一种同心旋转式高速激光3D打印机的制作方法

本发明涉及打印领域，特别是涉及一种可提高打印物体体积的同心旋转式高速激光3D打印机。

背景技术：

现在市面上的3D打印机，其驱动激光头的结构主要是通过X轴和Y轴方向的动作，使激光在一个平面内任意移动，通过对打印材料的逐层堆积实现3D打印物体的。这种驱动方式使得打印物体的时间较长，同时在超过一定范围后，打印精度会明显下降，因此，在打印物体的体积方面受到限制。

技术实现要素：

本发明的目的是要提供一种可提高打印物体速度和打印物体体积的同心旋转式高速3D打印机。

本发明的一个实施方式提供一种同心旋转式高速激光3D打印机，包括打印架以及安装在打印架上的：

旋转部，包括旋转圈，和驱动所述旋转圈水平转动的旋转驱动装置；在所述旋转圈的内部固定有穿过圆心的连接杆；

激光部，包括发射激光的激光头，和反射激光的反射镜片组，以及输出激光的输出镜片；所述激光头和所述反射镜片组安装在所述旋转部上；

传动机构，安装在所述连接杆上，包括安装所述输出镜片的移动座，和驱动所述移动座在所述连接杆上移动的传动机构；

供粉装置，用于盛装打印原料，设置在所述旋转部的下方，包括料盒和供粉装置。

在本发明的一个实施方式中，所述旋转圈为空心的外齿轮。

在本发明的一个实施方式中，所述旋转驱动装置包括齿轮电机和驱动齿轮，所述驱动齿轮与所述旋转圈啮合，所述齿轮电机通过驱动轴与所述驱动齿轮连接。

在本发明的一个实施方式中，在所述旋转圈的圆心上方设置有与所述连接杆轴连接的激光头固定座，所述激光头固定座为空心结构且与所述打印架固定，所述激光头固定在所述激光头固定座内且激光发射方向垂直向下。

在本发明的一个实施方式中，所述传动机构包括位于所述连接杆的下方且与所述连接杆平行的传动丝杆，和驱动所述传动丝杆转动的丝杆电机，所述移动座通过螺纹与所述传动丝杆，且所述移动座在所述传动丝杆上的移动距离至少大于所述旋转圈的内圆半径。

在本发明的一个实施方式中，所述丝杆电机安装在所述连接杆上，其通过安装在输出轴上的锥面齿轮与所述传动丝杆端头固定的锥面齿轮连接。

在本发明的一个实施方式中，在所述传动丝杆的一侧设置有辅助件，所述辅助件与所述传动丝杆平行且与所述移动座滑动连接，用于控制所述移动座在移动时的稳定。

在本发明的一个实施方式中，所述辅助件为C形导轨，所述移动座上设置有与所述C形导轨卡合的C形槽。

在本发明的一个实施方式中，所述反射镜片组包括三块反射镜片，第一反射镜片安装在所述连接杆处，以将所述激光头的激光反射至所述旋转圈的内壁外，第二反射镜片安装在所述旋转圈的内壁处，以接收第一反射镜片反射的激光并向下方垂直反射，第三反射镜片安装在第二反射镜片的下方，以将接收的激光反射至所述移动座上的所述输出镜片处。

在本发明的一个实施方式中，在所述反射镜片组的反射通道外设置有保护管。

本发明的输出镜片再次反射的激光可以在料盒内的打印材料上形成线形凝结，而旋转圈同时在旋转驱动装置的驱动下转动，旋转圈的转动带动传动装置同时转动，使输出镜片的线形打印变成围绕旋转圈圆心的圆面打印，因此，通过同时控制旋转圈和传动机构的动作，可以在旋转过程中实现物体的层片打印。本发明能够解决打印的尺寸、速度和精度与打印成本之间的矛盾，提高当前3D打印机的打印精度，并有效提高可打印物体的体积。

附图说明

图1是本发明一个实施例的同心旋转式高速激光3D打印机结构示意图；

图2是本发明一个实施例的旋转部和传动机构结构示意图。

具体实施方式

如图1、2所示，本发明一个实施例的同心旋转式高速激光3D打印机100，一般性地包括打印架50以及安装在打印架50上的旋转部10、激光部20、传动机构30和供粉装置40。

该旋转部10包括空心的旋转圈11，和驱动该旋转圈11水平转动的旋转驱动装置13，在旋转圈11的内部固定有穿过圆心的连接杆12，连接杆12与旋转圈11的内圈直径长度相同。

该激光部20包括发射激光的激光头22，和将激光头22发射的激光反射至指定位置的反射镜片组23，以及接收反射镜片组23反射的激光并输出至打印材料上形成物体的输出镜片24。该激光头22和反射镜片组23分别安装在旋转部10上。

该传动机构30安装在连接杆12上，包括安装输出镜片的移动座32，和驱动移动座32在连接杆12上移动的传动机构。移动座32的作用是为了安装输出镜片24同时带动输出镜片24移动。

该供粉装置40用于盛装打印原料，设置在旋转部10的下方，包括提供待打印物体场所的料盒41和向料盒41内提供打印材料的供粉装置42。

本实施方式的旋转部10安装在打印架50的上部，而供粉装置40安装在旋转部10的下方。在工作时传动机构30控制移动座32沿连接杆12方向来回运动，反射镜片组23将激光头22发射的激光反射至移动座32上的输出镜片24，随着移动座32的运动，输出镜片24可以将激光反射至料盒41内的打印材料上形成线形凝结，而旋转圈11同时在旋转驱动装置13的驱动下转动，旋转圈11的转动带动传动机构30同时转动，使输出镜片24的线形打印变成围绕旋转圈11圆心的圆面打印，因此，通过同时控制旋转圈11和传动机构30的动作，可以在旋转过程中实现物体的层片打印。每打印完一层，供粉装置40在层片的上方再铺设一层打印材料，重复上述过程，直至将物体由底部逐渐向上方打印完成整个物体。本实施方式中，物体的大小与旋转圈11的直径对应，因此，可以通过采用不同直径的旋转圈，实现打印不同体积物体的目的。

在本实施方式中，该旋转圈11可以在同心轴上设置传动齿轮进行驱动，也可以通过设置在圆心轴上的驱动电机驱动。此外旋转圈11也可以直接采用齿轮圈，齿轮圈可以是内齿也可以是外齿，或同时设置内外齿，而旋转驱动装置13可以直接通过齿轮或通过齿轮组来驱动旋转圈11转动。传动机构30可以是能够驱动移动座32沿连接杆12移动的任意装置，如卷扬绳拉动，轨道驱动、齿条驱动等。反射镜片组23的目的是将激光头发射的激光在无阻挡的情况下，变成垂直向下的激光，因此，其数量或安装位置可以根据具体结构进行调整。整个3D打印机100的工作过程由控制系统进行控制。

在本发明的一个实施方式中，该旋转圈11可以采用齿轮圈，且为外齿圈，而旋转驱动装置13可以包括齿轮电机131和驱动齿轮132，该驱动齿轮132安装在齿轮圈的外表面处且与齿轮圈的齿啮合，而齿轮电机131可以通过驱动轴与驱动齿轮132直接连接，也可以通过齿轮组来驱动。齿轮电机131的转动受控制系统的控制。

在本发明的一个实施方式中，可以在旋转圈11的圆心上方设置与连接杆12轴连接的激光头固定座21，该激光头固定座21可以为空心结构，而激光头22固定在激光头固定座21内且激光发射方向垂直向下。激光头固定座21与打印架50固定，而且旋转圈11在转动时，激光头固定座21保持不动，而反射镜片组23随旋转圈11的转动而转动，内部激光头22发射的激光通过反射镜片组23反射至移动座32的输出镜片24，由输出镜片24再将激光无阻挡的反射至料盒41内。

在本发明的一个实施方式中，公开一种具体的传动机构30，该传动机构30可以包括位于连接杆12的下方且与连接杆12平行的传动丝杆31，和驱动传动丝杆31转动的丝杆电机33，而移动座32通过螺纹与传动丝杆31连接。在工作时，丝杆电机33驱动传动丝杆31转动，而传动丝杆31的转动则通过螺纹驱动移动座32来回移动，进而使输出镜片24上的激光实现线形打印。在本实施方式中，为保证圆心处的物体能够被打印，该移动座32在传动丝杆31上的移动距离至少要大于旋转圈11的内圆半径。此外传动丝杆31可以位于连接杆12的一侧，但至少要保证移动座32上的输出镜片24位于旋转圈11的直径线上。丝杆电机33可以安装在连接杆12上，其通过输出轴与传动丝杆31连接。

进一步地，在本发明的另一个实施方式中，为避免移动座32移动时出现偏移，可以在传动丝杆31的一侧设置辅助件34，该辅助件34与传动丝杆31平行且与移动座32滑动连接。在工作时，移动座32在传动丝杆31的带动下移动时，辅助件34可以对移动座32进行限位，以保持移动座32在移动时的稳定性。具体的辅助件34可以是一个对移动座32形成夹持关系的夹持轨道，或是滑动杆，或是滑槽等，只要不影响移动座32移动，且同时保持移动座32行进稳定的结构都可以。

在本发明的一个实施方式中，该辅助件34可以为截面是C形的C形导轨，同时在移动座32上设置与C形导轨截面形状相同的C形槽321。安装时，移动座32可以由C形导轨的一端利用C形槽321卡入C形导轨上。

在本发明的一个实施方式中，该反射镜片组24可以包括三块反射镜片，第一反射镜片231安装在连接杆12处，以将激光头22的激光反射至旋转圈11的内壁处，第二反射镜片232安装在旋转圈11的内壁处，以接收第一反射镜片231反射的激光并向下方垂直反射，第三反射镜片233安装在第二反射镜片232的下方，以将接收的激光反射至移动座32上的输出镜片24处。各反射镜片通过固定座安装，在安装时，第二反射镜片232与第三反射镜片233的安装位置需要越过连接杆12和传动丝杆31，且保证传递激光的通畅。本实施方式中的各反射镜片之间都是直角反射。

在本发明的一个实施方式中，安装在连接杆12上的丝杆电机331可以通过安装在输出轴上的锥面齿轮331，与传动丝杆31端头固定的锥面齿轮311连接。该结构可以减少占用空间。

在本发明的另一个实施方式中，为避免外部环境影响激光，可以在反射镜片组23的反射通道外设置保护管25。保护管25将由激光头22发出的激光直至输出镜片24处的激光传输通道完全包覆在内，以防止外部灰尘进入。这里虽然限定的是保护管25，但在其它的实施方式中，也可以直接用一个盒子将整个激光头22、反射镜片组23和输出镜片24容纳在内。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。