精确度高的双动力3D打印机、打印方法及该机器的安装方法与流程

本发明涉及快速成型设备领域，特别是一种精确度高的双动力3D打印机、打印方法及该机器的安装方法。

背景技术：

3D打印机作为一种快速成型技术，在长期的使用过程中，使用范围广泛，也有着诸多的改进方案。

比如，有些对喷头的改进，使材质融合的效果更好，提高成型效果；有些对喷头所在的支架进行改进，使喷头的工作载体更加稳定，降低废品率；或者，对打印材料提出改进，使其软硬、粘合度更容易定型。

有相关技术人员提出利用带同步带动喷头在XY方向坐标的方法，具体方法参见中国专利文件中，公布号为CN105216322A，名为一种3D打印机的XY轴联动装置及联动方法的专利技术，公开了一种双电机同时驱动同一根绕成H型的同步带，以实现XY的联动。

但是，现有技术仍旧存在如下缺点：1.成品表面加工精度低；2.重量大，装配精度高，成本高；3.长时间使用后容易变形。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了解决现有技术中加工精度低、成本高、易变形的问题。

研究人员发现，在现有技术中，成品加工程度低主要表现在光洁度误差和形状误差上，其中光洁度误差主要表现层与层间存在有棱纹，影响表面光洁度；其中形状误差主要表现在 型的同步带在运转过程中张力不均衡，容易发生影响喷头的位移，从而影响形状的精确程度，比如将圆形打成椭圆形。

为解决上述技术问题，本发明的具体方案是：

设计一种精确度高的双动力3D打印机，包括龙门型支架，所述龙门型支架包括两侧立柱和与立柱间存在滑动副连接的横梁，所述打印机还包括处于所述立柱下方的打印台、滑动安装在所述横梁上的喷头和为喷头提供原料的进料装置，所述打印台下方安装有控制打印台在Y方向移动的Y向驱动装置，所述龙门型支架上安装有带动喷头在X轴和Z轴方向移动的双向移动装置；

所述双向移动装置包括同步带轮、绕经同步带轮形成“”形闭环连接的同步带、和处于两侧立柱底部的步进电机，所述电机的输出轴与所述同步带轮相配合。

优选的，所述Y向驱动装置包括安装在打印台下方的底部驱动电机和其带动的同步带轮，同步带绕经所述同步带轮，以连接并带动打印台在Y方向移动。

同步带与步进电机输出轴配合的一侧设有齿条，以与步进电机的输出轴形成齿轮齿条传动。

所述喷头安装在喷头支架上，该喷头支架的两端与所述同步带相连接，所述喷头支架上安装有与横梁相配合的滚轮。

所述喷头支架一侧设有一个偏心轮，另一侧设有两个位于同一平面的滚轮。

所述喷头支架和滑座均由亚克力板制成，所述喷头支架中亚克力板的厚度为6mm，所述滑座中亚克力板的厚度为3～5mm。所述滑动副连接包括亚克力支撑板，在所述亚克力支撑板上安装的三个滚轮，且滚轮由POM塑料注塑而成。

优选的，所述立柱和横梁包括呈长方体型中空的单元构件和四个轨道构件，轨道构件由柄部和呈直角的伞盖部一体组成且轨道构件的横截面呈伞状，轨道构件的柄部与单元构件高度方向上的四条楞边一体连接，且柄部沿单元构件横截面的对角线方向设置，相邻两个轨道构件与单元构件的侧面组成一个凹槽，轨道构件的伞盖部底面为与柄部平行的斜面，相邻两轨道构件的伞盖部底面组成轨道；所述滚轮的轮面两侧为与轨道配合的斜切面。

优选的，单元构件为中空柱，所述轨道构件的伞盖部与柄部连接处设有圆柱型空腔。

一种使用精确度高的双动力3D打印机的打印方法，其步骤如下：

（1）建模并确定喷头的行进轨迹：利用建模软件对所打印零件进行绘图建模，输入模拟系统；

（2）根据行进轨迹确定各电机的运动速度和运动方式：根据步骤（1）中模拟系统的输出，确定个电机的运动速度和转向，当喷头X方向行进时，立柱底部各电机同向转动，当喷头Z方向行进时，立柱底部各电机反向差速转动，以带动立柱相对于打印台的升降，当喷头Y方向行进时，底部电机以相应的转向转动，各方向的行进过程相独立；

（3）启动各电机，开始逐层打印。

一种精确度高的双动力3D打印机的安装方法，具体步骤如下，

（1）组装连接件：分别组装支座和滑座，支座处于横梁上，滑座处于横梁（5）两端；

（2）套装：将横梁套装在两侧立柱内后，传送带绕经各传动轮后固定，形成“”形闭环连接。

本发明的有益效果在于：

（1）由于3D加工的流程是逐层打印，然后每层打印完毕后Z方向提升，进行高一层的打印，该结构利用H-BOT的结构，实现了用同步带控制XZ向的移动，也就是说X、Y轴由不同的传动机构带动，X、Z不同时进给，也不发生干涉，从而避免了同步带松紧不一导致的加工精度损失，由于重力的作用使得同步带始终处于张紧状态，影响寿命；

（2）不同于现有技术中传动机构包括导向轨，导向轨端部加装框架固定，本发明中的导向轨本身为型材，起到了框架的作用同时电机也与框架一体，进一步降低了整机的重量，同时不影响其工作的稳定性；

（3）现有技术中XY轴联动的横向平面结构，主要传动结构都需要底部有支撑，否则在长期工作中会产生变形，本发明中主要零部件都分布在纵向的平面上，可以减少部分支撑零件，有适当的悬空，在降低整机重量的同时不影响运行的稳定性，另外涉及坐标定位的传动电机都在底座上更提高了机体的稳定性；

（4）本发明中各个零部件型号统一，互换性高，在组装和后期维护中，可以实现模块化管理，空间利用率高，安装速度也更快；

（5）本发明中滚轮采用POM材质，本身具有自润滑作用，在工作过程中无需加注润滑油，所以无需安装润滑系统，从而降低了整机的重量，注塑轮，成本低，结合其他零部件，相对于现有技术，整体成本降低40%以上；

（6）同步带绕经的同步带轮的轴承采用双轴承合并安装的方式，结构简单，固定稳定；

（7）相对于现有技术采用光轴、表面光滑的同步带，本发明中，采用的传动轮和同步带有配合的齿形，齿形传动力矩，精细程度高，皮带在控制Z轴传动的过程中无需向现有技术一样调整同心度，打印的速度快；

（8）横梁与滑轨间通过三个滚轮固定，通过三角形不易变形的稳定性原理，有效的防止的皮带轮打滑现象的发生；

（9）立柱上设有挂钩，可悬挂固定原料带，结构紧凑。

附图说明

图1是本发明装配图的轴测方向示意图；

图2是本发明拆去进料装置和显示屏后的轴测方向示意图；

图3是图2所示结构的主视图；

图4是图2所示结构的左视图；

图5是图2所示结构的右视图；

图6是图2所示结构的后视图；

图7是图2所示结构俯视图；

图8是本发明中喷头及喷头支架的轴测方向示意图；

图9是图8所示结构的主视图；

图10是图8所示结构的俯视图；

图11是本发明横梁及两侧滑台的轴测方向示意图；

图12是图11所示结构的主视图；

图13是图12中的A向剖面图；

图14是本发明图11所示结构的左视图；

图15是本发明中偏心轮的轴测方向示意图；

图16是本发明传送带部分结构的轴测方向示意图；

图17是本发明传送带部分结构的另一轴测方向示意图；

图18是图16结构中传送带部分结构的主视方向示意图；

图19是图16结构中传送带部分结构的仰视方向示意图；

图中各部件名称：1.进料装置；2.支撑梁；3.显示屏；4.底部驱动电机；5.横梁；6.喷头支架；7.滑座；8.位于左侧立柱下的双向电机；9.位于右侧立柱下的双向电机；10.打印台；21.立柱；41.Y向移动装置的滑轨；71.亚克力支撑板；72.同步带；73.同步带绕经的轴承；74.滚轮；75.左上方固定台；76.右上方固定台；61.排风扇；62.喷头；63.喷头支架上的亚克力板；64.喷头支架上的滚轮；65.偏心轮。

为视图表达清晰，图1-14中，相关位置拆去传送带，图11中拆去部分亚克力板，图16-19中，拆去部分亚克力板。

具体实施方式

实施例1：一种精确度高的双动力3D打印机，参见图1至图15，包括龙门型支架，龙门型支架包括两侧立柱21和与立柱21间存在滑动副连接的横梁5，打印机还包括处于立柱21下方的打印台10、滑动安装在横梁5上的喷头和为喷头提供原料的进料装置1，打印台10下方安装有控制打印台10在Y方向移动的Y向驱动装置，龙门型支架上安装有带动喷头在X轴和Z轴方向移动的双向移动装置；

双向移动装置包括同步带轮、绕经同步带轮形成“”形闭环连接的同步带72、和处于两侧立柱21底部的步进电机，电机的输出轴与同步带轮相配合。本实施例中还包括起支撑作用的支撑梁2。

Y向驱动装置包括安装在打印台10下方的底部驱动电机4和其带动的同步带轮，同步带绕经同步带轮，以连接并带动打印台10在Y方向移动。

工作过程中，每层打印完毕后Z方向提升，进行高一层的打印，该结构利用H-BOT的结构，实现了用同步带控制XZ向的移动，也就是说X、Y轴由不同的传动机构带动，X、Z不同时进给，也不发生干涉，特别是，同步带的内表面设有齿形，本实施例中，同步带和步进电机间设有齿形配合，一方面传递力矩，另一方面，提高传动精度。

喷头安装在喷头支架6上，该喷头支架6的两端与同步带72相连接，喷头支架6上安装有与横梁5相配合的滚轮74。

喷头支架6一侧设有一个偏心轮65，另一侧设有两个位于同一平面的滚轮74。偏心轮65的作用在于，使用过一定时间后，可以对其进行适当的调节以调整喷头支架的位置。

喷头支架6和滑座7均由亚克力板制成，喷头支架6中亚克力板的厚度为6mm，滑座7中亚克力板的厚度为4mm。

滑动副连接包括亚克力支撑板71，在亚克力支撑板71上安装的三个滚轮74，且滚轮74由POM塑料注塑而成。

本实施例中，同步带所绕经的同步带轮，多由两个轴承拼装而成，一方面装配要求低，另一方面，传动效果好，同时，各个零件间的互换性高。

立柱21和横梁5包括呈长方体型中空的单元构件和四个轨道构件，轨道构件由柄部和呈直角的伞盖部一体组成且轨道构件的横截面呈伞状，轨道构件的柄部与单元构件高度方向上的四条楞边一体连接，且柄部沿单元构件横截面的对角线方向设置，相邻两个轨道构件与单元构件的侧面组成一个凹槽，轨道构件的伞盖部底面为与柄部平行的斜面，相邻两轨道构件的伞盖部底面组成轨道；滚轮74的轮面两侧为与轨道配合的斜切面。

单元构件为中空柱，轨道构件的伞盖部与柄部连接处设有圆柱型空腔。该结构进一步降低了整体的重量，模块化的设计，便于更换与组装。

同步带与步进电机输出轴配合的一侧设有齿条，以与步进电机的输出轴形成齿轮齿条传动。

通过本实施例中各项特征的组合，提供了一种，质量轻、便于安装、便于后期的维修与更换，同时，在使用过程中传动精度高、打印精度高、使用寿命长的3D打印机。

根据本实施例完成的一种使用精确度高的双动力3D打印机的打印方法，其步骤如下：

（1）建模并确定喷头的行进轨迹：利用建模软件对所打印零件进行绘图建模，输入模拟系统；

（2）根据行进轨迹确定各电机的运动速度和运动方式：根据步骤（1）中模拟系统的输出，确定个电机的运动速度和转向，当喷头X方向行进时，立柱21底部各电机同向转动，当喷头Z方向行进时，立柱21底部各电机反向差速转动，以带动立柱21相对于打印台10的升降，当喷头Y方向行进时，底部电机4以相应的转向转动，各方向的行进过程相独立；

（3）启动各电机，开始打印。

根据本实施例完成的一种精确度高的双动力3D打印机的安装方法，具体步骤如下，

（1）组装连接件：分别组装支座和滑座7，支座处于横梁5上，滑座7处于横梁5两端；

（2）套装：将横梁5套装在两侧立柱21内后，传送带72绕经各传动轮后固定，形成“”形闭环连接。

需要说明的是，以上者仅系本发明部分实施例，并非用以限制本发明，依据本发明的结构及特征，稍加变化修饰而成者，亦应包括在本发明范围之内。