一种桌面级3D打印机的制作方法

本实用新型涉及一种快速成型材料加工技术领域，尤其涉及一种桌面级3D打印机。

背景技术：

3D打印的实现过程是一个切片和逐层打印的过程。FDM型桌面级3D打印机五花八门,打印原理是喷料叠加打印的，打印封闭物体时需封闭物体内的填充材料从而填充材料无法被看到，只要填充的材料能够支撑起外轮廓形状即可。因此在打印时通过减小所设置填充比例就能提高打印速度，减少填充材料从而喷头便减少打印填充材料的时间，进而节省材料。比如填充比例为30％，便可以节省内部填充70％的材料，而且打印内部的时间也节省了70％。不过通过减少填充比例来提高打印速度具有打印精度降低的缺点，也就是填充材料越少打印精度越低，甚至会出现变形的情况。通常在用3D打印机打印模型的时候对打印精度的要求都不一样，因此便可以根据实际需要来设置打印的填充比例，从而给工作带来更高的效率。

3D打印机的打印精度除了和层厚度设置直接相关之外，还受到驱动电机性能、框架稳定性和整机调校的影响。打印速度越快喷头越容易因惯性而出现偏移，从而对驱动电机性能要求越高；并且框架也越容易产生振动，从而影响打印定位的精准度。

经常会有人用层高或层厚来做打印机的打印精度标准。3D打印机的打印精度取决于以下几个要素：

1、机械部分中的行走系统是否准确合理；2、软件控制系统是否合理。3、机箱、底座不可以有抖动或者松动现象；4、不要选择皮带或齿条带类的软连接的行走连接结构，以保证运行时不抖动，不变位；5、机器框架要坚固，最好是工业化生产的机箱；6、要选择优质的步进电机和完善的软件技术支持。同时3D打印机本体的精度取决于机械部分中的行走部分是否准确合理。

目前主流3D打印机进行对比:

三角型delta结构：

三角形是稳定与成本的完美结合。一般的桌面级打印机无非就是考虑稳定和成本，自然三角形结构是首选。三角形delta结构的基本特点是机身的侧边是一个三角形，三角形底部用于放置热床。X轴在两个Z轴电机构成的平面上活动，而Z轴则与机身三角形的垂直中线重合。由于热床在Y轴上前后移动会带着打印物体也前后移动，所以需要特别留意打印物体与热床的粘合度要牢固。缺点是：机体的制作精度较低，通常只能达到mm级，需要更高的精度需要很大的力气去调试的打印时，打印物体随热床在Y轴前后移动电源、控制板放的位置比较随意。

笛卡尔坐标系型结构包括矩形盒式结构和矩形杆式结构，如下所述。

矩形盒式结构:这种结构的机器是目前市面上最为普及的机型，整个3D打印的发展来历程来看，这种形式的机器也是发展较为完整的机器，商业化程度最高。特点是热床移动是沿Z轴移动的，物体定在热床上不会有XY轴方向的移动，所以基本不用担心打印物体的在打印过程中出现位移情况。而且由于只需对喷头做XY轴移动，减轻喷头重量就可以调打印速度和打印精度。缺点：安装过程较为复杂、维修也较为困难丝杆、光轴加工精度要高，整机成本较高。

矩形杆式结构:这种结构继承了三角形结构的的结构简单，其XYZ轴的运动方式与三角形结构的运动方式是一致的，所以也同时继承了三角形结构的缺点。矩形杆式结构的Z轴步进电机放在机身的底部，由于矩形杆式结构与工作平台的接触面积较小，所以将较重的步进电机放在底部以降低中心。缺点：打印时，打印物体随热床在Y轴前后移动电源、控制板放的位置比较随意。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种桌面级3D打印机，能够快速稳定并满足一定精度要求的打印物体。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种3D打印机，包括机体以及安装在所述机体内的Z轴传动组件、打印平台组件、X轴传动组件、多个Y轴传动组件和多个单独打印或协同打印的打印部，所述打印平台组件传动连接在所述Z轴传动组件上且水平布置；所述Y轴传动组件与所述X轴传动组件连接并垂直布设,所述Y轴传动组件和所述X轴传动组件相对于所述打印平台组件平行设置，所述Y轴传动组件能够沿所述X轴传动组件以X轴方向移动；多个所述打印部与多个所述Y轴传动组件一一对应的滑动连接。

本实用新型的有益效果是：Z轴传动组件与打印平台组件连接，能够使打印平台组件在Z轴方向移动。X轴传动组件能够带动Y轴传动组件沿X轴方向移动，打印部与Y轴传动组件滑动连接，从而能够使打印部沿Y轴方向移动，同时沿X轴方向移动。从而提高打印的稳定性。采用多个打印部能够提高打印效率，分区快速打印一个物体，节省打印时间。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步，所述一种桌面级3D打印机，所述打印部包括XY轴微调组件,所述XY轴微调组件包括支架、多个移动组件和用于安装打印头组件的安装座，所述安装座的圆周方向形成有多个均布且位于同一平面的连接段，所述移动组件的上端与所述支架固定安装，所述移动组件的下端与对应的一个所述连接段的两端转动连接；所述支架与所述Y轴传动组件滑动连接。

采用上述进一步方案的有益效果是通过移动组件与连接段的转动连接实现安装座在XY轴方向做快速移动，在X轴传动组件和Y轴传动组件不启动的情况下，增加打印头的工作范围，节省时间，提高效率。

进一步，所述一种桌面级3D打印机，所述移动组件包括第一电机、第一连杆组件和第二连杆组件，所述第一连杆组件和所述第二连杆组件的一端分别与所述第一电机的两对称输出端传动连接，所述第一连杆组件和所述第二连杆组件的另一端分别与所述连接段的两端通过关节轴承连接；所述第一连杆组件和所述第二连杆组件之间固定安装；所述第一电机与所述支架固定安装。

上述进一步方案的有益效果是采用缩短的关节轴承连杆长度，保证稳定性和打印精度。

进一步，所述一种桌面级3D打印机，所述Z轴传动组件设置为三个，三个所述Z轴传动组件围设形成正三角形柱空间结构；所述Z轴传动组件采用丝杆螺母副机构。

采用上述进一步方案的有益效果是采用丝杠机构实现Z轴方向的移动从而使得打印头组件更加的稳定牢靠，不会因为高速打印产生震动和位移误差，进而保证打印过程质量。

进一步，所述一种桌面级3D打印机，所述X轴传动组件包括罩体、X坐标轴驱动件和X轴齿条，所述X坐标轴驱动件的上端与所述罩体的内侧面固定安装，所述X坐标轴驱动件与所述X轴齿条啮合连接；所述罩体与所述Y轴传动组件固定安装；所述X轴齿条固定安装于所述机体X轴方向的顶壁上。

采用上述进一步方案的有益效果是采用齿轮、齿条啮合连接的方式以使X轴方向的移动更加的稳定、运动精度得以提高，进而保证打印过程质量。

进一步，所述一种桌面级3D打印机，所述Y轴传动组件包括主梁、Y轴齿条、Y坐标轴驱动件，所述Y轴齿条安装于所述主梁内，所述Y坐标轴驱动件与所述Y轴齿条啮合连接；所述主梁位于所述机体的上侧框并沿Y轴方向布设；所述主梁的上部与所述X轴传动组件连接，所述主梁的下部与所述打印部滑动连接；所述Y坐标轴驱动件安装于所述打印部的上端。

进一步，所述一种桌面级3D打印机，所述打印部还包括打印头组件和送丝组件，所述打印头组件与所述送丝组件连接并连通；所述XY轴微调组件与所述打印头组件连接并带动所述打印头组件移动；所述送丝组件安装于所述支架上。

采用上述进一步方案的有益效果是打印部采用XY轴微调组件能够使打印头组件在XY轴方向做细微的调整，从而扩大打印范围。

进一步，所述一种桌面级3D打印机，所述打印头组件包括隔热组件、风冷组件、加热块和喷嘴，所述风冷组件套设所述隔热组件，所述隔热组件的上端与所述送丝组件连接并连通，所述隔热组件的下端与所述加热块的上端连接并连通，所述加热块的下端与所述喷嘴连接并连通；所述风冷组件固定安装于所述支架。

采用上述进一步方案的有益效果是散热组件和风冷组件起到温度调节的作用，保证打印材料融化温度稳定，减少熔融的打印材料粘稠度过高从而堵住喷嘴，导致打印过程出料不足引起的打印缺陷或粘稠度过低从而熔融过度，导致打印拉丝或堆积等不良现象，进而提高打印过程质量。

进一步，所述一种桌面级3D打印机，所述隔热组件包括散热管和隔热管，所述风冷组件包括风道基座和散热扇，所述散热管套设所述隔热管，所述隔热管的上端与所述送丝组件连接并连通，所述隔热管的下端与所述加热块的上端连接并连通；所述散热管的外侧壁自上而下圆周方向形成有螺旋侧壁；所述风道基座的侧壁内形成有风循环的夹层空间，所述夹层空间与所述散热扇下方的支架连接并连通；所述风道基座套设所述散热管并安装于所述XY轴微调组件上；所述散热扇安装于所述支架上。

进一步，所述一种桌面级3D打印机，所述打印平台组件包括隔离层、加热电路板、调平件和平台框架，所述加热电路板的上端面与所述隔离层的下端面连接，所述加热电路板的下端面与所述调平件的上端面连接，所述调平件的下端固定安装于所述平台框架上；所述平台框架与所述Z轴传动组件的下端固定安装。

采用上述进一步方案的有益效果是加热电路板用于使加热速度、打印底面平整度和样件取放等方面得到大大的提升；同时调平件能够方便的使隔离层和加热电路板调平从而提高打印质量。

附图说明

图1为本实用新型立体结构示意图；

图2为本实用新型XY轴微调组件立体结构示意图；

图3为本实用新型Z轴组件结构示意图；

图4为本实用新型X坐标轴驱动件结构示意图；

图5为本实用新型Y轴传动组件俯视结构示意图；

图6为本实用新型Y轴传动组件立体结构示意图。

图7为本实用新型打印头组件结构示意图；

图8为本实用新型打印头组件立体结构示意图；

图9为本实用新型送丝组件结构示意图；

图10为本实用新型散热扇安装示意图；

图11为本实用新型打印平台组件结构示意图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、机体，2、Z轴传动组件，3、打印平台组件，4、X轴传动组件，5、Y轴传动组件，6、打印头组件，7、XY轴微调组件，8、送丝组件，9、支架，21、第三电机，22、丝杆，23、螺母，24、连接板，31、隔离层，32、加热电路板，33、调平件，34、平台框架，40、X坐标轴驱动件，41、罩体，42、第四电机，43、同步轮，44、X轴驱动齿轮，45、X轴齿条，46、齿轮连接板，47、固定轴，51、主梁，52、Y轴齿条，53、Y轴驱动齿轮，54、第五电机，61、隔热管，62、散热管，63、风道基座，64、加热块，65、喷嘴，66、散热扇，631、夹层空间，632、出风口，71、第一电机，72、第一连杆组件，73、第二连杆组件，74、安装座，721、第一转动臂，722、第一连杆，731、第二转动臂，732、第二连接杆，741、连接段，81、第二电机，82、压紧件，83、送料轮。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具限定。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

这里首选需要说明的是，“向内”是朝向容置空间中央的方向，“向外”是远离容置空间中央的方向。

请参阅图1至图11，本实用新型提供一种桌面级3D打印机，包括机体1以及安装在机体1内的Z轴传动组件2、打印平台组件3、X轴传动组件4、多个Y轴传动组件5和多个单独打印或协同打印的打印部。打印平台组件3传动连接在Z轴传动组件2上且水平布置；Y轴传动组件5与X轴传动组件4连接并相对于X轴传动组件垂直布设。Y轴传动组件5和X轴传动组件4相对于打印平台组件3平行设置。Y轴传动组件5能够沿X轴传动组件4以X轴方向移动。多个打印部与多个Y轴传动组件5一一对应的滑动连接。

具体的，机体1可以设置为长方体框架结构。X轴传动组件4为两组分别对称的设置在机体1的上侧框上。Y轴传动组件5设置为三个，每个Y轴传动组件5的两端分别与一个X轴传动组件4连接。Y轴传动组件5垂直于X轴传动组件4并水平位于机架1的上侧框。X轴传动组件沿X坐标轴安装，Y轴传动组件沿Y坐标轴安装，Z坐标轴组件沿Z坐标轴安装。

通过本实用新型的实施，Z轴传动组件2与打印平台组件3连接，能够使打印平台组件3在Z轴方向移动。X轴传动组件4能够带动Y轴传动组件5沿X轴方向移动，打印部与Y轴传动组件5滑动连接，从而能够使打印部沿Y轴方向移动，同时沿X轴方向移动。采用多个打印部能够提高打印效率，分区快速打印一个物体，从而节省打印时间。在打印时，将所需打印的整个区域划分为三个，每个打印部执行一个区域的打印工作。通过三个打印部协同工作从而实现整个区域的打印工作。当然，一个打印部也能够实现整个打印区域的打印工作。

在一实施例中，打印部包括XY轴微调组件7。XY轴微调组件7包括支架9、多个移动组件和用于安装打印头组件6的安装座74。安装座74的圆周方向形成有多个均布且位于同一平面的连接段741。移动组件的上端与支架9固定安装。移动组件的下端与对应的一个连接段741的两端转动连接。支架9与Y轴传动组件5滑动连接。

进一步的，如图2所示，移动组件包括第一电机71、第一连杆组件72和第二连杆组件73。第一连杆组件72和第二连杆组件73的一端分别与第一电机71的两对称输出端传动连接。第一连杆组件72和第二连杆组件73的另一端分别与连接段741的两端通过关节轴承连接。第一连杆组件72和第二连杆组件73之间固定安装。第一电机71与支架9固定安装。

具体的，移动组件位于安装座74之上并圆周环绕安装座74均布设置。第一电机71的对称两侧端分别形成有第一输出端和第二输出端。第一连杆组件72的一端与第一输出端传动连接。第二连杆组件73的一端与第二输出端传动连接。

第一连接杆组件72包括第一转动臂721和第一连接杆722。第二连接杆组件73包括第二转动臂731和第二连接杆732。第一转动臂721的一端与第一电机71的第一输出端传动连接，第一转动臂721的另一端与第一连杆722的一端通过关节轴承连接。第一连杆722的另一端与安装座74通过关节轴承连接。同样，第二转动臂731的一端与第一电机71的第二输出端传动连接，第二转动臂731的另一端与第二连杆732的一端通过关节轴承连接。第二连杆732的另一端与安装座74通过通过关节轴承连接。

连接段741可以设置为三个，同时移动组件设置为三个。第一电机71同时驱动第一转动臂721和第二转动臂731向上转动，从而带动第一连接杆722和第二连接杆732向上移动。三个移动组件配合协同工作，从而使安装座74在XY坐标轴所形成的平面内移动。

在一实施例中，Z轴传动组件2设置为三个。三个Z轴传动组件2围设形成正三角形柱空间结构。Z轴传动组件2采用丝杆螺母副机构。

具体的，如图3所示，Z轴传动组件2包括第三电机21、丝杆22、螺母23和连接板24。丝杆22的上端与第三电机21的输出端固定安装。丝杆22的下端安装于机体1的侧框的下部。螺母23套设在丝杆22上并与丝杆22螺纹连接。连接板24固定安装在螺母23上。连接板24与打印平台组件3固定安装。第三电机21固定安装于机体1的侧框的上部。第三电机21驱动丝杆22转动，从而螺母23带动连接板24沿丝杆22上下移动实现Z坐标轴上的位置移动。

在一实施例中，X轴传动组件4包括罩体41、X坐标轴驱动件40和X轴齿条45。X坐标轴驱动件40的上端与罩体41的内侧面固定安装。X坐标轴驱动件40与X轴齿条45啮合连接。罩体41与Y轴传动组件5固定安装。X轴齿条45固定安装于机体1X轴方向的顶壁上。

具体的，如图4所示，X坐标轴驱动件40包括第四电机42、同步轮43、X轴驱动齿轮44。同步轮43的上端与第四电机42的输出端通过同步带传动连接。同步轮43的下端与X轴驱动齿轮44固定安装。第四电机42和同步轮43分别与罩体41的内侧壁固定安装。X轴驱动齿轮44和传动齿条45啮合连接。

还包括齿轮连接板46和固定轴47。固定轴47固定安装在罩体41内，同步轮43通过轴承套设在固定轴47上。连接板46的圆周侧通过螺钉与同步轮43固定安装，连接板46的中部通过螺钉与X轴驱动齿轮44的上端面固定安装。第四电机42通过同步带驱动同步轮43，同步轮43带动X轴驱动齿轮44转动，从而使罩体41及其内部的X坐标轴驱动件40沿X轴齿条45移动。由于罩体41与Y轴传动组件5固定安装，从而使Y轴传动组件5能够沿X坐标轴移动。

在一实施例中，Y轴传动组件5包括主梁51、Y轴齿条52、Y坐标轴驱动件。Y轴齿条52安装于主梁51内。Y坐标轴驱动件与Y轴齿条52啮合连接。主梁51位于机体1的上侧框并沿Y轴方向布设。主梁51的上部与X坐标轴组件4连接，主梁51的下部与打印部滑动连接。Y坐标轴驱动件安装于打印部的上端。

具体的，如图5和图6所示，主梁51的Y坐标轴长度方向的中部位置开设有贯穿其上下表面的长条形穿孔，Y轴齿条固定安装于主梁51的侧壁并位于长条形穿孔内。Y坐标轴驱动件包括第五电机54和Y轴驱动齿轮53。第五电机54的输出端与Y轴驱动齿轮53传动连接。Y轴驱动齿轮53与Y轴齿条52啮合连接。第五电机54安装于打印部的上端，具体为支架9的上端。主梁51与打印部的上端滑动连接，具体为主梁51的两外侧壁对称安装有轨道，打印部的上端两内侧壁安装有滑块。滑块形成有U型槽，轨道与U型槽结构相适配，轨道嵌入滑块的U型槽内，以使滑块能够沿轨道滑动。主梁51与X轴传动组件4连接，具体为，主梁51的上部与X轴传动组件4的罩体41固定安装，以使主梁51能够沿X坐标轴方向移动。

在一实施例中，打印部还包括打印头组件6和送丝组件8。打印头组件6与送丝组件8连接并连通。XY轴微调组件7与打印头组件6连接并带动打印头组件6移动。送丝组件8安装于支架9上。

具体的，支架9的上端两对侧内侧壁固定安装有滑块，滑块形成为U型结构。Y轴传动组件两侧形成有与滑块结构适配的凸出的导轨，导轨嵌入滑块内，滑块能够沿导轨滑动。从而实现打印部沿Y轴传动组件滑动。

在一实施例中，打印头组件6包括隔热组件、风冷组件、加热块64和喷嘴65。风冷组件套设隔热组件。隔热组件的上端与送丝组件8连接并连通。隔热组件的下端与加热块64的上端连接并连通。加热块64的下端与喷嘴65连接并连通。风冷组件固定安装于支架9。

具体的，如图7和图8所示，隔热组件内具有容纳腔，容纳腔用于容纳打印的物料丝。物料丝通过加热块64的加热在加热块64上方的隔热组件的容纳腔内形成为液态从通过喷嘴65流出从而用于打印。

进一步的，隔热组件包括散热管62和隔热管61。风冷组件包括风道基座63和散热扇66。散热管62套设隔热管61。隔热管61的上端与送丝组件8连接并连通。隔热管61的下端与加热块64的上端连接并连通。散热管62的外侧壁自上而下圆周方向形成有螺旋侧壁。风道基座63的侧壁内形成有风循环的夹层空间631。夹层空间631与散热扇66下方的支架9连接并连通。风道基座63套设散热管62并安装于XY轴微调组件7上。散热扇66安装于支架9上。

具体的，如图7、图8和图10所示，散热管62套设隔热管61，隔热管61的下部形成有平台，散热管62的下端面止抵于隔热管61的平台。为了更好的吸收隔热管的热量，散热管62的内侧壁与隔热管61的外侧壁相接触。为了扩大散热面积从而更好的散热，在散热管62的外侧壁自上而下圆周方向形成有螺旋侧壁。为了将散热管62螺旋侧壁的热量快速散去，在风道基座63的侧壁内形成有风循环的夹层空间631。散热扇66旋转所形成的风进入夹层空间631并从风道基座63底部的出风口632流出从而形成风循环，将夹层空间631内吸收散热管62螺旋侧壁的热量所形成的热空气循环出并送入新的冷风进而加速散热。

送丝组件8包括第二电机81、压紧件82、送料轮83。第二电机81的输出端与送料轮83传动连接。压紧件82止抵送料轮83并与送料轮83转动连接。第二电机81和压紧件82分别安装于支架9上。送料轮83下方的支架9与打印头组件6连接并连通。

具体的，如图9所示，压紧件82可以采用轴承。轴承通过轴承座固定安装在支架9上。送料轮83的外侧壁圆周方向形成有弧形凹槽。在送料轮83的下方的支架上开设有出料口，出料口与隔热管61的上端连接并连通(图中未显示)。用于打印的物料丝位于弧形凹槽内，第二电机81驱动送料轮83转动，压紧件82在送料轮83的带动下转动从而使物料丝位于送料轮83的弧形凹槽内，随着送料轮83的转动，物料丝输送至隔热管61的上端进而被输送至喷嘴65进行打印。

在一实施例中，打印平台组件3包括隔离层31、加热电路板32、调平件33和平台框架34。加热电路板32的上端面与隔离层31的下端面连接。加热电路板的下端面与调平件33的上端面连接。调平件33的下端固定安装于平台框架34上。平台框架34与Z轴传动组件2固定安装。

具体的，如图11所示，由喷嘴65打印成型的3D模型直接放置于隔离层31。隔离层31可以采用整张1cm厚度高强度高硼硅玻璃。加热电路板32可以采用加热PCB电路板，从而使得加热速度、打印底面平整度和样件取放等方面性能大大提升。调平件33采用调平调整螺丝，调平件33的上端面为一水平台，调平件33的下部的外侧壁采用螺纹结构，并与平台框架34螺纹连接。隔离层31、加热电路板32、调平件33之间依次采用粘结的连接方式。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。