CN210047072U - 一种可变加热腔3d打印设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可变加热腔3D打印设备，包括底座；加热腔；三维运动机构；成型平台，设置在加热腔内部，安装在Z轴运动单元的动力输出端上；挤出打印机构；面板驱动机构，包括相互垂直的滚珠丝杠一和滚珠丝杠二，所述滚珠丝杠一与前面板螺纹配合，所述滚珠丝杠二与侧面板一、侧面板二螺纹配合，所述滚珠丝杠一与滚珠丝杠二啮合转动且通过一驱动件驱使自转。本实用新型的可变加热腔3D打印设备，通过设置可随打印结构件尺寸调整的加热腔可有效减少加热时间、提高打印效率、节约能源。

Description

一种可变加热腔3D打印设备

技术领域

本发明涉及快速成型制造技术领域中的3D打印技术，特别涉及一种可变加热腔3D打印设备。

背景技术

基于现代CAD/CAM技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上发展起来的快速成形制造技术（Rapid Manufacturing，简称RM）可以无需准备任何模具、刀具和工装卡具的情况下，直接接受产品设计（CAD）数据，直接、快速、精确地制造出具有一定功能的新产品原型或直接制造零件。三维打印（3D打印）技术作为快速成形制造技术的一种，自20世纪80年代中后期发展以来受到众多用户和科学研究者的长期关注。其以数字模型文件为基础，通过逐层打印材料的方式来构造物体，可实现复杂结构的一体化快速成型，成为高端制造领域不可或缺的关键支撑技术。凭借极大的技术优势，3D打印技术与大数据、云计算，互联网等新兴先进技术成为数字化制造的主要内容，也是“中国制造2025”的驱动主力军，被誉为有望产生“第三次工业革命”的代表性技术，是推动新一轮工业革命的源动力。

熔融沉积成型（FDM）技术是目前三维打印技术中应用最广泛的技术之一，具有成本低、易操作、潜在应用广泛的优点。在众多FDM技术中，以聚醚醚酮PEEK、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS、聚乳酸PLA等热塑性材料打印居多。为了保证打印效果，往往需要在恒定的温度环境中进行打印，尤其是PEEK材料的打印，对打印环境温度要求更为苛刻。为了实现恒温环境打印，申请公布号为CN107187021A的发明专利提供了一种3D打印高温成型装置，包括封闭的成型室、液体冷却组件、加热组件、打印头和三个运动组件，可根据需要控制成型室内部的温度，拓展打印材料的选择范围。但是，由于成型室容积的固定的，而打印结构件的尺寸往往是多变的，当打印材料选择之后，无论打印结构件尺寸多小，成型室均需要加热至理想的打印温度，对于打印小尺寸的结构件而言与打印大尺寸结构件而言所需的加热时间是一样。这将导致两方面的问题：（1）对于小尺寸结构件，加热时间可能比打印时间还要长，降低打印效率；（2）加热时间变长还意味着能源的浪费。因此，从提高打印效率和节约能源的角度来看，有必要设计开发加热腔可随打印结构尺寸变化的3D打印设备。

发明内容

本发明针对现有技术中具有加热成型室的3D打印设备加热腔容积固定不可调而造成的打印效率低、能源浪费的问题，提供一种可变加热腔3D打印设备，实现加热腔可随打印结构尺寸的变化而变化，通过控制加热腔的容积实现节约能源、提高打印效率。

本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：一种可变加热腔3D打印设备,包括：

底座；

加热腔，设置在底座上方；

三维运动机构，由X轴运动单元、Y轴运动单元和Z轴运动单元组成；

成型平台，设置在加热腔内部，安装在Z轴运动单元的动力输出端上；

挤出打印机构，安装在Y轴运动单元的动力输出端上，且位于成型平台上方；

所述加热腔包括：

后面板，与底座垂直固定连接；

前面板，与后面板平行；

侧面板一，垂直安装在前面板与后面板之间；

侧面板二，垂直安装在前面板与后面板之间；

上面板，一端安装在前面板上，一端安装在后面板上；

面板驱动机构，包括相互垂直的滚珠丝杠一和滚珠丝杠二，所述滚珠丝杠一与前面板螺纹配合，所述滚珠丝杠二与侧面板一、侧面板二螺纹配合，所述滚珠丝杠一与滚珠丝杠二啮合转动且通过一驱动件驱使自转。

优选的，所述滚珠丝杠一上设置有蜗杆，所述滚珠丝杠二上设置有与蜗杆啮合的蜗轮。

优选的，所述驱动件采用电机。

优选的，所述成型平台设置为可更换的多种尺寸的成型平台。

优选的，所述前面板设有透明的舱门。

优选的，所述侧面板一和侧面板二上下两表面均安装有密封毛毡；所述上面板包括平行设置的顶板一和顶板二以及与顶板一垂直设置的顶板三和顶板四，所述顶板一、顶板二、顶板三以及顶板四均为百叶窗结构。

优选的，所述侧面板一上设有进气口，侧面板二设有出气口。

优选的，所述X轴运动单元包括与丝杠平行设置且固定于后面板上的支架、与支架平行设置且转动连接于支架内的滚珠丝杠、与滚珠丝杠螺纹配合的X轴动力输出端。

优选的，Y轴运动单元包括垂直支架设置的安装框二、以及与安装框二平行设置并转动连接于安装框二上的丝杠，安装框二沿其长度方向开设有滑槽，滑槽内插接有Y轴动力输出端，Y轴动力输出端与丝杠螺纹配合；X轴动力输出端与安装框二固定。

优选的，Z轴运动单元包括竖直固定于后面板上的安装框三、以及与安装框三平行设置并转动连接于安装框三上的丝杠；丝杠穿过Z轴动力输出端且与Z轴动力输出端螺纹配合。

本发明的有益效果：

本发明的一种可变加热腔3D打印设备，通过设置可随打印结构件尺寸调整的加热腔，较现有容积不可调加热腔，具有提升打印效率，节约能源的优势。通过将驱动电机等大部分电路设置在加热腔外部，可有效避免高温环境对电路的影响，减缓老化速度，进一步增加打印设备的使用寿命。

附图说明

图1：本发明的一种可变加热腔3D打印设备整体结构示意图；

图2：本发明的加热腔结构示意图；

图3：本发明的加热腔内布局结构示意图；

图4：本发明去除加热腔后的结构示意图；

图5：本发明的打印设备另一方向视图。

附图各部件序号及名称对应关系如下：

1．X轴运动单元；2、挤出打印机构；3、上面板；4、前面板；5、舱门；6、滚珠丝杠一；7、底座；9、滚珠丝杠二；10、侧面板二；11、Z轴运动单元；12、Y轴运动单元；13、后面板；14、出气口；15、侧面板一；16、进气口；31、顶板一；32、顶板二；33、顶板三；34、顶板四；61、丝杠；62、螺母；63、齿轮；69、驱动电机一；71、调平螺栓；91、丝杠；92、螺母；93、螺母；94、齿轮；96、齿轮副；101、滑板一；102、滑板二；111、丝杠；112、Z轴动力输出端；121、丝杠；151、滑板三；152、滑板四；01、滚珠丝杠；010、支架；011、盖板；012、X轴动力输出端；013、驱动电机二；0121、Y轴动力输出端；0131、T型凹槽；0132、T型凹槽；0151、T型凸台；0152、矩形凸台；02、挤出单元；021、打印头；022、散热风扇；023、冷却风扇。

具体实施方式

下面结合各附图，对本发明做详细描述：

如图1-4所示，本实施例的一种可变加热腔3D打印设备，包括：底座7；加热腔，设置在底座7上方；三维运动机构，由X轴运动单元1、Y轴运动单元12和Z轴运动单元11组成；成型平台，设置在加热腔内部，安装在Z轴运动单元12的动力输出端112上；挤出打印机构2，安装在Y轴运动单元12的动力输出端0121上，且位于成型平台上方。

如图1-2所示，加热腔包括后面板13，与底座7垂直固定连接；前面板4，与后面板13平行；侧面板一15，垂直安装在前面板4与后面板13之间；侧面板二10，垂直安装在前面板4与后面板7之间；面板驱动机构，设置在加热腔底部且位于底座7上方；上面板3，一端安装在前面板4上，一端安装在后面板13上。

如图2-5所示，侧面板一15包括可以相互滑动的滑板三151和滑板四152，滑板三151套接于滑板四152内部；侧面板二10包括可以相互滑动的滑板一101和滑板二102，滑板一101套接于滑板二102内部。

为实现滑板一101和滑板二102或滑板三151和滑板四152除滑动外其他相对位置固定，所述滑板一101和滑板三151两侧分别设置有两条矩形凸台0152，所述滑板二102和滑板四152的空腔壁上对应设有两个矩形凹槽，滑板一101、滑板三151可沿滑板二102、滑板四152的凹槽滑动，实现加热腔容积前后可调。为保证侧面板一15和侧面板二10与前面板4和后面板13滑动连接而不会发生脱离，滑板一101、滑板二102、滑板三151、滑板四152相对的侧面上分别固定有两个T型凸台0151，前面板和后面板分别对应开设有两个T型凹槽0132、0131。

上面板3包括顶板一31、顶板二32、顶板三33、顶板四34；顶板一31和顶板二32沿侧面板一15长度方向平行设置，且顶板一31的前后两端分别与前面板4和挤出打印机构2固定，顶板二32的前后两端分别与后面板13和挤出打印机构2固定；顶板三33和顶板四34垂直顶板一31设置，且顶板三33两端分别与滑板四152、挤出打印机构2固定；顶板四34的两端分别与滑板二102、挤出打印机构2固定。

本实施例中，前面板4、侧面板一15、侧面板二10上下端分别设置有密封毛毡。

其中，滑板二102和滑板四152上均固定有加热板，用于对加热腔进行加热。

如图2-3所示，为便于加热腔容积前后左右同步调整，所述面板驱动机构包括垂直相交的两个滚珠丝杠一6和滚珠丝杠二9，滚珠丝杠一6的丝杠61穿过前面板4一端转动连接在后面板13上，一端转动连接在底座7上，滚珠丝杠二9的丝杠91两端分别穿过滑板四152、滑板二102转动连接于后面板13上；所述侧面板一15的滑板三152和侧面板二10的滑板二102与滚珠丝杠二9上的两个螺母92、93螺纹配合，其中，滚珠丝杠9上的丝杠91表面螺纹从中间至两端呈反向设置，螺母92、螺母93分别与两反向螺纹配合；在滚珠丝杠二9的带动下实现左右容积可调。所述前面板4与滚珠丝杠一6上的螺母62连接，在滚珠丝杠一6的带动下实现前后容积可调。丝杠61的一端与电机的输出轴同轴固定。

为了减少驱动电机的数量，简化控制方式，所述滚珠丝杠一6和滚珠丝杠二9由一个驱动电机一69控制，所述丝杠61与丝杠91对应位置设有齿轮副96，丝杠61与驱动电机一69输出轴相连接，同时借助齿轮副96可驱动丝杠91运动。其中，齿轮副96包括同轴固定于丝杠61上的蜗杆、同轴固定于丝杠91上的蜗轮，蜗轮与蜗杆啮合设置。

如图2所示，为便于观察打印结构质量和取出打印结构件以及更换成型平台，所述前面板4设有透明的舱门5。

如图2所示，为实现加热腔快速冷却以及打印过程可能产生的颗粒污染物排放，所述滑板四152上设有进气口16，滑板二102设有出气口14；通过向进气口16鼓入冷气流实现加热腔冷却，同时可将打印过程可能产生的颗粒污染物通过出气口14排出加热腔，避免打开舱门时造成环境污染，进而可能对人体产生伤害。

参照图2，本实施例中，X轴运动单元1包括与丝杠61平行设置且固定于后面板6上的支架010、与支架010平行设置且转动连接于支架010内的滚珠丝杠01、与滚珠丝杠01螺纹配合的X轴动力输出端012；支架010上端还固定有盖板011，盖板011与支架010之间形成供X轴动力输出端直线位移的滑槽；Y轴运动单元12包括垂直支架010设置的安装框二、以及与安装框二平行设置并转动连接于安装框二上的丝杠121，安装框二沿其长度方向开设有滑槽，滑槽内插接有Y轴动力输出端0121，Y轴动力输出端0121与丝杠121螺纹配合；X轴动力输出端012与安装框二固定。Z轴运动单元11包括竖直固定于后面板13上的安装框三、以及与安装框三平行设置并转动连接于安装框三上的丝杠111；丝杠111穿过Z轴动力输出端112且与Z轴动力输出端112螺纹配合。滚珠丝杠01、丝杠111、丝杠121的一端均与一驱动电机二013同轴固定；驱动电机二013通过电线与外接电源进行连通。其中，成型平台固定于Z轴动力输出端112上。

如图4所示，挤出打印机构2包括：挤出单元02，打印头021，散热风扇022，冷却风扇023。

结合图1-5说明装置的整个工作过程如下：

打印前整个加热腔处于最大状态，各三维运动轴复位；根据打印结构件的尺寸，选择对应的成型平台，并安装在Z轴动力输出端112上；根据成型平台大小，调整加热腔的大小，驱动电机一69驱动滚珠丝杠6与滚珠丝杠9做旋转运动，前面板4在螺母62带动下向后面板13靠近，侧面板15在螺母92带动下向成型平台靠近，侧面板10在螺母93带动下也向成型平台靠近，实现调整加热腔至最小状态；启动滑板四152和滑板二102上的加热板，对加热腔进行加热，当加热腔内热敏电阻测得加热腔内的温度达到目标设定值时停止加热，并启动挤出打印机构2上的加热棒，预热打印头021；当打印头加热至目标温度后，开始进行结构件打印。Z轴运动单元11的丝杠111带动Z轴动力输出端112上的成型平台移动至挤出打印机构2的打印头021下方且留有一个打印层高的距离；X轴运动单元1的滚珠丝杠01带动X轴动力输出端012运动；X轴动力输出端012带动Y轴运动单元12运动，Y轴运动单元12丝杠121带动Y轴动力输出端0121运动；Y轴动力输出端0121带动挤出打印机构2运动，实现打印头021在X、Y平面内的运动，挤出打印机构上的散热风扇022对喉管进行冷却，防止打印材料堵塞喉管，冷却风扇023实现打印层材料的冷却；当一层打印结束后，Z轴运动单元11的丝杠111带动Z轴动力输出端112上的成型平台下移一个打印层高，继续进行下一层打印，直到整个结构打印结束；打印结束后，启动外界的冷却设备，通过滑板四152上的进气口16向加热腔内通入冷风，同时将污染物处理装置与滑板二102上的出气口14相接，实现加热腔冷却和污染物排放；待加热腔冷却结束以及污染物处理完毕，打开前面板4上的舱门5取下打印结构件以及成型平台，设备复位，等待下一个打印任务。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此即限制本发明的专利保护范围，凡是运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种可变加热腔3D打印设备，其特征在于，包括：

底座；

加热腔，设置在底座上方；

三维运动机构，由X轴运动单元、Y轴运动单元和Z轴运动单元组成；

成型平台，设置在加热腔内部，安装在Z轴运动单元的动力输出端上；

挤出打印机构，安装在Y轴运动单元的动力输出端上，且位于成型平台上方；

所述加热腔包括：

后面板，与底座垂直固定连接；

前面板，与后面板平行；

侧面板一，垂直安装在前面板与后面板之间；

侧面板二，垂直安装在前面板与后面板之间；

上面板，一端安装在前面板上，一端安装在后面板上；

面板驱动机构，包括相互垂直的滚珠丝杠一和滚珠丝杠二，所述滚珠丝杠一与前面板螺纹配合，所述滚珠丝杠二与侧面板一、侧面板二螺纹配合，所述滚珠丝杠一与滚珠丝杠二啮合转动且通过一驱动件驱使自转。

2.如权利要求1所述的一种可变加热腔3D打印设备，其特征在于，所述滚珠丝杠一上设置有蜗杆，所述滚珠丝杠二上设置有与蜗杆啮合的蜗轮。

3.如权利要求2所述的一种可变加热腔3D打印设备，其特征在于，所述驱动件采用电机。

4.如权利要求1所述的一种可变加热腔3D打印设备，其特征在于，所述成型平台设置为可更换的多种尺寸的成型平台。

5.如权利要求1所述的一种可变加热腔3D打印设备，其特征在于，所述前面板设有透明的舱门。

6.如权利要求1所述的一种可变加热腔3D打印设备，其特征在于，所述侧面板一和侧面板二上下两表面均安装有密封毛毡；所述上面板包括平行设置的顶板一和顶板二以及与顶板一垂直设置的顶板三和顶板四，所述顶板一、顶板二、顶板三以及顶板四均为百叶窗结构。

7.如权利要求1所述的一种可变加热腔3D打印设备，其特征在于，所述侧面板一上设有进气口，侧面板二设有出气口。

8.如权利要求1所述的一种可变加热腔3D打印设备，其特征在于，所述X轴运动单元包括与丝杠平行设置且固定于后面板上的支架、与支架平行设置且转动连接于支架内的滚珠丝杠、与滚珠丝杠螺纹配合的X轴动力输出端。

9.如权利要求8所述的一种可变加热腔3D打印设备，其特征在于，Y轴运动单元包括垂直支架设置的安装框二、以及与安装框二平行设置并转动连接于安装框二上的丝杠，安装框二沿其长度方向开设有滑槽，滑槽内插接有Y轴动力输出端，Y轴动力输出端与丝杠螺纹配合；X轴动力输出端与安装框二固定。

10.如权利要求9所述的一种可变加热腔3D打印设备，其特征在于，Z轴运动单元包括竖直固定于后面板上的安装框三、以及与安装框三平行设置并转动连接于安装框三上的丝杠；丝杠穿过Z轴动力输出端且与Z轴动力输出端螺纹配合。

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