基于龙门式变尺寸全自动的3D打印系统的制作方法

本发明属于3d打印技术领域，具体涉及基于龙门式变尺寸全自动的3d打印系统。

背景技术：

目前，传统3d打印机的工作结构大多为空间正交型结构，且材料打印成型的形式比较单一，多采用平面分层的打印方式实现整个被打印件的打印工作。同时，传统3d打印机中喷嘴的运动形式为三个独立伺服电机驱动三维空间中正交的滚珠丝杠运动，由滚珠丝杠座的移动运动而实现喷嘴的打印运动，其主要的机械结构为三个相互正交的直线圆柱导轨，但是沿直线导轨直线运动结构的两端必有位移限制，以至于限制了传统3d打印机的打印范围，使传统3d打印机不能适应更多的打印状况。

技术实现要素：

为克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于龙门式变尺寸全自动的3d打印系统，从扩大被打印件的打印范围以及适应更多实际情况的角度出发，该打印系统能根据被打印体的实际尺寸大小自动调整打印系统的结构尺寸，即对应的可伸缩打印平台的尺寸规格，分为一大一小两种平台直径的尺寸规格，使该打印系统既能以更高的效率完成被打印件的打印工作，也能完成更大尺寸被打印件的打印工作，同时还扩大了该基于龙门式变尺寸全自动的3d打印系统的实际应用范围。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：基于龙门式变尺寸全自动的3d打印系统，包括有基座，基座顶面两侧分别设有一对对称的透槽，槽内设有一竖杆座；竖杆座顶部左右两侧分别设有一个滚珠丝杠a和一个圆柱导轨b；滚珠丝杠a穿过连接座与滚珠丝杠座a相连；连接座下部设有三个水平通孔，两个连接座的两侧的通孔内各设有一个圆柱导轨a；两个连接座的中间的通孔内各设有一个滚珠丝杠b；两个连接座之间的四个圆柱导轨a的连接端、两个滚珠丝杠b的连接端同时与一喷嘴座相连；每个连接座内设有一个分别与两个滚珠丝杠b相连的滚珠丝杠座b，两个滚珠丝杠座b分别与一个伺服电机五相连；喷嘴座下部设有喷嘴；喷嘴下方对应的基座上设有可旋转平台，可旋转平台上部设有可伸缩打印平台；

所述的基座左右两侧的内壁上均设有一个滚珠丝杠b，滚珠丝杠b的外端与安装座相连；安装座外侧设有一个齿轮四；滚珠丝杠b两侧分别设有一个圆柱导轨c；齿轮四与齿轮三相啮合；两个齿轮三设在传动轴的两端；传动轴设在两个安装座之间；传动轴上设有齿轮二，齿轮二与伺服电机三动力端的齿轮一个啮合。

所述的两个竖杆座上部的圆柱导轨b与滚珠丝杠a错位设置。

所述的滚珠丝杠a与伺服电机四相连；伺服电机四驱动滚珠丝杠a上下移动。

所述的连接座的三个水平通孔，其中间的通孔与滚珠丝杠座b通过圆柱滚子轴承连接，其中齿轮与滚珠丝杠座b通过键相连接，滚珠丝杠座b不能轴向移动只能转动，通过驱动齿轮转动使滚珠丝杠座b转动，从而使滚珠丝杠b在水平方向进行移动；滚珠丝杠b设在滚珠丝杠座b内，两者为固结连接关系，并由两个伺服电机五配合驱动齿轮，实现喷嘴沿径向方向上的移动打印工作。

所述的可伸缩打印平台包括有圆筒形的可伸缩平台座，可伸缩平台座的内壁上固定有12组朝向圆心的圆柱导轨d；可伸缩平台座的中心设有旋转台，旋转台的中心孔内设有上升平台；间隔的圆柱导轨d下侧设有斜面导轨；传动杆设在可伸缩平台座内部底面和滑块板底部之间；夹块板在可伸缩打印平台张开时位于两个滑块板之间、滑块板在可伸缩打印平台收回时为可伸缩打印平台顶部平台面、夹块座位于夹块板下面；所述的旋转台底部与伺服电机二相连，伺服电机二驱动使旋转台顺时针旋转；旋转台上设有转台斜面导轨，转台斜面导轨作用是与上升平台上的斜面配合，能使转台斜面导轨在转到一定角度时使上升平台恰好升到指定高度。

所述的可旋转平台包括轴向轴承、内齿轮、传动部、行星齿轮、行星齿轮架；传动部上部设有行星齿轮架，行星齿轮架；可旋转平台下面由轴向轴承与内齿轮相连接，而内齿轮与三个行星齿轮内啮合连接，三个行星齿轮间通过行星齿轮架进行定形连接，行星齿轮架与连结部直接固定连接，连结部将直接通过键与驱动可旋转平台转动的伺服电机一相连接；

所述的伺服电机通过伺服电机座固定在基座的底板上。

所述的圆柱导轨c与滚珠丝杠b平行设置。

本发明的有益效果在于：

本发明的基于龙门式变尺寸全自动的3d打印系统与传统3d打印机不同的是该打印系统具有以下几个创新点的应用：

1)该打印系统能根据被打印件的实际尺寸大小自动调整该系统内部两个竖杆间的相对位置尺寸以及可伸缩打印平台的直径尺寸大小，使该打印系统能以更适合的结构进行打印工作，即使整个打印系统能以更高的打印效率完成被打印件的打印工作。

2)该打印系统中可伸缩打印平台的使用使得放置被打印件的平台能做到两个不同大小尺寸的实际应用，完成更大尺寸的被打印件的打印工作，扩大了该基于龙门式变尺寸全自动的3d打印系统的实际应用范围

3)该打印系统中起支撑作用的两个竖杆座能沿喷嘴的移动方向进行同向或反向的对称运动，扩大了喷嘴在径向的可移动位置的范围，使得该打印系统的被打印件的打印尺寸得到了较为明显的增大。

4)该打印系统中连接座在实现喷嘴的上下移动以及沿直径方向上的移动运动上起到了重要作用，与传统滚珠丝杠由滚珠丝杠进行转动滚珠丝杠座进行移动的使用方法不同的是，本发明的喷嘴的径向运动是由伺服电机驱动，使滚珠丝杠座只进行转动运动，从而实现滚珠丝杠的直线运动，同时由于圆柱导轨的存在，使得与丝杠连接的喷嘴只能沿圆柱导轨的轴线移动。

5)该打印系统中的基座上平面上有一可旋转平台，该可旋转平台可以进行360度连续旋转，带动可伸缩打印平台以及被打印件同时作旋转运动，使该打印系统打印回转体或者含有回转部位的零件时具有明显的优势，同时提高了该类零件的打印效率。

本发明的全自动体现在三个方面，分别为放置被打印件的可伸缩打印平台的全自动运动、起支撑作用的竖杆张开和收回的全自动运动，以及喷嘴沿可伸缩打印平台径向移动的全自动运动，通过这三种全自动打印机构间的相互配合才组成了该实现基于龙门式变尺寸全自动的3d打印系统的机械结构。

附图说明

图1为本发明基于龙门式变尺寸全自动的3d打印系统的结构示意图一。

图2为本发明基于龙门式变尺寸全自动的3d打印系统的结构示意图二。

图3为本发明打印系统基座的刨视示意图。

图4为本发明旋转平台的结构示意图。

图5为本发明可伸缩打印平台内部的结构示意图。

图6为本发明打印系统收缩后的结构示意图。

图7为本发明打印系统收缩/张开过程中的结构示意图。

图中：1-基座，2-竖杆座，3-滚珠丝杠a，4-滚珠丝杠座a，5-圆柱导轨a，6-滚珠丝杠b，7-连接座，8-滚珠丝杠座b，9-喷嘴座，10-喷嘴，11-齿轮，12-圆柱导轨b，13-被打印件，14-可伸缩打印平台，15-可旋转平台，16-滚珠丝杠c，17-齿轮4，18-齿轮3，19-齿轮2，20-齿轮1，21-电机座，22-伺服电机，23-传动轴，24-安装座，25-圆柱导轨c，26-轴向轴承，27-内齿轮，28-传动部，29-行星齿轮，30-行星齿轮架，31-斜面导轨，32-可伸缩平台座，33-圆柱导轨d，34-旋转台，35-传动杆，36-夹块板，37-滑块板，38-夹块座，39-上升平台，40-转台斜面导轨。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。

参见图1-7，基于龙门式变尺寸全自动的3d打印系统，包括有基座1，其特征在于，基座1顶面两侧分别设有一对对称的透槽，槽内设有一竖杆座2；竖杆座2顶部左右两侧分别设有一个滚珠丝杠a3和一个圆柱导轨b12；滚珠丝杠a3穿过连接座7与滚珠丝杠座a4相连；连接座7下部设有三个水平通孔，两个连接座7的两侧的通孔内各设有一个圆柱导轨a5；两个连接座7的中间的通孔内各设有一个滚珠丝杠b6；两个连接座7之间的四个圆柱导轨a5的连接端、两个滚珠丝杠b6的连接端同时与一喷嘴座9相连；每个连接座7内设有一个分别与两个滚珠丝杠b6相连的滚珠丝杠座b8，两个滚珠丝杠座b8分别与一个伺服电机五相连；喷嘴座9下部设有喷嘴10；喷嘴10下方对应的基座1上设有可旋转平台15，可旋转平台15上部设有可伸缩打印平台14；

所述的基座1左右两侧的内壁上均设有一个滚珠丝杠b16，滚珠丝杠b16的外端与安装座24相连；安装座24外侧设有一个齿轮四17；滚珠丝杠b6两侧分别设有一个圆柱导轨c25；齿轮四17与齿轮三18相啮合；两个齿轮三18设在传动轴23的两端；传动轴23设在两个安装座24之间；传动轴23上设有齿轮二19，齿轮二19与伺服电机三22动力端的齿轮一个20啮合。

所述的两个竖杆座2上部的圆柱导轨b12与滚珠丝杠a3错位设置。

所述的滚珠丝杠a3与伺服电机四相连；伺服电机四驱动滚珠丝杠a3上下移动。每个滚珠滚珠丝杠a3均连有一个伺服电机四。

所述的连接座7的三个水平通孔，其中间的通孔内设有齿轮11，齿轮11与滚珠丝杠座b8相连；滚珠丝杠b6设在滚珠丝杠座b8内。

所述的可伸缩打印平台14包括有斜面导轨31、可伸缩平台座32、圆柱导轨d33、旋转台34、传动杆35、夹块板36、滑块板37、夹块座38、上升平台39；可伸缩平台座32为圆筒状结构，在可伸缩平台座32的内壁上设有12组圆柱导轨d33；12组圆柱导轨d33前端的可伸缩平台座32内设有旋转台34，

所述的可伸缩打印平台14包括有圆筒形的可伸缩平台座32，可伸缩平台座32的内壁上固定有12组朝向圆心的圆柱导轨d33；可伸缩平台座32的中心设有旋转台34，旋转台34的中心孔内设有上升平台39；间隔的圆柱导轨d33下侧设有斜面导轨31；传动杆35设在可伸缩平台座32内部底面和滑块板37底部之间；夹块板36在可伸缩打印平台14张开时位于两个滑块板37之间、滑块板37在可伸缩打印平台14收回时为可伸缩打印平台14顶部平台面、夹块座38位于夹块板36下面；所述的旋转台34底部与伺服电机二相连，伺服电机二驱动使旋转台34顺时针旋转；旋转台34上设有转台斜面导轨40，转台斜面导轨40作用是与上升平台39上的斜面配合，能使转台斜面导轨40在转到一定角度时使上升平台39恰好升到指定高度。

可伸缩工作平台14在收回状态时，由伺服电机二驱动使旋转台34顺时针旋转，由于传动杆35的存在，则滑块板37以及夹块座38均沿圆柱导轨d33向外移动，夹块板36与夹块座38间为移动副配合，夹块板36底部在重力作用下与斜面导轨31形成另一移动副，在夹块座38向外移动到一定位置时，夹块板36向上移动直至夹块板36上平面与滑块板37上平面重合，同时上升平台39也在旋转台34转到一定角度时向上升起一定的距离，随后旋转台34继续旋转，使平台各部件间的间隙减少直至锁紧，至此可伸缩工作平台14的张开过程到此结束。

其中，旋转台34在可伸缩平台座32内部中心，由一伺服电机二驱动，12组圆柱导轨d33一端悬空一端与可伸缩平台座32内部的12个凸板固定连接，滑块板37与夹块座38在圆柱导轨d33上滑动，而滑块板37以及夹块座38与旋转台34间通过传动杆35进行传动连接，夹块座38与夹块板36间为移动副连接，且夹块板36底部在斜面导轨31上滑动；上升平台39处在旋转台34上方，由旋转台34和上升平台39上斜面凸台间的旋转角度控制上升平台39的升降。

所述的可旋转平台15包括轴向轴承26、内齿轮27、传动部28、行星齿轮29、行星齿轮架30；传动部28上部设有行星齿轮架30，行星齿轮架30；可旋转平台15下面由轴向轴承26与内齿轮27相连接，而内齿轮27与三个行星齿轮29内啮合连接，三个行星齿轮29间通过行星齿轮架30进行定形连接，行星齿轮架30与连结部28直接固定连接，连结部28将直接通过键与驱动可旋转平台15转动的伺服电机一相连接；

用伺服电机一驱动连结部28转动，带动行星齿轮架30以及三个行星齿轮(29)绕可旋转平台(15)的轴线旋转，使与可旋转平台(15)固结的内齿轮(27)进行360度连续整周回转运动，从而完成被打印件(13)的转动运动，轴向轴承(26)在此过程中起到支撑的作用。

所述的伺服电机22通过伺服电机座21固定在基座1的底板上。

所述的圆柱导轨c25与滚珠丝杠b6平行设置。

所述的可伸缩打印平台14由于结构本身的限制无法进行整周连续的旋转运动，无法完成该打印系统在沿x轴方向上的打印工作，故在本发明中的基于龙门式变尺寸全自动的3d打印系统的基座1平台上连接了一个可旋转平台15，部分结构如图5所示，使可伸缩打印平台14在三维空间能进行360度的整周连续旋转运动。

本发明与传统滚珠丝杠由滚珠丝杠进行转动的应用方法不同的是，本发明的喷嘴的径向运动是由伺服电机驱动，使滚珠丝杠座b8进行周向转动并限制其沿丝杠的轴向方向上的移动运动，同时由于圆柱导轨a5的存在，使得滚珠丝杠b6无法旋转只沿径向作直线运动，其中喷嘴、滚珠丝杠以及两个圆柱导轨间为固定连接，无法相对运动，故滚珠丝杠b6的移动带动喷嘴10的沿径向方向上的打印工作。

起支撑和定位作用的两个竖杆座2能沿直径方向进行同向或反向进行对称运动，扩大了喷嘴10在径向方向上的可移动的位置范围，使得该打印系统的被打印件13的打印尺寸得到了较为明显的增大。

包括该打印系统中七个伺服电机的作用：

一个伺服电机驱动放置变大的可伸缩打印平台14的可旋转平台15的旋转运动，如图3所示，该伺服电机驱动连结部28转动，带动行星齿轮架30以及三个行星齿轮29绕可旋转平台15的轴线旋转，使与可旋转平台15固结的内齿轮27进行360度连续整周回转运动，从而完成被打印件13的转动运动，轴向轴承26在此过程中起到支撑的作用；

一个伺服电机用于控制该基于龙门式变尺寸全自动的3d打印系统中的可伸缩打印平台14的张开和收回运动，使得可伸缩打印平台14的工作平台的尺寸能进行一大一小的两级变化，适应了不同尺寸的被打印件13的打印工作，极大地提高了被打印件13的打印效率；

伺服电机三22驱动两级齿轮传动，包括齿轮一20和齿轮二19、齿轮三18和齿轮四17，由传动轴23两端分别带动两个滚珠丝杠c16转动，从而使一对竖杆座2同时沿直径方向上同向或者反向沿圆柱导轨c25进行移动，完成竖直支撑机构(竖杆座2、滚珠丝杠a3、圆柱导轨12以及连接座7)的径向移动运动；

所述的竖杆座2在底座1内的沿圆柱导轨c25的轴线方向移动，并由滚珠丝杠c16来进行传动；

用两个伺服电机同时驱动两个滚珠丝杠a3转动使与滚珠丝杠座a4相连接的连接座7沿圆柱导轨b(12)与滚珠丝杠a3方向上进行移动，完成喷嘴10在z轴方向上的移动打印工作；

用两个伺服电机驱动喷嘴10径向的移动，喷嘴座9上连接有两对对称的圆柱导轨a5以及一对对称的滚珠丝杠b6，两根滚珠丝杠b6分别与一对只能周向旋转不能轴向移动的滚珠丝杠座b8相互配合，连接座7中间的通孔与滚珠丝杠座b8通过圆柱滚子轴承(图中没画出)连接，其中齿轮11与滚珠丝杠座b8通过键(图中没画出)相连接，滚珠丝杠座b8不能轴向移动只能转动，通过驱动齿轮11转动使滚珠丝杠座b8转动，从而使滚珠丝杠b6在水平方向进行移动；滚珠丝杠b6设在滚珠丝杠座b8内，两者为固结连接关系，并由两个伺服电机五(图中没画出)配合驱动齿轮11，以达到喷嘴10沿径向方向上的移动打印工作；

所述的可伸缩打印平台15，该可伸缩工作平台15在收回状态时，由一伺服电机驱动使旋转台34顺时针旋转，由于传动杆35的存在，所以滑块板37以及夹块座38均沿圆柱导轨d33向外移动，夹块板36与夹块座38间为移动副配合，夹块板36底部在重力作用下与斜面导轨31形成另一移动副，在夹块座38向外移动到一定位置时，夹块板36向上移动直至夹块板36上平面与滑块板37上平面重合，同时上升平台39也在旋转台34转到一定角度时向上升起一定的距离，随后旋转台34继续旋转，使上升平台39各部件间的间隙减少直至锁紧，至此可伸缩工作平台15的张开过程到此结束。

该3d打印系统中的3d并不是基于打印材料的类型来区分的(4d打印：打印智能材料；5d打印：生物材料与活性器官再造)，而是按照三维空间中的机械自由度来定义的3d打印系统的3d，按照该打印系统中核心打印部件喷嘴相对于放置被打印件的平台在三维空间中具有的自由度来划分：2个独立的移动自由度(在打印过程中)与1个独立的转动自由度，即喷嘴沿y轴、z轴的移动自由度以及喷嘴相对于放置被打印件的平台的旋转自由度。