一种三维打印多驱辅助支撑装置的制作方法

本发明涉及三维打印快速成形技术领域，特别是涉及一种三维打印多驱辅助支撑装置。

背景技术：

三维打印技术(快速成形技术的一种)，是20世纪80年代中后期发展起来的快速成形技术的深化与发展，以数字模型文件为基础，通过逐层打印材料的方式来构造物体。凭借极大的技术优势，三维打印技术与大数据、云计算，互联网等新兴及先进技术成为数字化制造的主要内容，也是“中国制造2025”的驱动主力军，被誉为有望产生“第三次工业革命”的代表性技术。

三维打印逐层叠加的技术特点，使得具有悬空结构零件的成型过程必须引入辅助支撑，在制造成型后需要去除这些辅助结构。支撑结构的生成方法长期以来一直是三维打印技术发展的瓶颈，其对成型时间、制造表面质量有重要的影响。关于三维打印支撑生成方法有大量学者进行研究，通过优化支撑生成方法来达到节省打印时间和节约支撑材料的目的。这些方法中支撑材料往往就是打印材料本身，具有不可重复性，打印完成后需额外时间去除这些辅助支撑结构，不仅浪费打印材料还浪费时间。

同时，三维打印技术还存在着一些局限性，当需要打印的模型中存在悬空部时(模型中的某一部分之下是空的，如桥梁)，材料挤出后无处固着也就无法成形，为了解决该问题，打印机需要先打印足够的支撑模块，支撑模块独立于需打印的模型，为需打印的模型的悬空部提供固着点。模型打印完成后，悬空部凝固为固体，此时便可将支撑模块去除。

支撑模块必需满足两个条件，一是结构稳固，能为需打印的模型的悬空部提供足够且稳定的支撑力；二是易于去除，不能与需打印的模型粘合太紧，以致模型凝固后无法剥离。但是这种支撑结构耗费时间，浪费丝料，而且去除不便。

为了解决上述问题，目前可以通过改进材料或是改进打印时的工艺路线来减少支撑结构，例如申请公布号CN 105058798A的专利文献公开了一种熔积成型三维打印的支撑模块及其生成方法，所述支撑模块用于支撑需三维打印的模型的悬空部。所述支撑模块包括相互间隔排布的多个支撑单元，以对一个所述悬空部提供多个固着点。该支撑模块相较于以往的支撑模块，能够在保持支撑的性能的同时，更加易于从模型的悬空部去除。但是新型材料价格昂贵，而改进工艺会导致程序复杂，使开源引擎不能满足打印要求。

综上所述，基于上述问题，针对规则几何截面形状简单三维打印结构，提出一种依靠外界结构形成辅助支撑以达到节约材料和节省打印时间是十分必要的。

技术实现要素：

本发明提供了一种三维打印多驱辅助支撑装置，实现三维成型本体免打印支撑，节约打印材料与成型时间，特别适合于支撑打印结构零件的批量化生产。

一种三维打印多驱辅助支撑装置，包括：

升降模块；

支撑安装架，安装在升降模块的移动端上；

多块活动支撑板，相互平行且沿宽度方向连续拼接排布；

水平驱动模块，安装在支撑安装架上，驱动所述活动支撑板沿长度方向平移以在支撑端形成支撑轮廓；

所述水平驱动模块包括：

转轴，安装在所述支撑安装架上，长度沿活动支撑板宽度方向延伸；

多个凸轮，转动安装在所述转轴上且带有同轴固定连接的传动齿轮，沿轴向分布且与多块活动支撑板分别一一对应安装；

多个支撑安装孔，开设在支撑安装架上，沿活动支撑板宽度方向分布，任一活动支撑板的一端穿过对应的支撑安装孔并与对应的凸轮的边缘抵接；

多个回位弹簧，分别套接在多个活动支撑板上，任一回位弹簧抵接在对应活动支撑板的定位件和对应支撑安装孔的边缘之间；定位件常采用销。

多个转动动力源，安装在支撑安装架上且与多个凸轮一一对应，动力输出端连接有与对应凸轮的传动齿轮配合的蜗杆。

本发明通过设置多块活动支撑板，由水平驱动模块控制活动支撑板形成需要的支撑轮廓，由凸轮结构控制支撑轮廓的位置，代替三维打印本体支撑结构，从而节约打印材料和缩短成型时间。

本发明设置单独的转动动力源对凸轮进行驱动，从而对每块活动支撑板进行单独驱动，随着凸轮的转动驱动活动支撑板平移，形成各种所需的支撑轮廓，应用范围更广。

为了便于制造和安装，优选的，所述支撑安装架上固定有与转轴平行设置的条形支架，所述条形支架上开设有所述的支撑安装孔。

为了便于制造和安装，优选的，所述回位弹簧位于条形支架与转轴之间。

为了精确地控制活动板在支撑端形成需要的支撑截面轮廓，优选的，所述支撑安装孔为方形孔，所述活动支撑板带有与方形孔配合且宽度小于主体部分的过孔段，所述过孔段末端与凸轮的边缘抵接。

为了便于制造和安装，优选的，所述方形孔朝向转轴的一侧的外周内凹形成用于嵌入回位弹簧端部的圆形孔。

为了精确地控制活动板在支撑端形成需要的支撑截面轮廓，优选的，所述的凸轮的边缘厚度小于主体形成台阶型边缘，对应的活动支撑板的端部设有与该台阶型边缘配合的矩形开口。

为了提高升降的稳定性以及精度，优选的，所述升降模块采用立置的滚珠丝杠。

为了更紧凑地安装本发明装置，优选的，相邻凸轮所对应的蜗杆相互之间形成20～90°的夹角。上述结构使驱动蜗杆的动力源安装更方便，不容易产生干涉。

为了方便安装各转动动力源，优选的，相邻凸轮所对应的蜗杆基本相互垂直。

进一步优选的，间隔一个凸轮的两凸轮所对应的蜗杆的驱动端朝向相同。

为了使转动受力更均匀，延长使用寿命和运行稳定性，优选的，驱动端朝向相同的蜗杆中，相邻的蜗杆沿轴向相互交错布置。这样可以使转轴受力部分抵消，提高各凸轮的运动稳定性，同时有利于延长转轴的使用寿命。

本发明的有益效果：

本发明的三维打印多驱辅助支撑装置，节约打印材料与成型时间，还可以根据需要形成支撑轮廓，适用范围广。

附图说明

图1是本发明的三维打印多驱辅助支撑装置的立体结构示意图。

图2是本发明的活动支撑板和水平驱动模块配合的立体结构示意图。

图3是图1中箱体的立体结构示意图。

图4是本发明的活动支撑板的结构示意图。

图5是本发明的条形支架的结构示意图。

图6是本发明的带有传动齿轮的凸轮的立体结构示意图。

图7是本发明打印某三维结构实现辅助支撑的运行时的结构示意图。

图中各附图标记为：

1.箱体，2.活动支撑板，3.条形支架，4.转轴，5.短蜗杆，6.凸轮，7.长蜗杆，8.箱盖，9.驱动电机，10.滚珠丝杠，11.驱动电机，12.回位弹簧，13.三维结构，101.圆形通孔，102.挂板，103.轴承座孔，201.支撑面，202.矩形开口，203.销，301.螺纹杆，302.第一阶梯孔，303.第二阶梯孔，304.支架本体，401.轴承，601.传动齿轮，602.凸台，801.驱动电机座，802.通孔。

具体实施方式

下面结合各附图，对本实施例做详细描述：

如图1和图2所示，本实施例的三维打印多驱辅助支撑装置包括：

滚珠丝杠10和驱动电机11，由驱动电机11驱动滚珠丝杠10螺母带动箱体1上下移动，精准控制支撑位置；

条形支架3；

多块活动支撑板2，设置在条形支架3上且相互拼接；

回位弹簧12，设置在活动支撑板2与条形支架3之间，对活动支撑板2施加一定的张紧力；

箱体1，安装在滚珠丝杠10螺母上；

转轴4，设置在箱体1上；

多个凸轮6，转动安装在转轴4上；

多个驱动电机9，设置在箱体1和箱盖8上，设置在箱体1上的驱动电机9与短蜗杆5连接，设置在箱盖8上的驱动电机9与长蜗杆7一端连接，长蜗杆7和短蜗杆5间隔布置驱动对应的凸轮6，驱动电机9均为动力源。

如图3所示，箱体1上设有挂板102、轴承座孔103、圆形通孔101、矩形通孔和交错布置的多个驱动电机座，箱盖8上同样设有相互交错布置的驱动电机座801和通孔802；图2中所示转轴4两端安装在轴承座孔103上，条形支架3两端安装在圆形通孔101上且螺栓固定，活动支撑板2通过矩形通孔(图中未画出)安装在条形支架3上，挂板102上设有通孔，箱体1靠挂板102通过螺栓与滚珠丝杠10上的螺母螺纹连接；箱盖8上的驱动电机9与图2中长蜗杆7连接，箱体1侧面的驱动电机9与图2中短蜗杆连接。

本实施例的三维打印多驱辅助支撑装置可以单套单边支撑使用，本实施例中设置两套，对称布置使用，如图1和7所示。

如图4所示，活动支撑板2的结构如下：设有销孔、支撑面201，矩形开口202，销孔与图2中条形支架3间设有回位弹簧12，回位弹簧12在条形支架3第一阶梯孔与设置在活动支撑板2上的销203之间始终处于压缩状态。

如图5所示，条形支架3的结构如下：设有第一阶梯孔302为圆形孔，用于安装回位弹簧12，第二阶梯孔303为方形孔，用于限制活动支撑板2周向位置，螺纹杆301，用于支架本体304固定在箱体1上。

如图6所示，凸轮6的结构如下：包括传动齿轮601和凸台602，凸台602与活动支撑板2末端的矩形开口202间隙配合，传动齿轮601与转轴4上的轴承401过盈配合，与短蜗杆5和长蜗杆7啮合。

本实施例的装配过程如下：

如图1～6所示，将活动支撑板2分别穿过条形支架3上第二阶梯孔303和第一阶梯孔302，将回位弹簧12套在活动支撑板2末端且一端放置于第一阶梯孔302中，将销203穿过活动支撑板2末端销孔，完成回位弹簧12轴向定位，活动支撑板2穿过箱体1的矩形通孔，并将螺纹杆301穿过圆形通孔101与支架本体304连接，将螺母安装在螺纹杆301上，实现条形支架3固定；

如图1～7所示，将装有轴承401的转轴4穿过箱体1轴承座孔103，将凸轮6安装在转轴4上，且保证各个凸轮6的凸台601与活动支撑板2的矩形开口202间隙配合，按顺序将所有凸轮6安装到转轴4上，将长蜗杆7一端安装在箱体1上，另一端安装在箱盖8上与驱动电机9连接，将短蜗杆5安装到箱体1上且与驱动电机9连接，至此支撑驱动模块装配结束；

如图1和图3所示，将箱体1上的挂板102与滚珠丝杠10的螺母用螺栓连接，将驱动电机11安装到滚珠丝杠10上，至此所有模块装配结束。

本实施例的工作过程如下：

如图1～7所示，当打印机打印至需要支撑层时，驱动电机11驱动箱体1上下运动，从而带动活动支撑板2运动至需要支撑的层；各驱动电机9分别驱动凸轮6，带动活动支撑板2沿条形支架3上的阶梯孔轴向运动，形成需要的支撑轮廓(最后打印层的轮廓)，打印头以活动支撑板2和原来已打印层作为当前层的支撑结构继续进行打印。

当打印至再次需要支撑的层时，驱动电机9控制凸轮6带动活动支撑板2回退，驱动电机11驱动箱体1上移至需要支撑的层，驱动电机9再次驱动凸轮6带动活动支撑板2形成新的支撑轮廓，打印机继续进行打印。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此即限制本发明的专利保护范围，凡是运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的保护范围内。