3D打印机的制作方法

本发明涉及3d打印设备领域，尤其涉及一种3d打印机。

背景技术：

3d打印机，又称为三维打印机，是一种基于快速成形技术的设备，其以数字模型文件为基础，运用粉末金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印方式来构造物体的累积制造技术。3d打印机是按预设打印程序，将可粘合材料逐层打印出来，以达到打印三维物体的效果。

现有3d打印机包括打印头、x轴移动机构、y轴移动机构和z轴移动机构；x轴移动机构带动打印头沿x轴方向移动，y轴移动机构带动x轴移动机构和打印头沿y轴方向移动，z轴移动机构带动y轴移动机构、x轴移动机构和打印头沿z轴方向移动。x轴移动机构、y轴移动机构和z轴移动机构上各设有一驱动电机，z轴移动机构带动y轴移动机构沿z轴方向移动时，需带动y轴移动机构的驱动电机移动，使得z轴移动机构的负载较重，影响z轴移动机构的控制精度。现有x轴移动机构、y轴移动机构和z轴移动机构上的驱动电机通常为42混合式步进电机，体积较大且质量较重，使得制得的3d打印机结构笨重，无法满足便于携带的需求。

技术实现要素：

本发明提供一种可降低z轴移动机构负载的3d打印机，以解决现有3d打印机的z轴移动机构需带动y轴移动机构的驱动电机沿z轴方向移动，导致负载较重的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种3d打印机，包括底板、打印头、与所述打印头相连的x轴移动机构、与所述x轴移动机构相连的y轴移动机构以及与所述y轴移动机构相连的z轴移动机构；

所述z轴移动机构包括设置在所述底板四个角上的四根丝杆、用于带动所述四根丝杆同步转动的z轴传动组件、以及供所述丝杆穿过并与所述丝杆螺纹配合的连接件；四个所述丝杆包括两个第一丝杆和两个第二丝杆，两个所述第一丝杆设置在所述底板一边上；所述连接件包括套设在所述第一丝杆上的第一连接件和套设在所述第二丝杆上的第二连接件；

所述y轴移动机构包括设置在所述底板上方的两根方轴、用于带动两个所述方轴同步转动的第一传动组件、以及两个平行相对设置的第二传动组件；所述第二传动组件在所述方轴作用下带动所述x轴机构沿y轴方向移动；

所述第一传动组件包括与所述方轴相连的y轴电机、分别套设在两个所述方轴上的两个第一同步轮、以及套设在两个所述第一同步轮上的沿x轴方向设置的第一同步带；

所述第二传动组件包括套设在所述方轴上的第二同步轮、套设在所述第二丝杆上的第三同步轮、以及套设在所述第二同步轮和所述第三同步轮上的沿y轴方向设置的第二同步带；

所述第一连接件与所述第二同步轮固定相连，以带动所述所述第二同步轮沿所述方轴移动；所述第二连接件与所述第三同步轮固定相连，以带动所述第三同步轮沿所述第二丝杆移动。

优选地，所述第一连接件包括平行相对设置的第一连接上部和第一连接下部、连接所述第一连接上部和所述第一连接下部的第一连接中部；所述第二同步轮设置在所述第一连接上部和所述第一连接下部之间；所述第一连接上部和所述第一连接下部均设有一供所述第一丝杆穿过并与所述第一丝杆螺纹配合的螺孔、以及供所述方轴穿过的连接孔。

所述第二连接件包括平行相对设置的第二连接上部和第二连接下部、连接所述第二连接上部和所述第二连接下部的第二连接中部；所述第三同步轮设置在所述第二连接上部和所述第二连接下部之间；所述第二连接上部和所述第二连接下部均设有一供所述第二丝杆穿过与所述第二丝杆配合的螺孔。

优选地，所述3d打印机还包括支承机构，所述x轴移动机构设置在所述支承机构上；所述支承机构设置在两个所述第二同步带上，并在两个所述第二同步带带动下沿y轴方向移动。

优选地，所述支承机构包括两个沿x轴方向平行相对设置的导向轴、以及与两个所述导向轴两端相连的两个固定件；所述固定件与所述第二同步带一侧相连；所述x轴移动机构设置在两个所述导向轴之间。

优选地，两个所述固定件分别与两个所述第二同步带的外侧固定相连；或者两个所述固定件分别与两个所述第二同步带的内侧固定相连。

优选地，所述x轴移动机构包括设置一所述导向轴内侧的传动齿条、以及设置在两个所述导向轴上方的x轴电机，所述x轴电机下方设有与所述传动齿条啮合的传动齿轮。

优选地，所述x轴移动机构还包括分别设置在两个所述导向轴上的两个滑块；所述x轴电机设置在两个所述滑块上，并与两个所述滑块固定相连。

优选地，所述3d打印机还包括用于连接所述x轴移动机构和所述打印头的固定连接件；所述固定连接件上设有用于放置所述x轴电机并供所述传动齿轮伸出的容置空间，且所述固定连接件与两个所述滑块固定相连。

优选地，所述z轴传动组件包括z轴电机、分别套设在四个所述丝杆上的四个z轴同步轮、以及套设在四个所述z轴同步轮上的z轴同步带；所述z轴电机与一所述丝杆相连。

优选地，所述x轴电机、y轴电机和z轴电机包括24pm减速步进电机。

本发明与现有技术相比具有如下优点：本发明所提供的3d打印机中，y轴移动机构通过第一传动组件带动两根方轴转动，两根方轴转动使得第二传动组件带动x轴移动机构沿y轴方向移动；而且，第二传动组件中的第二同步轮与z轴传动机构中的第一丝杆相连，第三同步轮与z轴传动机构的第二丝杆相连，以使z轴传动电机带动第一丝杆和第二丝杆同步转动时，带动第二同步轮和第三同步轮沿z轴方向移动。该3d打印机中，z轴移动机构带动y轴移动机构沿z轴方向移动时，无需带动y轴电机移动，可有效降低z轴移动机构的负载，提高其控制移动的精度，保证其移动过程平稳顺畅。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明一实施例中3d打印机的一结构示意图。

图2是本发明一实施例中3d打印机的另一结构示意图。

图中：100、底板；200、打印头；210、固定连接件；300、x轴移动机构；310、传动齿条；320、x轴电机；330、传动齿轮；340、滑块；400、y轴移动机构；410、方轴；420、第一传动组件；421、y轴电机；422、第一同步轮；423、第一同步带；430、第二传动组件；431、第二同步轮；432、第三同步轮；433、第二同步带；500、z轴移动机构；510、第一丝杆；520、第二丝杆；530、第一连接件；531、第一连接上部；532、第一连接下部；533、第一连接中部；540、第二连接件；541、第二连接上部；542、第二连接下部；543、第二连接中部；550、z轴传动组件；551、z轴电机；552、z轴同步轮；553、z轴同步带；600、支承机构；610、导向轴；620、固定件；700、外部连接接口；710、sd卡插槽；720、usb插口；730、电源插口；740、控制按键。

具体实施方式

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

图1和图2示出本实施例中的3d打印机。如图1和图2所示，该3d打印机包括外壳(图中未示出)，还包括设置在外壳内的底板100、打印头200、与打印头200相连的x轴移动机构300、与x轴移动机构300相连的y轴移动机构400以及与y轴移动机构400相连的z轴移动机构500。该3d打印机中，x轴移动机构300与打印头200相连，并带动打印头200沿x轴方向移动以打印物体；y轴移动机构400与x轴移动机构300相连，以带动x轴移动机构300和打印头200沿y轴方向移动以打印物体；z轴移动机构500与y轴移动机构400相连，以带动y轴移动机构400、x轴移动机构300和打印头200沿z轴方向移动以打印物体。通过x轴移动机构300、y轴移动机构400和z轴移动机构500配合，可实现控制打印头200沿x、y和z轴方向移动，以实现三维打印。本实施例中，外壳呈立方体结构，相应地，底板100呈矩形设置。

如图1和图2所示，z轴移动机构500包括设置在底板100四个角上的四根丝杆、用于带动四根丝杆同步转动的z轴传动组件550、以及供丝杆穿过并与丝杆螺纹配合的连接件。可以理解地，z轴传动组件550工作时，带动设置在底板100四个角上的四根丝杆同步转动，每一丝杆转动时，与套设在该丝杆上的连接件配合，以使连接件相对于丝杆沿z轴方向移动。当y轴移动机构400与四个连接件固定相连时，四个连接件沿z轴方向移动时，可带动y轴移动机构400沿z轴方向移动。z轴移动机构500采用四根丝杆配合，带动y轴移动机构400沿z轴方向移动，可使其升降过程更平稳，无需进行校准即可保证打印精度，使打印变得更简单。本实施例中，连接件可以采用塑料或其他轻质材料制作而成，以降低丝杆的负载重量，使得3d打印机的重量较轻，便于携带。

具体地，z轴传动组件550包括z轴电机551、分别套设在四根丝杆上的四个z轴同步轮552、以及套设在四个z轴同步轮552上的z轴同步带553；z轴电机551与任一丝杆相连。当z轴电机551接收到z向移动脉冲信号后，z轴电机551工作，带动与z轴电机551相连的丝杆和丝杆上的z轴同步轮552一起转动，同时带动z轴同步带553同向转动，使得与z轴同步带553相连的其他三个z轴同步轮552和及丝杆一同转动，以实现四根丝杆同向转动。进一步地，四根丝杆的螺矩相同，在同一z轴同步带553的带动下，其对应的连接件的移动距离相同，以使四个连接件可更平稳地带动y轴移动机构400沿z轴方向移动。可以理解地，为使z轴552同步轮转动得更加顺畅，可在z轴同步轮552上设有轴承。

其中，四根丝杆包括两个第一丝杆510和两个第二丝杆520，两个第一丝杆510设置在底板100一边上。由于四根丝杆设置在矩形的底板100的四个角上，由四根丝杆呈矩形设置；而两个第一丝杆510设置在底板100的一边上，则另外两个第二丝杆520设置在底板100上与两个第一丝杆510平行的另一边上。相应地，连接件包括套设在第一丝杆510上的第一连接件530和套设在第二丝杆520上的第二连接件540。

如图1和图2所示，y轴移动机构400包括设置在底板100上方的两根方轴410、用于带动两根方轴410同步转动的第一传动组件420、以及两个平行相对设置的第二传动组件430；第二传动组件430在方轴410作用下带动x轴机构沿y轴方向移动。该y轴移动机构400工作时，通过第一传动组件420带动两根方轴410同步转动，以使两根方轴410分别带动对应的第二传动组件430转动，以带动设置在两个第二传动组件430上的x轴移动机构300沿y轴方向移动。

具体地，第一传动组件420包括与方轴410相连的y轴电机421、分别套设在两根方轴410上的两个第一同步轮422、以及套设在两个第一同步轮422上的沿x轴方向设置的第一同步带423。第一传动组件420中，y轴电机421与任一方轴410相连。当y轴电机421接收到y向移动脉冲信号后，y轴电机421开始旋转，带动与y轴电机421相连的方轴410和套设在该方轴410上的第一同步轮422转动，通过第一同步带423带动另一个第一同步轮422和方轴410同向转动。本实施例中，第一同步轮422上设有供方轴410穿过的方孔，使得第一同步轮422和方轴410可同步转动。该方轴410包括但不限于本实施例中的四方轴和六方轴。

第二传动组件430包括套设在方轴410上的第二同步轮431、套设在第二丝杆520上的第三同步轮432、以及套设在第二同步轮431和第三同步轮432上的沿y轴方向设置的第二同步带433。可以理解地，每一方轴410可在第一传动组件420的带动下转动，在方轴410转动时，使得套设在方轴410上的第二同步轮431随之转动，从而带动第二同步带433和第三同步轮432同向转动。由于两根方轴410在第一传动组件420的作用下，转动方向和转动速度相同，使得在两根方轴410带动下转动的沿y轴方向设置的两个第二同步带433的转动方向和转动速度相同，通过两个第二同步带433配合，可带动设置在两个第二同步带433上的x轴移动机构300沿y轴方向移动。

第一连接件530与第二同步轮431固定相连，以带动第二同步轮431沿方轴410移动；第二连接件540与第三同步轮432固定相连，以带动第三同步轮432沿第二丝杆520移动。可以理解地，通过第一连接件530连接第二同步轮431，且第二连接件540连接第三同步轮432，使得z轴传动组件550工作时，第一连接件530与第一丝杆510配合，且第二连接件540与第二丝杆520配合，以使第一连接件530和第二连接件540沿z轴方向移动时，带动第二同步轮431和第三同步轮432沿z轴方向移动，以实现z轴移动机构500带动y轴移动机构400沿z轴方向移动。可以理解地，第二同步轮431上设有供方轴410穿过的方孔，且第二同步带433与方轴410不过盈配合，以保证第二同步轮431可沿方轴410上下移动。

如图1和图2所示，第一连接件530包括平行相对设置的第一连接上部531和第一连接下部532、连接第一连接上部531和第一连接下部532的第一连接中部533。第一连接上部531、第一连接下部532和第一连接中部533一体成型，形成有一π形容置空间。第二同步轮431设置在第一连接上部531和第一连接下部532之间的π形容置空间内。第一连接上部531和第一连接下部532均设有一供第一丝杆510穿过并与第一丝杆510螺纹配合的螺孔、以及供方轴410穿过的连接孔。该螺孔与第一丝杆510配合，以使第一连接件530相对于第一丝杆510上下移动，以带动设置在第一连接件530所形成的容置空间中的第二同步轮431沿方轴410上下移动。

第二连接件540包括平行相对设置的第二连接上部541和第二连接下部542、连接第二连接上部541和第二连接下部542的第二连接中部543。第二连接上部541、第二连接下部542和第二连接中部543一体成型，形成有一π形容置空间。第三同步轮432设置在第二连接上部541和第二连接下部542之间的π形容置空间内。第二连接上部541和第二连接下部542均设有一供第二丝杆520穿过与第二丝杆520配合的螺孔。该螺孔与第二丝杆520配合，以使第二连接件540相对于第一丝杆510上下移动，以带动设置在第二连接件540所形成的容置空间中的第三同步轮432沿第一丝杆510上下移动。

如图1和图2所示，3d打印机还包括支承机构600，x轴移动机构300设置在支承机构600上。支承机构600设置在两个第二同步带433上，并在两个第二同步带433带动下沿y轴方向移动。可以理解地，支承机构600在两个第二同步带433的带动带沿y轴方向移动时，带动设置在支承机构600上的x轴移动机构300沿y轴方向移动，并带动与x轴移动机构300相连的打印头200沿y轴方向移动，以使打印头200可沿y轴方向打印物体。

具体地，支承机构600包括两个沿x轴方向平行相对设置的导向轴610、以及与两个导向轴610两端相连的两个固定件620。即两个导向轴610和两个固定件620呈矩形设置。两个固定件620分别与两个第二同步带433一侧相连，以使第二同步带433在第二同步轮431和第三同步轮432带动下，可带动对应的固定件620沿y轴方向移动。x轴移动机构300设置在两个导向轴610之间，以通过两个导向轴610带动x轴移动机构300沿y轴方向移动。进一步地，两个固定件620分别与两个第二同步带433的外侧固定相连；或者两个固定件620分别与两个第二同步带433的内侧固定相连。本实施例中，每一第二同步带433在第二同步轮431和第三同步轮432的作用下，形成两个平行的传送部；同一平面上两个第二同步带433所形成的四个平行的传送部上，位于外面的两个为第二同步带433的外侧，位于里面的两个为第二同步带433的内侧。

可以理解地，导向轴610和固定件620采用塑料或其他轻质材料制作而成，以降低两个第二同步带433和z轴移动机构500的负载，以保证其移动过程的平稳，并可使最终制得的3d打印机重量较轻，便于携带。

如图1和图2所示，x轴移动机构300包括设置一导向轴610内侧的传动齿条310、设置在两个导向轴610上的x轴电机320；x轴电机320下方设有与传动齿条310啮合的传动齿轮330。可以理解地，x轴电机320在接收到x向移动脉冲信号后，使其传动齿轮330转动，在传动齿条310的啮合作用下，使得x轴电机320沿导向轴610方向(即x轴方向)移动。

进一步地，x轴移动机构300还包括分别设置在两个导向轴610上的两个滑块340，x轴电机320设置在两个滑块340上，并与两个滑块340固定相连。可以理解地，x轴电机320设置在两个滑块340上，在传动齿轮330与传动齿条310啮合作用下，使得两个滑块340沿两个导向轴610方向移动，保证沿x轴方向移动的平稳和顺畅。其中，滑块340截面呈c形，以便于放置在导向轴610上，便于安装。

3d打印机还包括用于连接x轴移动机构300和打印头200的固定连接件210。固定连接件210上设有用于放置x轴电机320并供传动齿轮330伸出的容置空间，且固定连接件210与两个滑块340固定相连。可以理解地，固定连接件210作为x轴移动机构300和打印头200连接的介质，在固定连接件210上设有放置x轴电机320的容置空间，以使x轴电机320可便于安装x轴电机320，避免x轴电机320发生位置偏移，影响打印精度。

x轴电机320、y轴电机421和z轴电机551包括24pm减速步进电机。24pm减速步骤电机具有体积小、扭力大且重量轻的结构特点，可使3d打印机具有重量轻、成本低、且可有效节省能量消耗的优点。具体地，24pm减速步进电机的体积仅为当前3d打印机中常用的42混合式步进电机的四分之一，而且其采用1：16的减速比，可极大地提高电机扭力，如在恒流情况下可达到1kg扭力。可以理解地，采用24pm减速步进电机作为x轴电机320、y轴电机421和z轴电机551，可使得制成的3d打印机重量较轻，且便于制作结构轻巧的3d打印机。

该3d打印机还包括设置在底板100下方的外部连接接口700和控制按键740，该外部连接接口700包括sd卡插槽710、usb插口720和电源插口730。该控制按键740为一键打印控制按键，在该3d打印机通过sd卡插槽710插入存储有控制程序的sd卡，或者通过usb插口720插入存储有控制程序的存储器时，使得3d打印机可识别该控制程序，在按下该控制按键740时，可根据控制程序实现一键打印，简单易用，有利于提高打印效率。

本实施例所提供的3d打印机，y轴移动机构400通过第一传动组件420带动两根方轴410转动，两根方轴410转动使得第二传动组件430带动x轴移动机构300沿y轴方向移动；而且，第二传动组件430中的第二同步轮431与z轴传动机构中的第一丝杆510相连，第三同步轮432与z轴传动机构的第二丝杆520相连，以使z轴传动电机带动第一丝杆510和第二丝杆520同步转动时，带动第二同步轮431和第三同步轮432沿z轴方向移动。该3d打印机中，z轴移动机构500带动y轴移动机构400沿z轴方向移动时，无需带动y轴电机421移动，可有效降低z轴移动机构500的负载，提高其控制移动的精度，保证其移动过程平稳顺畅，使得打印更稳定。该3d打印机中，y轴电机421和z轴电机551均设置在底板100下方，在底板100上方设置丝杆和方轴410，通过同步轮和同步带配合，可实现控制打印头200沿y轴方向和z轴方向移动，使得3d打印机的空间利用率高。

本发明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，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换和等同替代。另外，针对特定情形或具体情况，可以对本发明做各种修改，而不脱离本发明的范围。因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。