一种基于冷打印的开放式3D打印机的制作方法

本发明涉及3d打印快速成型领域，特别涉及一种基于冷打印的开放式3d打印机。

背景技术：

熔融式技术的3d打印机，因技术开源、共享率高，因而在消费级市场具有广泛应用。目前这种消费级3d打印机普遍采用钣金或pvc板材拼接而成，使其材料成本和结构稳定性之间不能同步增长。传统熔融式技术的3d打印机需要在加热的底板上涂抹特定胶水或粘贴美纹纸才能将融化后的pla/abs材料粘结在打印平台上，且打印过程中底板需要一直维持某温度，即便如此，模型脱落、翘边等问题依然普遍，且平台长期受热会发生变形而破坏打印喷头与打印平台之间的间隙，进而显著影响模型打印质量，增加打印成本。另一方面，传动熔融式3d打印机的打印平台仅一端与传动机构连接，形成悬臂梁最终导致传动精度变差，甚至失效。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于冷打印的开放式3d打印机。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：

一种基于冷打印的开放式3d打印机，包括机架、传动系统、3d打印喷头和打印平台；所述传动系统包括z向双动力双丝杠传动机构，z向双动力双丝杠传动机构带动安装在机架中部的打印平台上下运动；传动系统带动安装在打印平台上方的3d打印喷头做水平运动；所述打印平台包括调平基板和位于调平基板上方的模型基板，其中调平基板的外侧设有m个限位条，调平基板的上表面设置有n个定位凸台，m个限位条中至少有两个限位条是相对设置；所述模型基板的上表面设有冷打膜，模型基板的下表面设有n个与定位凸台相对应的定位磁铁，定位磁铁与定位凸台接触时相互吸附而使调平基板与模型基板固定在一起；其中m≥2，n≥2。

冷打印是针对传统3d打印机需要加热打印平台才能工作的情况而言，是指在不加热打印平台的状态下，打印的模型能牢牢的粘在打印平台上。

冷打膜也叫冷打片(是3d打印领域一种通识叫法)，是一种软质的表面有一定硬度的片状薄板，可长期承受130°以内温度。将其贴在3d打印平台表面，可以不用加热3d打印平台、不用涂胶水、不用美纹纸打印也不会翘边，而且模型底部打出来还是镜面的，使用寿命无限。

所述机架采用骨架式设计，机架包括l个底部定位角码、l个顶部定位角码，其中相邻的两个底部定位角码之间、相邻的两个顶部定位角码之间、相邻的底部定位角码与顶部定位角码之间均通过光轴固定连接；l≥3。由此可知，光轴既有竖直方向上设置的，也有横向设置的。

所述机架还包括设置在竖直方向的光轴上的直线轴承，相邻的两个直线轴承通过连接条连接后与最近的z向双动力双丝杠传动机构固定在一起，或者相邻的两个直线轴承通过连接条连接后又分别与打印平台固定连接。

相邻的两个直线轴承通过第一连接条连接后与最近的z向双动力双丝杠传动机构固定在一起，形成直线运动组件。两侧直线运动组件通过第二连接条固定在一起，形成一个滑动刚性体。

所述3d打印平台固定安装在该滑动刚性体上。

所述z向双动力双丝杠传动机构包括第一z轴丝杆传动机构、第二z轴丝杆传动机构；其中第一z轴丝杆传动机构、第二z轴丝杆传动机构均位于两个相邻的竖直方向的光轴之间；所述打印平台由竖直方向的光轴提供双侧四导向。

本发明的一根丝杠采用两根光轴导向，因为两根光轴能保证运动机构在两平行光轴轴线所确定的平面直线运动，且轴线间距不变，同时光轴可承受载荷(当光轴水平放置时)。丝杠作为传动件，不能承受横向载荷(否则丝杠会弯曲变形)，尤其当丝杠为悬臂梁的形式(本设计就悬臂梁形式)时，更应该采用双导向来保证直线运动。

所述传动系统还包括x向单动力单皮带传动机构、y向双动力双皮带传动机构，其中x向单动力单皮带传动机构、y向双动力双皮带传动机构分别带动3d打印喷头沿着设定的x轴、y轴运动，从而共同完成3d打印喷头的水平运动。

所述双动力传动机构采用串联方式驱动，其中双动力传动机构为z向双动力双丝杠传动机构或者y向双动力双皮带传动机构。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本发明的机架采用骨架式设计，一个结构多个用途，既保证了结构稳定、又提高了安装精度和空间利用率。本发明更提供了一种基于pla材料的冷打印解决方案，不但可以提高模型粘附能力，减少模型脱落和翘边，还可以防止因热床加热导致的成型平台变形等问题。双动力双传功结构设计，能保证直线运动的灵活性和有效性，进而提高打印质量、节约打印时间和成本，便于实际推广和应用。

2、本发明的模型平台采用磁吸和围边限位的固定方式，使调平和打印过程更稳定。且模型平台表面设置冷打膜，既减少了打印平台加热工序，也节约了成本。

3、本发明采用双动力传动结构设计，尤其是双丝杠设计，使直线运动更加灵活、有效，传动精度高。

附图说明

图1为本发明所述一种基于冷打印的开放式3d打印机的结构示意图。

图2为图1所述3d打印机的打印平台的平面图。

图3为图2所述打印平台的a-a面剖视图。

附图标号说明如下：1-机架、2-传动系统、3-直线轴承、4-打印平台、5-3d打印喷头、6-x向单动力单皮带传动机构、11-底部定位角码、12-光轴、13-顶部定位角码、21-第一z轴丝杆传动机构、22-第二z轴丝杆传动机构、23-第一y向皮带传动机构、24-第二y向皮带传动机构、41-第一限位条、42-第二限位条、43-定位凸台、44-调平基板、45-模型基板、46-冷打膜、47-定位磁铁。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

如图1所示，一种基于冷打印的开放式3d打印机采用了3d打印机的基本原理和工作部件，在分析现有热床加热式3d打印机存在的问题基础上，对部分结构和系统进行了再设计创新，包括机架1、传动系统2和打印平台4。

现有热床加热式3d打印机多采用钣金结构或pvc板材拼接而成，致使整机制造成本高或物理结构稳定性差。鉴于此，本发明所开发的冷打印开放式3d打印机对其机架1采用了骨架式结构设计。主要由底部定位角码11、光轴12和顶部定位角码13组成。其中，底部定位角码11共4件，顶部定位角码13共4件，8个定位角码分别构成立方体的8个顶角，定位角码之间由光轴12连接为一整体。3d打印的基本工作部件安装于机架上；所述传动系统2为机器提供直线运动，其中x向单动力单皮带传动机构6为单动力驱动，驱动3d打印喷头5实现x向直线运动。第一y向皮带传动机构23和第二y向皮带传动机构24各有一个动力，两动力采用串联驱动方式，同时驱动3d打印喷头5实现y向直线运动。第一z轴丝杆传动机构21和第二z轴丝杆传动机构22位于打印平台4两侧，各有一个动力，也采用串联驱动方式，使打印平台5在光轴12和直线轴承3的共同导向下沿z轴同步运动。双动力传动结构的设计，尤其是双丝杠设计，使直线运动更加灵活、有效。而充分利用机架1上的光轴12实现导向作为，不仅为整机制造节约了成本，也提高了部件的利用率。

如图2、3所示，为了减少3d打印调平、平台移位等问题并防止打印过程中模型脱落、翘边的发生，对调平基板44和模型基板45的结构做了优化。所述调平基板44上设有第一限位条41、第二限位条42和定位凸台43，所述模型基板45上表面设有冷打膜46、下表面设有多个定位磁铁47。打印前将所述模型基板48按照定位凸台43和定位磁铁47一一配对的顺序放置在第一限位条41和第二限位条42的限制区域，如此可约束模型基板45在x、y、z方向的自由度，阻止了其相对调平基板44的相对位移。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。