一种横梁式极坐标3D打印机的制作方法

本实用新型涉及三维增材制造技术领域，具体的说是一种横梁式极坐标3D打印机。

背景技术：

通常情况下，直角坐标3D打印机在一个平面内的运动基本都依靠x和y轴电机的转动来完成，当运动一条直线时，平面坐标能很好的满足需求，但是需要运动一条圆弧形轨迹时，直角坐标系基本都是通过差值法来完成，即将一段圆弧分成很多段直线来模拟曲线，一般通过控制电机的x与y方向来完成，这样执行圆弧段效率很低，速度很慢。但如果使用极坐标的运动机构，可以固定极径ρ，控制θ旋转角即可得到平滑的圆弧形轨迹，速度快，效率高。

目前，国内外市场研发的3D打印机，基本都是直角坐标系下三维快速成型，其原理军事根据cad模型逐层完成试题圆形的制造技术，具体来说快速原型技术是把在cad系统上建立的三维实体模型离散化，把实体模型的高度分成若干个薄层，用这些不同高度的层面信息来控制成型设备进行层面加工，将这些薄层堆积起来，便得到加工所需的三维造型。

在实际应用中，使用极坐标系，机械部件的运动量较少，相对而言运动加速度更小，速度更快。越接近构建平台的中心其部件的运动幅度越小，相应地其运动分辨率更高。

中国专利公开号为CN104441666A的专利公开了一种极坐标式3D打印机，包括底座和框架，底座上设有升降驱动机构，所述框架的顶部设有打印喷头，升降板上设有托盘，底座上设有与打印喷头机构、升降板驱动机构、托盘旋转机构连接的控制模块；该发明也是以极坐标形式进行加工，不但有利于打印普通零件，更有利于高效打印旋转体、回转类模型。但是其结构复杂，不方便组装，而且其运动是相对运动，给编制驱动程序时，不方便编程人员理解，编程量大。

中国专利公开号为CN105291439A的专利公开了一种悬挂式极坐标式3D打印机，包括底板，设置于底板上的可按照极坐标在平面内移动的工作台以及间距可调的打印头。该发明也是以极坐标形式进行加工，有利于打印回转型零件，但是其Z轴通过直线连杆来控制形成，无法保证Z轴精度，难于确定耗材走向，且其运动初始时无法校准，而且其运动亦是相对运动，编程控制难度增加。

技术实现要素：

针对上述技术的缺陷，本实用新型提出一种横梁式极坐标3D打印机。

一种横梁式极坐标3D打印机，包括底座，所述底座的左、右两侧各固定有一根竖轴，底座的左、右两侧还各固定有一台旁侧电机，所述旁侧电机的轴分别通过联轴器安装有一根螺栓杆，所述螺栓杆分别与对应侧的竖轴平行，所述竖轴的上部与螺栓杆的上部共同安装有一根横梁，所述横梁左侧设有方形通孔，横梁中侧设有中心孔，所述方形通孔内安装有折弯件，所述折弯件上安装有一号电机，所述一号电机的轴上连接有角度主动轮。所述中心孔内安装有旋转轴，所述旋转轴的下部通过键连接的方式安装有角度从动轮，所述角度主动轮与角度从动轮之间连接有一号传动带。

所述旋转轴的下端固定有电机座，所述电机座内固定有二号电机，所述二号电机的轴上连接有位置主动轮，所述电机座左端面上安装有平行导轨，所述平行导轨上套有导轨滑块，所述平行导轨的另一端安装有末端块，所述末端块的下端面上安装有可相对于末端块转动的位置从动轮，所述位置主动轮与位置从动轮之间设有二号传动带。

所述导轨滑块中间通过螺纹连接的方式连接有连杆，所述连杆的下端连接有3D打印头，所述底座中央设有十字形对焦点。

所述竖轴、横梁都采用方形柱。所述横梁与竖轴采用方形销连接。

所述折弯件的弯折角为90°，折弯件的一端开有两个平行的U形槽。

所述电机座的下端面中间安装有一个限位开关槽。

所述角度从动轮和角度主动轮的轮径比为1：n，其中n为正整数，位置主动轮和位置从动轮的轮径比为1:1。

所述连杆为双头螺栓，连杆的中部截面呈方形，连杆中部的侧面上设有两 个肋，连杆的方形部分的宽度小于位置主动轮与位置从动轮的直径。

所述底座的左、右两侧各固定安装有一面三角形侧板，所述三角形侧板的上端分别与对应侧的竖轴和螺栓杆固定，三角形侧板具有稳定性，能有效保证竖轴与螺栓杆的稳定，从而保证三维打印精度。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型采用传动带带动可旋转和可摆动的机构转动，实现复杂的曲线弧的绘制，具有打印速度快，打印出曲面尺寸精度高以及表面质量好等优点，自动化程度高，能大大提高生产效率。本实用新型的编程量小，开发人员容易编辑控制程序，由于编辑的程序量较少，控制中心反应快，打印速度快。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1为本实用新型除去右侧三角形侧板后的立体图；

图2为本实用新型横梁的立体图；

图3为本实用新型的折弯件的立体图；

图4为本实用新型的旋转轴与电机座配合时的立体图；

图5为本实用新型的旋转轴与电机座配合时的左下侧立体图；

图6为本实用新型的末端块的立体图；

图7为本实用新型的导轨滑块的立体图；

图8为本实用新型的连杆的立体图；

图9为本实用新型的三角形侧板的立体图；

图10为本实用新型的底座的立体图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本实用新型进一步阐述。

如图1至图10所示，一种横梁式极坐标3D打印机，包括底座1，所述底座1的左、右两侧各固定有一根竖轴2，底座1的左、右两侧还各固定有一台旁侧电机8，所述旁侧电机8的轴分别通过联轴器安装有一根螺栓杆22，所述螺栓杆22分别与 对应侧的竖轴2平行，所述竖轴2的上部与螺栓杆22的上部共同安装有一根横梁4，所述横梁4左侧设有方形通孔21，横梁4中侧设有中心孔23，所述方形通孔21内安装有折弯件12，方形通孔21靠近杆中心一侧的侧面上设有螺纹孔，用来固定折弯件12。所述折弯件12上安装有一号电机11，所述一号电机11的轴上连接有角度主动轮10；所述中心孔23内安装有旋转轴6，所述旋转轴6的下部通过键连接的方式安装有角度从动轮7，所述角度主动轮10与角度从动轮7之间连接有一号传动带9。

所述旋转轴6的下端固定有电机座27，所述电机座27内固定有二号电机5，所述二号电机5的轴上连接有位置主动轮3，所述电机座27左端面上安装有平行导轨14，所述平行导轨14上套有导轨滑块13，所述平行导轨14的另一端安装有末端块15，所述末端块15的下端面上安装有可相对于末端块15转动的位置从动轮16，所述位置主动轮3与位置从动轮16之间设有二号传动带17。所述导轨滑块13中间通过螺纹连接的方式连接有连杆18，所述连杆18的下端连接有3D打印头19，所述底座1中央设有十字形对焦点20。

所述竖轴2、横梁4都采用方形柱；所述横梁4与竖轴2采用方形销连接。

所述折弯件12的弯折角为90°，折弯件12的一端开有两个平行的U形槽24。

所述电机座27的下端面中间安装有一个限位开关29。

所述角度从动轮7和角度主动轮10的轮径比为1：n，其中n为正整数，位置主动轮3和位置从动轮16的轮径比为1:1。

所述连杆18为双头螺栓，连杆18的中部截面呈方形，连杆18中部的侧面上设有两个肋36，用于连接二号传动带17的两端，所述连杆18的方形部分的宽度小于位置主动轮3与位置从动轮16的直径。使用时，通过调节连杆18的高度来保证其中间段与位置从轮16和位置主动轮3在相同水平线上。

所述底座1的左、右两侧各固定安装有一面三角形侧板33，所述三角形侧板33的上端分别与对应侧的竖轴2和螺栓杆22固定，三角形侧板33具有稳定性，能有效保证竖轴2与螺栓杆22的稳定，从而保证三维打印精度。

运动前，先进行机构校准，二号电机5顺时针旋转，导轨滑块13移动到最左端并触碰到限位开关29，此时3D打印头19中心点应该对应底座1上的十字 形校准点20的位置，此时二号电机5停止转动，角度主动轮10角度设置为0，校准完成。此后，一号电机11和二号电机5根据代码来控制各自的转向和转动角度，来达到将3D打印头19带动到底座1上任一点的位置。

在对硬件的调节方面，利用折弯件12上的U形槽24，可调节安装在折弯件12上的一号电机11的高度，从而保持一号传动带9的水平传动，并根据角度主动轮10和角度从动轮7的轮径比设置好编程控制的传动系数，方便通过角度主动轮10来精确控制旋转轴6的旋转角度。

所述一号电机11转动带动旋转轴6转动，旋转轴6带动与其固定的电机座27转动，由于导轨滑块13位于电机座27的一侧，当电机座27转动时，导轨滑块13也将在平面上做弧线运动。当二号电机5启动时，将通过二号传动带17带动与二号传动带17相连的连杆18以及与连杆18通过螺纹连接的3D打印头19沿平行导轨14移动，从而实现了3D打印头19在平面上的综合运动。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。