]如图6、7、8所示，所述打印关节部分包括大臂电机111、大臂电机架112、大臂小齿 轮113、大臂电机支柱114、大臂大齿轮115、大臂轴116、大臂轴上轴承盖117、大臂轴下轴承 盖118、大臂板119,小臂电机121、小臂小齿轮122、小臂大齿轮126、小臂轴123、与大臂板等 长的小臂板127、打印头15、小臂轴上轴承盖124、小臂轴下轴承盖125、顶板13、升降丝杆固 定端14。所述大臂电机通过大臂电机架、大臂电机支柱固定在顶架上，大臂电机端子与大臂 小齿轮连接，大臂小齿轮和大臂大齿轮相啮合，大臂大齿轮同轴固连在大臂轴上。大臂轴由 大臂轴上轴承、大臂轴上轴承盖和大臂轴下轴承、大臂轴下轴承盖实现轴向固定。大臂轴下 端和大臂板固连。所述小臂电机固定在大臂板上，小臂电机端子与小臂小齿轮连接，小臂小 齿轮和小臂大齿轮相啮合，小臂大齿轮同轴固连在小臂轴上，同时和小臂板固连。小臂轴由 小臂轴上轴承、小臂轴上轴承盖和小臂轴下轴承、小臂轴下轴承盖实现轴向固定。打印头安 装在小臂板的末端（即第一端）。升降丝杆固定端用来固定升降丝杠的上端，丝杠可在其中 做定轴转动。
[0027] 上述打印机的工作原理是：
[0028]首先，将工件放到打印平台上，通过X、Υ轴电机调整打印平台的位置，使得工件处 于打印头下方;之后根据圆截面的半径，启动小臂电机，调整小臂板与大臂板之间的夹角， 改变打印头与大臂轴之间的距离，即改变打印的圆半径，之后大臂电机111，使得打印头随 着大臂板转动一周，即加工出一个完整的圆；接下来连续改变小臂板与大臂板之间的夹角 来实现半径的变化，从而打印出一个完整的圆，同时，基座部分的升降电机311通过驱动丝 杆升降，来带动打印头上下运动，加工出不同高度的圆截面；当一个工件打印完成后，打印 平台移动，将下一个工件送到打印头下方，继续进行打印。
[0029]如图11所示，一种基于极坐标的圆截面物体3D打印方法，包括以下步骤：
[0030]第一步，在ΧΥ平面内，以大臂轴（116)横截面的中心为原点0建立极坐标系，小壁板 上的打印头15设为Ρ点，Ρ点的极坐标是(Ρ，θ)，其中〇,〇 < θ<2π，^的模为ρ;
[0031 ]第二步，改变Ρ点的位置，使得Θ在〇~231之间均匀变化，打印半径为ρ的完整的圆； [0032]第三步;改变小壁板相对大臂板（119)的转角Φ，从而改变Ρ点的位置，使的模 为Ρ在0到R之间均匀变化，从而得到半径为R的完整的圆截面。
[0033] 上述方法的原理是：以圆截面圆心为原点0建立极坐标系，当限制Ρ 2 0，0 < Θ <231 时，截面上除原点0以外，其他每一点都有唯一的一个极坐标Ρ(ρ，θ)。所以对于半径为R的圆 截面的打印，设的模为P，通过Θ在0~2π间变化就可以打印一个半径为P的完整的圆。故 而令p从0到打印半径R之间均匀变化，就可以打印一个半径为R的完整的圆截面。所以基于 极坐标的圆截面物体3D打印机的数学模型是形成一个模P可以从0到打印半径R之间均匀变 化的士，而且Θ可以在XY平面内0~231间变化。
[0034]以上所述仅为本发明的优选实施例，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有 各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应 包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种基于极坐标的圆截面物体3D打印机，其特征在于:包括由下至上依次安装的基 座部分、打印平台部分W及打印关节部分； 所述基座部分包括基座、安装在基座上的升降电机(311)?及两个丝杆带轮、活动安装 在基座上的至少两个Z向导杆（14-2)、与丝杆带轮的螺孔配合的两个Z向升降丝杆（14-1); 升降电机通过同步带轮(312)?及同步带(313)分别与两个丝杆带轮连接，从而驱动两个Z 向升降丝杆上下运动； 所述打印平台部分包括打印平台支架、安装在打印平台支架上的XY向驱动组件W及安 装在XY向驱动组件上的打印平台；打印平台支架上开设有若干个通孔（14-3)，Z向导杆W及 Z向升降丝杆分别穿过所述通孔； 所述打印关节部分包括顶板（13)、打印头（15) W及等长的大臂板(119)、小臂板(127)， 顶板安装在两个Z向升降丝杆W及两个Z向导杆的顶部，大臂板（119)的第一端通过大臂轴 (116)转动安装在顶板底面并由大臂电机（ιιυ驱动，小壁板的第一端底部安装着打印头， 小壁板的第二端通过小臂轴（123)转动安装在大臂板的第二端底面并由小臂电机（121巧区 动。2. 根据权利要求1所述的一种基于极坐标的圆截面物体3D打印机，其特征在于:所述ΧΥ 向驱动组件包括正交布置的X轴丝杆(213)和Υ轴丝杆(223 )，X轴丝杆由X轴电机(211)驱动， X轴丝杆(213)上安装着X轴螺母(216)，Χ轴螺母(216)通过X轴滑块(214)、Χ轴Τ型滑轨(215) 与打印平台连接，X轴Τ型滑轨（215)与Υ轴丝杆（223)平行布置;Υ轴丝杆（223)由Υ轴电机 (221)驱动，Υ轴丝杆上安装着Υ轴螺母(226)，Υ轴螺母(226)通过Υ轴滑块(224)、Υ轴Τ型滑轨 (225)与打印平台连接，Υ轴Τ型滑轨(225)与X轴丝杆(213)平行布置。3. 根据权利要求1所述的一种基于极坐标的圆截面物体3D打印机，其特征在于:所述大 臂板(119)的第一端固定在大臂轴（116)上，大臂轴（116)通过轴承安装在顶板上，大臂电机 通过齿轮与大臂轴（116)连接从而驱动大臂轴（116)转动；小壁板的第二端固定在小臂轴 (123)上，小臂轴（123)通过轴承安装在大臂板(119)的第二端，小臂电机通过齿轮与小臂轴 (123)连接从而驱动小臂轴（123)转动。4. 一种基于极坐标的圆截面物体3D打印方法，其特征在于包括W下步骤： 第一步，在ΧΥ平面内，W大臂轴（116)横截面的中屯、为原点0建立极坐标系，小壁板上的 打印头（15)设为Ρ点，Ρ点的极坐标是(Ρ，Θ)，其中Ρ > 0，0 < Θ <化，（品的模为Ρ; 第二步，改变Ρ点的位置，使得Θ在0~如之间均匀变化，打印半径为Ρ的完整的圆； 第Ξ步;改变小壁板相对大臂板(119)的转角Φ，从而改变Ρ点的位置，使的模为Ρ在0 至化之间均匀变化，从而得到半径为R的完整的圆截面。
【专利摘要】本发明涉及一种基于极坐标的圆截面物体3D打印方法和3D打印机。目的是提供的3D打印方法应具有算法简单的特点；3D打印机应具有工作效率高的特点。技术方案是：一种基于极坐标的圆截面物体3D打印机，包括基座部分、打印平台部分及打印关节部分；基座部分包括基座、升降电机及两个丝杆带轮、至少两个Z向导杆、两个Z向升降丝杆；打印平台部分包括打印平台支架、XY向驱动组件及打印平台；打印关节部分包括顶板、打印头以及大臂板、小臂板。3D打印方法，包括以下步骤：1)建立极坐标系；2)改变P点的位置，打印半径为ρ的完整的圆；3)改变小壁板相对大臂板的转角φ，使的模为ρ在0到R之间均匀变化，从而得到完整的圆截面。
【IPC分类】B29C67/00, B33Y10/00, B33Y30/00
【公开号】CN105538717
【申请号】CN201610016429
【发明人】李洪超
【申请人】浙江理工大学
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2016年1月11日