一种3D打印机的制作方法

本发明涉及一种打印机，尤其是涉及一种3D打印机。

背景技术：

3D打印技术的基本原理为“逐层打印、层层叠加”，即先通过CAD软件生成三维模型，然后由上位机切片软件对其切片并生成包含打印路径信息的代码文件，最后导入下位机控制器来控制整个机器的运转，从而实现模型的打印。

但是，现有的3D打印机的打印速度较慢且打印效果颇为粗糙，它与消费者所期望的价格低廉、打印速度快且打印效果好具有较大差距。现有的3D打印机存在如下缺陷：

1、打印机的X轴与Y轴运动机构设计不同，会导致X轴与Y轴的运动惯量和阻力不同，这样打印轨迹在打印平台上快速变化时实际的打印效果与理论打印效果之间将存在偏差，打印物品的效果较为粗糙甚至局部变形；

2、X轴和/或Y轴传动采用一次以上的皮带传动，因皮带具有弹性，这样喷嘴在改变运动方向时容易出现位置偏差，将使得打印物品的精度降低；另外，X轴和/或Y轴传动采用刚性连接的传动机构(如齿轮传动)，传动机构间的间隙也将导致喷嘴在改变运动方向时容易出现位置偏差，并使得打印物品的精度降低；

3、挤出机与喷嘴通常都是为一体化设计，这样可简化设计并降低成本，但是挤出机所采用的电机设置在喷嘴上，将增大喷嘴的运动惯量，从而使得喷嘴加减速性能大幅下降，便导致打印机的速度降低，另外，挤出机的推进力是来自于塑料丝的反作用力，挤出机与喷嘴的一体化设计必然导致加热头与挤出机在一起，加热头将使得挤出机中的塑料丝升温，挤出机中的塑料丝受热变软会导致塑料丝的反作用力减小而不能精确挤出，甚至因为塑料丝熔断而堵塞喷嘴造成打印中断。

技术实现要素：

基于此，本发明在于克服现有技术的缺陷，提供一种3D打印机，它能够实现快速打印，且打印精度高。

其技术方案如下：一种3D打印机，包括：框架；第一导向轴与第二导向轴，所述第一导向轴与所述第二导向轴之间具有夹角，所述第一导向轴两端、所述第二导向轴两端均与所述框架滑动配合；打印头，所述打印头与所述第一导向轴、所述第二导向轴相连，且所述打印头能够沿着所述第一导向轴移动，所述打印头能够沿着所述第二导向轴移动，第一驱动机构与第二驱动机构，所述第一驱动机构、所述第二驱动机构与所述打印头传动相连，所述第一驱动机构用于驱动所述打印头沿着所述第一导向轴移动，所述第二驱动机构用于驱动所述打印头沿着所述第二导向轴移动。

在其中一个实施例中，所述打印头设有第一轴套与第二轴套，所述第一轴套套接所述第一导向轴，且所述第一轴套能够沿着所述第一导向轴移动；所述第二轴套套接所述第二导向轴，且所述第二轴套能够沿着所述第二导向轴移动。

在其中一个实施例中，所述框架设有两个第三导向轴与两个第四导向轴，两个所述第三导向轴之间并列间隔设置，所述第一导向轴两端均连接有第三轴套，两个所述第三轴套分别套接在两个所述第三导向轴上，且所述第三轴套能够沿着所述第三导向轴移动；两个所述第四导向轴之间并列间隔设置，所述第二导向轴两端均连接有第四轴套，两个所述第四轴套分别套接在两个所述第二导向轴上，且所述第四轴套能够沿着所述第四导向轴移动。

在其中一个实施例中，所述第一驱动机构包括第一电机、第一驱动带、第一滑轮及装设所述第一滑轮的第一滑轮安装座，所述第一电机装设在第一导向轴的一端，所述第一滑轮安装座装设在所述第一导向轴的另一端，所述第一驱动带套接在所述第一电机的转矩输出轴与所述第一滑轮上，所述第一驱动带与所述打印头传动相连；所述第二驱动机构包括第二电机、第二驱动带、第二滑轮及装设所述第二滑轮的第二滑轮安装座，所述第二电机装设在第二导向轴的一端，所述第二滑轮安装座装设在所述第二导向轴的另一端，所述第二驱动带套接在所述第二电机的转矩输出轴与所述第二滑轮上，所述第二驱动带与所述打印头传动相连。

在其中一个实施例中，所述打印头包括挤出机构、喷嘴及用于对喷嘴进行加热的加热机构，所述挤出机构设置在所述框架上，所述挤出机构通过料管与所述喷嘴相连通，所述喷嘴、所述加热机构均装设在座体上，所述座体与所述第一导向轴、所述第二导向轴相连。

在其中一个实施例中，还包括设置在所述框架上的升降机构与位于所述打印头下方的平台机构，所述升降机构与所述平台机构传动相连，所述升降机构用于驱动所述平台机构升降动作。

在其中一个实施例中，所述平台机构包括基座与位于所述基座上方的打印平台，所述打印平台通过多个螺栓与所述基座相连。

在其中一个实施例中，所述升降机构包括第三电机、与所述第三电机的转矩输出轴传动相连的螺杆，所述基座设有螺纹通孔与导向通孔，所述螺纹通孔的螺纹与所述螺杆的螺纹相配合，所述螺杆装入到所述螺纹通孔中，所述框架设有第五导向轴，所述第五导向轴与所述螺杆并列设置，且所述第五导向轴装入所述导向通孔中。

在其中一个实施例中，还包括打印控制模块，所述打印控制模块与第一电机、第二电机及所述第三电机电性连接。

在其中一个实施例中，所述框架为通过铸造或焊接后去应力所形成的一体化框架。

下面结合上述技术方案对本发明的原理、效果进一步说明：

1、上述的3D打印机，第一驱动机构、第二驱动机构可以驱动打印头沿着第一导向轴、第二导向轴移动，打印头便可以在第一导向轴与第二导向轴构成的二维平面上移动，并在运动至相应打印位置时进行打印动作。本发明打印头在第一驱动机构与第二驱动机构的驱动下易于实现加减速，这样能够实现快速打印，且打印精度高。

2、第一导向轴与第二导向轴，第三导向轴与第四导向轴，它们仅仅是交错设置，但结构上基本甚至可以完全相同。如此，便可确保第一导向轴与第二导向轴具有基本相同甚至完全相同的惯量和阻力，使喷嘴在第一导向轴与第二导向轴构成的二维平面做矢量运动时更快更平顺，可以确保喷嘴高速运动也能精确定位，能大幅提升打印速度与精度。轴套滑动配合方式能确保打印头在电机的驱动下快速平滑移动。

3、第一驱动机构包括第一电机、第一驱动带、第一滑轮及装设第一滑轮的第一滑轮安装座。第一电机装设在第一导向轴的一端，第一滑轮安装座装设在第一导向轴的另一端。第一驱动带套接在第一电机的转矩输出轴与第一滑轮上，第一驱动带与打印头传动相连。第二驱动机构包括第二电机、第二驱动带、第二滑轮及装设第二滑轮的第二滑轮安装座。第二电机装设在第二导向轴的一端，第二滑轮安装座装设在第二导向轴的另一端。第二驱动带套接在第二电机的转矩输出轴与第二滑轮上，第二驱动带与打印头传动相连。采用驱动带一次传动方式可避免多次传动中皮带弹性误差的累加及刚性传动间隙引起的方向改变时的位置偏差现象，使打印机具有最优的重复定位精度，实现高精度打印。

4、挤出机构和喷嘴采用分离式设计，这样挤出机构从打印头中分离出将使得喷嘴的运动惯量减小，如此有利于第一驱动机构与第二驱动机构驱动喷嘴进行快速打印。另外，挤出机构设置在框架上，便远离喷嘴上的加热机构，这样能避免挤出机构中的塑料丝受热变软影响挤出精度及熔断堵塞不良现象。

5、打印控制模块与第一电机、第二电机及所述第三电机电性连接。打印控制模块接收到打印数据后，便相应控制第一电机、第二电机及第三电机移动，同时控制喷嘴向平台机构进行喷料，第一电机、第二电机、第三电机与喷嘴相互配合共同完成在平台机构上的3D打印操作。

6、打印平台通过多个螺栓与基座相连。通过调整螺栓与打印平台的连接位置，便可以相应调整打印平台相对于第一导向轴、第二导向轴构成的二维平面的平行度，从而能使得打印平台与第一导向轴、第二导向轴构成的二维平面相平行，以提高本发明打印精度。

7、框架为通过铸造或焊接后去应力形成的一体化框架，采用一体化框架使得打印机整体具有极高的刚性，确保不会因为运动机构的运动造成框架振动而引起打印头移位。

附图说明

图1为本发明所述3D打印机的结构示意图一；

图2为本发明所述3D打印机的结构示意图二；

图3为本发明所述3D打印机的结构示意图三。

附图标记说明：

10、框架，11、第三导向轴，12、第四导向轴，13、第五导向轴，20、第一导向轴，21、第三轴套，30、第二导向轴，31、第四轴套，41、第一轴套，42、第二轴套，43、挤出机构，44、喷嘴，45、料管，51、第一电机，52、第一驱动带，53、第一滑轮安装座，61、第二电机，62、第二驱动带，63、第二滑轮安装座，71、基座，72、打印平台，73、螺栓，80、第三电机，81、螺杆。

具体实施方式

下面对本发明的实施例进行详细说明：

如图1-3所示，本发明所述的3D打印机，包括框架10、第一导向轴20、第二导向轴30、打印头、第一驱动机构与第二驱动机构。

所述第一导向轴20与所述第二导向轴30之间具有夹角，在本发明实施例中，第一导向轴20与第二导向轴30之间相互垂直。所述第一导向轴20两端、所述第二导向轴30两端均与所述框架10滑动配合。该滑动配合方式包括轴套与轴的相互滑动配合方式，以及滑轮与滑轨的相互滑动配合方式。所述打印头与所述第一导向轴20、所述第二导向轴30相连，且所述打印头能够沿着所述第一导向轴20移动，所述打印头能够沿着所述第二导向轴30移动。所述第一驱动机构、所述第二驱动机构与所述打印头传动相连。所述第一驱动机构用于驱动所述打印头沿着所述第一导向轴20移动，所述第二驱动机构用于驱动所述打印头沿着所述第二导向轴30移动。这样，第一驱动机构动作后，便可以驱动打印头沿着第一导向轴20移动，并由于第二导向轴30端部与框架10滑动配合，打印头沿着第一导向轴20移动过程中将带动第二导向轴30移动。同样的，第二驱动机构动作后，便可以驱动打印头沿着第二导向轴30移动，并由于第一导向轴20端部与框架10滑动配合，打印头沿着第二导向轴30移动过程中将带动第一导向轴20移动。从而，打印头便可以在第一导向轴20与第二导向轴30构成的二维平面上随意移动，并在运动相应打印位置时可以进行打印动作。

上述的3D打印机，第一驱动机构、第二驱动机构可以驱动打印头沿着第一导向轴20、第二导向轴30移动，即打印头可以在第一导向轴20与第二导向轴30构成的二维平面上随意移动，并当运动至相应打印位置时进行打印动作。打印头在第一驱动机构与第二驱动机构的驱动下易于实现加速或减速动作，这样能够实现快速打印，且打印精度高。

其中，所述打印头设有第一轴套41与第二轴套42，第一轴套41与第二轴套42相互垂直设置。所述第一轴套41套接所述第一导向轴20，且所述第一轴套41能够沿着所述第一导向轴20移动。所述第二轴套42套接所述第二导向轴30，且所述第二轴套42能够沿着所述第二导向轴30移动。所述框架10设有两个第三导向轴11与两个第四导向轴12。两个所述第三导向轴11之间并列间隔设置。所述第一导向轴20两端均连接有第三轴套21，两个所述第三轴套21分别套接在两个所述第三导向轴11上，且所述第三轴套21能够沿着所述第三导向轴11移动。两个所述第四导向轴12之间并列间隔设置。所述第二导向轴30两端均连接有第四轴套31。两个所述第四轴套31分别套接在两个所述第二导向轴30上，且所述第四轴套31能够沿着所述第四导向轴12移动。轴与套的滑动配合方式能确保打印头在电机的驱动下快速平滑移动。另外，第一导向轴20与第二导向轴30，第三导向轴11与第四导向轴12，它们仅仅是交错设置，但结构上基本相同甚至可以完全相同。如此，便可确保第一导向轴20与第二导向轴30在运动时具有基本相同甚至完全相同的惯量和阻力，使喷嘴44在第一导向轴20与第二导向轴30构成的二维平面做矢量运动时更快更顺畅，可以确保喷嘴44高速运动同时能精确定位，能大幅提升打印速度与精度。

所述第一驱动机构包括第一电机51、第一驱动带52、第一滑轮及装设所述第一滑轮的第一滑轮安装座53。所述第一电机51装设在第一导向轴20的一端，所述第一滑轮安装座53装设在所述第一导向轴20的另一端。所述第一驱动带52套接在所述第一电机51的转矩输出轴与所述第一滑轮上，所述第一驱动带52与所述打印头传动相连。所述第二驱动机构包括第二电机61、第二驱动带62、第二滑轮及装设所述第二滑轮的第二滑轮安装座63。所述第二电机61装设在第二导向轴30的一端，所述第二滑轮安装座63装设在所述第二导向轴30的另一端。所述第二驱动带62套接在所述第二电机61的转矩输出轴与所述第二滑轮上，所述第二驱动带62与所述打印头传动相连。采用驱动带一次传动方式可避免多次传动中皮带弹性误差的累加及刚性传动间隙引起的方向改变时的位置偏差现象，使打印机具有最优的重复定位精度，实现高精度打印。

所述打印头包括挤出机构43、喷嘴44及用于对喷嘴44进行加热的加热机构。所述挤出机构43设置在所述框架10上，所述挤出机构43通过料管45与所述喷嘴44相连通。所述喷嘴44、所述加热机构均装设在座体上，且所述座体与所述第一导向轴20、所述第二导向轴30相连。挤出机构43和喷嘴44采用分离式设计，这样便有如下优点：一、挤出机构43从打印头中分离出将使得喷嘴44的运动惯量减小，如此有利于第一驱动机构与第二驱动机构驱动喷嘴44进行快速打印；二、挤出机构43设置在框架10上，便远离喷嘴44上的加热机构，这样能避免挤出机构43中的塑料丝受热变软影响挤出精度及熔断堵塞不良现象。

所述的3D打印机还包括设置在所述框架10上的升降机构与位于所述打印头下方的平台机构。所述升降机构与所述平台机构传动相连，所述升降机构用于驱动所述平台机构升降动作。所述的3D打印机还包括打印控制模块。所述打印控制模块与所述第一电机51、第二电机61及所述第三电机80电性连接。打印控制模块接收到打印数据后，便相应控制第一电机51、第二电机61及第三电机80移动，同时控制喷嘴44向平台机构进行喷料，第一电机51、第二电机61、第三电机80与喷嘴44相互配合共同完成在平台机构上的3D打印操作。

其中，所述平台机构包括基座71与位于所述基座71上方的打印平台72，所述打印平台72通过多个螺栓73与所述基座71相连。通过调整螺栓73与打印平台72的连接位置，便可以相应调整打印平台72相对于第一导向轴20、第二导向轴30构成的二维平面的平行度，从而能使得打印平台72与第一导向轴20、第二导向轴30构成的二维平面相平行，以提高本发明打印精度。

所述升降机构包括第三电机80、与所述第三电机80的转矩输出轴传动相连的螺杆81。所述基座71设有螺纹通孔与导向通孔。所述螺纹通孔的螺纹与所述螺杆81的螺纹相配合，所述螺杆81装入到所述螺纹通孔中。所述框架10设有第五导向轴13，所述第五导向轴13与所述螺杆81并列设置，且所述第五导向轴13装入所述导向通孔中。这样，当第三电机80转动后，螺杆81相应转动，便驱动基座71沿着第五导向轴13上下移动，从而完成打印平台72的升降动作。

其中，所述框架10为通过铸造或焊接后去应力形成的一体化框架10。采用一体化框架10使得打印机整体具有极高的刚性，确保不会因为运动机构的运动造成框架10振动而引起打印头移位。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。