一种高速高精密3D打印机的制作方法与工艺

本发明涉及3D打印技术领域，具体是一种高速高精密3D打印机。

背景技术：
3D打印机，属于快速成形技术(rapidprototyping)的一种机器，它是以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层堆叠累积的方式来构造物体的打印机。过去其常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，现正逐渐用于一些产品的直接制造。特别是一些高价值应用(比如髋关节或牙齿，或一些飞机零部件)已经有使用这种技术打印而成的零部件，且正在向珠宝，鞋类，工业設計，建筑，工程和施工(AEC)，汽车，航空航天，牙科和医疗产业，教育，地理信息系统，土木工程，枪支及其他领域逐步渗透发展。现有技术的三维打印机主要分为熔融沉积成型(FDM)，选择性激光烧结(SLS)，立体平版印刷(SLA)和数字光处理(DLP)。现有技术基于FDM的三维打印机在使用过常会遇到精度较低的问题。3D打印的尺寸稳定和表面质量一直是3D打印机技术的瓶颈。这主要是因为现有技术的3D打印机在X轴、Y轴、Z轴三个方向上的传动连接不稳定，导致喷头的空间定位偏差较大，同时，由于3D打印机的传动机架整体刚性欠佳，使其不能有效抑制住X轴、Y轴、Z轴三方向快速行进及定位时产生的作用力，从而产生轻微震动，进一步降低打印精度。导致打印制品具有尺寸与预设三维数据不一致(偏大或偏小)；垂直度不佳；直线度不好；圆度不理想；翘边；以及缩水严重，影响表面质量，降低表面光滑度等问题。导致了3D打印品的实用性不强，难以满足大部分高端工业品的质量要求，无法独立制造高端工业品，大大限制了3D打印的工业附加值。此外，较低的打印精度也影响了打印速度的提高。显而易见的，较高的打印速度势必会放大现有技术3D打印机对于传动稳定性差及刚性不足的缺陷，加剧打印中的震动，使喷头的定位更加失准。故在打印精度的制约下，导致打印速度亦迟迟驻足不前。

技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种高速高精密3D打印机，它在X轴、Y轴、Z轴三个方向上的传动稳定，机械强度高，不但打印精度显著提高，且能有效抑制打印中的抖动，有利于打印速度的提高。本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：一种高速高精密3D打印机，包括三维运动机架、挤出机构、平台机构和机器外壳，所述机器外壳将三维运动机架、挤出机构、平台机构包覆在内，所述三维运动机架包括X轴模组、Y轴模组和Z轴模组，所述Z轴模组包括两个对称且水平设置的固定板，所述固定板上沿Z轴竖直的转动连接有Z轴滚珠丝杠，两个所述Z轴滚珠丝杠的转速同步，所述固定板的两端均沿Z轴方向竖直的设有Z轴立柱，所述Z轴立柱与机器外壳通过多个定位销销连接，每个所述Z轴立柱上均沿Z轴竖直的安装有两个Z轴直线导轨，所述Z轴滚珠丝杠上的丝母以及Z轴直线导轨上的滑块均固定于平台机构上，所述Y轴模组固定安装于Z轴立柱的顶端，所述X轴模组包括X轴立柱，所述X轴立柱设置于Y轴模组上且沿Y轴方向与Y轴模组滑动连接，所述X轴立柱上沿X轴安装有X轴滚珠丝杠及两个上下对称的X轴直线导轨，所述挤出机构安装于X轴滚珠丝杠的丝母以及两个X轴直线导轨的滑块上。所述固定板的底侧固定连接有开口向上的U型夹板，所述Z轴滚珠丝杠的底端连接有与其轴心线相对应的Z轴带轮，所述Z轴带轮固定于U型夹板的槽底，两个所述Z轴带轮上缠绕有与其相配合使用的Z轴同步带，其中一个所述Z轴带轮上安装有Z轴电机。所述平台机构包括自上而下依次设置的打印平台、大平台、保温棉板、平台底封板，所述打印平台与大平台可拆卸连接，所述大平台的两侧与Z轴滚珠丝杠上的丝母以及Z轴直线导轨上的滑块销连接，所述大平台的底面设有凹槽，所述凹槽内设有电热片，所述大平台、保温棉板和平台底封板依次固定连接。所述Y轴模组包括两个对称设置的Y轴立柱，所述Y轴立柱的两端分别与同侧的两个Z轴立柱的顶端固定连接，所述Y轴立柱的一端设有第一固定夹板且另一端设有第二固定夹板，两个第一固定夹板之间固定连接有连接固定板，所述Y轴立柱上沿Y轴方向设有Y轴直线导轨，同一Y轴立柱两端的第一固定夹板与第二固定夹板之间沿Y轴方向安装有Y轴滚珠丝杠，同侧的Y轴直线导轨的滑块以及Y轴滚珠丝杠的丝母均固定于Y轴铝块上，所述Y轴滚珠丝杠与第一固定夹板相邻的一端连接有Y轴带轮，所述Y轴带轮上安装有Y轴电机，两个所述Y轴带轮之间缠绕有与其相配合使用的Y轴同步带。所述X轴立柱的两端分别固定安装于两个Y轴铝块上，所述X轴立柱为U型钢板且其两端均设有第三固定夹板，所述X轴滚珠丝杠的两端分别与两个第三固定夹板轴向转动连接，其中一个第三固定夹板上固定有X轴电机，所述X轴电机的输出端与X轴滚珠丝杠的一端连接，所述X轴直线导轨上下对称的安装于X轴立柱的槽底，X轴滚珠丝杠的丝母以及两个X轴直线导轨的滑块均固定于X轴铝块上，所述挤出机构与X轴铝块固定安装。所述挤出机构包括大铝块以及安装在大铝块上并依次连接的42步进电机、送丝盒、喉管、加热铝块和喷嘴，所述大铝块上还安装有风扇，所述大铝块固定安装于X轴铝块上。所述机器外壳包括框架以及固定在框架上的顶板、侧板、门板和角轮，所述顶板、侧板、门板共同围合为一个闭合的矩形柜壳，所述侧板包括自内而外依次连接的内侧夹板、保温棉夹层和外侧封板。所述顶板、门板、外侧封板均为钣金件，所述门板上设有透明观察区。所述机器外壳内还设有空气过滤器。对比现有技术，本发明的有益效果在于：1、所述Z轴模组采用了4个Z轴立柱，使整个机架的刚性及稳定性显著提高，有效抵抗打印时机械传动的作用力，使其能够抑制高速打印的所带来的抖动，提高打印精度。每个Z轴立柱上配置2个Z轴滑轨，并通过两个Z轴滚珠丝杠进行传动定位，不但显著缩小与预设Z轴数据的偏差，而且使平台机构的各方向受理均衡，使其在进行打印工作时几乎无抖动，在Z轴上的定位更加精准、稳定，更能适应高速打印对传动稳定及机架刚性的需求。每个Z轴立柱均设有多个定位销，保证了其上Z轴直线导轨定位的精准，提高打印成线的直线度和稳定性，提高了Z轴模组的整体精度。X轴模组采用两个X轴直线导轨，使挤出机构的安装基础更加稳固，受力均匀，降低晃动及角度倾斜情况，机械强度更高，有利于打印精度及打印速度的提高。2、所述Z轴模组的两个Z轴滚珠丝杠通过Z轴同步带实现同步传动，保证传动的一致性，增加空间定位的精准度。3、打印平台与大平台为可拆卸连接，采用抽拉式设置，使取下模型的操作更加方便快捷，有利于对模型的保护，增加了实用性。所述大平台采用内埋式结构设有电热片，提高了加热效率，且保温棉板的设置使温度的控制更加柔和均匀。4、所述Y轴采用双联动设计，通过设置于X轴模组两端的传动机构共同定位X模组在Y轴方向上的位置，传动精度更高，连接更加稳定，能有效降低抖动，提高打印精度。两个Y轴滚珠丝杠通过Y轴同步带实现同步传动，保证传动的一致性。5、所述侧板内设有保温棉夹层，有效降低热量损失，使打印过程中的温度更加恒定，有利于对打印质量的控制。6、所述空气过滤器设置于机器外壳内，能将打印过程中产生的有害物质以及空气污染物吸附过滤，提高打印附近区域的环境质量。7、所述顶板、门板、外侧封板均为钣金件，且共同围合为一个闭合的矩形柜壳，防止烫伤的同时，增加了保温性，使挤出更加顺畅。所述透明观察区域的设置方便对打印过程的实时观察。附图说明附图1是本发明的内部结构示意图。附图2是本发明内部结构的装配示意图。附图3是本发明挤出机构与X模组的结构示意图。附图4是本发明Y模组的结构示意图。附图5是本发明Z模组的结构示意图。附图6是本发明机器外壳的示意图。附图7是本发明的外形示意图。附图中所示标号：1、挤出机构；11、大铝块；12、42步进电机；13、送丝盒；14、喉管；15、加热铝块；16、喷嘴；17、风扇；2、X轴模组；21、X轴立柱；22、X轴滚珠丝杠；23、X轴直线导轨；24、第三固定夹板；25、X轴电机；26、X轴铝块；3、Y轴模组；31、Y轴立柱；32、第一固定夹板；33、第二固定夹板；34、连接固定板；35、Y轴直线导轨；36、Y轴滚珠丝杠；37、Y轴铝块；38、Y轴带轮；39、Y轴同步带；4、Z轴模组；41、固定板；42、Z轴滚珠丝杠；43、Z轴立柱；44、Z轴直线导轨；45、U型夹板；46、Z轴带轮；47、Z轴同步带；48、Z轴电机；5、平台机构；51、打印平台；52、大平台；53、保温棉板；54、平台底封板；55、电热片；6、机器外壳；61、框架；62、顶板；63、侧板；64、门板；65、角轮；66、内侧夹板；67、保温棉夹层；68、外侧封板；7、定位销。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。本发明所述是一种高速高精密3D打印机，主体结构包括三维运动机架、挤出机构1、平台机构5和机器外壳6，所述机器外壳6将三维运动机架、挤出机构1、平台机构5包覆在内，所述三维运动机架包括X轴模组2、Y轴模组3和Z轴模组4，所述Z轴模组4包括两个对称且水平设置的固定板41，所述固定板41上沿Z轴竖直的转动连接有Z轴滚珠丝杠42，两个所述Z轴滚珠丝杠42的转速同步，所述固定板41的两端均沿Z轴方向竖直的设有Z轴立柱43，采用的4个Z轴立柱43，使整个机架的刚性及稳定性显著提高，有效抵抗打印时机械传动的作用力，使其能够抑制高速打印的所带来的抖动，提高打印精度。所述Z轴立柱43与机器外壳6通过多个定位销7销连接，保证了其上Z轴直线导轨44定位的精准，提高打印成线的直线度和稳定性，提高了Z轴模组4的整体精度。每个所述Z轴立柱43上均沿Z轴竖直的安装有两个Z轴直线导轨44，所述Z轴滚珠丝杠42上的丝母以及Z轴直线导轨44上的滑块均固定于平台机构5上，每个Z轴立柱43上配置2个Z轴滑轨，并通过两个Z轴滚珠丝杠42进行传动定位，不但显著缩小与预设Z轴数据的偏差，而且使平台机构5的各方向受理均衡，使其在进行打印工作时几乎无抖动，在Z轴上的定位更加精准、稳定，更能适应高速打印对传动稳定及机架刚性的需求。所述Y轴模组3固定安装于Z轴立柱43的顶端，所述X轴模组2包括X轴立柱21，所述X轴立柱21设置于Y轴模组3上且沿Y轴方向与Y轴模组3滑动连接，所述X轴立柱21上沿X轴安装有X轴滚珠丝杠22及两个上下对称的X轴直线导轨23，使挤出机构1的安装基础更加稳固，受力均匀，降低晃动及角度倾斜情况，机械强度更高，有利于打印精度及打印速度的提高。所述挤出机构1安装于X轴滚珠丝杠22的丝母以及两个X轴直线导轨23的滑块上。所述固定板41的底侧固定连接有开口向上的U型夹板45，所述Z轴滚珠丝杠42的底端连接有与其轴心线相对应的Z轴带轮46，所述Z轴带轮46固定于U型夹板45的槽底，两个所述Z轴带轮46上缠绕有与其相配合使用的Z轴同步带47，其中一个所述Z轴带轮46上安装有Z轴电机48。所述Z轴模组4的两个Z轴滚珠丝杠42通过Z轴同步带47实现同步传动，保证传动的一致性，增加空间定位的精准度。所述平台机构5包括自上而下依次设置的打印平台51、大平台52、保温棉板53、平台底封板54，所述打印平台51与大平台52可拆卸连接，采用抽拉式设置，使取下模型的操作更加方便快捷，有利于对模型的保护，增加了实用性。所述大平台52的两侧与Z轴滚珠丝杠42上的丝母以及Z轴直线导轨44上的滑块销连接，所述大平台52的底面设有凹槽，所述凹槽内设有电热片55，所述大平台52采用内埋式结构设有电热片55，提高了加热效率，且保温棉板53的设置使温度的控制更加柔和均匀。所述大平台52、保温棉板53和平台底封板54依次固定连接。所述Y轴模组3包括两个对称设置的Y轴立柱31，所述Y轴立柱31的两端分别与同侧的两个Z轴立柱43的顶端固定连接，所述Y轴立柱31的一端设有第一固定夹板32且另一端设有第二固定夹板33，两个第一固定夹板32之间固定连接有连接固定板34，所述Y轴立柱31上沿Y轴方向设有Y轴直线导轨35，同一Y轴立柱31两端的第一固定夹板32与第二固定夹板33之间沿Y轴方向安装有Y轴滚珠丝杠36，同侧的Y轴直线导轨35的滑块以及Y轴滚珠丝杠36的丝母均固定于Y轴铝块37上，所述Y轴滚珠丝杠36与第一固定夹板32相邻的一端连接有Y轴带轮38，所述Y轴带轮38上安装有Y轴电机，两个所述Y轴带轮38之间缠绕有与其相配合使用的Y轴同步带39。所述Y轴采用双联动设计，通过设置于X轴模组2两端的传动机构共同定位X模组在Y轴方向上的位置，传动精度更高，连接更加稳定，能有效降低抖动，提高打印精度。两个Y轴滚珠丝杠36通过Y轴同步带39实现同步传动，保证传动的一致性。所述X轴立柱21的两端分别固定安装于两个Y轴铝块37上，所述X轴立柱21为U型钢板且其两端均设有第三固定夹板24，所述X轴滚珠丝杠22的两端分别与两个第三固定夹板24轴向转动连接，其中一个第三固定夹板24上固定有X轴电机25，所述X轴电机25的输出端与X轴滚珠丝杠22的一端连接，所述X轴直线导轨23上下对称的安装于X轴立柱21的槽底，X轴滚珠丝杠22的丝母以及两个X轴直线导轨23的滑块均固定于X轴铝块26上，所述挤出机构1与X轴铝块26固定安装。所述挤出机构1包括大铝块11以及安装在大铝块11上并依次连接的42步进电机12、送丝盒13、喉管14、加热铝块15和喷嘴16，所述大铝块11上还安装有风扇17，所述大铝块11固定安装于X轴铝块26上。所述机器外壳6包括框架61以及固定在框架61上的顶板62、侧板63、门板64和角轮65，所述顶板62、侧板63、门板64共同围合为一个闭合的矩形柜壳，防止烫伤的同时，增加了保温性，使挤出更加顺畅。所述侧板63包括自内而外依次连接的内侧夹板66、保温棉夹层67和外侧封板68。所述侧板63内设有保温棉夹层67，有效降低热量损失，使打印过程中的温度更加恒定，有利于对打印质量的控制。所述顶板62、门板64、外侧封板68均为钣金件，所述门板64上设有透明观察区。方便对打印过程的实时观察。所述机器外壳6内还设有空气过滤器。能将打印过程中产生的有害物质以及空气污染物吸附过滤，提高打印附近区域的环境质量。实施例1：本发明所述是一种高速高精密3D打印机，主体结构包括三维运动机架、挤出机构1、平台机构5和机器外壳6，所述机器外壳6将三维运动机架、挤出机构1、平台机构5包覆在内，所述机器外壳6包括框架61以及固定在框架61上的顶板62、侧板63、门板64和角轮65，所述顶板62、门板64、外侧封板68均为钣金件，所述顶板62、侧板63、门板64共同围合为一个闭合的矩形柜壳，所述门板64上设有透明观察区。所述侧板63包括自内而外依次连接的内侧夹板66、保温棉夹层67和外侧封板68。所述三维运动机架包括X轴模组2、Y轴模组3和Z轴模组4，所述Z轴模组4包括两个对称且水平设置的固定板41，所述固定板41上沿Z轴竖直的转动连接有Z轴滚珠丝杠42，所述固定板41的中央安装有带轴承的丝杠轴承座，所述Z轴滚珠丝杠42通过丝杠轴承座与固定板41轴向转动连接，所述固定板41的底侧固定连接有开口向上的U型夹板45，所述Z轴滚珠丝杠42的底端连接有与其轴心线相对应的Z轴带轮46，所述Z轴带轮46固定于U型夹板45的槽底，两个所述Z轴带轮46上缠绕有与其相配合使用的Z轴同步带47，其中一个所述Z轴带轮46上安装有Z轴电机48，Z轴电机48为86步进电机。所述固定板41的两端均沿Z轴方向竖直的设有Z轴立柱43，所述Z轴立柱43与机器外壳6通过多个定位销7销连接，每个所述Z轴立柱43上均沿Z轴竖直的安装有两个Z轴直线导轨44，所述Z轴滚珠丝杠42上的丝母以及Z轴直线导轨44上的滑块均固定于平台机构5上，所述平台机构5包括自上而下依次设置的打印平台51、大平台52、保温棉板53、平台底封板54，所述打印平台51与大平台52可拆卸连接，所述大平台52的两侧与Z轴滚珠丝杠42上的丝母以及Z轴直线导轨44上的滑块销连接，所述大平台52的底面设有凹槽，所述凹槽内设有电热片55，所述大平台52、保温棉板53和平台底封板54依次固定黏接。所述Y轴模组3包括两个对称设置的Y轴立柱31，所述Y轴立柱31的两端分别与同侧的两个Z轴立柱43的顶端固定连接，所述Y轴立柱31的一端设有第一固定夹板32且另一端设有第二固定夹板33，两个第一固定夹板32之间固定连接有连接固定板34，所述Y轴立柱31上沿Y轴方向设有Y轴直线导轨35，同一Y轴立柱31两端的第一固定夹板32与第二固定夹板33之间沿Y轴方向安装有Y轴滚珠丝杠36，所述Y轴滚珠丝杠36的通过轴承与两端的第一固定夹板32及第二固定夹板33轴向转动连接，同侧的Y轴直线导轨35的滑块以及Y轴滚珠丝杠36的丝母均固定于Y轴铝块37上，所述Y轴滚珠丝杠36与第一固定夹板32相邻的一端连接有Y轴带轮38，所述Y轴带轮38上安装有Y轴电机，所述Y轴电机为57步进电机，两个所述Y轴带轮38之间缠绕有与其相配合使用的Y轴同步带39。所述X轴模组2包括X轴立柱21，所述X轴立柱21的两端分别固定安装于两个Y轴铝块37上，所述X轴立柱21为U型钢板且其两端均设有第三固定夹板24，所述X轴滚珠丝杠22的两端通过轴承分别与两个第三固定夹板24轴向转动连接，其中一个第三固定夹板24上固定有X轴电机25，所述X轴电机25为57步进电机，所述X轴电机25的输出端与X轴滚珠丝杠22的一端连接，所述X轴立柱21的槽底沿X轴上下对称的安装有两个X轴直线导轨23，X轴滚珠丝杠22的丝母以及两个X轴直线导轨23的滑块均固定于X轴铝块26上，所述挤出机构1与X轴铝块26固定安装。所述挤出机构1包括大铝块11以及安装在大铝块11上并依次连接的42步进电机12、送丝盒13、喉管14、加热铝块15和喷嘴16，所述大铝块11上还安装有风扇17，所述大铝块11固定安装于X轴铝块26上。实施例2：本发明所述是一种高速高精密3D打印机，主体结构包括三维运动机架、挤出机构1、平台机构5和机器外壳6，所述机器外壳6将三维运动机架、挤出机构1、平台机构5包覆在内，所述机器外壳6内设有空气过滤器，所述三维运动机架包括X轴模组2、Y轴模组3和Z轴模组4，所述Z轴模组4包括两个对称且水平设置的固定板41，所述固定板41上沿Z轴竖直的转动连接有Z轴滚珠丝杠42，两个所述Z轴滚珠丝杠42通过86步进电机驱动，且转速同步。所述固定板41的两端均沿Z轴方向竖直的设有Z轴立柱43，所述Z轴立柱43与机器外壳6通过多个定位销7销连接，每个所述Z轴立柱43上均沿Z轴竖直的安装有两个Z轴直线导轨44，所述Z轴滚珠丝杠42上的丝母以及Z轴直线导轨44上的滑块均固定于平台机构5上，所述Y轴模组3包括两个对称设置的Y轴立柱31，所述Y轴立柱31的两端分别与同侧的两个Z轴立柱43的顶端固定连接，所述Y轴立柱31的一端设有第一固定夹板32且另一端设有第二固定夹板33，两个第一固定夹板32之间固定连接有连接固定板34，所述Y轴立柱31上沿Y轴方向设有Y轴直线导轨35，同一Y轴立柱31两端的第一固定夹板32与第二固定夹板33之间沿Y轴方向安装有Y轴滚珠丝杠36，两个所述Y轴滚珠丝杠36通过57步进电机驱动且转速同步，同侧的Y轴直线导轨35的滑块以及Y轴滚珠丝杠36的丝母均固定于Y轴铝块37上，所述X轴模组2包括X轴立柱21，所述X轴立柱21的两端分别固定安装于两个Y轴铝块37上，所述X轴立柱21上沿X轴安装有X轴滚珠丝杠22及两个上下对称的X轴直线导轨23，所述X轴滚珠丝杠22通过57步进电机驱动，所述挤出机构1安装于X轴滚珠丝杠22的丝母以及两个X轴直线导轨23的滑块上。所述X轴立柱21、Y轴立柱31、Z轴立柱43均为45号钢立柱。