一种三维打印单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单驱辅助支撑装置。

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单驱辅助支撑装置，实现三维成型本体免打印支撑，节约打印材料与成型时间，特别适合于简单支撑打印结构零件的批量化生产。

一种三维打印单驱辅助支撑装置，包括：

升降模块；

支撑安装架，安装在升降模块的移动端上；为了保护各零部件，所述支撑安装架一般采用箱体。

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。

本发明通过多块活动支撑板相互配合移动和升降，实现对3d打印结构的支撑，具有结构简单的优点，通过设定水平驱动模块的驱动结构容易实现重复和批量化。由活动支撑板形成需要的支撑轮廓，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。

所述水平驱动模块的实现方式很多，水平移动的机械结构也很多，可以分别单独驱动，也可以一起驱动，为了简化结构，优选的，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，固定安装在所述转轴上，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；

转动动力源，安装在支撑安装架上用于驱动所述转轴转动。所述转动动力源一般采用驱动电机。

本发明中通过一个转动动力源实现对多个凸轮的共同控制，只要设定好凸轮的形状，即可得到预定的支撑轨迹，整体结构简单，便于实现批量化生产。

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。所述矩形开口与台阶型边缘配合更稳定，传动更精确。

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。

本发明的有益效果：

本发明的三维打印单驱辅助支撑装置，实现三维成型过程中免打印支撑，节约打印材料与成型时间，且容易实现重复和批量化。

附图说明

图1是本发明的三维打印单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是本发明的转轴的结构示意图。

图7是本发明的凸轮的结构示意图。

图8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.驱动电机，3.箱盖，4.驱动电机，5.滚珠丝杠，6.活动支撑板，7.条形支架，8.转轴，9.键，10.凸轮，11.回位弹簧，12.已打印层截面，13.挡圈，14.打印结构，101.驱动电机座体，102.挂板，103.通孔，104.螺栓，105.矩形通孔，106.圆形通孔，301.通孔，302.螺栓，601.支撑面，602.矩形开口，603.销，701.螺纹杆，702.第一阶梯孔，703.第二阶梯孔，704.支架本体，801.驱动电机连接杆，802.键槽，803.光杆，1001.凸台，1002.轴孔，1003.键槽。

具体实施方式

下面结合各附图，对本发明做详细描述：

如图1所示，本实施例的三维打印单驱辅助支撑装置，包括：

升降模块，包括滚珠丝杠5和驱动电机4，由驱动电机4驱动滚珠丝杠5螺母带动箱体1上下移动，精准控制支撑位置。

条形支架7，安装在箱体1内；

多个拼接的活动支撑板6，设置在条形支架7上；

回位弹簧11，设置在活动支撑板6与条形支架7之间，对活动支撑板6施加一定的张紧力。

箱体1，安装在滚珠丝杠5螺母上；

转轴8，安装在箱体1上；

多个凸轮10，安装在转轴8上；

驱动电机2，安装在箱体1上且与转轴8一端驱动连接。

三维打印单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8所示。

如图2所示，本实施例的活动支撑板和水平驱动模块通过以下方式连接，转轴8上的凸轮10由键9周向定位，由挡圈13轴向定位。

如图3所示，箱体1上设有挂板102、轴承座孔、圆形通孔106、矩形通孔105及驱动电机座体101，图2中所示的转轴8两端安装在轴承座孔上，条形支架7两端安装在圆形通孔106上且螺栓固定，活动支撑板6通过矩形通孔105安装在条形支架7上，挂板102上设有通孔103，箱体1靠挂板102通过螺栓104与滚珠丝杠5上的螺母螺纹连接。

如图4所示，活动支撑板6的结构如下：设有销孔和支撑面601，矩形开口602，销孔与图2中条形支架7间设有回位弹簧11，回位弹簧11在条形支架7的第一阶梯孔702与设置在活动支撑板6上的销603之间始终处于压缩状态。第一阶梯孔702为圆形孔用于定位回位弹簧11。

如图5所示，条形支架7结构如下：设有第一阶梯孔702为圆形孔，用于安装回位弹簧11，第二阶梯孔703为方形，用于限制活动支撑板6周向位置，螺纹杆701，用于条形支架7固定在箱体1上。

如图6所示，转轴8结构如下：包括驱动电机连接杆801，用于与驱动电机2连接，键槽802，用于键9的安装，光杆803，与箱体1上的轴承过盈配合，实现转轴8在驱动电机2驱动下平稳旋转。

如图7所示，凸轮10的结构如下，包括作为边缘的凸台1001、轴孔1002和键槽1003，凸台1001与活动支撑板6末端的矩形开口602间隙配合，键槽1003与转轴8上的键9过盈配合以固定凸轮。

本实施例的装配过程如下：

如图1至7所示，将活动支撑板6分别穿过条形支架7上第二阶梯孔703和第一阶梯孔702，将回位弹簧11套在活动支撑板6末端且一端放置于第一阶梯孔702中，将销603穿过活动支撑板6末端销孔，完成回位弹簧11轴向定位；将活动支撑板6的支撑端穿过箱体1的矩形通孔105，并将螺纹杆701穿过圆形通孔106与支架本体704连接，将螺母安装在螺纹杆701上，实现条形支架7固定；

如图1～7所示，将转轴8穿过箱体1的轴承座孔，将挡圈13、键9、凸轮10、挡圈13依次安装在转轴8上，且保证凸轮10的凸台1001与活动支撑板6的矩形开口602间隙配合，按顺序将所有凸轮10安装到转轴8上，最后将驱动电机2与转轴8的驱动电机连接杆801连接，至此支撑驱动模块装配结束，盖上箱盖3，并用螺栓302将箱盖固定；

如图1和3所示，将箱体1上的挂板102与滚珠丝杠5的螺母用螺栓104连接，将驱动电机4安装到滚珠丝杠5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至8所示，当打印机打印至需要支撑层时，驱动电机4驱动箱体1上下运动，从而带动活动支撑板6运动至需要支撑的层；驱动电机2驱动转轴8，带动凸轮10，驱动活动支撑板6沿条形支架7上的阶梯孔轴向运动，形成需要的支撑轮廓12，打印头以活动支撑板6和原来已打印层作为当前层的支撑结构继续进行打印。

需要特别说明的，本实施例针对图8中所示具有规则几何截面形状的简单打印结构14具有良好的应用前景，而对于非规则截面的复杂结构打印件，需要设计多种特定的凸轮结构，以适应不同形状的打印截面层支撑要求，此时控制过程如下：

当打印机打印至需要支撑层时，驱动电机4驱动箱体1上下运动，从而带动活动支撑板6运动至需要支撑的层；驱动电机2驱动转轴8，带动凸轮10，驱动活动支撑板6沿条形支架7上的阶梯孔轴向运动，形成需要的支撑轮廓12，打印头以活动支撑板6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4控制转轴8带动活动支撑板6回退，驱动电机4驱动箱体1上移一个层厚，驱动电机2驱动转轴8带动凸轮10，驱动活动支撑板6形成新的支撑轮廓12，打印机继续完成下一层打印。

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。