一种多功能3d打印的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开一种多功能3D打印机，其包括：基座，该基座一侧设置有与基座垂直的立式滑轨；水平移动平台，其包括：相互叠加安装于基座上并分别可沿Y轴方向和X轴方向移动的Y轴移动平台和X轴移动平台；热熔打印机头，其通过一横梁安装于一Z轴移动座上，热熔打印机头位于水平移动平台上方，其中，该Z轴移动座安装在立式滑轨上，并可沿立式滑轨在Z轴方向移动；Z轴移动座中设置有一送料机构，通过送料机构推进热熔胶线向热熔打印机头进料。本实用新型体积小、构件少、结构简单、外形美观、送料稳定。热熔打印机头可以更换为铣刀机头、激光机头、钢笔机头，以形成小型数控切割设备或激光切割机、立体描绘机，实现多功能化，以满足不同的需求。
【专利说明】一种多功能3D打印机
【技术领域】:
[0001]本实用新型涉及实物成型设备【技术领域】，特指一种体积小、构件少、结构简单，且外形美观的多功能3D打印机。
【背景技术】:
[0002]3D打印机，即快速成形技术的一种机器，它是一种数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。过去其常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，现正逐渐用于一些产品的直接制造，意味着这项技术正在普及。
[0003]3D打印的设计过程是:先通过计算机建模软件建模，再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面，即切片，从而指导打印机逐层打印，并将薄型层面堆叠起来，直到一个固态物体成型。多功能3D打印机与传统打印机最大的区别在于:它使用的“墨水”是实实在在的原材料。
[0004]上述的原材料一般为热熔胶线，该热熔胶线的端部插入3D打印机的热熔打印机头中，而热熔打印机头通过通电加热而实现对热熔胶线进行熔融，经熔融的胶从热熔打印机头下端流出，逐层打印，并将薄型层面堆叠以实现固态物体成型。
[0005]目前，有人提出了一名称为一种三维打印机的中国实用新型专利申请，其专利号为201220581158.9，该三维打印机包括机壳和打印装置，该打印装置包括八个连接件、连接于连接件上的Z向支撑构件和Y向支撑构件、架设于Y向支撑构件上的X向支撑构件、连接于X向支撑构件上的打印平台。该Z向支撑构件和Y向支撑构件及X向支撑构件组合形成一呈龙门式的整体支架，其体积大、构件多、结构繁琐，且外形不美观。
[0006]有鉴于上述三维打印机的不足，本发明人提出下述技术方案。
实用新型内容:
[0007]本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种体积小、构件少、结构简单，且外形美观的多功能3D打印机。
[0008]为了解决上述技术问题，本实用新型采用了下述技术方案:该多功能3D打印机，其包括:一基座，该基座作为整个机器的承载体，该基座一侧设置有一与基座垂直的立式滑轨；一水平移动平台，其包括:相互叠加安装于基座上并分别可沿Y轴方向和X轴方向移动的Y轴移动平台和X轴移动平台；一热熔打印机头，其通过一横梁安装于一 Z轴移动座上，热熔打印机头位于水平移动平台上方，其中，该Z轴移动座安装在立式滑轨上，并可沿立式滑轨在Z轴方向移动；所述的Z轴移动座中设置有一送料机构，通过送料机构推进热熔胶线向热熔打印机头进料。
[0009]进一步而言，上述技术方案中，所述的热熔打印机头设置在横梁的一端，横梁的另一端固定在Z轴移动座上，并且横梁内设置有与Z轴移动座导通的线路；所述的热熔打印机头与横梁的端部采用电插接接口连接，通过该接口为热熔打印机头供电及形成稳定的装配。
[0010]进一步而言，上述技术方案中，所述的热熔打印机头上设置有至少一个USB插头，横梁的端部设置有与USB插头对应的USB插座，热熔打印机头通过USB插头与横梁端部的USB插座对接形成电性导通，并形成可拆装的稳定装配。
[0011]进一步而言，上述技术方案中，所述的基座上对应立式滑轨的位置安装有第一步进电机，且立式滑轨内部设置有与第一步进电机连动的丝杆，所述的Z轴移动座上设置有与丝杆螺纹配合的滑块，通过第一步进电机驱动丝杆旋转，令与之配合的滑块带动所述的Z轴移动座在立式滑轨上沿Z轴方向移动。
[0012]进一步而言，上述技术方案中，所述的X轴移动平台、Y轴移动平台以及基座底部采用中空结构，用于驱动X轴移动平台、Y轴移动平台水平移动的驱动及导向装置设置在上述X轴移动平台、Y轴移动平台以及基座底部中空空间内。
[0013]所述的X轴移动平台下端面空间固定有成对沿X轴方向装配的第一导轨及位于两第一导轨之间的第一定位块和第二定位块，Y轴移动平台上设置有与所述第一导轨配合的第一座体以及用于驱动X轴移动平台沿X轴方向移动的第一驱动装置；所述的第一驱动装置包括:固定在Y轴移动平台上的第二步进电机及与第二步进电机连动的第一皮带，该第一皮带两端分别与所述的第一定位块和第二定位块连接，第二步进电机上的驱动轮穿过Y轴移动平台与第一皮带配合，通过所述的驱动轮驱动第一皮带运行，从而带动与第一皮带连动的X轴移动平台在Y轴移动平台上沿第一导轨轴向方向移动。
[0014]进一步而言，上述技术方案中，所述的Y轴移动平台下端面空间固定有成对沿Y轴方向装配的第二导轨，所述的基座上设置有供所述第二导轨装配的第二座体以及用于驱动Y轴移动平台沿Y轴方向移动的第二驱动装置；所述的第二驱动装置包括:与基座相对固定的第三步进电机及与第三步进电机连动的第三皮带，所述的基座上开设有供所述第二步进电机沿Y轴方向移动的条形孔，第二步进电机下端穿过该条形孔并固定在所述的第三皮带上，通过第三步进电机驱动第三皮带运转，带动与第二步进电极固定的Y轴移动平台沿第二导轨轴向方向移动。
[0015]进一步而言，上述技术方案中，所述的热熔打印机头可更换为铣刀机头、激光机头、钢笔机头中的任意一种。
[0016]进一步而言，上述技术方案中，所述的送料机构包括:主动齿轮、从动齿轮以及用于驱动主动齿轮转动的驱动电机，其中，主动齿轮与从动齿轮同步转动，热熔胶线通过主动齿轮与从动齿轮的驱动实现进给送料；所述的Z轴移动座上设置有供热熔胶线进料及出料的进料孔和出料孔。
[0017]进一步而言，上述技术方案中，所述X轴移动平台上安装有一打印平台，其中，该打印平台外侧通过螺栓配合弹簧与X轴移动平台形成装配，令打印平台受力后能够自行调
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[0018]采用上述技术方案后，本实用新型与现有技术相比较具有如下有益效果:
[0019]1、本实用新型中热熔打印机头通过横梁、Z轴移动座及立式滑轨安装于打印平台正上方，相对于龙门式的整体支架而言，具有体积小、构件少、结构简单，且外形美观的优点。
[0020]2、由于Z轴移动座内的送料机构可以作为一配重块设置于横梁的一端,令热熔打印机头和送料机构等重分布于横梁两端，以致Z轴移动座平稳地在立式滑轨上沿Z轴方向移动，令热熔打印机头移动稳定。另外，本实用新型还具有送料稳定、移动距离精度高等优点。
[0021]3、本实用新型中的热熔打印机头可以更换为铣刀机头、激光机头、钢笔机头中的任意一种，并通过USB插头与横梁端部的USB插座对接实现通电和/或数据交换及形成稳定的装配，以形成小型数控切割设备或激光切割机、立体描绘机，实现多功能化，以满足不同的需求。【专利附图】
【附图说明】:
[0022]图1是本实用新型的立体图；
[0023]图2是本实用新型另一视角的立体图；
[0024]图3是本实用新型立体分解图；
[0025]图4是本实用新型的第一内部结构示意图；
[0026]图5是本实用新型的第二内部结构示意图；
[0027]图6是本实用新型的第三内部结构示意图；
[0028]图7是本实用新型的第四内部结构示意图；
[0029]图8是本实用新型的第五内部结构示意图；
[0030]图9是本实用新型中热熔打印机头的立体图；
[0031]图10是本实用新型中送料机构的示意图；
[0032]图11是本实用新型的电路原理图。
[0033]附图标记说明:
[0034]I基座11立式滑轨
[0035]111丝杆12安装座
[0036]121第一步进电机 13第二座体
[0037]14第二驱动装置 141第三步进电机
[0038]142第三皮带143条形孔
[0039]15盖板151垫脚
[0040]2水平移动平台 20打印平台
[0041]21Y轴移动平台 211第一座体
[0042]212第二导轨22X轴移动平台
[0043]221第一导轨222第一定位块
[0044]223第二定位块23第一驱动装置
[0045]231第二步进电机 232第一皮带
[0046]233驱动轮3热熔打印机头
[0047]300电加热端301温度传感器
[0048]31 横梁3IlUSB 插座
[0049]32USB 插头331 进料口
[0050]332金属出料嘴 4Z轴移动座
[0051]5送料机构50间隙[0052]501进料孔502出料孔
[0053]51主动齿轮52从动齿轮
[0054]53驱动电机
【具体实施方式】:
[0055]下面结合具体实施例和附图对本实用新型进一步说明。
[0056]参见图1-3所不,一种多功能3D打印机,包括:一基座1、分别设置于基座I两侧的立式滑轨11及水平移动平台2、活动安装于立式滑轨11上的Z轴移动座4及通过一横梁31稳定安装于Z轴移动座4上的热熔打印机头3。
[0057]所述的基座I作为整个机器的承载体，该基座I 一侧设置有一安装座12，所述的立式滑轨11下端则安装于该安装座12中，该立式滑轨11与安装座12相垂直。所述的安装座12中对应立式滑轨11的位置设置有第一步进电机121，且立式滑轨11内部设置有与第一步进电机121连动的丝杆111。
[0058]所述的基座I底部安装有一盖板15，令基座I与盖板15之间形成有空腔。其中盖板15下端面设置有垫脚151。
[0059]结合图4、5所示，所述的水平移动平台2安装于基座I相对于安装座12的另一侧，该水平移动平台2包括:相互叠加安装于基座I上并分别可沿Y轴方向和X轴方向移动的Y轴移动平台21和X轴移动平台22。
[0060]所述的X轴移动平台22、Y轴移动平台21以及基座I底部采用中空结构，用于驱动X轴移动平台22、Y轴移动平台21水平移动的驱动及导向装置设置在上述X轴移动平台22、Y轴移动平台21以及基座I底部中空空间内。
[0061]所述的X轴移动平台22下端面空间固定有成对沿X轴方向装配的第一导轨221及位于两第一导轨221之间的第一定位块222和第二定位块223，Y轴移动平台21上设置有与所述第一导轨221配合的第一座体211以及用于驱动X轴移动平台22沿X轴方向移动的第一驱动装置23。
[0062]所述的第一驱动装置23包括:固定在Y轴移动平台21上的第二步进电机231及与第二步进电机231连动的第一皮带232，该第一皮带232两端分别与所述的第一定位块222和第二定位块223连接，第二步进电机231上的驱动轮233穿过Y轴移动平台21与第一皮带232配合，通过所述 的驱动轮233驱动第一皮带232运行，从而带动与第一皮带232连动的X轴移动平台22在Y轴移动平台21上沿第一导轨221轴向方向移动。具体而言，第一驱动装置23工作时，第二步进电机23带动驱动轮233转动，而驱动轮233驱动第一皮带232沿X轴方向移动，以致驱动X轴移动平台22中的第一导轨221在Y轴移动平台21上安装的第一座体211中沿X轴方向移动，实现控制X轴移动平台22在Y轴移动平台21上沿X轴方向移动。
[0063]所述X轴移动平台22上安装有一打印平台20，其中，该打印平台20外侧通过螺栓配合弹簧与X轴移动平台22形成稳定装配，令打印平台20受力后能够自行调整平衡度或具有缓冲作用。
[0064]结合图6-8所示，所述的Y轴移动平台21下端面空间固定有成对沿Y轴方向装配的第二导轨212，所述的基座I上设置有供所述第二导轨212装配的第二座体13以及用于驱动Y轴移动平台21沿Y轴方向移动的第二驱动装置14。
[0065]所述的第二驱动装置14包括:与基座I相对固定的第三步进电机141及与第三步进电机141连动的第三皮带142，所述的基座I上开设有供所述第二步进电机231沿Y轴方向移动的条形孔143，第二步进电机231下端穿过该条形孔143并固定在所述的第三皮带142上,通过第三步进电机141驱动第三皮带142运转,带动与第二步进电极231固定的Y轴移动平台21沿第二导轨212轴向方向移动。具体而言，第二驱动装置14工作时，第三步进电机141带动第三皮带142沿Y轴方向来回移动，以驱动安装于Y轴移动平台21下端面的第二步进电机231在所述的条形孔143中沿Y轴方向移动，从而驱动Y轴移动平台21的第二导轨212于基座I上的第二座体13中沿Y轴方向移动，实现控制Y轴移动平台21在基座I上沿Y轴方向移动。
[0066]结合图9所示，所述的热熔打印机头3设置在横梁31的一端，横梁31的另一端固定在Z轴移动座4上，并且横梁31内设置有与Z轴移动座4导通的线路，且热熔打印机头3位于水平移动平台2正上方。所述的热熔打印机头3与横梁31的端部采用电插接接口连接，通过该接口为热熔打印机头3供电及形成稳定的装配。具体而言，所述的热熔打印机头3上设置有至少一个USB插头32，横梁31的端部设置有与USB插头32对应的USB插座311，热熔打印机头3通过USB插头32与横梁31端部的USB插座311对接形成电性导通，并形成可拆装的稳定装配。
[0067]所述的热熔打印机头3上端面设置有两个进料口 331，下端面设置有两个金属出料嘴332。
[0068]所述的Z轴移动座4以可沿Z轴方向移动的装配方式活动安装于所述的立式滑轨11上。具体而言，所述的Z轴移动座4中安装有一设置有与丝杆111螺纹配合的滑块，并通过该滑块活动安装于所述的立式滑轨11上。通过第一步进电机121驱动丝杆111旋转，令与之配合的滑块带动所述的Z轴移动座4在立式滑轨11上沿Z轴方向移动。
[0069]所述的Z轴移动座4中设置有一送料机构5，该送料机构5的进料孔501及出料孔502均显露于Z轴移动座4外表面，其中，Z轴移动座4中的送料机构5作为一配重块设置于横梁31的一端，令热熔打印机头3和送料机构5等重分布于横梁31两端，以致Z轴移动座4平稳地在立式滑轨11上沿Z轴方向移动。
[0070]结合图10所示，所述的送料机构5包括:主动齿轮、从动齿轮以及用于驱动主动齿轮转动的驱动电机，其中，主动齿轮与从动齿轮同步转动，热熔胶线通过主动齿轮与从动齿轮的驱动实现进给送料。
[0071]所述的主动齿轮与从动齿轮之间形成有用于挤压送料的间隙，该间隙与所述的进料孔501及出料孔502相对应。具体而言，该主动齿轮包括第一主动齿轮511及第二主动齿轮512,其中安装于同一驱动电机53的转轴上,从动齿轮52包括:安装于同一第一转轴52上的第一从动齿轮521及第二从动齿轮522，其中，第一主动齿轮511与第一从动齿轮521之间形成有与所述进料孔501及出料孔502对应的间隙510，第二主动齿轮512与第二从动齿轮522之间形成有与所述进料孔501及出料孔502对应的间隙520。当然，所述的送料机构可以是另外一种结构，该结构与上述结构不同之处在于:增加一个驱动电机驱动第一从动齿轮及第二从动齿轮转动。
[0072]本实用新型使用时，将热熔胶线从Z轴移动座4外表面的进料孔501穿入，穿过送料机构5的间隙510或间隙520从Z轴移动座4外表面的出料孔502出来，并穿入所述热熔打印机头3的进料口 331。所述热熔打印机头3将热熔胶线熔融，令熔融的物料从金属出料嘴332末端流出，水平移动平台2及Z轴移动座4配合热熔打印机头3工作，而金属出料嘴332在打印平台20上逐层打印，以形成一固体实物造型。
[0073]见图11所示，这是本实用新型的电路原理图，将所要打印物件的参数、图形通过电脑输入到微处理器MCU中，由微处理器控制第二步进电机231、第三步进电机141和第一步进电机121以分别实现在X/Y/Z轴方向的驱动。同时由送料机构5中的驱动电机53驱动送料。热熔打印机头3中的电加热端300通电后进行加热，同时，为了防止电加热端300过热，在本实用新型中增加了温度传感器301，当热熔打印机头3内温度过热时，通过温度传感器301将温度信号反馈至微处理器，微处理器将控制电加热端300暂停工作，确保其温度不会过高，防止热熔胶线碳化。另外，本实用新型还设置有若干的LED指示灯，可提供打印机相关状态的显示。
[0074]本实用新型中的热熔打印机头可以更换为铣刀机头、激光机头、钢笔机头中的任意一种，并通过USB插头与横梁端部的USB插座对接实现通电和/或数据交换及形成稳定的装配，以形成小型数控切割设备或激光切割机、立体描绘机，实现多功能化，以满足不同的需求。
[0075]上述的数控切割设备中的铣刀机头通过水平移动平台2及Z轴移动座4配合，实现X、Y、Z方向移动，以致能够对固定放置于打印平台20上物料进行任意平面的铣削，成为一台微型的CNC加工中心。
[0076]上述的激光切割机中的激光机头通过水平移动平台2及Z轴移动座4配合，实现X、Y、Z方向移动，并控制激光的强度，以致能够对固定放置于打印平台20上物料进行任意的切割，以实现对物料的加工。
[0077]上述的立体描绘机中的钢笔机头通过水平移动平台2及Z轴移动座4配合，实现X、Y、Z方向移动，以致能够对固定放置于打印平台20上三维物品进行描绘，例如在一个蛋壳上描绘图案。
[0078]当然，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并非来限制本实用新型实施范围，凡依本实用新型申请专利范围所述构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本实用新型申请专利范围内。
【权利要求】
1.一种多功能3D打印机，其特征在于:包括: 一基座(1)，该基座(1)作为整个机器的承载体，该基座(1)一侧设置有一与基座(1)垂直的立式滑轨(11)； 一水平移动平台(2)，其包括:相互叠加安装于基座(1)上并分别可沿Y轴方向和X轴方向移动的Y轴移动平台(21)和X轴移动平台(22)； 一热熔打印机头(3)，其通过一横梁(31)安装于一 Z轴移动座(4)上，热熔打印机头(3)位于水平移动平台(2)上方，其中，该Z轴移动座(4)安装在立式滑轨(11)上，并可沿立式滑轨(11)在Z轴方向移动； 所述的Z轴移动座(4)中设置有一送料机构(5)，通过送料机构(5)推进热熔胶线向热熔打印机头(3)进料。
2.根据权利要求1所述的一种多功能3D打印机，其特征在于:所述的热熔打印机头(3)设置在横梁(31)的一端，横梁(31)的另一端固定在Z轴移动座(4)上，并且横梁(31)内设置有与Z轴移动座(4)导通的线路；所述的热熔打印机头(3)与横梁(31)的端部采用电插接接口连接，通过该接口为热熔打印机头(3)供电及形成稳定的装配。
3.根据权利要求2所述的一种多功能3D打印机，其特征在于:所述的热熔打印机头(3)上设置有至少一个USB插头(32)，横梁(31)的端部设置有与USB插头(32)对应的USB插座(311)，热熔打印机头(3)通过USB插头(32)与横梁(31)端部的USB插座(311)对接形成电性导通，并形成可拆装的稳定装配。·
4.根据权利要求1所述的一种多功能3D打印机，其特征在于:所述的基座(1)上对应立式滑轨(11)的位置安装有第一步进电机(121)，且立式滑轨(11)内部设置有与第一步进电机(121)连动的丝杆(111)，所述的Z轴移动座(4)上设置有与丝杆(111)螺纹配合的滑块，通过第一步进电机(121)驱动丝杆(111)旋转，令与之配合的滑块带动所述的Z轴移动座(4)在立式滑轨(11)上沿Z轴方向移动。
5.根据权利要求1所述的一种多功能3D打印机，其特征在于:所述的X轴移动平台(22)、Y轴移动平台(21)以及基座(1)底部采用中空结构，用于驱动X轴移动平台(22)、Y轴移动平台(21)水平移动的驱动及导向装置设置在上述X轴移动平台(22)、Y轴移动平台(21)以及基座(1)底部中空空间内。
6.根据权利要求5所述的一种多功能3D打印机，其特征在于:所述的X轴移动平台(22)下端面空间固定有成对沿X轴方向装配的第一导轨(221)及位于两第一导轨(221)之间的第一定位块(222)和第二定位块(223)，Y轴移动平台(21)上设置有与所述第一导轨(221)配合的第一座体(211)以及用于驱动X轴移动平台(22)沿X轴方向移动的第一驱动装置(23);所述的第一驱动装置(23)包括:固定在Y轴移动平台(21)上的第二步进电机(231)及与第二步进电机(231)连动的第一皮带(232)，该第一皮带(232)两端分别与所述的第一定位块(222 )和第二定位块(223 )连接，第二步进电机(231)上的驱动轮(233 )穿过Y轴移动平台(21)与第一皮带(232)配合，通过所述的驱动轮(233)驱动第一皮带(232)运行，从而带动与第一皮带(232)连动的X轴移动平台(22)在Y轴移动平台(21)上沿第一导轨(221)轴向方向移动。
7.根据权利要求6所述的一种多功能3D打印机，其特征在于:所述的Y轴移动平台(21)下端面空间固定有成对沿Y轴方向装配的第二导轨(212)，所述的基座(1)上设置有供所述第二导轨(212)装配的第二座体(13)以及用于驱动Y轴移动平台(21)沿Y轴方向移动的第二驱动装置(14);所述的第二驱动装置(14)包括:与基座(1)相对固定的第三步进电机(141)及与第三步进电机(141)连动的第三皮带(142 )，所述的基座(1)上开设有供所述第二步进电机(231)沿Y轴方向移动的条形孔(143)，第二步进电机(231)下端穿过该条形孔(143)并固定在所述的第三皮带(142)上，通过第三步进电机(141)驱动第三皮带(142)运转，带动与第二步进电极(231)固定的Y轴移动平台(21)沿第二导轨(212)轴向方向移动。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种多功能3D打印机，其特征在于:所述的热熔打印机头(3)可更换为铣刀机头、激光机头、钢笔机头中的任意一种。
9.根据权利要求1-7中任意一项所述的一种多功能3D打印机，其特征在于:所述的送料机构(5)包括:主动齿轮、从动齿轮以及用于驱动主动齿轮转动的驱动电机，其中，主动齿轮与从动齿轮同步转动，热熔胶线通过主动齿轮与从动齿轮的驱动实现进给送料；所述的Z轴移动座(4)上设置有供热熔胶线进料及出料的进料孔(501)和出料孔(502)。
10.根据权利要求1-7中任意一项所述的一种多功能3D打印机，其特征在于:所述X轴移动平台(22)上安装有 一打印平台(20)，其中，该打印平台(20)外侧通过螺栓配合弹簧与X轴移动平台(22)形成装配，令打印平台(20)受力后能够自行调整。
【文档编号】B29C67/00GK203427331SQ201320343090
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年6月14日 优先权日:2013年6月14日
【发明者】赵舜培 申请人:赵舜培