一种3D打印机及3D打印方法与流程

本发明涉及3D打印技术领域，具体涉及一种能够自打印Z轴导轨的3D打印机及3D打印方法。

背景技术：

3D打印机又称三维打印机(3DP)，是一种累积制造技术，即快速成形技术的一种机器，它是一种数字模型文件为基础，运用特殊蜡材、粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过打印一层层的粘合材料来制造三维的物体。

3D打印机包括打印头、打印平台、打印机支架、X轴移动机构、Y轴移动机构、Z轴移动机构。打印头通常设置在X轴移动机构上，工作时，X轴移动机构上的X轴驱动电机带动设置在其上的打印头沿X方向移动；Y轴移动机构上的Y轴驱动电机需同时带动X轴移动机构和打印头沿Y方向移动；Z轴移动机构上的Z轴驱动电机带动打印平台在Z轴方向(竖直方向)移动。X、Y轴移动机构通常采用带传动，Z轴移动机构通常采用精度较高的螺杆传动。

现有技术的3D打印机受其整体结构尺寸的限制，打印的工件的尺寸也受到了相应的限制。随着3D打印机越来越普及，如何使3D打印机更便携，以及如何让更小尺寸的3D打印机能够打印出更大尺寸的工件，也成为亟需解决的问题。特别是有一类工件，其X、Y方向的尺寸较小，但Z向的尺寸较大，像管状物件、杆件等，由于其Z向的尺寸很大，该类物件通常也需要较大尺寸的3D打印机进行打印，采用大型3D打印机打印不仅不便携，而且成本更高。

技术实现要素：

本发明的发明目的是为了解决现有技术的不足，提供一种能够自打印Z轴导轨的3D打印机及适用于该3D打印机的打印方法，该3D打印机逐层打印工件的同时，打印Z轴导轨，打印而成的Z轴导轨高度与工件高度一致，使3D打印机允许打印Z向尺寸范围更大的工件；且自行打印的Z轴导轨可卸除，大大减小了3D打印机Z向的尺寸，使3D打印机更便携。

为了实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：

一种3D打印机，包括打印头、打印平台、打印机支架、控制打印头在X向移动的X轴移动机构、控制X轴移动机构在Y向移动的Y轴移动机构、控制打印平台在Z向移动的Z轴移动机构，所述打印头安装在X轴移动机构上，所述X轴移动机构安装在Y轴移动机构上，Z轴移动机构包括设置在打印平台两侧的Z轴导轨、Z轴移动件和用于驱动Z轴移动件沿Z轴导轨做直线运动的Z轴驱动装置，所述打印平台与Z轴移动件固定并跟随Z轴移动件同步运动，所述Z轴导轨包括用于打印平台进一步向下移动的延伸部，所述延伸部由打印头打印制成，并且其高度增加量与打印工件的高度增加量相同；Z轴导轨包括固有部，所述固有部下端与打印机支架固定连接，固有部上端端面与打印平台在同一平面上，所述延伸部连接于所述固有部上端端面上。

作为优选，所述延伸部与固有部可拆卸连接。拆除延伸部后，3D打印机整体高度降低，更便携。

Z轴移动机构可以采用驱动轮配合直板，通过驱动轮夹紧直板实现上下移动，但作为优选，所述Z轴导轨为齿条，所述Z轴移动件为齿轮，Z轴移动件与Z轴导轨相啮合。采用齿轮齿条方式传动更平稳，且更容易控制每层层高的精度。

作为优选，所述齿轮的齿距与3D打印机打印一层的层高相同。这样每打印一层，齿轮和齿条转过一个齿，更易操控。

由于Z向移动为间断性的上移，作为优选，所述Z轴驱动装置为步进电机。

一种适用于上述3D打印机的3D打印方法，包括：

步骤1：初始时，保持Z轴导轨的上端面与打印平台齐平；

步骤2：启动X轴移动机构和Y轴移动机构，打印头于打印平台上打印第一层工件，同时于Z轴导轨上打印用于供Z轴移动件移动的第一层延伸部；

步骤3：启动Z轴驱动装置，Z轴驱动装置带动Z轴移动件下移一个层高的距离，同时带动打印平台下移一个层高的距离；停止Z轴驱动装置，启动X轴移动机构和Y轴移动机构，打印第2层工件及第二层延伸部；

步骤4：重复以上步骤3，产品高度和Z轴导轨的高度逐层同步增加；打印完最后一层工件及Z轴导轨后，停止打印；

步骤5：取下工件，Z轴移动件退回初始位置，移除打印制成的Z轴导轨。

采用本发明的3D打印机及3D打印方法，有益效果如下：

该3D打印机逐层打印工件的同时，打印Z轴导轨，Z轴导轨高度与工件高度同步增加，打印而成的Z轴导轨高度与工件高度保持一致，增加了被打印工件高度尺寸的灵活性，使3D打印机允许打印Z向尺寸范围更大的工件；且自行打印Z轴导轨可卸除，大大减小了3D打印机Z向的尺寸，使3D打印机更便携。

附图说明

图1为本发明实施例3D打印机的结构示意图；

图2为图1中A处的局部放大图；

图3为实施例3D打印机打印较低尺寸工件时的结构示意图；

图4为实施例3D打印机打印较高尺寸工件时的结构示意图。

附图标记：1、打印机支架；2、打印平台；3、打印头；31、打印喷嘴；4、X轴移动机构；41、X轴滑轨；5、Y轴移动机构；51、Y轴滑轨；6、Z轴移动机构；61、固有部；62、延伸部；63、Z轴驱动装置；64、Z轴移动件；7、工件。

具体实施方式

下面结合附图对发明做进一步描述。

如图1至4所示的一种3D打印机，包括打印机支架1、打印平台2、打印头3、控制打印头3在X向移动的X轴移动机构4、控制打印头3在Y向移动的Y轴移动机构5、控制打印平台2在Z向移动的Z轴移动机构6。

打印头3上设置打印喷嘴31，固态原料通过热熔挤出机构融化成液体原料，打印喷嘴31通过挤出原料的方式打印出各种工件7。

打印头3通过X轴移动机构4、Y轴移动机构5、Z轴移动机构6实现相对于打印平台的X、Y、Z三个方向的移动。具体地，X轴移动机构4包括沿X轴方向延伸的X轴滑轨41、位于X轴滑轨41一端的X轴驱动电机、X轴主动轮和X轴从动轮，其中X轴驱动电机与X轴主动轮直接相连并驱动X轴主动轮转动，X轴从动轮位于X轴滑轨另一端，X轴主动轮和X轴从动轮通过皮带传动相连。打印头3安装在X轴滑轨41上，通过带传动，打印头3沿X轴滑轨41做往复直线运动。

与X轴移动机构4类似，Y轴移动机构5也包括平行设置的两根Y轴滑轨51、位于Y轴滑轨51一侧的Y轴驱动电机、与Y轴驱动电机直接相连的Y轴主动轮、Y轴从动轮，Y轴从动轮位于Y轴滑轨另一侧，Y轴主动轮和Y轴从动轮通过皮带传动相连。X轴移动机构安装在Y轴滑轨上，通过带传动，X轴移动机构沿Y轴滑轨做往复直线运动，即实现了打印头的Y向移动。

Z轴移动机构6包括Z轴驱动装置63、Z轴导轨、沿着Z轴导轨做直线运动的Z轴移动件64。打印平台2与Z轴移动件64固定相连，并跟随Z轴移动件64同步运动，从而实现打印平台2的Z向移动。Z轴导轨有两个，平行设置在打印平台两侧Z轴导轨包括固有部61和与固有部连接的延伸部62，所述延伸部62由打印头3打印制成，并且Z轴导轨的高度随工件高度的增加而逐层增加。

如图3为打印较低的工件的状态，图4为打印较高的工件的状态，该3D打印机逐层打印工件的同时，打印Z轴导轨，Z轴导轨的高度与工件高度一致，，使得被打印工件的Z向尺寸范围更灵活。打印完后，可移除Z轴导轨延伸段，大大减小了3D打印机Z向的尺寸，使3D打印机更便携。

Z轴移动机构6可以采用驱动轮配合直板，通过驱动轮夹紧直板实现上下移动，但采用齿轮齿条方式传动更平稳，且更容易控制每层层高的精度。所以本实施例中Z轴导轨为固定于打印机支架1上的齿条，Z轴移动件64为与所述齿条相啮合的齿轮。为了便于控制，Z轴驱动装置63采用步进电机，优选的方式是，步进电机每转动一步，齿轮和齿条转动一个齿距，该齿距即为层高。

为了使3D打印机尺寸更小、更便携，打印完成后，可以移除Z轴导轨的延伸部62，以便于下一次打印。

使用上述3D打印机打印工件的具体方法如下：

初始时，Z轴移动件64位于Z轴导轨的固有部61上，保持Z轴导轨的上端面与打印平台2齐平；

启动X轴移动机构4和Y轴移动机构5，打印头3打印第一层工件，同时打印用于供Z轴移动件移动的第一层Z轴导轨延伸部；

启动Z轴驱动装置63，Z轴驱动装置63带动Z轴移动件64沿着Z轴导轨延伸部62移动一个层高的距离，同时带动打印平台2下移一个层高的距离；停止Z轴驱动装置63，启动X轴移动机构4和Y轴移动机构5，打印第2层工件及第二层Z轴导轨延伸部；

重复以上步骤3，工件高度和Z轴导轨的高度逐层增加；打印完最后一层工件及Z轴导轨后，停止打印；

取下工件，Z轴移动件64退回初始位置，移除打印制成的Z轴导轨延伸部。

以上所述使本发明的优选实施方式，对于本领域的普通技术人员来说不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干变型和改进，这些也应视为本发明的保护范围。