CN217346719U - 一种五轴增减材复合制造设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种五轴增减材复合制造设备，包括基座、x轴移动机构、y轴移动机构、旋转工作台、z轴移动机构和打印机构；所述x轴移动机构用于驱动所述y轴移动机构沿水平方向前后移动，所述y轴移动机构用于驱动所述旋转工作台沿水平方向左右移动，所述z轴移动机构用于驱动所述打印机构沿竖直方向上下移动；所述旋转工作台包括第一旋转机构、第二旋转机构和置料台，所述第一旋转机构用于驱动所述第二旋转机构围绕第一轴线旋转，所述第二旋转机构用于驱动所述置料台围绕第二轴线旋转。采用本实用新型，零件层与层之间的衔接强度高，生产时无需额外设置支撑结构，打印高效的同时打印效果好。

Description

一种五轴增减材复合制造设备

技术领域

本实用新型涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种五轴增减材复合制造设备。

背景技术

随着3D打印技术的发展，其在航空航天、汽车、医疗、模具等领域的应用越来越广泛。三轴FDM熔融层积是一种増材制造技术，它基于“离散-堆积”原则，根据软件预设的坐标挤出热塑性塑料丝，自下而上逐层构建零件，传统的三轴FDM熔融层积是迄今为止容易获取且使用广泛的3D打印工艺。

但传统的三轴FDM熔融层积3D打印机通过沿Z轴方向沉积材料，逐层生成物体和零件，期间只有XY轴联动，在层与层之间接触面积相对比较小，所以层与层之间衔接强度不高，当生产复杂的悬空零件时，需要额外添加支撑结构，支撑后容易导致悬空部分在打印时产生不平整、变形，因此这种悬空零件的生成需要更多的材料、更长的打印时间和后期处理，而且对于某些有内腔的复杂结构(如复杂管路)，支撑结构无法通过后序工艺剥离。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种五轴增减材复合制造设备，零件层与层之间的衔接强度高，生产时无需额外设置支撑结构，打印高效的同时打印效果好。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种五轴增减材复合制造设备，包括基座、x轴移动机构、y轴移动机构、旋转工作台、z轴移动机构和打印机构，所述x轴移动机构和z轴移动机构均设于所述基座上；所述y轴移动机构安装于所述x轴移动机构上，所述x轴移动机构用于驱动所述y轴移动机构沿水平方向前后移动，所述旋转工作台安装于所述y轴移动机构上，所述y轴移动机构用于驱动所述旋转工作台沿水平方向左右移动，所述打印机构安装于所述z轴移动机构上并位于所述旋转工作台的上方，所述z轴移动机构用于驱动所述打印机构沿竖直方向上下移动；所述旋转工作台包括第一旋转机构、第二旋转机构和置料台，所述第二旋转机构安装于所述第一旋转机构上，所述第一旋转机构用于驱动所述第二旋转机构围绕第一轴线旋转，所述置料台安装于所述第二旋转机构上，所述第二旋转机构用于驱动所述置料台围绕第二轴线旋转；其中，所述第一轴线沿水平方向设置，所述第二轴线与所述第一轴线相垂直。

作为上述方案的改进，所述x轴移动机构包括x轴电机、x轴丝杆、x轴螺母和x轴支撑部，所述x轴电机设于所述基座上；所述x轴丝杆与所述x轴电机的旋转轴连接，所述x轴螺母套设于所述x轴丝杆上并可沿水平方向前后移动，所述x轴螺母与所述x轴支撑部固定连接，所述y轴移动机构安装于所述x 轴支撑部上。

作为上述方案的改进，所述y轴移动机构包括y轴电机、y轴丝杆、y轴螺母和y轴支撑部，所述y轴电机设于所述x轴支撑部上；所述y轴电机的旋转轴与所述y轴丝杆连接，所述y轴螺母套设于所述y轴丝杆上并可沿水平方向左右移动，所述y轴螺母与所述y轴支撑部固定连接，所述旋转工作台安装于所述y轴支撑部上。

作为上述方案的改进，所述第一旋转机构包括第一旋转部、第一电机和第一传动杆；所述第一电机设于所述第一旋转部的一侧，所述第一电机通过所述第一传动杆与所述第一旋转部连接。

作为上述方案的改进，所述第二旋转机构包括第二旋转部、第二电机、第二传动杆和传动轴；所述第二电机设于所述第一旋转部的另一侧，所述置料台设于所述第二旋转部上，所述第二旋转部设于所述第一旋转部上，所述第二电机、第二传动杆、传动轴和第二旋转部依次连接，所述第二传动杆与所述传动轴相垂直。

作为上述方案的改进，所述z轴移动机构包括z轴基体、z轴电机、z轴丝杆、z轴螺母和z轴连接部，所述z轴基体设于所述基座上；所述z轴电机设于所述z轴基体上，所述z轴电机的旋转轴与所述z轴丝杆连接，所述z轴螺母套设于所述z轴丝杆上并可沿竖直方向上下移动，所述z轴螺母与所述z轴连接部固定连接，所述打印机构安装于所述z轴连接部上。

作为上述方案的改进，所述打印机构包括铣削模块和出料模块；所述铣削模块包括电主轴和铣刀，所述铣刀连接于所述电主轴的下端；所述出料模块包括挤出机、料斗和喷头，所述挤出机、料斗和喷头依次连接，所述料斗还与供料管道连接。

作为上述方案的改进，所述打印机构还包括z轴伸缩模块；所述z轴伸缩模块与所述出料模块连接并用于驱动所述出料模块沿竖直方向上下移动。

作为上述方案的改进，所述x轴移动机构还包括x轴辅助滑轨和x轴滑块；所述x轴辅助滑轨设于所述基座上并与所述x轴丝杆相平行，所述x轴滑块安装于所述x轴辅助滑轨上并与所述x轴支撑部固定连接。

作为上述方案的改进，所述x轴移动机构还包括两个x轴伸缩囊，两个所述x轴伸缩囊分别设于所述x轴支撑部的前后两侧。

实施本实用新型的有益效果在于：

本实用新型五轴增减材复合制造设备中，通过所述x轴移动机构和y轴移动机构带动所述置料台沿水平前后和左右两个方向移动，通过所述第一旋转机构和第二旋转机构带动所述置料台旋转、倾斜，通过所述y轴移动机构带动所述打印机构沿竖直方向上下移动，从而实现五轴联动打印的功能，相对于传统的三轴3D打印机，在层与层之间接触面积更大，层与层之间衔接强度更高，因此在生产悬空零件时无需额外添加支撑结构，节省了材料和打印时间。其次，通过五轴联动对零件进行铣削，打印效果更好、打印精度更高。

附图说明

图1是本实用新型五轴增减材复合制造设备的立体示意图；

图2是图1中旋转工作台的立体示意图；

图3是图1中x轴移动机构的爆炸示意图；

图4是图1中y轴移动机构的爆炸示意图；

图5是图1中旋转工作台的爆炸示意图；

图6是图1中z轴移动机构和打印机构的爆炸示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述。仅此声明，本实用新型在文中出现或即将出现的上、下、左、右、前、后、内、外等方位用词，仅以本实用新型的附图为基准，其并不是对本实用新型的具体限定。

结合图1和图2所示，本实用新型提供了一种五轴增减材复合制造设备，包括基座1、x轴移动机构2、y轴移动机构3、旋转工作台4、z轴移动机构5 和打印机构6，所述x轴移动机构2和z轴移动机构5均设于所述基座1上；所述y轴移动机构3安装于所述x轴移动机构2上，所述x轴移动机构2用于驱动所述y轴移动机构3沿水平方向前后移动，所述旋转工作台4安装于所述y 轴移动机构3上，所述y轴移动机构3用于驱动所述旋转工作台4沿水平方向左右移动，所述打印机构6安装于所述z轴移动机构5上并位于所述旋转工作台4的上方，所述z轴移动机构5用于驱动所述打印机构6沿竖直方向上下移动；所述旋转工作台4包括第一旋转机构41、第二旋转机构42和置料台43，所述第二旋转机构42安装于所述第一旋转机构41上，所述第一旋转机构41用于驱动所述第二旋转机构42围绕第一轴线旋转，所述置料台43安装于所述第二旋转机构42上，所述第二旋转机构42用于驱动所述置料台43围绕第二轴线旋转；其中，所述第一轴线沿水平方向设置，所述第二轴线与所述第一轴线相垂直。

需要说明的是，本实用新型五轴增减材复合制造设备中，通过所述x轴移动机构2和y轴移动机构3带动所述置料台43沿水平前后和左右两个方向移动，通过所述第一旋转机构41和第二旋转机构42带动所述置料台43旋转、倾斜，通过所述y轴移动机构3带动所述打印机构6沿竖直方向上下移动，从而实现五轴联动打印的功能，相对于传统的三轴3D打印机，在层与层之间接触面积更大，层与层之间衔接强度更高，因此在生产悬空零件时无需额外添加支撑结构，节省了材料和打印时间。其次，通过五轴联动对零件进行铣削，打印效果更好、打印精度更高。

如图3所示，所述x轴移动机构2包括x轴电机21、x轴丝杆22、x轴螺母23和x轴支撑部24，所述x轴电机21设于所述基座1上；所述x轴丝杆22 与所述x轴电机21的旋转轴连接，所述x轴螺母23套设于所述x轴丝杆22上并可沿水平方向前后移动，所述x轴螺母23与所述x轴支撑部24固定连接，所述y轴移动机构3安装于所述x轴支撑部24上。其中，当所述x轴电机21 正反向通电时，所述x轴电机21带动所述x轴丝杆22正反向旋转，使得所述x 轴螺母23沿水平方向作直线前后往复运动，进而带动所述x轴支撑部24和y 轴移动机构3作直线前后往复运动。

如图4所示，所述y轴移动机构3包括y轴电机31、y轴丝杆32、y轴螺母33和y轴支撑部34，所述y轴电机31设于所述x轴支撑部24上；所述y轴电机31的旋转轴与所述y轴丝杆32连接，所述y轴螺母33套设于所述y轴丝杆32上并可沿水平方向左右移动，所述y轴螺母33与所述y轴支撑部34固定连接，所述旋转工作台4安装于所述y轴支撑部34上。其中，当所述y轴电机 31正反向通电时，所述y轴电机31带动所述y轴丝杆32正反向旋转，使得所述y轴螺母33沿水平方向作直线左右往复运动，进而带动所述y轴支撑部34 和旋转工作台4作直线左右往复运动。

结合图2和图5所示，所述第一旋转机构41包括第一固定座411、第一旋转部412、第一电机413、第一蜗杆414、第一蜗轮415和第一传动杆416，所述第一固定座411设于所述y轴移动机构3上并与所述第一电机413固定连接；所述第一蜗杆414套设于所述第一电机413的旋转轴上，所述第一蜗轮415套设于所述第一传动杆416的一端并与所述第一蜗杆414连接，所述第一固定座 411上设有第一定位孔，所述第一传动杆416的另一端穿过所述第一定位孔并与所述第一旋转部412连接，所述第一传动杆416用于带动所述第一旋转部412 围绕所述第一传动杆416的轴心旋转，所述第一传动杆416的轴心与所述第一轴线重合。其中，所述第一电机413通过所述第一固定座412固定于所述y轴支撑板34上，当所述第一电机413正反向通电时，所述第一电机413的旋转轴通过所述第一蜗杆414和第一蜗轮415传动来带动所述第一传动杆416旋转，进而带动所述第一旋转部412围绕所述第一传动杆416的轴心来回旋转。

进一步，所述第二旋转机构42包括第二旋转部421，第二固定座422、连杆423、旋转座424、第二电机425、第一滚轮426、第二滚轮427、第二传动杆 428、第二蜗杆429、传动带430、第二蜗轮431和传动轴432，所述置料台43 设于所述第二旋转部421上，所述第二旋转部421设于所述第一旋转部412上；所述第二固定座422设于所述y轴移动机构3上，所述第二固定座422上设有第二定位孔，所述连杆423的一端与所述第一旋转部412固定连接，所述连杆 423的另一端穿过所述第二定位孔并与所述旋转座424固定连接，所述第二电机 425安装于所述旋转座424上；所述第一滚轮426套设于所述第二电机425的旋转轴上，所述第二滚轮427套设于所述第二传动杆428的一端并通过所述传动带430与所述第一滚轮426连接，所述旋转座424上设有第三定位孔，所述第二固定座422上设有供所述第二传动杆428移动的弧形孔，所述第一旋转部421 的底部设有定位部433，所述定位部上设有第四定位孔，所述第二传动杆428的另一端依次穿过所述第三定位孔、弧形孔和第四定位孔，所述第二蜗杆429套设于所述第二传动杆428的另一端，所述第二涡轮431套设于所述传动轴432 的一端并与所述第二蜗杆429连接，所述第一旋转部412上设有第五定位孔，所述传动轴432的另一端穿过所述第五定位孔并与所述第二旋转部421固定连接，所述传动轴432用于带动所述第二旋转部421围绕所述传动轴432的轴心旋转，所述传动轴432的轴心与所述第二轴线重合。其中，当所述第一旋转部 412旋转时，由于所述连杆423的连带作用，所述旋转座424和第二电机425随之旋转，同时由于所述定位部433的连带作用，所述第二传动杆428也随之在所述弧形孔内旋转。其次，当所述第二电机425正反向通电时，所述第二电机 425的旋转轴依次通过所述第一滚轮426、传动带430和第二滚轮427传动来带动所述第二传动杆428旋转，所述第二传动杆428通过所述第二蜗杆431和第二蜗轮432传动来带动所述传动轴432旋转，进而带动所述第二旋转部421围绕所述传动轴432的轴心顺时针或逆时针旋转。此外，由于所述第一电机413 和第二电机425分别位于所述第一旋转部412的两侧，相对于现有旋转工作台4 中的旋转电机设于置料台43的下方，维修更方便，布线无要经过铰接处，布线难度低。

如图6所示，所述z轴移动机构5包括z轴基体51、z轴电机52、z轴丝杆 53、z轴螺母54和z轴连接部55，所述z轴基体51设于所述基座1上；所述z 轴电机52设于所述z轴基体51上，所述z轴电机52的旋转轴与所述z轴丝杆 53连接，所述z轴螺母54套设于所述z轴丝杆53上并可沿竖直方向上下移动，所述z轴螺母53与所述z轴连接部55固定连接，所述打印机构6安装于所述z 轴连接部55上。其中，当所述z轴电机52正反向通电时，所述z轴电机52带动所述z轴丝杆53正反向旋转，使得所述z轴螺母54沿竖直方向作直线上下往复运动，进而带动所述z轴连接部55和打印机构6作直线上下往复运动。

如图6所示，所述打印机构6包括铣削模块61和出料模块62；所述铣削模块61包括电主轴611和铣刀612，所述铣刀612连接于所述电主轴611的下端，在生产过程中，控制系统通过控制所述电主轴611驱动所述铣刀612以对产品进行铣削；所述出料模块62包括挤出机、料斗621和喷头622，所述挤出机、料斗621和喷头622依次连接，所述料斗621还与供料管道连接，在本实施例中，所述挤出机优选包括挤出电机623和螺杆挤出装置624，所述挤出电机623 与所述螺杆挤出装置624连接，所述螺杆挤出装置624内设有电加热圈，在生产过程中，温度调控组件对所述螺杆挤出装置624中的电加热圈进行调温，所述挤出电机623驱动所述螺杆挤出装置624将所述料斗621内的料均匀流畅地挤出；所述料斗621上优选安装有高精度三维视觉测量装置和料位检测系统，以使该五轴增减材复合制造设备能够精准打印和自动补料。

进一步，所述打印机构6还包括z轴伸缩模块63；所述z轴伸缩模块63与所述出料模块62连接并用于驱动所述出料模块62沿竖直方向上下移动，从而将所述出料模块62和铣削模块61分离开，避免所述出料模块62在打印产品时受到所述铣削模块61妨碍。在本实施例中，所述z轴伸缩模块63包括气缸631 和伸缩底板632，所述气缸631与所述伸缩底板632连接，所述出料模块62安装于所述伸缩底板632上

如图3所示，所述x轴移动机构2还包括x轴辅助滑轨25和x轴滑块26；所述x轴辅助滑轨25设于所述基座1上并与所述x轴丝杆22相平行，所述x 轴滑块26安装于所述x轴辅助滑轨25上并与所述x轴支撑部24固定连接，所述x轴辅助滑轨25和x轴滑块26除了用于辅助所述y轴移动机构3和旋转工作台4沿水平方向前后移动外，还用于分担所述y轴移动机构3和旋转工作台4 的重量，延长所述x轴移动机构2的使用寿命。在本实施例中，所述x轴丝杆22的左右两侧均设有x轴辅助滑轨25和x轴滑块26。同理，如图4所示，所述y轴丝杆32的前后两侧也相应设有y轴辅助滑轨35和y轴滑块36；如图6 所示，所述z轴丝杆53的左右两侧也相应设有z轴辅助滑轨56和z轴滑块57，在此不再展开赘述。

如图3所示，所述x轴移动机构2还包括两个x轴伸缩囊27，两个所述x 轴伸缩囊27分别设于所述x轴支撑部24的前后两侧，在本实施例中，一个所述x轴伸缩囊27的一端与所述z轴基体51相抵接，另一端与所述x轴支撑部 24相抵接，另一个所述x轴伸缩囊27的一端与所述x轴支撑部24相抵接，另一端与所述x轴辅助滑轨25连接的侧板相抵接，从而减缓所述x轴支撑部24 在急停时所受到的冲击力，避免打印中的部件发生变形。同理，如图4所示，所述y轴支撑部34的左右两侧也相应设有y轴伸缩囊37，在此不再展开赘述。

综上所述，采用本实用新型，具备五轴联动打印的功能，零件层与层之间衔接强度更高，在生产悬空零件时无需额外添加支撑结构，具有打印效率高、效果好和精度高的优点。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种五轴增减材复合制造设备，其特征在于，包括基座、x轴移动机构、y轴移动机构、旋转工作台、z轴移动机构和打印机构，所述x轴移动机构和z轴移动机构均设于所述基座上；

所述y轴移动机构安装于所述x轴移动机构上，所述x轴移动机构用于驱动所述y轴移动机构沿水平方向前后移动，所述旋转工作台安装于所述y轴移动机构上，所述y轴移动机构用于驱动所述旋转工作台沿水平方向左右移动，所述打印机构安装于所述z轴移动机构上并位于所述旋转工作台的上方，所述z轴移动机构用于驱动所述打印机构沿竖直方向上下移动；

所述旋转工作台包括第一旋转机构、第二旋转机构和置料台，所述第二旋转机构安装于所述第一旋转机构上，所述第一旋转机构用于驱动所述第二旋转机构围绕第一轴线旋转，所述置料台安装于所述第二旋转机构上，所述第二旋转机构用于驱动所述置料台围绕第二轴线旋转；

其中，所述第一轴线沿水平方向设置，所述第二轴线与所述第一轴线相垂直。

2.根据权利要求1所述的五轴增减材复合制造设备，其特征在于，所述x轴移动机构包括x轴电机、x轴丝杆、x轴螺母和x轴支撑部，所述x轴电机设于所述基座上；

所述x轴丝杆与所述x轴电机的旋转轴连接，所述x轴螺母套设于所述x轴丝杆上并可沿水平方向前后移动，所述x轴螺母与所述x轴支撑部固定连接，所述y轴移动机构安装于所述x轴支撑部上。

3.根据权利要求2所述的五轴增减材复合制造设备，其特征在于，所述y轴移动机构包括y轴电机、y轴丝杆、y轴螺母和y轴支撑部，所述y轴电机设于所述x轴支撑部上；

所述y轴电机的旋转轴与所述y轴丝杆连接，所述y轴螺母套设于所述y轴丝杆上并可沿水平方向左右移动，所述y轴螺母与所述y轴支撑部固定连接，所述旋转工作台安装于所述y轴支撑部上。

4.根据权利要求1所述的五轴增减材复合制造设备，其特征在于，所述第一旋转机构包括第一旋转部、第一电机和第一传动杆；

所述第一电机设于所述第一旋转部的一侧，所述第一电机通过所述第一传动杆与所述第一旋转部连接。

5.根据权利要求4所述的五轴增减材复合制造设备，其特征在于，所述第二旋转机构包括第二旋转部、第二电机、第二传动杆和传动轴；

所述第二电机设于所述第一旋转部的另一侧，所述置料台设于所述第二旋转部上，所述第二旋转部设于所述第一旋转部上，所述第二电机、第二传动杆、传动轴和第二旋转部依次连接，所述第二传动杆与所述传动轴相垂直。

6.根据权利要求1所述的五轴增减材复合制造设备，其特征在于，所述z轴移动机构包括z轴基体、z轴电机、z轴丝杆、z轴螺母和z轴连接部，所述z轴基体设于所述基座上；

所述z轴电机设于所述z轴基体上，所述z轴电机的旋转轴与所述z轴丝杆连接，所述z轴螺母套设于所述z轴丝杆上并可沿竖直方向上下移动，所述z轴螺母与所述z轴连接部固定连接，所述打印机构安装于所述z轴连接部上。

7.根据权利要求1所述的五轴增减材复合制造设备，其特征在于，所述打印机构包括铣削模块和出料模块；

所述铣削模块包括电主轴和铣刀，所述铣刀连接于所述电主轴的下端；

所述出料模块包括挤出机、料斗和喷头，所述挤出机、料斗和喷头依次连接，所述料斗还与供料管道连接。

8.根据权利要求7所述的五轴增减材复合制造设备，其特征在于，所述打印机构还包括z轴伸缩模块；

所述z轴伸缩模块与所述出料模块连接并用于驱动所述出料模块沿竖直方向上下移动。

9.根据权利要求2所述的五轴增减材复合制造设备，其特征在于，所述x 轴移动机构还包括x轴辅助滑轨和x轴滑块；

所述x轴辅助滑轨设于所述基座上并与所述x轴丝杆相平行，所述x轴滑块安装于所述x轴辅助滑轨上并与所述x轴支撑部固定连接。

10.根据权利要求2所述的五轴增减材复合制造设备，其特征在于，所述x轴移动机构还包括两个x轴伸缩囊，两个所述x轴伸缩囊分别设于所述x轴支撑部的前后两侧。

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