3D打印机的制作方法

本实用新型涉及3D打印设备技术领域，尤其涉及一种3D打印机。

背景技术：

3D打印机，是快速成形技术的一个机器，以数字模型文件为基础，运用粉末金属或塑料等可打印材料，通过逐层打印的方式来构造物体的设备。3D打印是一种累积制造技术，通过打印一层层的打印材料来制造3D物体，其基本原理是通过把数据和原料放进3D打印机中，机器上的程序会依据数据将产品一层层打印出来。

现有3D打印机每次只能打印一个3D物体，若需打印多个3D物体，采用一台3D打印机连续打印，耗时较长；或者配置多台3D打印机同时打印，打印成本较高。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有3D打印机不能同时打印多个物体的不足，提供一种3D打印机，可实现同时打印多个物体，以提高打印效率，降低打印成本，并实现节能环保目的。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种3D打印机，包括：

至少两个打印头；

至少两个X轴移动机构，每一所述X轴移动机构与一所述打印头相连，用于带动所述打印头沿X轴方向移动；

至少两个Z轴移动机构，每一所述Z轴移动机构与一所述X轴移动机构相连，用于带动所述X轴移动机构沿Z轴方向移动；

打印平台，设置在至少两个所述打印头下方；

Y轴移动机构，设置在所述打印平台下方并与所述打印平台相连，用于带动所述打印平台沿Y轴方向移动；

控制器，与所述打印头、所述X轴移动机构、所述Z轴移动机构和所述Y轴移动机构相连。

优选地，所述X轴移动机构包括沿X轴方向设置的X轴导轨、设置在所述X轴导轨两端的X轴主动轮和X轴被动轮、套设在所述X轴主动轮和所述X轴被动轮上的X轴同步带、与所述X轴主动轮相连的X轴传动电机、以及与所述打印头相连的至少两个X轴导轮；至少两个所述X轴导轮分别设置在所述X轴同步带两侧，并在所述X轴同步带的作用下带动所述打印头沿X轴方向移动。

优选地，所述打印头包括送料电机、与所述送料电机相连的导料管、与所述导料管相连的加热头和与所述加热头相连的打印喷嘴；所述加热头与至少两个所述X轴导轮相连，所述送料电机与所述X轴传动电机相连。

优选地，所述X轴导轨包括两个相对设置的V形槽，所述X轴同步带设置在两个所述V形槽内；所述X轴导轮设有三个，分布在所述X轴同步带两侧。

优选地，所述Z轴移动机构包括沿Z轴方向设置的Z轴导轨、与所述Z轴导轨配合的至少两个Z轴导轮、Z轴步进电机和与所述Z轴步进电机相连的丝杆；所述Z轴导轮与所述X轴移动机构通过一连接件相连，所述连接件上设有一供所述丝杆插入的螺孔；所述螺孔上设有与所述丝杆配合的螺纹。

优选地，所述Z轴移动机构包括沿Z轴方向设置的Z轴导轨、与所述Z轴导轨配合的至少两个Z轴导轮、用于连接至少两个所述X轴导轨的联臂，所述Z轴导轮与所述X轴移动机构通过一连接件相连；

至少一个所述Z轴移动机构还包括Z轴步进电机和与所述Z轴步进电机相连的丝杆，所述连接件上设有一供所述丝杆插入的螺孔；所述螺孔上设有与所述丝杆配合的螺纹；

至少一个所述Z轴移动机构还包括光杆，所述连接件上设有与所述光杆配合的通孔。

优选地，所述Z轴导轨包括两个相对设置的V形槽，至少两个所述Z轴导轮设置在两个所述V形槽内；所述Z轴导轮设有三个，分布在所述Z轴导轨的两个V形槽内。

优选地，所述Y轴移动机构包括沿Y轴方向设置的Y轴导轨、设置在所述Y轴导轨两端的Y轴主动轮和Y轴被动轮、套设在所述Y轴主动轮和所述Y轴被动轮上的Y轴同步带、与所述Y轴主动轮相连的Y轴传动电机、以及与所述打印平台相连的至少两个Y轴导轮；至少两个所述Y轴导轮分别设置在所述Y轴同步带两侧，并在Y轴同步带的作用下带动所述打印平台沿Y轴方向移动。

优选地，所述Y轴导轨包括两个相对设置的V形槽，所述Y轴同步带设置在两个所述V形槽内；所述Y轴导轮设有三个，分布在所述Y轴同步带两侧。

优选地，还包括平衡调节机构；所述平衡调节机构包括支撑板、调节螺丝、控制螺母和弹性件；所述支撑板与至少两个所述Y轴导轮相连；所述调节螺丝一端与所述打印平台相连，另一端穿过所述支撑板与所述控制螺母相连；所述弹性件套设在所述打印平台与所述支撑板之间的调节螺丝上。

本实用新型与现有技术相比具有如下优点：本实用新型所提供的3D打印机，设有至少两个打印头和用于控制任一打印头沿X轴方向移动的X轴移动机构和沿Z轴方向移动的Z轴移动机构，并在打印头下方设有打印平台和用于控制打印平台沿Y轴方向移动的Y轴移动机构，通过控制器可控制X轴移动机构、Y轴移动机构和Z轴移动机构移动，并控制至少两个打印头同时打印物体，提高同时打印多个物体的打印效率并降低同时打印多个物体的打印成本，避免采用单一打印头的3D打印机连续打印多个物体所存在的耗时较长或需配置多个设有单一打印头的3D打印机同时打印所存在的打印成本高等问题出现。本实施例中，仅采用一个控制器可同时控制至少两个打印头、至少两个X轴移动机构、至少两个Z轴移动机构、Y轴移动机构工作，无需采用多个控制器单独控制，有利于降低3D打印机的制造成本，并可避免多个控制器分别控制时需分别设置打印参数，打印效率降低现象出现。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型一实施例中3D打印机的立体图。

图2是图1所示3D打印机的后视图。

图3是图1所示3D打印机的右视图。

图4是本实用新型一实施例中3D打印机的立体图。

图5是图4所示3D打印机的后视图。

图中：10、打印头；11、送料电机；12、导料管；13、加热头；14、打印喷嘴；20、X轴移动机构；21、X轴导轨；22、X轴主动轮；23、X轴被动轮；24、X轴同步带；25、X轴传动电机；26、X轴导轮；30、Z轴移动机构；31、Z轴导轨；32、Z轴导轮；33、Z轴步进电机；34、丝杆；35、光杆；36、联臂；37、横梁；40、Y轴移动机构；41、Y轴导轨；42、Y轴主动轮；43、Y轴被动轮；44、Y轴同步带；45、Y轴传动电机；46、Y轴导轮；50、打印平台；60、平衡调节机构；61、支撑板；62、调节螺丝；63、控制螺母；64、弹性件；70、连接件；71、机台。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

图1-图5分别示出本实施例中的3D打印机。如图1-图5所示，3D打印机包括机台71、至少两个打印头10、至少两个X轴移动机构20、至少两个Z轴移动机构30、打印平台50、Y轴移动机构40以及控制器(图中未示出)。其中，任一Z轴移动机构30和Y轴移动机构40设置在机台71上，任一X轴移动机构20设置在一Z轴移动机构30上，任一打印头10设置在一X轴移动机构20上，打印平台50设置在Y轴移动机构40上。

每一X轴移动机构20与一打印头10相连，用于带动与其相连的打印头10沿X轴方向移动，从而实现控制相应的打印头10沿X轴方向移动，以打印物体。每一Z轴移动机构30安装在机台71上，并与一X轴移动机构20相连，用于带动X轴移动机构20沿Z轴方向移动，以控制与X轴移动机构20相连的打印头10沿Z轴方向移动。打印平台50设置在至少两个打印头10下方，用于盛放至少两个打印头10打印出的3D物体。Y轴移动机构40安装在打印平台50下方的机台71上，并与打印平台50相连，用于带动打印平台50沿Y轴方向移动，以使打印平台50可相对于打印头10沿Y轴方向移动，从而实现控制打印头10沿Y轴方向移动，以打印物体。控制器设置在机台71内，并与打印头10、X轴移动机构20、Z轴移动机构30和Y轴移动机构40相连，用于协调统一控制打印头10、X轴移动机构20、Z轴移动机构30和Y轴移动机构40工作，以实现同时打印至少两个3D物体，以提高打印效率并节省打印成本。

本实施例中，打印平台50可以为长条形的打印平台50，设置在至少两个打印头10下方，可同时盛放至少两个打印头10打印出的3D物体。打印平台50也可以设有至少两个面积较小的呈正方形或矩形的打印平台50，分别设置在一打印头10下方，以盛放对应的打印头10打印出的3D物体。

本实施例所提供的3D打印机，设有至少两个打印头10和用于控制任一打印头10沿X轴方向移动的X轴移动机构20和沿Z轴方向移动的Z轴移动机构30，并在打印头10下方设有用于盛放打印物体的打印平台50和用于控制打印平台50沿Y轴方向移动的Y轴移动机构40，通过控制器可控制X轴移动机构20、Y轴移动机构40和Z轴移动机构30移动，并控制至少两个打印头10同时打印物体，提高同时打印多个物体的打印效率并降低同时打印多个物体的打印成本，避免采用单一打印头10的3D打印机连续打印多个物体所存在的耗时较长或需配置多个设有单一打印头10的3D打印机同时打印存在的打印成本高等问题出现。本实施例中，仅采用一个控制器可同时控制至少两个打印头10、至少两个X轴移动机构20、至少两个Z轴移动机构30、Y轴移动机构40工作，无需采用多个控制器单独控制，有利于降低3D打印机的制造成本，并可避免多个控制器分别控制时需分别设置打印参数，打印效率降低现象出现。

与现有通过X轴移动机构20、Z轴移动机构30和Y轴移动机构40分别控制打印头10沿X轴、Z轴和Y轴方向移动的3D打印机相比，本实施例所提供的3D打印机中，通过至少两个X轴移动机构20和至少两个Z轴移动机构30分别控制对应的打印头10沿X轴和Z轴方向移动，再通过Y轴移动机构40控制设置在打印头10下方的打印平台50沿Y轴方向移动这一结构，可使X轴移动机构20、Z轴移动机构30和Y轴移动机构40的受力更均匀，移动控制精度更高。

如图1-图5所示，打印头10包括送料电机11、与送料电机11相连的导料管12、与导料管12相连的加热头13和与加热头13相连的打印喷嘴14；加热头13与至少两个X轴导轮26相连，送料电机11通过一连接件70与X轴传动电机25相连，以使送料电机11可随X轴传动电机25移动。可以理解地，送料电机11、加热头13和打印喷嘴14与控制器相连，控制器控制送料电机11往加热头13传送打印材料；加热头13对打印材料进行加热，使打印材料融化；融化的打印材料通过打印喷嘴14打印到打印平台50上。

如图1-图5所示，X轴移动机构20包括沿X轴方向设置的X轴导轨21、设置在X轴导轨21两端的X轴主动轮22和X轴被动轮23、套设在X轴主动轮22和X轴被动轮23上的X轴同步带24、与X轴主动轮22相连的X轴传动电机25、以及与打印头10相连的至少两个X轴导轮26。至少两个X轴导轮26分别设置在X轴同步带24两侧，并在X轴同步带24的作用下带动打印头10沿X轴方向移动。

控制器控制X轴移动机构20工作过程如下：控制器向X轴传动电机25发送控制指令，以使X轴传动电机25控制与其相连的X轴主动轮22转动，带动套设在X轴主动轮22和X轴被动轮23上的X轴同步带24和X轴被动轮23转动，从而使X轴同步带24两侧的至少两个X轴导轮26在X轴同步带24的作用下沿X轴方向移动，从而带动与至少两个X轴导轮26相连的打印头10沿X轴方向移动。由于同步带传动具有传动速度快的优点，本实施例中，采用X轴传动电机25带动X轴主动轮22、X轴被动轮23和X轴同步带24，以带动设置在X轴同步带24两侧的至少两个X轴导轮26上的打印头10沿X轴方向快速移动的目的。

本实施例中，X轴导轨21包括两个相对设置的V形槽，X轴同步带24设置在两个V形槽内，至少两个X轴导轮26与设置在两个V形槽内的X轴同步带24接触，并在X轴同步带24的带动下沿X轴方向移动。X轴导轨21上两个V形槽的设置，可避免在X轴同步带24快速传动过程中，X轴同步带24两侧的X轴导轮26脱落或偏离预设位置，影响与X轴导轮26相连的打印头10的沿X轴方向移动的精度。其中，至少两个X轴导轮26分别设置在X轴同步带24两侧，以避免脱落。进一步地，X轴导轮26设有三个，分布在X轴同步带24两侧，利用三角形稳定性原则，可保证三个X轴导轮26固定在X轴同步带24两侧。如图1-图5所示，X轴移动机构20的三个X轴导轮26中，两个设置在X轴同步带24上侧，一个设置在X轴同步带24下侧。

在一具体实施方式中，Z轴移动机构30包括沿Z轴方向设置的Z轴导轨31、与Z轴导轨31配合的至少两个Z轴导轮32、Z轴步进电机33和与Z轴步进电机33相连的丝杆34；Z轴导轮32与X轴移动机构20通过一连接件70相连，连接件70上设有一供丝杆34插入的螺孔(图中未示出)；螺孔上设有与丝杆34配合的螺纹(图中未示出)。具体地，X轴移动机构20中的X轴导轨21的一端和X轴传动电机25与连接件70相连，以使Z轴导轮32沿Z轴方向移动时带动连接件70沿Z轴方向移动，从而控制X轴移动机构20及设置在X轴移动机构20上的打印头10沿Z轴方向移动。

在Z轴移动机构30控制X轴移动机构20沿Z轴方向移动时，控制器控制Z轴步进电机33带动丝杆34转动，螺孔上的螺纹与丝杆34配合，以使设有螺孔的连接件70沿Z轴方向移动，从而带动Z轴导轮32沿Z轴导轨31移动，从而带动X轴移动机构20沿Z轴方向移动。由于3D打印是一种累积制造技术，需打印一层层的打印材料来制造3D物体，需精确控制打印材料在层与层之间的距离，本实施例中Z轴移动机构30采用丝杆传动方式控制X轴移动机构20在Z轴方向移动，具有结构简单、加工方便、成本高、传动轴向力大、可自锁和定位精度高的优点。

在另一具体实施方式中，Z轴移动机构30包括沿Z轴方向设置的Z轴导轨31、与Z轴导轨31配合的至少两个Z轴导轮32、用于连接至少两个X轴导轨21的联臂36，Z轴导轮32与X轴移动机构20通过一连接件70相连。具体地，X轴移动机构20中的X轴导轨21的一端和X轴传动电机25与连接件70相连，以使Z轴导轮32沿Z轴方向移动时带动连接件70沿Z轴方向移动，从而控制X轴移动机构20及设置在X轴移动机构20上的打印头10沿Z轴方向移动。由于至少两个X轴导轨21之间通过联臂36相连，使得至少两个X轴移动机构20形成一受力整体，可通过给其中一个X轴移动机构20施加沿Z轴方向移动的外力，可带动通过联臂36相连的至少两个X轴移动机构20沿Z轴方向移动。

由于至少两个X轴移动机构20对应的X轴导轨21通过联臂36相连，使得至少两个X轴移动机构20形成一受力整体，故至少两个Z轴移动机构30可采用如下结构：至少一个Z轴移动机构30还包括Z轴步进电机33和与Z轴步进电机33相连的丝杆34，连接件70上设有一供丝杆34插入的螺孔；螺孔上设有与所述丝杆34配合的螺纹。除Z轴步进电机33和丝杆34配合的Z轴移动机构30之外，其余至少一个Z轴移动机构30可仅包括光杆35，连接件70上设有与光杆35配合的通孔，光杆35的设置可保证各X轴移动机构20受力平均；而且通过光杆35替代Z轴步进电机33和丝杆34，有利于节省3D打印机的制造成本。进一步地，至少两个Z轴导轨31之间可采用横梁37相连，以使至少两个Z轴导轨31之间形成受力整体，保证通过Z轴步进电机33带动丝杆34转动，控制Z轴导轮32沿Z轴导轨31时，保证受力均匀，避免通过至少两个打印头10打印出的物体因受力不均匀而形状不相同。

在Z轴移动机构30控制X轴移动机构20沿Z轴方向移动时，控制器控制Z轴步进电机33带动丝杆34转动，螺孔上的螺纹与丝杆34配合，以使设有有螺孔的连接件70沿Z轴方向移动，从而带动Z轴导轮32沿Z轴导轨31移动，从而带动X轴移动机构20沿Z轴方向移动。由于3D打印是一种累积制造技术，需打印一层层的打印材料来制造3D物体，需精确控制打印材料在层与层之间的距离，本技术方案中采用丝杆34传动方式控制X轴移动机构20在Z轴方向移动，具有结构简单、加工方便、成本高、传动轴向力大、可自锁和定位精度高的优点。

Z轴导轨31包括两个相对设置的V形槽，至少两个Z轴导轮32设置在两个V形槽内，以避免至少两个Z轴导轮32沿Z轴导轨31移动过程中发生位置偏移，从而控制打印精度。进一步地，Z轴导轮32设有三个，分布在Z轴导轨31的两个V形槽内，利用三角形稳定性原则，可保证三个Z轴导轮32固定在Z轴导轨31两侧。

Y轴移动机构40包括沿Y轴方向设置的Y轴导轨41、设置在Y轴导轨41两端的Y轴主动轮42和Y轴被动轮43、套设在Y轴主动轮42和Y轴被动轮43上的Y轴同步带44、与Y轴主动轮42相连的Y轴传动电机45、以及与打印平台50相连的至少两个Y轴导轮46。至少两个Y轴导轮46分别设置在Y轴同步带44两侧，并在Y轴同步带44的作用下带动打印平台50沿Y轴方向移动。

控制器控制Y轴移动机构40工作过程如下：控制器向Y轴传动电机45发送控制指令，以使Y轴传动电机45控制与其相连的Y轴主动轮42转动，带动套设在Y轴主动轮42和Y轴被动轮43上的Y轴同步带44和Y轴被动轮43转动，从而使Y轴同步带44两侧的至少两个Y轴导轮46在Y轴同步带44的作用下沿Y轴方向移动，从而带动与至少两个Y轴导轮46相连的打印平台50沿Y轴方向移动。由于同步带传动具有传动速度快的优点，本实施例中，采用Y轴传动电机45带动Y轴主动轮42、Y轴被动轮43和Y轴同步带44，以带动设置在Y轴同步带44两侧的至少两个Y轴导轮46上的打印平台50沿Y轴方向快速移动的目的。

本实施例中，Y轴导轨41包括两个相对设置的V形槽，Y轴同步带44设置在两个V形槽内，至少两个Y轴导轮46与设置在两个V形槽内的Y轴同步带44接触，并在Y轴同步带44的带动下沿Y轴方向移动。两个V形槽的设置，可避免在Y轴同步带44快速传动过程中，导致两侧的Y轴导轮46脱落或偏离预设位置，影响与Y轴导轮46相连的打印平台50沿Y轴方向移动的精度。其中，至少两个Y轴导轮46分别设置在Y轴同步带44两侧，以避免脱落。进一步地，Y轴导轮46设有三个，分布在Y轴同步带44两侧，利用三角形稳定性原则，可保证三个Y轴导轮46固定在Y轴同步带44两侧。

本实施例所提供的3D打印机还包括用于连接打印平台50与Y轴移动机构40的平衡调节机构60。其中，平衡调节机构60包括支撑板61、调节螺丝62、控制螺母63和弹性件64。支撑板61与至少两个Y轴导轮46相连，可通过至少两个Y轴导轮46带动支撑板61沿Y轴方向移动。调节螺丝62一端与打印平台50相连，另一端穿过支撑板61与控制螺母63相连，可以理解地，通过调节螺丝62与控制螺母63的配合，可将打印平台50与支撑板61固定相连，以使至少两个Y轴导轮46带动支撑板61沿Y轴方向移动时，打印平台50随之移动。本实施例中，控制螺母63为蝶形螺母，在与调节螺丝62配合的过程中，操作方便，无需使用额外工具控制与调节螺丝62的锁紧和松开。弹性件64套设在打印平台50与支撑板61之间的调节螺丝62上，实现对打印平台50的平衡度调节。弹性件64包括但不限于本实施例所提供的弹簧。

本实用新型是通过上述具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本实用新型范围的情况下，还可以对本实用新型进行各种变换和等同替代。另外，针对特定情形或具体情况，可以对本实用新型做各种修改，而不脱离本实用新型的范围。因此，本实用新型不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本实用新型权利要求范围内的全部实施方式。