专利名称：台式快速成形机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种快速成形机，尤其涉及一种台式快速成形机。
背景技术：
近年来，国际上出现了一类称为“Low-Priced Concept Modeler”的快速成形机，即低价位概念式造型机，它主要用于概念设计(即初步设计)，能成形工件的边长一般在200～300mm左右，成形件的精度与强度不太高，可在办公室使用，因此制造成本较低，售价也较低，使用面广，成为各大成形机制造公司争先发展的方向。其中，最有代表性的是三维打印式(Three-DimensionalPrinting，简称TDP)快速成形机，这种快速成形机用某种成形头喷射(或涂覆)粘结剂(或熔融的热塑性丝料、蜡丝)等，成形头能作X-Y平面运动，工作台能作Z方向的垂直运动，因此可成形三维实体。
由于现有技术中将成形运动分解为成形头与工作台两者的运动，其中，工作台及其上的工件必须沿Z方向垂直运动，因此，Z向运动惯性比较大，机器的下部高度相当大，只能做成落地的立式结构，无法做成适合办公室使用的台式结构。
同时，由于成形头中的驱动压力与驱动功率都比较小，只能涂覆一般的熔融塑料(或蜡)，不能涂覆增强性塑料(例如玻璃纤维增强塑料)，图1与图2是现有的快速成形机的成形头的结构图与外观图。如图所示，该种成形机的成形头中，用微型电动机10通过送料辊11与12驱动丝料13在工作台14上成形。
目前的各种快速成形机使用的丝料只能来自料盘，料盘由制造成形机的制造商一同提供，用户自己无法选择，因此会造成一些不便。且制造商提供的丝料直径很小，一般为1.27～1.78mm，成形效率较低，价格也比较昂贵(中国市场售价为2400元人民币/kg左右)。
于是，就需要一种Z向运动惯性比较小，能够做成台式结构的快速成形机，采用压力和功率更大的成形头，而且能自己制备丝料。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种台式快速成形机，其Z向的惯性比较小。
本实用新型的另一目的是提供一种采用压力和功率更大的成形头的台式快速成形机。
本实用新型的又一目的是提供一种具有丝料制备系统的台式快速成形机，可以自行制备丝料。
为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案一种台式快速成形机，包括机架，支承成形件的工作台，加热、熔融、挤压丝料的成形头，运送丝料的送丝机构，存储丝料的料盘以及控制系统，其特征在于，所述机架为龙门式机架，龙门式机架包括一个做Z向运动的横梁和驱动横梁运动的驱动装置；所述工作台做X方向运动，所述成形头做Y方向运动。
所述横梁安装在所述龙门式机架的两根竖直立柱上，所述横梁驱动装置安装在所述横梁上，包括步进电机和Z向导轨，所述Z向导轨在所述竖直立柱上，所述步进电机通过第三齿形皮带传动装置、第三精密滚珠丝杠、第三驱动螺母和连接板来驱动所述横梁，使横梁沿所述Z向导轨做Z向的上下运动。所述横梁上有第一滑动装置，包括第一滑块、第一滑块驱动伺服电机和Y向导轨，所述第一滑块驱动伺服电机通过第一齿形皮带传动装置、第一联轴节、第一精密滚珠丝杠和第一驱动螺母驱动与其相连的第一滑块沿着所述Y向导轨在所述横梁上做Y向的左右运动；所述第一滑块与所述成形头相连，所述成形头跟随所述第一滑块一起做Y向的左右运动。所述龙门式机架上有第二滑动装置，包括第二滑块、第二滑块驱动伺服电机和X向导轨，所述工作台通过一垫板安装在所述第二滑块上，所述第二滑块驱动伺服电机通过第二齿形皮带传动装置、第二联轴节、第二精密滚珠丝杠和第二驱动螺母驱动与其相连的第二滑块沿着所述X向导轨在所述龙门机架上做X向的前后运动；所述第二滑块通过一垫板与所述工作台相连，所述工作台跟随所述第二滑块一起做X向的前后运动。
所述成形头为高压螺杆式成形头，所述成形头包括将丝料加热至熔融态的上电热棒和下电热棒、推挤丝料的螺杆、输出丝料的铜质喷嘴和检测温度的热电耦。
所述成形机还包括丝料制备系统，包括芯料、料槽、导向辊和校正辊；所述芯料是热塑性塑料盘料，所述热塑性塑料由所述导向辊牵引至内设有加热器的所述料槽内加热至熔融态，再经过所述校正辊校正后由所述送丝机构送入所述成形头中。
由于采用了上述技术方案，本实用新型的台式快速成行机采用敞开的精巧龙门式机架，横梁作垂直运动，Z向运动惯性小，其成形头为高压螺杆式成形头，成形效率高，能挤压成形增强型塑料。还可附带丝料制备系统，按成形件的要求，由用户自行配备丝料。
图1是现有技术的快速成形机的成形头的结构图；图2是现有技术的快速成形机的成形头的外观图；图3是本实用新型的台式快速成形机的一个实施例的结构图；图4是图3所示实施例的成形头与送丝机构的结构图；图5是图3所示实施例的横梁部件的结构图；图6是图3所示实施例的横梁部件的Z向驱动机构的结构图。
图7是图3所示实施例的工作台驱动机构的结构图；图8本实用新型的台式快速成形机的丝料制备系统的一个实施例的结构图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例来进一步说明本实用新型的技术方案。
本实用新型的台式快速成形机的主要改进是将原来由工作台完成的Z向运动放到一横梁上来完成，从而大大地减小了Z向的惯性。图3是本实用新型的台式快速成形机的一个实施例的结构图。如图3所示，该实施例由龙门式机架31、X向移动的工作台32、Z向移动横梁部件33、料盘34、送丝机构和控制系统(这两个图中未画出)几个部件组成，图3中的坐标轴35指示了X、Y、Z的方向。
横梁33安装在龙门式机架31的两根竖直立柱311上，横梁驱动装置60安装在机架31上，横梁驱动装置60的结构如图6所示，结合图3和图6，该驱动装置60包括步进电机61和Z向导轨62，Z向导轨62在竖直立柱311上，步进电机61通过第三齿形皮带传动装置63、第三精密滚珠丝杠64、第三驱动螺母65和连接板66来驱动横梁33，使横梁33沿Z向导轨62做Z向的上下运动。
回到图3，该实施例中，成形头与横梁33相连，图5是该实施例的横梁部件33的结构图。结合图3与图5，横梁33上有第一滑动装置，包括第一滑块51、第一滑块驱动伺服电机52和Y向导轨53，第一滑块驱动伺服电机52通过第一齿形皮带传动装置54、第一联轴节55、第一精密滚珠丝杠56和第一驱动螺母(图中未画出)驱动与其相连的第一滑块51沿着Y向导轨53在横梁33上做Y向的左右运动。折叠式防护罩57用于保护第一精密滚珠丝杠56和Y向导轨53。第一滑块51与成形头41相连，成形头41跟随第一滑块51一起做Y向的左右运动。
再回到图3，分析一下该实施例的工作台32及其驱动装置。图7是该实施例的工作台驱动机构的结构图，结合图3和图7，龙门式机架31上有第二滑动装置，包括第二滑块71、第二滑块驱动伺服电机72和X向导轨73，平台74通过一垫板75安装在第二滑块71上，第二滑块驱动伺服电机72通过第二齿形皮带传动装置76、第二联轴节77、第二精密滚珠丝杠78和第二驱动螺母79(图中未画出)驱动与其相连的第二滑块71沿着所述X向导轨73在龙门机架31上做X向的前后运动；第二滑块71通过一垫板75与平台74相连，平台74跟随第二滑块71一起做X向的前后运动。
图4是该实施例的成形头41与送丝机构412的结构图。如图4所示这2个部件用同一步进电机42驱动。此步进电机42通过联轴节43驱动螺杆44，同时，又通过齿形皮带传动45与46驱动主动送料辊47。在弹簧(图中未示出)的作用下，从动送料辊(图中未示出)压向主动送料辊47，从而夹紧来自料盘34(见图3)、直径为4mm的塑料丝48，并将其送入成形头41。在成形头41中，由于上电热棒(图中未示出)与下电热棒49的作用，丝料48呈熔融状态，并在螺杆44的推挤下，通过铜质喷嘴410涂覆在工作台32上。成形头41的温度通过热电耦411检测、控制。上述螺杆挤压式成形头41的流量可以达到0.5～1cm3/s，从而能大大提高成形效率。
该实施例的工作台32的平台74可沿X方向做前、后运动，横梁部件33可沿Z方向做上、下运动，成形头41可沿Y方向做左、右运动。当外部PC计算机(图中未示出)发出指令后，控制系统控制送丝机构412，使丝料进入成形头41，并在其中加热、熔融、挤压，然后涂覆至工作台32的平台74之上。与此同时，外部计算机针对工件三维模型沿高度方向切片的结果，将不同截面层的轮廓数据传至控制系统，此系统驱动工作台32与成形头41沿X-Y方向做合成运动，从而使涂覆并凝固在平台74上的塑料形成工件相应的截面轮廓。完成一层的涂覆后，横梁部件33带动成形头41上升一个截面层的厚度(通常约为0.2mm)，然后重复进行下一个截面的涂覆，直至完成整个工件的成形。
本实用新型的快速成形机在成形工件的某个截面时，工作台32做X方向的运动，成形头41做Y方向的运动并涂覆熔融的塑料；当一个截面成形完成后，横梁驱动装置60带动横梁33与成形头41，沿Z方向上升一个截面层的厚度，然后再进行下一截面的成形。在上述工作循环中，绝大多数时间用于X与Y方向的运动，因此，这两个方向运动的快速性要求最高；而Z向运动只在更换截面层时才发生，并且位移量仅0.2mm左右，所以运动的快速性要求相对较低。在本实用新型中，Z向运动由横梁33的移动来实现，虽然此横梁的质量稍大一些，但由于只需其间歇运动，且位移量较小，因此仍可满足要求，而成形头41不必相对横梁33做Z向运动，只需其沿Y向运动，所以不必在成形头41上设置Z向驱动装置，从而可大大减少成形头41的质量，提高其运动的快速性。
本实用新型的台式快速成形机还包括丝料制备系统，图8是丝料制备系统的一个实施例的结构图。当快速成形机用户需要自制特定的丝料时，可采用此丝料制备系统。系统80由芯料81、料槽83、导向辊82与校正辊86组成。其中，芯料81是直径为1mm的热塑性塑料(此处为尼龙基)盘料，由制造商供应；料槽83内设有加热器85，并添加了用户所需的热塑性塑料84，此塑料在加热器85的作用下处于熔融态。系统80工作时，在送丝机构412的牵引下，芯料81经过料槽83后，其外表面涂覆了一层厚厚的塑料84，上述由芯料81与涂覆料84组成的复合料在校正辊86的校正后，成为快速成形机能接受的丝料48，并被送入成形头41，在成形头41中加热熔融后涂覆至工作台32的平台74上，形成工件。
由于采用了上述技术方案，本实用新型的台式快速成行机采用敞开的精巧龙门式机架，横梁作垂直运动，Z向运动惯性小，其成形头为高压螺杆式成形头，成形效率高，能挤压成形增强型塑料。还可附带丝料制备系统，按成形件的要求，由用户自行配备丝料。
上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本实用新型的，熟悉本领域的人员可在不脱离本实用新型的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本实用新型的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。
权利要求1.一种台式快速成形机，包括机架，支承成形件的工作台，加热、熔融、挤压丝料的成形头，运送丝料的送丝机构，存储丝料的料盘以及控制系统，其特征在于，所述机架为龙门式机架，龙门式机架包括一个做Z向运动的横梁和驱动横梁运动的驱动装置；所述工作台做X方向运动，所述成形头做Y方向运动。
2.如权利要求1所述的台式快速成形机，其特征在于，所述横梁安装在所述龙门式机架的两根竖直立柱上，所述横梁驱动装置安装在所述横梁上，包括步进电机和Z向导轨，所述Z向导轨在所述竖直立柱上，所述步进电机通过第三齿形皮带传动装置、第三精密滚珠丝杠、第三驱动螺母和连接板来驱动所述横梁，使横梁沿所述Z向导轨做Z向的上下运动。
3.如权利要求1所述的台式快速成形机，其特征在于，所述横梁上有第一滑动装置，包括第一滑块、第一滑块驱动伺服电机和Y向导轨，所述第一滑块驱动伺服电机通过第一齿形皮带传动装置、第一联轴节、第一精密滚珠丝杠和第一驱动螺母驱动与其相连的第一滑块沿着所述Y向导轨在所述横梁上做Y向的左右运动；所述第一滑块与所述成形头相连，所述成形头跟随所述第一滑块一起做Y向的左右运动。
4.如权利要求1所述的台式快速成形机，其特征在于，所述龙门式机架上有第二滑动装置，包括第二滑块、第二滑块驱动伺服电机和X向导轨，所述工作台通过一垫板安装在所述第二滑块上，所述第二滑块驱动伺服电机通过第二齿形皮带传动装置、第二联轴节、第二精密滚珠丝杠和第二驱动螺母驱动与其相连的第二滑块沿着所述X向导轨在所述龙门机架上做X向的前后运动；所述第二滑块通过一垫板与所述工作台相连，所述工作台跟随所述第二滑块一起做X向的前后运动。
5.如权利要求1所述的台式快速成形机，其特征在于，所述成形头为高压螺杆式成形头，所述成形头包括将丝料加热至熔融态的上电热棒和下电热棒、推挤丝料的螺杆、输出丝料的铜质喷嘴和检测温度的热电耦。
6.如权利要求1所述的台式快速成形机，其特征在于，所述丝料的直径为4mm。
7.如权利要求1至6中任一项所述的台式快速成形机，其特征在于，还包括丝料制备系统，包括芯料、料槽、导向辊和校正辊；所述芯料是热塑性塑料盘料，所述热塑性塑料由所述导向辊牵引至内设有加热器的所述料槽内加热至熔融态，再经过所述校正辊校正后由所述送丝机构送入所述成形头中。
8.如权利要求7所述的台式快速成形机，其特征在于，所述热塑性塑料的直径为1mm。
专利摘要本实用新型公开了一种台式快速成形机，包括机架，支承成形件的工作台，加热、熔融、挤压丝料的成形头，运送丝料的送丝机构，存储丝料的料盘以及控制系统，其特征是，机架为龙门式机架，龙门式机架包括一个做Z向运动的横梁和驱动横梁运动的驱动装置；工作台做X方向运动，成形头做Y方向运动；成形头为高压螺杆式成形头，还可包括丝料制备系统。本实用新型的台式快速成形机Z向运动惯性小，成形效率高，能挤压成形增强型塑料，并可自行制备丝料。
文档编号B05D1/40GK2645790SQ0327903
公开日2004年10月6日 申请日期2003年9月29日 优先权日2003年9月29日
发明者王运赣 申请人:王运赣