和所述第二方向轨道4均由平行设置的两根轨道组成。

在所述第一方向轨道1的两根所述轨道上沿第一方向I各设置一套所述第一皮带传动机构，两套所述第一皮带传动机构的相同端的相对设置的两个所述皮带轮通过第一转动轴3连接，并且所述第一转动轴3穿过其中一个皮带轮连接所述第一电机2。

在所述第二方向轨道4的两根所述轨道上沿第二方向II各设置一套所述第二皮带传动机构，两套所述第二皮带传动机构的相同端的相对设置的两个所述皮带轮通过第二转动轴6连接，并且所述第二转动轴6穿过其中一个皮带轮连接所述第二电机5。

通过双轨道结构有效地保证了设备固定安装的强度和运行的稳定性，通过第一转动轴和第二转动轴实现了两个轨道的同步滑动。

作为优选方式，如图2所示，所述打印装置9包括：固定板94，可滑动地设置于所述第三方向轨道7，并与所述第三皮带连接；浆料挤出机构，固定于所述固定板94，用于添加、搅拌和挤出浆料。

上述固定板相对的两侧中，一侧用于固定浆料挤出装置，一侧设置沿第三方向轨道滑动的滑块结构，同时起到了固定与滑块的作用，结构简单。

作为优选方式，所述浆料挤出机构包括：容器92，包括相互连接的第一部分921和第二部分922，在所述第一部分921设有第一开口端，在所述第二部分922设有第二开口端，所述第一部分921呈直筒状；端盖91，设置于所述第一开口端；第四电机95，固定于所述端盖91上；集料斗95，其第一端在所述第一部分921的侧壁连通所述容器92，相对于所述第一端的第二端为进料口；气流通道912，穿过所述端盖91的本体911，用于所述容器92的内部与外界之间气体流通；搅拌器923，设置于所述容器92的内部，并与所述第四电机95连接，用于搅拌所述浆料；出料机构93，与所述第二开口端可拆卸地连接，其一端的端部具有输出口，用于输出所述浆料，所述输出口的直径小于所述第一开口端直径，所述出料机构包括第一出料筒、第二出料筒和第三出料筒。

输出口的直径小于第一开口端的直径，浆料在输出口处成功形成挤压，成型均匀，避免了空鼓、不连续、厚度和宽度不一的发生，满足了复杂精致部件的加工的要求，容器的第一部分为直筒型增加了储料的容积，提高了效率，设置搅拌设备使得浆料在容器内部搅拌均匀。在第一开口端设置气流通道，使得容器内部与外界进行气体流通，保证了浆料上方的气压，防止了浆料从第一开口端喷出。

在第二开口端设置端盖，有效地防止了浆料从上方喷出或飞溅；在端盖的中间设置通孔，在端盖上方安装第四电机，第四电机的主轴穿过通孔与搅拌器连接，通过第四电机带动搅拌器对浆料进行搅拌，省时省力，搅拌均匀。

在容器的壁板上设置集料斗，通过集料斗输入浆料，本实施例中的多自由度3D打印设备微小型设备，用手动即可填料，无需使用大型的浆料输入设备，节省了成本。

作为优选方式，如图3所示，所述搅拌器923包括：搅拌杆9231，设置于所述容器92的内部；搅拌叶片9232，在所述搅拌杆9231的两侧对称地连接两个所述搅拌叶片9232；螺旋叶片9233，与所述搅拌杆9231外侧壁连接，沿所述搅拌杆9231的长度方向延伸。

通过在搅拌杆上连接搅拌叶片，实现了对浆料的均匀搅拌，结构简单，成本低。在搅拌杆的外周壁设置螺旋叶片，使得浆料在搅拌的同时，向输出口均匀移动并输出。在搅拌杆上对称地设置两个搅拌叶片，使得浆料搅拌更加均匀，并且使得搅拌叶片受力均衡，提高了搅拌的效率。

作为优选方式，如图1所示，还包括底盘10，包括底板101，设置于第一方向轨道1的两个相对的轨道之间。

在多自由度3D打印设备的底面设置底盘，方便了打印时打印试样的摆放，方便清洗，也可以对仪器进行固定。

优选的，前述的多自由度3D打印设备，其中所述底盘10还设有相邻的，相互连接的三个侧壁板102。

通过设置侧壁板避免了液体的飞溅，防止了呈浆料的打印材料对旁边皮带、机架、电机以及转动轴等配件的保护。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种多自由度3D打印设备，其特征在于，包括:

机架；

多自由度驱动装置，设置于所述机架上，通过控制装置与控制系统连接，至少包括：第一方向驱动机构、第二方向驱动机构和第三方向驱动机构；

打印装置，通过所述多自由度驱动装置驱动在第一方向、第二方向和第三方向上移动，所述打印装置通过所述控制装置与所述控制系统连接。

2.根据权利要求1所述的多自由度3D打印设备，其特征在于，

所述机架包括第一方向轨道，在所述第一方向轨道上设有沿所述第一方向轨道可滑动地第二方向轨道，在所述第二方向轨道上设有沿所述第二方向轨道可滑动地第三方向轨道，所述打印装置可滑动地设置于所述第三方向轨道。

3.根据权利要求2所述的多自由度3D打印设备，其特征在于，

所述第一方向驱动机构设置于所述第一方向轨道上，包括第一电机和第一传动机构，所述第一电机通过所述第一传动机构驱动所述第二方向轨道沿所述第一方向轨道滑动；

所述第二方向驱动机构设置于所述第二方向轨道上，包括第二电机和第二传动机构，所述第二电机通过所述第二传动机构驱动所述第三方向轨道沿所述第二方向轨道滑动；

所述第三方向驱动机构设置于所述第三方向轨道上，包括第三电机和第三传动机构，所述第三电机通过所述第三传动机构驱动所述打印装置沿所述第三方向轨道滑动。

4.根据权利要求3所述的多自由度3D打印设备，其特征在于，

所述第一传动机构为第一皮带传动机构，由通过第一皮带连接的两个皮带轮构成，其中一个所述皮带轮与所述第一电机连接，所述第一皮带与所述第二方向轨道连接；

所述第二传动机构为第二皮带传动机构，由通过第二皮带连接的两个皮带轮构成，其中一个所述皮带轮与所述第二电机连接，所述第二皮带与所述第三方向轨道连接；

所述第三传动机构为第三皮带传动机构，由通过第三皮带连接的两个皮带轮构成，其中一个所述皮带轮与所述第三电机连接，所述第三皮带与所述打印装置连接。

5.根据权利要求4所述的多自由度3D打印设备，其特征在于，

所述第一方向轨道和所述第二方向轨道均由平行设置的两根轨道组成；

在所述第一方向轨道的两根所述轨道上沿第一方向各设置一套所述第一皮带传动机构，两套所述第一皮带传动机构的相同端的相对设置的两个所述皮带轮通过第一转动轴连接，并且所述第一转动轴穿过其中一个皮带轮连接所述第一电机；

在所述第二方向轨道的两根所述轨道上沿第二方向各设置一套所述第二皮带传动机构，两套所述第二皮带传动机构的相同端的相对设置的两个所述皮带轮通过第二转动轴连接，并且所述第二转动轴穿过其中一个皮带轮连接所述第二电机。

6.根据权利要求4所述的多自由度3D打印设备，其特征在于，

所述打印装置包括：

固定板，可滑动地设置于所述第三方向轨道，并与所述第三皮带连接；

浆料挤出机构，固定于所述固定板，用于添加、搅拌和挤出浆料。

7.根据权利要求6所述的多自由度3D打印设备，其特征在于，

所述浆料挤出机构包括：

容器，包括相互连接的第一部分和第二部分，在所述第一部分设有第一开口端，在所述第二部分设有第二开口端，所述第一部分呈直筒状；

端盖，设置于所述第一开口端；

第四电机，固定于所述端盖上；

集料斗，其第一端在所述第一部分的侧壁连通所述容器，相对与所述第一端的第二端为进料口；

气流通道，穿过所述端盖的本体，用于所述容器的内部与外界之间气体流通；

搅拌器，设置于所述容器的内部，并与所述第四电机连接，用于搅拌所述浆料；

出料机构，与所述第二开口端可拆卸地连接，其一端的端部具有输出口，用于输出所述浆料，所述输出口的直径小于所述第一开口端直径，所述出料机构包括第一出料筒、第二出料筒和第三出料筒。

8.根据权利要求7所述的多自由度3D打印设备，其特征在于，

所述搅拌器包括：

搅拌杆，设置于所述容器的内部；

搅拌叶片，在所述搅拌杆的两侧对称地连接两个所述搅拌叶片；

螺旋叶片，与所述搅拌杆外侧壁连接，沿所述搅拌杆的长度方向延伸。

9.根据权利要求1至8任一所述的多自由度3D打印设备，其特征在于，还包括底盘，包括底板，设置于第一方向轨道的两个相对的轨道之间。

10.根据权利要求9所述的多自由度3D打印设备，其特征在于，

所述底盘还设有相邻的，相互连接的三个侧壁板。