CN212653876U

CN212653876U - 一种龙门式旋转平台fdm打印机

Info

Publication number: CN212653876U
Application number: CN202020277590.3U
Authority: CN
Inventors: 侯晓峰; 赵壮; 索荣康; 高利冬; 张巍; 张国芳
Original assignee: Inner Mongolia University of Science and Technology
Current assignee: Inner Mongolia University of Science and Technology
Priority date: 2020-03-09
Filing date: 2020-03-09
Publication date: 2021-03-05
Anticipated expiration: 2030-03-09

Abstract

本实用新型公开了一种龙门式旋转平台FDM打印机，属于先进增材制造技术领域。提供的龙门式旋转平台FDM打印机包括支架、光杆固定件、光杆、第一移动部件、转轴电机、二维转动平台、Y轴电机、第一同步齿、第二同步齿、限位开关、龙门竖梁、龙门横梁、龙门固定件、第一Z轴电机、联轴器、丝杠、竖直光杆、Z方向活动件、第二Z轴电机、挤出装置、横杆、加热装置和恒温风扇，该龙门式旋转平台FDM打印机采用旋转式二维运动平台设计，垂直龙门结构，具有结构紧凑、安装简便、成本低、调整容易、Z轴结构极简、安装较简易、便携性较强、运动过程观赏性较强的特点，丰富了实验室及教学单位的桌面级打印机的种类，具有广阔的应用前景。

Description

一种龙门式旋转平台FDM打印机

技术领域

本实用新型属于先进增材制造技术领域，具体涉及一种龙门式旋转平台FDM打印机。

背景技术

随着对逆向制造创新技术越来越受重视，3D打印技术越来越受到欢迎，桌面级的打印机的成本越来越低。可用于学生科技作品创新、工业产品设计、首饰制造等行业。3D打印机民用化的进程越来越快，市场需要结构更新颖、成本更低、运行速度更快的桌面级3D打印机。

实用新型内容

针对现有技术中存在的问题的一个或多个，本实用新型提供一种龙门式旋转平台FDM打印机，包括：

支架(14)，其包括支脚(141)、相对设置的第一支架梁(142)和第二支架梁(143)，以及在第一支架梁(142)和第二支架梁(143)的侧端固定设置的第三支架梁(144)；

光杆固定件(13)，包括两对，对应设置在所述相对设置的第一支架梁(142)和第二支架梁(143)之上；

光杆(12)，包括两个，每个光杆(12)的两端分别穿设在一对光杆固定件(13)中；

第一移动部件(22)，其两端分别设置有第一直线轴承，该第一直线轴承与所述光杆(12)相适配，并分别穿设在所述光杆(12)之上；还在所述第一移动部件(22)之上连接有同步齿带(24)；

转轴电机(16)，其固定设置在所述第一移动部件(22)的下部，并且该转轴电机(16)上设置的第一输出轴(161)穿过所述第一移动部件(22)；

二维转动平台(11)，其为圆形，固定设置在所述第一输出轴(161)之上；

Y轴电机(17)，其固定设置在所述第二支架梁(143)之上远离所述第一移动部件(22)的一侧，在该Y轴电机(17)之上设置有第二输出轴(171)；

第一同步齿(18)，其设置在所述第二输出轴(171)之上，连接所述同步齿带(24)的一端；

第二同步齿(181)，其固定设置在第一支架梁(142)之上，并与所述第一同步齿(18)相对应，连接所述同步齿带(24)的另一端；

限位开关(23)，其固定设置在所述第二支架梁(143)之上靠近所述第一移动部件(22)的一侧；

龙门竖梁(4)，其包括第一竖梁(41)和第二竖梁(42)，均固定设置在所述第三支架梁(144)之上；

龙门横梁(2)，其设置在所述第一竖梁(41)和第二竖梁(42)的顶部；

龙门固定件(1)，其固定设置在所述龙门横梁(2)之上，并向远离所述支架(14)的方向伸出；

第一Z轴电机(15)，其固定设置在所述第三支架梁(144)之上，位于所述第一竖梁(41)和第二竖梁(42)之间，并向远离所述第三支架梁(144)的方向伸出，并在所述第一Z轴电机(15)之上设置有第三输出轴(151)；

联轴器(10)，其设置在所述第三输出轴(151)之上；

丝杠(9)，其一端设置在所述联轴器(10)中，另一端套设在所述龙门固定件(1)中，并在表面设置有螺纹；

竖直光杆(3)，其包括第一竖直光杆(31)和第二竖直光杆(32)，分别位于所述丝杠(9)的两侧，所述竖直光杆(3)的一端固定设置在所述第一Z轴电机(15)之上，另一端套设在所述龙门固定件(1)中；

Z方向活动件(7)，其内部设置有与所述丝杠(9)的表面设置的螺纹相匹配的丝杠螺母，所述丝杠(9)穿设在所述丝杠螺母中，并在该Z方向活动件(7)内部设置有分别与所述第一竖直光杆(31)和第二竖直光杆(32)相匹配的第二直线轴承，所述第一竖直光杆(31)和第二竖直光杆(32)分别穿设在相应的第二直线轴承中；

第二Z轴电机(8)，其固定设置在所述Z方向活动件(7)之上，并在该第二Z轴电机(8)之上设置有第四输出轴(5)，在该第四输出轴(5)之上设置有第三同步齿(51)；

挤出装置(6)，其设置在所述第二Z轴电机(8)之上，该挤出装置(6)与所述第三同步齿(51)共同作用，用于将打印材料挤出；

横杆(21)，其固定设置在所述Z方向活动件(7)之上，并向所述龙门竖梁(4)的方向伸出；

加热装置(19)，其固定设置在所述横杆(21)的端部，并在所述加热装置(19)内部设置有加热器，在所述加热装置(19)的底部设置有打印头(191)，所述打印头(191)与所述挤出装置(6)通过一导管连接；

恒温风扇(20)，其固定设置在所述加热装置(19)之上，与所述加热装置(19)内部设置的加热器共同作用控制所述打印头(191)的温度。

上述导管的内径比所述打印头(191)的直径大10％。

基于以上技术方案提供的龙门式旋转平台FDM打印机采用旋转式二维运动平台设计，垂直龙门结构。具有结构紧凑、安装简便、成本低、调整容易、Z轴结构极简、安装较简易、便携性较强、运动过程观赏性较强的特点。本实用新型很大的丰富了实验室及教学单位的桌面级打印机的种类，具有比较广阔的应用前景。

附图说明

图1为本实用新型提供的龙门式旋转平台FDM打印机的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为图1的右视图；

图4为本实用新型提供的龙门式旋转平台FDM打印机的部件的结构示意图；

图5为图4的俯视图；

图6为本实用新型提供的龙门式旋转平台FDM打印机的部件的结构示意图；

图7为图6的俯视图；

图8为本实用新型提供的龙门式旋转平台FDM打印机的部件的结构示意图；

图9为图8的俯视图；

图10为本实用新型提供的龙门式旋转平台FDM打印机的部件的结构示意图；

图11为图10的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型的龙门式旋转平台FDM打印机做进一步详细说明。

如图1-3所示，本实用新型提供的龙门式旋转平台FDM打印机包括：龙门固定件1、龙门横梁2、竖直光杆3、龙门竖梁4、第三同步齿5、挤出装置6、Z方向活动件7、第二Z轴电机8、丝杠9、联轴器10、二维转动平台11、光杠12、光杠固定件13、支架14、第一Z轴电机15、转轴电机16、Y轴电机17、第一同步齿18、第二同步齿181、加热装置19、恒温风扇20、横杆21、第一移动部件22、限位开关23、同步齿带24。其中支架14为U字型结构，包括支脚141、相对设置的第一支架梁142和第二支架梁143，以及在第一支架梁142和第二支架梁143的侧端固定设置的第三支架梁144。光杆固定件13有两对，对应设置在相对设置的第一支架梁142和第二支架梁143之上，对应地，光杆12也包括两个，其两端分别穿设在光杆固定件13中，光杆固定件13与光杆12的固定采用过度配合的方式。在光杆12上安装有第一移动部件22，第一移动部件22内安装有与光杆12配合的第一直线轴承，光杆12穿设在该第一轴承内，因此第一移动部件22可以在光杆12上来回滑动。另外，还在第一移动部件22之上连接有同步齿带24。转轴电机16固定设置在第一移动部件22的下部，并且该转轴电机16上设置的第一输出轴161穿过第一移动部件22，在该第一输出轴161上固定安装有二维转动平台11，其为圆形，在安装时要保证二维转动平台11的上表面为一个水平面。Y轴电机17固定设置在第二支架梁143之上远离第一移动部件22的一侧，在该Y轴电机17之上设置有第二输出轴171，在该第二输出轴171上安装有第一同步齿18，连接与第一移动部件22连接的同步齿带24的一端，同步齿带24的另一端则安装连接在第一支架梁142之上固定设置的第二同步齿181，这样通过同步齿带24联动的第一移动部件22则位于第一同步齿18和第二同步齿181之间的位置，Y轴电机17带动第二输出轴171转动，随后带动第一同步齿18转动，第一同步齿18则通过同步齿带24带动第一移动部件22沿着光杆12往复滑动。另外，在第二支架梁143之上靠近第一移动部件22的一侧还设置有限位开关23，可以对第一移动部件22沿光杆12的滑动位置进行限定和调节。在第三支架梁144之上还固定设置有龙门竖梁4，其包括第一竖梁41和第二竖梁42，该第一竖梁41和第二竖梁42与支架14所在的平面垂直。在第一竖梁41和第二竖梁42的顶部设置龙门横梁2，其中龙门横梁2、龙门竖梁4和支架14均可以通过2020铝型材制作。龙门固定件1固定设置在龙门横梁2之上，并向远离支架14的方向伸出，该龙门固定件1可以由塑料或者PLA、ABS等塑料制作。第一Z轴电机15固定设置在第三支架梁144之上，位于第一竖梁41和第二竖梁42之间，并向远离第三支架梁144的方向伸出，并在第一Z轴电机15之上设置有第三输出轴151，在该第三输出轴151之上还设置有联轴器10，丝杠9的一端设置在联轴器10中，另一端套设在龙门固定件1中，与龙门固定件1间隙配合，并在丝杠9的表面设置有螺纹。在丝杠9的两侧还设置有竖直光杆3，其包括第一竖直光杆31和第二竖直光杆32，该第一竖直光杆31和第二竖直光杆32的一端固定设置在第一Z轴电机15之上，另一端套设在龙门固定件1中，并与龙门固定件1过度配合。Z方向活动件7的内部设置有与丝杠9的表面设置的螺纹相匹配的丝杠螺母，丝杠9穿设在丝杠螺母中，并在该Z方向活动件7内部设置有分别与第一竖直光杆31和第二竖直光杆32相匹配的第二直线轴承，第一竖直光杆31和第二竖直光杆32分别穿设在相应的第二直线轴承中，因此通过第一Z轴电机15的第三输出轴151的转动，可以带动安装在联轴器10内的丝杠9转动，进而可以通过丝杠9与Z方向活动件7的丝杠螺母之间的相互作用带动Z方向活动件7沿着第一竖直光杆31和第二竖直光杆32上下滑动，实现Z方向上的移动。Z方向活动件7上安装有第二Z轴电机8和横杆21，其中第二Z轴电机8之上设置有第四输出轴5，在该第四输出轴5之上设置有第三同步齿51；在第二Z轴电机8之上还设置有挤出装置6，该挤出装置6与第三同步齿51共同作用，负责将打印材料挤出。横杆21向龙门竖梁4的方向伸出，并在其末端固定设置有加热装置19，在加热装置19内部设置有加热器，在加热装置19的底部设置有打印头191，打印头191与挤出装置6通过一导管连接，用于将打印材料输送至打印头191，导管的材料可以为耐高温有韧性的管，管的内径要略微大与打印头直径的10％。在加热装置19之上还设置有恒温风扇20，其与加热装置19内部设置的加热器共同作用控制打印头191的温度。

本实用新型提供的龙门式旋转平台FDM打印机的安装方法为：

第一步，按照图4-6安装好铝型材U型架子(即支架14)，并保证手压后不变形。将Y轴一系列零件安装到位。包括，按顺序安装光杆固定件13、光杆12、第一移动部件22、转轴电机16、Y轴电机17、限位开关23、同步齿带24、第一同步齿18、第二同步齿181。

第二步，按照图6和图7安装好圆形二维转动平台11。安装要求为保证二维转动平台在旋转过程中平台平面保持水平。

第三步，按照图8和图9所示，安装好铝型材龙门结构架子。龙门结构架子包括第一Z轴电机15、联轴器10、龙门竖梁4、龙门横梁2、龙门固定件1、竖直光杆3、Z方向活动件7、丝杠9、第二Z轴电机8、挤出装置6。

第四步，按照图10和图11所示，安装龙门结构顶部件，完成整机安装，调整各个部件的位置，安装好限位开关。安装打印头套件包括横杆21、加热装置19、恒温风扇20。

第五步，将三个轴的限位开关连接到电路板上，调整同步皮带的松紧度和抖动状态，将四个步进电动机连接到电路板上，调试限位开关的正负值，调节步进电动机的正反转，调节挤出电机的正反转。

第六步，调试个零件，连接件可以用各种成型方法进行制造也可以用三维打印机打印配件，进行试打印。不断调整Z轴的初始原点值，直到打印线材能够牢牢地粘接在打印平台上。

综上所述，本实用新型提供的龙门式旋转平台FDM打印机具有以下特点：

首先，本实用新型打印机采用单丝杠双光轴龙门式Z轴，龙门结构使得Z轴上下移动部件更加稳定。减少了双丝杠打印机打印的零件波浪状纹路的缺点，且用两根光杠进行定位，两根光杠被固定在龙门框架上。限制了Z轴活动件的旋转位移。单丝杠龙门结构也很大程度上增加了整机的稳定性。

进一步，本实用新型打印机设计了圆柱坐标二维运动打印平台，打印平台为原形，该打印平台具有旋转运动同时沿着Y轴做直线运动。是一个二维旋转运动平台。该复合运动平台的设计使得打印机的Z轴的结构变得相当简单，Z轴只负责上升和下降而没有左右移动，减少了单臂打印机的振动。打印头固定在Z轴活动件上更加稳固，这有利于精确的打印。

进一步，本实用新型打印机设计了挤出机电机安装在Z轴活动件上，打印头也安装在Z轴活动件上。并分别布置在Z轴丝杠的两侧，挤出机及电机和打印头套件对Z轴丝杠的扭矩基本是相同的。打印方式采用常用的FDM方式。

进一步，本实用新型打印机旋转平台由X轴步进电机带动，X轴步进电动机固定在Y轴光杠上由Y轴带动沿着Y轴方向做直线运动。X轴运动方向和Y轴运动方向均设有限位开关，当二维转动平台运动到限位器时，挤出头的中心的垂直投影正好在二维转动平台的圆心上。这个设置越准确打印机的定位精度越高。在机器失去精度时需要进行准确的设置，设置的方法是尽可能的调整挤出头中心和二维转动平台的中心的一致。调整的方法：打印头可以在横杆21沿图3图示左右方向微调，Y向的限位开关可以沿图3图示前后微调。Z轴移动部件也有限位开关，打印头随着Z方向活动件7运动到限位开关时，打印头正好触碰到二维转动平台中心上方0.1毫米处。

进一步，本实用新型设计的打印机整体结构件都固定在铝型材组成的架上，铝合金架子连接简单，除了减小连接件外还使得整个机器外观具有观赏性。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种龙门式旋转平台FDM打印机，其特征在于，包括：

联轴器(10)，其设置在所述第三输出轴(151)之上；

2.根据权利要求1所述的龙门式旋转平台FDM打印机，其特征在于，所述导管的内径比所述打印头(191)的直径大10％。