一种双旋转喷头式三维打印机的制作方法

本发明涉及一种三维打印机，具体是一种双旋转喷头式三维打印机，属于快速成型制造技术领域。

背景技术：

熔融沉积具有维护成本低，安全可靠、无废料等优点，被广泛应用于产品开发、快速模具制作、医疗器械的设计开发及人体器官的原型制作，代表着快速成型制造技术的一个重要发展方向。

市面上现有的三维打印机通常采用一个喷头或同步运动的两个喷头，单喷头打印机工作效率低，现有的双喷头打印机虽然可以同时使用两种颜色，但两个喷头只能交替运动，工作效率仍较低。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于极坐标系的双旋转喷头式三维打印机，两个喷头可以基于极坐标系独立或协调工作，能够同时熔覆出单一复杂零件的不同部分或无关联的两个零件，还能熔覆出混色零件，工作能力强、效率高。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种双旋转喷头式三维打印机，包括框架组件、框架组件顶部的材料盘、框架组件前面的显示屏和控制板以及框架组件内部的打印平台组件；其特征在于，它还包括能够驱动两个独立喷头在XOY平行面内自如运动的双喷头组件、驱动双喷头组件沿X轴直线运动的X轴移动组件以及驱动X轴移动组件沿Z轴直线运动的Z轴移动组件；双喷头组件、X轴移动组件以及Z轴移动组件协调运动，带动双独立喷头在XOY平行面内基于极坐标系自如运动，实现高效率的三维打印；

所述的框架组件包括前板、底板、后板、顶板以及两个侧板；各板通过螺栓连接，组合成双旋转喷头式三维打印机的外部框架；

所述的打印平台组件包括熔覆平台、平台定位螺杆、平台支撑块、平台定位块以及平台支撑光轴；平台定位螺杆和平台支撑光轴贯穿框架前板和后板并通过螺母轴向固定；内孔穿过平台支撑光轴的平台支撑块通过螺栓固定在熔覆平台上，起到支承平台的作用；内孔穿过平台定位螺杆的平台定位块通过螺栓固定在熔覆平台上并通过两个螺母轴向定位，从而将熔覆平台平稳固定在框架组件内部的合适位置；

所述的双喷头组件包括旋转电机架、旋转电机、旋转轴承、喷嘴移动架、喷嘴移动支承光轴、喷嘴移动链接件、喷嘴移动滚珠丝杠、喷嘴移动丝杠轴承、喷嘴移动丝杠电机、喷嘴移动联轴器、喷嘴链接件驱动块、远程喷嘴以及挤出机；旋转电机通过螺栓固定在旋转电机架上，旋转轴承的两端分别与旋转电机架和喷嘴移动架的沉头孔紧配合，旋转电机输出轴的转动通过键连接带动喷嘴移动架绕Z轴平行轴旋转；喷嘴移动丝杠轴承和喷嘴移动丝杠电机均通过螺栓固定在喷嘴移动架的两端，喷嘴移动联轴器两端分别连接喷嘴移动丝杠电机输出轴和喷嘴移动滚珠丝杠，喷嘴移动滚珠丝杠另一端与喷嘴移动丝杠轴承的内圈紧配合；喷嘴移动支承光轴贯穿喷嘴移动架的两端并通过螺栓固定，喷嘴移动链接件的两侧通孔穿过喷嘴移动支承光轴，两内部通孔的其中一个与喷嘴链接件驱动块螺栓连接，喷嘴链接件驱动块与喷嘴移动滚珠丝杠螺纹配合；挤出机通过螺栓固定在旋转电机架上，远程喷嘴与喷嘴移动链接件下端螺纹连接，喷嘴移动丝杠电机输出轴的转动经滚珠丝杠传动带动喷嘴移动链接件沿喷嘴移动滚珠丝杠轴向直线运动，从而为远程喷嘴提供一个沿XOY平行面任意轴的移动自由度；旋转电机和两个喷嘴移动丝杠电机协调运动，带动两个远程喷嘴在XOY平行面上独立自如运动，实现灵活高效的零件断面熔覆；

所述的Z轴移动组件包括Z轴电机支架、Z轴驱动电机、Z轴联轴器、Z轴滚珠丝杠、Z轴直线滑轨、Z轴直线滑块、Z轴X轴链接块、Z轴轴承支架以及Z轴丝杠轴承；Z轴电机支架、Z轴直线滑轨以及Z轴轴承支架均通过螺栓固定在框架侧板上，Z轴驱动电机和Z轴丝杠轴承分别通过螺栓固定在Z轴电机支架和Z轴轴承支架上；Z轴联轴器两端分别连接Z轴驱动电机的输出轴和Z轴滚珠丝杠，Z轴滚珠丝杠的另一端与Z轴丝杠轴承的内孔紧配合；Z轴X轴链接块一端与Z轴直线滑块螺栓连接，另一端与X轴移动组件的X轴电机支架或X轴带轮支架螺栓连接，并通过螺纹孔与Z轴滚珠丝杠紧配合；Z轴驱动电机输出轴的转动通过滚珠丝杠传动带动Z轴直线滑块沿Z轴滚珠丝杠轴向即Z向直线移动，从而为X轴移动组件提供一个沿Z轴的移动自由度；

所述的X轴移动组件包括X轴电机支架、X轴驱动电机、X轴支承光轴、X轴同步带、X轴同步带固定片、X轴带轮支架、X轴同步带轮以及X轴带轮销；X轴驱动电机通过螺栓固定在X轴电机支架上，一个X轴同步带轮通过小螺栓固定在X轴驱动电机的输出轴上，另一个X轴同步带轮位于X轴带轮支架的内腔中并通过X轴带轮销支承；两根X轴支承光轴贯穿旋转电机架两侧孔，且其两端分别固定在X轴电机支架和X轴带轮支架上；X轴同步带固定片和旋转电机架通过螺栓将X轴同步带夹紧，X轴驱动电机输出轴的转动通过同步带传动带动旋转电机架沿X轴支承光轴轴向即X向直线移动，从而为双喷头组件提供一个沿X轴的移动自由度。

所述的旋转电机架和喷嘴移动架由铝合金焊接而成，在保证承载能力的基础上做轻量化处理。

所述的框架组件的侧板嵌入透明的有机玻璃板，前板嵌入活动的有机玻璃板，以便于观察和取样。

所述的挤出机和远程喷嘴采用分离式结构，二者分别固定在旋转电机架和喷嘴移动链接件上，以保证远程喷嘴在熔覆过程中的运动稳定性。

所述的X轴移动组件有两组，以保证双喷头组件沿Z轴的运动稳定性。

所述的Z轴移动组件有两组，以保证X轴移动组件沿Z轴的运动稳定性。

与现有的单喷头或双同步喷头的三维打印机相比，本发明是一种基于极坐标系的双旋转喷头式三维打印机，两个喷头基于极坐标系独立或协调工作，能够同时熔覆出单一复杂零件的不同部分或无关联的两个零件，还能熔覆出混色零件，工作能力强、效率高。

附图说明

图1为本发明实施例提供的双旋转喷头式三维打印机原理示意图；

图中：1、框架组件，2、显示屏，3、打印平台组件，4、控制板， 5、双喷头组件，6、X轴移动组件，7、Z轴移动组件，8、材料盘。

图2为本发明实施例提供的框架组件原理示意图；

图中：1.1、前板，1.2、底板，1.3、后板，1.4、侧板，1.5、顶板。

图3为本发明实施例提供的打印平台组件原理示意图；

图中：3.1、熔覆平台，3.2、平台定位螺杆，3.3、平台支撑块，3.4、平台定位块，3.5、平台支撑光轴。

图4为本发明实施例提供的双喷头组件原理示意图；

图中：5.1、旋转电机架，5.2、旋转电机，5.3、旋转轴承，5.4、喷嘴移动架，5.5、喷嘴移动支承光轴，5.6、喷嘴移动链接件，5.7、喷嘴移动滚珠丝杠，5.8、喷嘴移动丝杠轴承，5.9、喷嘴移动丝杠电机，5.10、喷嘴移动联轴器，5.11、喷嘴链接件驱动块，5.12、远程喷嘴，5.13、挤出机。

图5为本发明实施例提供的Z轴移动组件原理示意图；

图中：7.1、Z轴电机支架，7.2、Z轴驱动电机，7.3、Z轴联轴器，7.4、Z轴滚珠丝杠，7.5、Z轴直线滑轨，7.6、Z轴直线滑块，7.7、Z轴X轴链接块，7.8、Z轴轴承支架，7.9、Z轴丝杠轴承。

图6为本发明实施例提供的X轴移动组件原理示意图；

图中：6.1、X轴电机支架，6.2、X轴驱动电机，6.3、X轴支承光轴，6.4、X轴同步带，6.5、X轴同步带固定片，6.6、X轴带轮支架，6.7、X轴同步带轮，6.8、X轴带轮销。

图7为本发明实施例提供的双旋转喷头式三维打印机运动自由度示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，是本发明实施例提供的一种双旋转喷头式三维打印机原理示意图，它包括框架组件1、框架组件1顶部的材料盘8、框架组件1前面的显示屏2和控制板4以及框架组件1内部的打印平台组件3；其特征在于，它还包括能够驱动两个独立喷头在XOY平行面内自如运动的双喷头组件5、驱动双喷头组件5沿X轴直线运动的X轴移动组件6以及驱动X轴移动组件6沿Z轴直线运动的Z轴移动组件7；双喷头组件5、X轴移动组件6以及Z轴移动组件7协调运动，带动双独立喷头在XOY平行面内基于极坐标系自如运动，实现高效率的三维打印；

所述的X轴移动组件6有两组，以保证双喷头组件5沿Z轴的运动稳定性；

所述的Z轴移动组件7有两组，以保证X轴移动组件6沿Z轴的运动稳定性。

请参阅图2，是本发明实施例提供的一种双旋转喷头式三维打印机框架组件原理示意图，它包括前板1.1、底板1.2、后板1.3、顶板1.5以及两个侧板1.4；各板通过螺栓连接，组合成双旋转喷头式三维打印机的外部框架；

所述的框架组件1的侧板1.4嵌入透明的有机玻璃，前板1.1嵌入活动的有机玻璃板，以便于观察和取样。

请参阅图3，是本发明实施例提供的一种双旋转喷头式三维打印机的打印平台组件原理示意图，它包括熔覆平台3.1、平台定位螺杆3.2、平台支撑块3.3、平台定位块3.4以及平台支撑光轴3.5；平台定位螺杆3.2和平台支撑光轴3.5贯穿框架前板1.1和后板1.3并通过螺母轴向固定；内孔穿过平台支撑光轴3.5的平台支撑块3.3通过螺栓固定在熔覆平台3.1上，起到支承平台的作用；内孔穿过平台定位螺杆3.2的平台定位块3.4通过螺栓固定在熔覆平台3.1上并通过两个螺母轴向定位，从而将熔覆平台3.1平稳固定在框架组件1内部的合适位置。

请参阅图4，是本发明实施例提供的一种双旋转喷头式三维打印机的双喷头组件原理示意图，它包括旋转电机架5.1、旋转电机5.2、旋转轴承5.3、喷嘴移动架5.4、喷嘴移动支承光轴5.5、喷嘴移动链接件5.6、喷嘴移动滚珠丝杠5.7、喷嘴移动丝杠轴承5.8、喷嘴移动丝杠电机5.9、喷嘴移动联轴器5.10、喷嘴链接件驱动块5.11、远程喷嘴5.12以及挤出机5.13；旋转电机5.2通过螺栓固定在旋转电机架5.1上，旋转轴承5.3的两端分别与旋转电机架5.1和喷嘴移动架5.4的沉头孔紧配合，旋转电机5.2输出轴的转动通过键连接带动喷嘴移动架5.4绕Z轴平行轴旋转；喷嘴移动丝杠轴承5.8和喷嘴移动丝杠电机5.9均通过螺栓固定在喷嘴移动架5.4的两端，喷嘴移动联轴器5.10两端分别连接喷嘴移动丝杠电机5.9输出轴和喷嘴移动滚珠丝杠5.7，喷嘴移动滚珠丝杠5.7另一端与喷嘴移动丝杠轴承5.8的内圈紧配合；喷嘴移动支承光轴5.5贯穿喷嘴移动架5.4的两端并通过螺栓固定，喷嘴移动链接件5.6的两侧通孔穿过喷嘴移动支承光轴5.5，两内部通孔的其中一个与喷嘴链接件驱动块5.11螺栓连接，喷嘴链接件驱动块5.11与喷嘴移动滚珠丝杠5.7螺纹配合；挤出机5.13通过螺栓固定在旋转电机架5.1上，远程喷嘴5.12与喷嘴移动链接件5.6下端螺纹连接，喷嘴移动丝杠电机5.9输出轴的转动经滚珠丝杠传动带动喷嘴移动链接件5.6沿喷嘴移动滚珠丝杠5.7轴向直线运动，从而为远程喷嘴5.12提供一个沿XOY平行面任意轴的移动自由度；旋转电机5.2和两个喷嘴移动丝杠电机5.9协调运动，带动两个远程喷嘴5.12在XOY平行面上独立自如运动，实现灵活高效的零件断面熔覆；

所述的旋转电机架5.1和喷嘴移动架5.4由铝合金焊接而成，在保证承载能力的基础上做轻量化处理；

所述的挤出机5.13和远程喷嘴5.12采用分离式结构，二者分别固定在旋转电机架5.1和喷嘴移动链接件5.6上，以保证远程喷嘴5.12在熔覆过程中的运动稳定性。

请参阅图5，是本发明实施例提供的一种双旋转喷头式三维打印机的Z轴移动组件原理示意图，它包括Z轴电机支架7.1、Z轴驱动电机7.2、Z轴联轴器7.3、Z轴滚珠丝杠7.4、Z轴直线滑轨7.5、Z轴直线滑块7.6、Z轴X轴链接块7.7、Z轴轴承支架7.8以及Z轴丝杠轴承7.9；Z轴电机支架7.1、Z轴直线滑轨7.5以及Z轴轴承支架7.8均通过螺栓固定在框架侧板1.4上，Z轴驱动电机7.2和Z轴丝杠轴承7.9分别通过螺栓固定在Z轴电机支架7.1和Z轴轴承支架7.8上；Z轴联轴器7.3两端分别连接Z轴驱动电机7.2的输出轴和Z轴滚珠丝杠7.4，Z轴滚珠丝杠7.4的另一端与Z轴丝杠轴承7.9的内孔紧配合；Z轴X轴链接块7.7一端与Z轴直线滑块7.6螺栓连接，另一端与X轴移动组件6的X轴电机支架6.1或X轴带轮支架6.6螺栓连接，并通过螺纹孔与Z轴滚珠丝杠7.4紧配合；Z轴驱动电机7.2输出轴的转动通过滚珠丝杠传动带动Z轴直线滑块7.6沿Z轴滚珠丝杠7.4轴向即Z向直线移动，从而为X轴移动组件6提供一个沿Z轴的移动自由度。

请参阅图6，是本发明实施例提供的一种双旋转喷头式三维打印机的X轴移动组件原理示意图，它包括X轴电机支架6.1、X轴驱动电机6.2、X轴支承光轴6.3、X轴同步带6.4、X轴同步带固定片6.5、X轴带轮支架6.6、X轴同步带轮6.7以及X轴带轮销6.8；X轴驱动电机6.2通过螺栓固定在X轴电机支架6.1上，一个X轴同步带轮6.7通过小螺栓固定在X轴驱动电机6.2的输出轴上，另一个X轴同步带轮6.7位于X轴带轮支架6.6的内腔中并通过X轴带轮销6.8支承；两根X轴支承光轴6.3贯穿旋转电机架5.1两侧孔，且其两端分别固定在X轴电机支架6.1和X轴带轮支架6.6上；X轴同步带固定片6.5和旋转电机架5.1通过螺栓将X轴同步带6.4夹紧，X轴驱动电机6.2输出轴的转动通过同步带传动带动旋转电机架5.1沿X轴支承光轴6.3轴向即X向直线移动，从而为双喷头组件5提供一个沿X轴的移动自由度。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。