专利名称：单只电机驱动多根螺杆使三维打印机进行z向运动系统的制作方法
技术领域：
单只电机驱动多根螺杆使三维打印机进行Z向运动系统
技术领域：
本实用新型是在三维打印机的机械传动中，运用一只步进电机作为驱动源，通过同步带轮和同步带同时驱动I根以上螺杆旋转，使Z向工作台或X方向运动机构和工作头做上升或下降运动，从而打印出立体模型。
背景技术：
随着第三次工业革命的浪潮袭卷全球，设计工作者，尤其是工艺三维设计领域，现有平面打印机只能打印平面图或在显示器中显示的虚拟三维图像较难表现出设计的实际效果，迫切希望能有一种能将设计中的作品打印成真实的立体模型或样件，从而缩短新产品研发的周期和降低开发成本，而三维打印机研发和生产成功，满足了设计者的需求。三维打印机是指可以打印出真实三维物体的一种设备，而称为打印机是因为该机器参照和应用了通用打印机的技术原理。三维打印机要想打印出是三维实体，在机械运动中除X、Y方向能运动外,Z向必须能运动，即在打印某一三维实体时，软件先将该实体分解成有若干个的平面图形组成的实体，以某种介质材料作为“纸张”，工作头通过Χ、γ方向的相对运动，“打印”出该三维实体的第一个平面图形后，再通过Z向运动，“打印”出该三维实物的第二个平面图形……，直至“打印”完该三维实体的全部平面图形，从而完成该实物的“打印”。
发明内容本实用新型单只电机驱动多根螺杆的目的，是为三维打印机在Z向运动中提供一种电路简化，结构简单，占用空间小，造价低廉，且能提高可靠性，满足打印实体模型精度要求的运动机构，具有较高的价格性能比。本实用新型主要由步进电机、同步带轮、同步带、螺杆、螺母、轴承、轴承座、行程限位装置、同步带张紧装置及相关结构件组成。本实用新型技术的主要特点是:三维打印机在做Z向运动时(或后)整个工作台面与工作头始终保持平行，大幅度的提高了机器的可靠性和实体模型打印的精度。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明
图1是本实用新型实施例一的立体图。图2是本实用新型实施例一的同步带张紧装置的放大图。图3是本实用新型实施例一的实物正面图。图4是本实用新型实施例一的实物底部图。图5是本实用新型实施例二的立体图。图6是本实用新型实施例二的同步带张紧装置的示意图。图7是本实用新型实施例二的实物正面图。
具体实施方式
以下结合附图详述本实用新型的实施例。实施例一(
图1 图4)。本实用新型的实施例由步进电机7、同步带轮(主动轮)10、同步带14、同步带轮(从动轮)13、螺杆11、螺母5、上轴承座3、下轴承座12、轴承1、工作台支座4、工作台2、检测杆6、传感器8、传感器支架9、张紧轮座15、小轴16、张紧轮17、轴承18、张紧轮调节支架19、调节螺钉20以及各种紧固件组成。轴承I内圈装入螺杆11上部台阶轴中，并用紧固件紧固；上轴承座3装入轴承I外圈上；螺母5旋入螺杆11，工作台支座4用紧固件固定在螺母5法兰盘上；用紧固件将一只检测杆6固定在一只工作台支座4的底部；轴承I内圈装入螺杆11下部第一节台阶轴中，下轴承座12装入轴承I外圈上，形成螺杆组件。用紧固件分别将传感器8固定在传感器支架9上，同步带轮10 (主动轮)固定在步进电机轴上，形成传感器和Z步进电机组件。轴承18装入张紧轮中，同步带14背面包裹张紧轮后装入张紧轮座15槽中，并装入小轴6，将张紧轮固定在张紧轮座槽中，形成张紧轮组件。将上述装配好的螺杆组件下轴承座12用紧固件固定在底板22上部，上轴承座3用紧固件固定在载体板21底部，使螺杆组件在底板22和载体板21之间；其中一只装有检测杆6的螺杆组件装在如
图1、图3中所示的右前方位置；传感器和Z步进电机组件分别用紧固件固定在底板22上部；用紧固件将张紧轮组件连接在底板22底部。用紧固件将张紧轮支架19紧固在底板22底部，并用调节螺钉20将其与张紧轮支座15连接。将同步带轮13 (从动轮)装入螺杆11下部第二节台阶轴中，并用紧固件紧固。先分别转动3根螺杆11，使3只工作台支座4上升到最顶部，即3只工作台支座在同一水平面上，并用专用工装固定，再将同步带齿面装入同步带轮10、13中。通过旋转调节螺钉20变动张紧轮组件的前后位置，从而改变同步带14的张力，当得到所需张力后，紧固前述连接底板22和张紧轮座15的紧固件将其固定。将工作台板2装在工作台支座4上，并用紧固件紧固。加电后，在控制和驱动电路的作用下，使安装在步进电机转子轴上的同步带轮(主动轮)10正转或反转 ,并通过同步带14和同步带轮(从动轮)12的传动,带动螺杆11转动，通过螺杆11和螺母5的相对运动，带动工作台上升或下降，从而实现三维打印机Z向运动。因为是一只电机，通过同步带轮和同步带传动，同时驱动3根螺杆旋转，所以3只螺母始终处在同一水平位置，即工作台始终在同一水平位置，且与工作头始终保持平行，从而保证工作台Z向运动平稳，满足打印模型精度的要求，且大幅度的提高了机器的可靠性。通过检测杆6和传感器8组成的行程限位装置的作用，在软件和控制电路的作用下，可以精确的控制工作台Z向运动的距离(在规定行程内)。当打印某一三维实体模型时，每“打印”出该三维实体模型的一个平面图形后，就通过Z向运动，即工作台下降一定的高度，再在新的“纸张”上“打印”出该三维实物模型的下一个平面图形……，当完成该实物模型全部平面图形的“打印”，将工作台上升一定的高度，从机器中取出该三维实体模型。实施例二(图5 图7)。本实用新型的实施例二由步进电机1、同步带轮(主动轮)3、同步带6、同步带轮(从动轮)5、螺杆9、螺母10、轴承座4、调节安装板2、Z向直线轴8、直线轴承7、左直线轴承座11、X向直线轴12、工作头固定座13、右直线轴承座14、轴承15、机座18、调节螺钉19、固定块16、限位开关17以及各种紧固件组成。步进电机I安装在调节安装板2上并装入同步带轮(主动轮)3，用紧固件紧固形成Z步进电机组件。轴承15内圈装入螺杆9下部台阶轴中，轴承15外圈套上轴承座4，同时螺杆9下部台阶轴上安装同步带轮(从动轮)5，并用紧固件紧固形成螺杆组件。左直线轴承座11装入直线轴承7和螺母10并用紧固件紧固形成左直线轴承座组件；右直线轴承座14装入直线轴承7和螺母10并用紧固件紧固形成右直线轴承座组件；工作头固定座13装入直线轴承7和X向直线轴12并与安装好的左、右直线轴承座组组合形成X向运动机构部件。将上述装配好的Z步进电机组件用紧固件连接在机座18上；螺杆组件和Z向直线轴8用紧固件固定在机座18上，然后通过分别转动两根螺杆9把X向运动机构部件装入，如图7所示。将同步带6装入同步带轮3、5中。通过旋转调节螺钉19变动Z步进电机组件的前后位置，从而改变同步带6的张力，当得到所需张力后，紧固Z步进电机组件调节安装板2的紧固件将其固定。将同步带6装入同步带轮
3、5中；通过旋转调节螺钉19变动Z步进电机组件的前后位置，从而改变同步带6的张力，当得到所需张力后，紧固Z步进电机组件调节安装板2的紧固件将其固定。装上工作头21后，通过专用测量工装检测工作头21在X、Y方向的运动轨迹相对于工作台20平面是否在一平面上，如不在一平面上可分别转动螺母10，改变其角度或调整工作台20的水平，直至符合设计要求，使工作台20始终与工作头21始终保持平行。加电后，在控制和驱动电路的作用下，使安装在步进电机上的同步带轮(主动轮)3正转或反转,并通过同步带6和同步带轮(从动轮)5的传动,带动螺杆9转动,通过螺杆9和螺母10的相对运动，带动X向运动机构部件(工作头)上升或下降，从而实现三维打印机Z向运动。因为是一只电机，通过同步带轮和同步带传动，同时驱动两根螺杆旋转，所以两只螺母相对于工作台平面的Z向位移是一致的，即工作台始终与工作头始终保持平行，从而满足打印模型精度的要求，且大幅度的提高了机器的可靠性。通过固定块16和限位开关17组成的行程限位装置的作用，在软件和控制电路的作用下，可以精确的控制工作头21的Z向运动的距离 (在规定行程内)。当打印某一三维实体模型时，该款机器以某种介质材料作为“墨水”，每“打印”出该三维实体模型的一个平面图形后，就通过Z向运动，即工作头上升一定的高度，再在上一个平面图形基础上“打印”出该三维实物模型的下一个平面图形……，直至“打印”完该三维实体模型的全部平面图形，从而完成该实物模型的“打印”。
权利要求1.单只电机驱动多根螺杆使三维打印机进行Z向运动系统，其特征是:它包括步进电机、同步带轮、同步带、螺杆、螺母、轴承、直线轴承、轴承座、直线轴承座、直线轴、工作台支座、工作台、工作头固定座、行程限位装置、同步带张紧装置及相关结构件构成。
2.根据权利要求1所述的单只电机驱动多根螺杆使三维打印机进行Z向运动系统，其特征之一是:单只步进电机做为Z向运动唯一驱动源，可同时驱动多根螺杆旋转，即2根(含2根)以上螺杆旋转。
3.根据权利要求1所述的单只电机驱动多根螺杆使三维打印机进行Z向运动系统，其特征之二是:单只步进电机与多根螺杆之间的传动方式为同步带轮和同步带。
4.根据权利要求1所述的单只电机驱动多根螺杆使三维打印机进行Z向运动系统，其特征之三是:通过螺杆与螺母的相对运动，三维打印机Z向运动方式之一是工作台做上升或下降运动；方式之二是X运动机构和工作头做上升或下降运动。
5.根据权利要求1所述的单只电机驱动多根螺杆使三维打印机进行Z向运动系统，其特征之四是:同步带张力调整方式之一是用调节螺钉使张紧轮组件的位置发生前后移动，得到所需的同步带张力；方式之二是用调节螺钉使Z电机组件的位置前后移动，得到所需的同步带张力。
6.根据权利要求1所述的单只电机驱动多根螺杆使三维打印机进行Z向运动系统，其特征之五是:三维打印机Z向运动限位装置之一是由传感器、检测杆和传感器支架组成；之二是由限位开关、固定块组成。
7.根据权利要求1所述的单只电机驱动多根螺杆使三维打印机进行Z向运动系统，其特征之六是:在用工作台做为Z向运动主体时，螺母选用可自动补偿磨损，能调整螺杆之间间隙的，具有可安装工作台支座法兰盘式的螺母；用紧固件与工作台支座、工作台连接，形成工作台能升降的结构。
8.根据权利要求1所述的单只电机驱动多根螺杆使三维打印机进行Z向运动系统，其特征之七是:在用X方向运动机构和工作台做为Z向运动主体时，螺母选用比螺杆材料硬度低的材料制造，且能调整与螺杆相对角度(螺杆不转，螺母转)；螺母用紧固件与直线轴承座连接，直线轴承座上安装X方向运动机构，并在其工作头固定座上安装工作头，形成X方向运动机构和工作头能升降的结构；在直线轴承座中装上直线轴承，直线轴承则安装在已固定在机座上与直线轴承相匹配的专用直线轴上，X方向运动机构和工作头做Z向运动时，就能沿着直线轴轴向垂直方向上下运动，从而提高Z向运动的平稳性、降低摩擦系数和运动噪音。
9.根据权利要求1所述的单只电机驱动多根螺杆使三维打印机进行Z向运动系统，其特征之八是:在螺杆、张紧轮等旋转零件中，都装上轴承、并用相应的轴承座与之匹配，从而减少运动阻力，降低摩擦系数和运动噪音。
专利摘要本实用新型涉及三维打印机Z向运动系统，其特征是它主要包括步进电机、同步带轮、同步带、螺杆、螺母、轴承、轴承座、行程限位装置、同步带张紧装置及相关结构件构成。本实用新型结构简单、电路设计简化、占用空间小、造价低廉、可靠性高、传动精度较高，具有较高的价格性能比。
文档编号F16H7/08GK203031962SQ20122054305
公开日2013年7月3日 申请日期2012年10月23日 优先权日2012年10月23日
发明者王宝峰, 李九才, 潘晨, 钱少鹏, 钟一苗 申请人:江苏紫金电子集团有限公司, 南京紫金立德电子有限公司