3d打印机数控定位系统的制作方法
【专利摘要】3D打印机数控定位系统，本发明属3D打印机数控定位系统的一个【技术领域】。为了简化3D打印机的X轴和Y轴数控定位系统的结构，本发明采取了如下技术措施：在摇臂13的一端活动安装有工作台4、固定安装有半蜗轮2，工作台4上固定安装有蜗轮3，蜗轮3和工作台4可自由转动，摇臂13的另一端铰接在支架1或活动安装在Z轴导轨10上；摇臂13上装有工作台驱动电机12，工作台驱动电机12的转轴上装有蜗杆甲11，蜗杆甲11与蜗轮3齿合在一起，工作台驱动电机12在计算机的控制下可通过蜗杆甲11、蜗轮3驱动工作台4转动等等；这样做的好处是：由于本发明采用了磨损小，定位精度高的转动替代导轨的直线滑动，消除了导轨滑动磨损所带来的不良影响。
【专利说明】3D打印机数控定位系统
【技术领域】
[0001]本发明属3D打印机数控定位系统的一个【技术领域】。
【背景技术】
[0002]市售的一般的热熔堆积类3D打印机，由于结构相对简单，耗材价廉等原因而发展较快。热熔堆积类3D打印机主要运用了热熔堆积等成形技术，使计算机上虚拟的三维图像变成了现实的立体模型。这一类的3D打印机主要由X轴、Y轴和Z轴，三轴数控定位系统、控制电路和喷头等组成。三轴数控定位系统根据切片软件产生的数字切片打印数据和指令，不断地改变喷咀与模型或工作台之间的水平位置和相对高度，配合喷头的动作就能实现热熔材料的堆积成形。在这个过程中，X轴和Y轴数控定位系统的运动最频繁，而且运动量也最大，同时它对打印精度的影响也最大。所以它是3D打印机中最重要的组成部份。
[0003]然而，现有技术下的这类3D打印机的三轴数控定位系统中，使用的都是直线滑动导轨。在3D打印过程中，X轴和Y轴不断配合动作，才能形成模型中的各条曲线或直线。也就是说，3D打印过程中的各条曲线或直线的产生，都要导轨与滑台之间产生滑动磨擦才能实现。本领域的技术人员都知道，滑动导轨不但对零件的材质、加工精度和安装精度的要求非常苛刻，而且最令人头痛的是它在使用过程中会产生严重磨擦磨损，这种磨损是它的结构所造成的。由于它的磨擦行程的幅度大，而且各部件都直接暴露在空气中，使这种情况雪上加霜。在这样的工作环境下，导轨上的润滑剂极容易吸附空气中的灰尘，这样更加速了导轨的磨损。导轨的磨损影响最大的是三轴定位系统的定位和重复定位精度，它的表现为打印出来的平面表面粗糙。严重时，打印出来的模型的几何形状和尺寸也受影响。所以滑动导轨的使用，间接影响了打印精度和缩短了 3D打印机的使用寿命。另一方面，在设计和制造3D打印机的过程中，滑动导轨的长度必须要大于X轴和Y轴的工作行程，这样就要求支撑导轨的支架更大更强。它必然导致使3D打印机的整机结构非常庞大。而面对庞大的结构，为保证刚度又不得不增加构件的厚度。这样就大大增整机的重量。
【发明内容】
[0004]为了简化3D打印机的X轴和Y轴数控定位系统的结构、消除滑动导轨磨损对打印精度的影响，延长3D打印机的使用寿命，本发明采取了如下技术措施:在摇臂13的一端活动安装有工作台4、固定安装有半蜗轮2，工作台4上固定安装有蜗轮3，蜗轮3和工作台4可自由转动，摇臂13的另一端铰接在支架I或活动安装在Z轴导轨10上；摇臂13上装有工作台驱动电机12，工作台驱动电机12的转轴上装有蜗杆甲11，蜗杆甲11与蜗轮3齿合在一起，工作台驱动电机12在计算机的控制下可通过蜗杆甲11、蜗轮3驱动工作台4转动；支架I上装有摇臂驱动电机14，摇臂驱动电机14的转轴上装有蜗杆乙15，蜗杆乙15与半蜗轮2齿合在一起，摇臂驱动电机14在计算机的控制下可通过蜗杆乙15、半蜗轮2驱动摇臂13、工作台4 一起摆动(转动)；工作台驱动电机12和摇臂驱动电机14连接各自的电机控制器，电机控制器连接计算机；摇臂13和支架I上装有复位传感器用于工作台4和摇臂13的复位，复位传感器连接计算机。
[0005]这样做的好处是:本发明把3D打印机工作时，运动最频繁、运动量最大的X轴和Y轴的数控定位系统，由使用滑动导轨机构来实现3D打印机的水平面的数控定位，改为通过摇臂13带着工作台4的平摆和工作台4的自身旋转，来实现3D打印机的水平面的数控定位。由于本发明采用了磨损小，定位精度高的转动替代导轨的直线滑动(即取消了滑动导轨机构)，消除了导轨滑动磨损所带来的不良影响。同时也大大简化了结构、提高了定位精度，降低了生产成本和提高了可靠性，延长了 3D打印机的使用寿命。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]图1是本发明结构示意图，前侧俯视面图。
[0007]图2是本发明结构示意图，后侧面俯视图。
[0008]图中:支架1、半蜗轮2、蜗轮3、工作台4、喷头5、耗材6、喷头支架7、Z轴驱动电机
8、Z轴螺杆9、Z轴导轨10、蜗杆甲11、工作台驱动电机12、摇臂13、摇臂驱动电机14、蜗杆乙15。
【具体实施方式】
[0009]现有技术下的热熔堆积类3D打印机的三轴(X轴、Y轴、Z轴)数控定位系统中，几乎都采用了直线滑动导轨。在技术上，直线导轨的长度要大于工作行程，而且各导轨之间必须是相互垂直。因此，这类3D打印机的主体结构大都为箱式，体积庞大而且笨重。在3D打印机过程中，驱动X轴和驱动Y轴的步进电机在计算机的控制下不断配合动作，形成模型断层中的各条曲线或直线，即一个切片。因此它们的工作量大，磨损也严重。而Z轴只有层高有增加时才有动作，而且它的最大行程就是模型的高度。它打印一个模型才行走一次行程，所以Z轴的磨损是非常小的，它对3D打印机的精度和使用寿命的影响相对小得多。可以适当忽略。在3D打印机工作过程中，运动最频繁和运动量是最大的是X轴和Y轴。而且在整个打印机结构中，为了安置X轴和Y轴的滑动导轨，往往要把3D打印机做成箱式结构。这就使3D打印机的结构更加复杂，同时为保证刚度不得不大大增加材厚度，使3D打印机的重量大大增加。所以在3D打印机的数控定位系统中，取代滑动导轨结构对3D打印机有着重大的意义。
[0010]本发明的实施例:为了简化现有3D打印机X轴和Y轴构成的平面数控定位系统的结构、消除滑动导轨磨损对打印精度的影响和延长3D打印机的使用寿命。本发明主要采取了利用工作台的旋转和摇臂的水平摇摆，两者的相互配合来替代X轴和Y轴的直线运动。把模型数字切片的直线或曲线展现在喷头的喷嘴面前，实现3D打印；其具体结构是:在摇臂13的一端活动安装有工作台4和固定安装有半蜗轮2。这里所述的活动安装是指工作台4相对于摇臂13可以旋转的安装方式。工作台4上固定安装有蜗轮3。摇臂13上安装有工作台驱动电机12 (本申请述的电机均为步进电机或带减速机构的步进电机)，工作台驱动电机12的转轴上安装有蜗杆甲11，蜗杆甲11与蜗轮3齿合在一起。工作台驱动电机12在计算机的控制下可通过蜗杆甲11、蜗轮3驱动工作台4转动。摇臂13的另一端铰接在支架I或活动安装在Z轴导轨10上。这里所述的活动安装是指摇臂13可围绕Z轴导轨10自由摆动(转动)的安装结构，其效果与铰接一样，都是使摇臂13可左右水平自由摆动。摇臂驱动电机14安装在支架I上。摇臂驱动电机14的转轴上装有蜗杆乙15，蜗杆乙15与半蜗轮2齿合在一起。当摇臂驱动电机14在计算机的控制下转动时，可通过蜗杆乙15和半蜗轮2驱动摇臂13、工作台4等一起水平摆动。工作台驱动电机12、摇臂驱动电机14连接各自的电机控制器，电机控制器连接计算机，摇臂13和支架I上安装有复位传感器用于工作台4和摇臂13的复位,复位传感器连接计算机。
[0011]本发明的工作过程是:当使用者打开3D打印机电源时计算机系统复位后开始工作。跟着计算机通过电机控制器指令工作台驱动电机12，通过蜗杆甲11和蜗轮3驱动工作台4向微动开关或复位传感器方向旋转。当工作台4的一个特定点触及装在摇臂上的微动开关或复位传感器时，微动开关或复位传感器向计算机发出工作台4到位信号。计算机收到此信号后向工作台驱动电机12发出停机指令，工作台4就停止在工作的起点的位置上，工作台4复位成功。跟着计算机通过另一个电机控制器指令摇臂驱动电机14，通过蜗杆乙15、半蜗轮2驱动摇臂13、工作台4等一起向微动开关或复位传感器方向摆动(旋转)。当摇臂13上的特定点触及微动开关或复位传感器时，微动开关或复位传感器向计算机发出摇臂13到位信号。计算机收到此信号后，向摇臂驱动电机14发出停机指令，摇臂13带着工作台4停止在工作起点的位置上，摇臂13复位成功。全系统的复位结果是使工作台4上设定的工作起点对齐喷头5的喷咀，喷头5的喷咀距工作台4有合适的高度。全系统复位完成后，计算机就可根据使用者输入的模型切片数据，通过电机控制器驱动工作台驱动电机12、摇臂驱动电机14配合动作，完成X轴和Y轴方向的水平移动定位任务。
[0012]当3D打印机打印完一层切片后，计算机就会通过电机控制器控制Z轴电机8、Z轴螺杆9驱动装在Z轴导轨10上并与Z轴螺杆9螺纹连接在一起的喷头支架7上升，为打印下一个切片做准备。如此循环就可打印全个模型。
【权利要求】
1.3D打印机数控定位系统，主要包括支架(I)、半蜗轮(2)、蜗轮(3)、工作台(4)、蜗杆甲(11 )、工作台驱动电机(12)、摇臂(13)、摇臂驱动电机(14)、蜗杆乙(15)，其特征在于:在摇臂(13)的一端活动安装有工作台(4)、固定安装有半蜗轮(2)，工作台(4)上固定安装有蜗轮(3)，蜗轮(3)和工作台(4)可自由转动，摇臂(13)的另一端铰接在支架(I)或活动安装在Z轴导轨(1 )上；摇臂(13 )上装有工作台驱动电机(12 )，工作台驱动电机(12 )的转轴上装有蜗杆甲(11)，蜗杆甲(11)与蜗轮(3)齿合在一起，工作台驱动电机(12)在计算机的控制下可通过蜗杆甲(11)、蜗轮(3)驱动工作台(4)转动；支架(I)上装有摇臂驱动电机(14)，摇臂驱动电机(14)的转轴上装有蜗杆乙(15)，蜗杆乙(15)与半蜗轮(2)齿合在一起，摇臂驱动电机(14)在计算机的控制下可通过蜗杆乙(15)、半蜗轮(2)驱动摇臂(13)、工作台(4) 一起摆动(转动);工作台驱动电机(12)和摇臂驱动电机(14)连接各自的电机控制器，电机控制器连接计算机；摇臂(13)和支架(I)上装有复位传感器用于工作台(4)和摇臂(13)的复位，复位传感器连接计算机。
【文档编号】B29C67/00GK104354300SQ201410710201
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年11月27日 优先权日:2014年11月27日
【发明者】胡志钦, 胡达广 申请人:胡达广