高速3D打印并联驱动机构的制作方法

本发明涉及一种3d打印和并联机构领域的驱动机构，更确切地说，本发明涉及一种高速3d打印并联驱动机构。

背景技术：

3d打印技术是一种新兴的快速成型技术，以“每层的叠加”为加工生产方式。自推出以来，形成了一股风靡全球的科技旋风，在航空航天、医学、汽车工业等领域具有广泛的应用。3d打印机的驱动机构分为直角坐标式、串联式和并联式三种。

目前国内外3d打印机的驱动机构以直角坐标结构居多，但该类设备的打印空间直接受到导轨长度的限制，使得打印机占用空间较大而打印空间较小，同时打印机的打印速度受到三个方向上联动响应速度的限制，打印速度较慢。若零件尺寸过小，则会出现打印头抖动情况，影响打印精度。

中国专利公告(布)号为cn203936378u，公告(布)日为2014年11月12日，发明名称为“一种3d打印机用的打印结构”，该案中提供了一类串联式3d打印机用的打印结构，能够在打印机内部空间内实现多角度、多高度的打印,能够对已经成型的产品进行二次打印,同时模型工作台还可以对模型进行快速夹持定位。以解决现有3d打印机打印头角度固定，不能对产品实现二次打印等问题。但是串联机械臂刚度较差，且串联机械臂的逆运动学求解结果为多解，响应速度较慢，造成了打印精度和打印速度均不够理想。

阴贺生等发表了题为“基于三臂并联结构的桌面3d打印机”的文献，文献期刊来源《机械》2015年第2期36-40页，该案中提供了一种基于三臂并联结构的桌面3d打印机，可以提升3d打印机竖直方向打印空间。但是无论支链的连杆长度如何，该打印机在水平方面的打印空间都不可能超出3根立柱的限制，打印空间有待提高。

中国专利公告(布)号为cn203485190u，公告(布)日为2014年3月19日，发明名称为“一种基于并联机构的3d打印机”，该案中提供了一类三维平移并联机构即一种基于并联机构的3d打印机，以解决现有3d打印机打印空间小和打印速度慢的问题；

并联机构经过改装，也可用于3d打印领域，目前已经运用到3d打印系统的并联机构包括各delta机构的改型。北京交通大学的常定勇等发表了题为“多输出3d打印冗余并联机器人的设计与分析”的文献，文献来源《中国机械工程》2015年第26卷12期1595-1602页，该案中设计了一种新型多输出3d打印机器人,该机器人机构以delta并联机构为主要构型，以stewart并联机构为辅助构型。辅助构型是为了确保打印机末端执行器的刚度和运动的精度，为动平台提供支撑力，并且通过控制动平台运动时产生的振动提高打印机末端执行器的运动平稳性。在末端执行器上布置多个打印头，以实现多输出。

许意华等发表了题为“串并联微动操作指运动学分析”的文献，文献来源《机械科学与技术》2001年第20卷第6期862-866页，该案中提出两个3-prs并联机构串联而成的操作指用于微动操作。将该结构改装成3d打印设备，打印空间将会很小。

中国专利公告(布)号为cn204367426u，公告(布)日为2015年6月3日，发明名称为“一种并联机构3d打印机”，该案中提供了一种由delta并联机构组成的3d打印机，以解决目前三轴联动3d打印机占用空间大和打印速度慢的问题。但是该3d打印机采用立柱式设计直接导致该3d打印机的打印空间有限。

中国专利公告(布)号为cn105818381u，公告(布)日为2016年8月3日，发明名称为“一种基于平面并联机构的3d打印机”，该案中提供了一种由平面并联机构组成的3d打印机，结构简单紧凑，但是受平面打印范围影响，只适合打印零件长度宽度较小的零件；打印平台上下移动，受其承载能力限制，不适合于打印零件过重。

直角坐标式、串联式和并联式3d打印机，其最大打印空间均与打印头到打印机底座的最远距离呈正比。而且3d打印速度要求较高，一般采用电机驱动方式。如果该最远距离过大，则在打印尺寸较小的零件或零件上尺寸较小的部位时，电机需要频繁正反转，此时受驱动机构尺寸较大的影响，打印头的方向改变的速度出现滞后，导致打印出现断层或者错位，严重影响打印精度；如果该最远距离过小，则最大打印空间就小。目前的研究设备，尚无法解决打印空间与小尺寸打印时出现断层或错位的矛盾。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术存在的打印空间与小尺寸打印时出现断层或错位的矛盾的问题，提供了一种高速3d打印并联驱动机构。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：所述的高速3d打印并联驱动机构包括定平台、支架、第一动平台、第二动平台、3条结构相同的1号并联支链与3条结构相同的2号并联支链。

所述的支架位于定平台的下方，并通过支架中的第一支撑板、第二支撑板与第三支撑板的上固定端和定平台螺栓固定连接，第一支撑板、第二支撑板与第三支撑板的上固定端在定平台上均匀分布；第一动平台位于支架的下方，3条结构相同的1号并联支链连接在支架与第一动平台之间；第二动平台位于第一动平台的下方，3条结构相同的2号并联支链连接在第一动平台与第二动平台之间。

技术方案中所述的定平台为圆盘形结构件，其上分布有3个结构相同的豁口与3组支撑板安装孔，3个结构相同的豁口与3组支撑板安装孔为配套设置，3个豁口沿圆周方向均匀地布置，豁口的宽度和支架中的第一支撑板、第二支撑板或第三支撑板的宽度相等，3组支撑板安装孔均匀地布置在定平台上并在3个结构相同的豁口的里侧，每组支撑板安装孔由2个螺纹通孔组成，每组支撑板安装孔与支架中的第一支撑板、第二支撑板或第三支撑板上固定端的支撑板定位孔对正。

技术方案中所述的支架包括支撑板、支撑杆和支撑底板；其中：支撑板包括第一支撑板、第二支撑板与第三支撑板，第一支撑板、第二支撑板与第三支撑板结构相同；支撑杆包括第一支撑杆、第二支撑杆与第三支撑杆，第一支撑杆、第二支撑杆与第三支撑杆结构相同；所述的第一支撑杆为矩形横截面的直杆类结构件，第一支撑杆的下端焊接在第一支撑板内侧的中间处，第一支撑杆的顶端平面与第一支撑板上固定端的底平面平行，两平行平面的距离为定平台的厚度。

所述的第一支撑板为等矩形横截面的板类结构件，第一支撑板两端向同一侧折弯成上固定端与下固定端，上固定端与下固定端相平行，第一支撑板的上固定端设置有1对支撑板定位孔，为螺纹通孔，1对支撑板定位孔与定平台上的1对支撑板安装孔对正；第一支撑板的中部设置有2个结构相同的用于连接定平台丝杠组件的定平台丝杠组件安装孔，为螺纹通孔；第一支撑板的下固定端设置有1对支撑板紧固孔；第一支撑板、第二支撑板与第三支撑板通过其下端安装在支撑底板上，第一支撑板、第二支撑板与第三支撑板中的任意两者之间的夹角相等。

技术方案中所述的第一动平台为六边形的板状结构件，该六边形的第一动平台是在1个大等边三角形的三个顶角处切去3个小正三角形得到的，在第一动平台的每条短边处设置有2个结构相同的第一u型连接块安装孔，2个结构相同的第一u型连接块安装孔为螺纹通孔，2个结构相同的第一u型连接块安装孔与固定连接在第一动平台上的第一u型连接块的第一u型连接块下孔对正，在每条六边形短边中点与六边形中心连线上设置有2个结构相同的动平台丝杠组件安装孔，动平台丝杠组件安装孔为螺纹通孔，2个结构相同的动平台丝杠组件安装孔与第一动平台丝杠组件上的动平台丝杠组件定位孔对正，第一动平台的中心处设置有1个通丝孔。

技术方案中所述的第二动平台为六边形的板状结构件，该六边形的第二动平台是在1个大等边三角形的三个顶角处切去3个小正三角形得到的，在第二动平台的每条短边处设置有2个结构相同的第二u型连接块安装孔，2个结构相同的第二u型连接块安装孔为螺纹通孔，2个结构相同的第二u型连接块安装孔与固定在第二动平台上的第二u型连接块的第二u型连接块下孔对正，在第二动平台的中心设置有打印头安装孔，打印头安装孔为光通孔；在打印头安装孔的周围均匀地设置有3个结构相同的打印头定位孔，打印头定位孔为螺纹通孔。

技术方案中所述的1号并联支链包括有定平台丝杠组件、第一级丝杠螺母、第一级虎克铰、长连杆、第二级虎克铰与第一u型连接块；所述的定平台丝杠组件采用螺栓固定连接在支架中的第一支撑板的底面上，第一级丝杠螺母安装在定平台丝杠组件上，两者之间为滑动连接；长连杆的上端通过第一级虎克铰与第一级丝杠螺母连接，长连杆的下端通过第二级虎克铰与第一u型连接块连接，第一u型连接块采用螺栓安装在第一动平台的上表面上。

技术方案中所述的定平台丝杠组件包括定平台驱动电机、定平台驱动电机减速器、定平台丝杠组件支架、2根结构相同的定平台丝杠组件光杠与定平台丝杠组件滚珠丝杠；所述的定平台驱动电机采用螺栓安装在定平台驱动电机减速器的右端上，定平台驱动电机的输出端与定平台驱动电机减速器的输入端固定连接，定平台驱动电机减速器采用螺栓安装在定平台丝杠组件支架的右支撑臂上，定平台丝杠组件滚珠丝杠采用轴承安装在定平台丝杠组件支架的左支撑臂与右支撑臂上的定平台丝杠组件滚珠丝杠安装孔中为转动连接，定平台驱动电机减速器的输出端与定平台丝杠组件滚珠丝杠的右端固定连接，2个结构相同的定平台丝杠组件光杠安装在定平台丝杠组件支架的左支撑臂与右支撑臂的定平台丝杠组件光杠安装孔中为螺纹连接，2个结构相同的定平台丝杠组件光杠位于定平台丝杠组件滚珠丝杠的两侧，2个结构相同的定平台丝杠组件光杠和定平台丝杠组件滚珠丝杠平行。

技术方案中所述的第一级丝杠螺母的上部设置有2个结构相同的第一级丝杠螺母耳部，每个第一级丝杠螺母耳部的上端设置有1个第一级丝杠螺母上孔，第一级丝杠螺母上孔为用于安装第一级虎克铰的光通孔，2个结构相同的第一级丝杠螺母耳部上的第一级丝杠螺母上孔的回转轴线共线，第一级丝杠螺母的长方体形的下部设置有2个个结构相同的第一级丝杠螺母光杠孔与1个第一级丝杠螺母丝杠孔，2个结构相同的第一级丝杠螺母光杠孔位于第一级丝杠螺母丝杠孔的两侧，2个结构相同的第一级丝杠螺母光杠孔的回转轴线和第一级丝杠螺母丝杠孔的回转轴线平行且共处同一水平面内；2个第一级丝杠螺母耳部上的第一级丝杠螺母上孔的回转轴线和2个结构相同的第一级丝杠螺母光杠孔的回转轴线与第一级丝杠螺母丝杠孔的回转轴线所在平面平行且和第一级丝杠螺母丝杠孔的回转轴线垂直交叉。

技术方案中所述的第一u型连接块为“u”字形叉类结构件，第一u型连接块由左支撑臂、右支撑臂与底座组成，左支撑臂与右支撑臂结构相同，左支撑臂、右支撑臂与底座的宽度与厚度相等，左支撑臂、右支撑臂的底端和底座的两端对称垂直并连成一体，左支撑臂、右支撑臂相互平行，第一u型连接块的左支撑臂、右支撑臂的上端分别设置有1个第一u型连接块上孔，2个第一u型连接块上孔的结构相同，2个结构相同的第一u型连接块上孔的回转轴线共线并和底座平行，第一u型连接块的底座上设置有2个结构相同的第一u型连接块下孔，2个结构相同的第一u型连接块上孔为用于连接第二级虎克铰的光通孔，2个结构相同的第一u型连接块下孔为光通孔，2个结构相同的第一u型连接块下孔与第一动平台上的2个结构相同的第一u型连接块安装孔对正。

技术方案中所述的2号并联支链包括第一动平台丝杠组件、第二级丝杠螺母、第三级虎克铰、短连杆、第四级虎克铰与第二u型连接块。所述的第一动平台丝杠组件通过其中的动平台丝杠组件支架安装在第一动平台的底面上，第一动平台丝杠组件与第一动平台之间采用螺栓连接；第二级丝杠螺母套装在第一动平台丝杠组件中的动平台丝杠组件滚珠丝杠与2根结构相同的动平台丝杠组件光杠上，第二级丝杠螺母和动平台丝杠组件滚珠丝杠与2根结构相同的动平台丝杠组件光杠之间为滑动连接；短连杆的上端通过第三级虎克铰与第二级丝杠螺母连接；短连杆的下端通过第四级虎克铰与第二u型连接块连接；第二u型连接块采用螺栓安装在第二动平台的上表面上。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1.本发明所述的高速3d打印并联驱动机构不仅能实现大尺寸打印，而且在小尺寸打印时，可减少出现断层或错位的情况。

2.本发明所述的高速3d打印并联驱动机构在保持三维平动的同时提高了并联驱动机构的打印空间。

3.本发明所述的高速3d打印并联驱动机构仅由低副构成，运动副自由度总数较少，结构简单，便于制造、加工和装配，生产成本低；

4.本发明所述的高速3d打印并联驱动机构在打印复杂构件时，只需要装夹一次，不需要更换打印设备或者打印头，能减少装夹误差，提高打印精度。适于作为高速运动且复杂构件打印场合的执行机构。

综上，本发明所述的高速3d打印并联驱动机构具有较高的实用价值和广阔的应用前景，为并联机器人、数控机床、坐标测量机与遥操作等技术领域提供一种新的结构。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1为本发明所述的高速3d打印并联驱动机构结构组成的轴测投影视图；

图2为本发明所述的高速3d打印并联驱动机构中所采用的定平台结构组成的主视图；

图3为本发明所述的高速3d打印并联驱动机构中所采用的支架结构组成的轴测投影视图；

图4为本发明所述的高速3d打印并联驱动机构中所采用的定平台丝杠组件结构组成的轴测投影视图；

图5为本发明所述的高速3d打印并联驱动机构中所采用的第一级丝杠螺母结构组成的轴测投影视图；

图6为本发明所述的高速3d打印并联驱动机构中所采用的第一u型连接块结构组成的轴测投影视图；

图7为本发明所述的高速3d打印并联驱动机构中所采用的动平台丝杠组件结构组成的轴测投影视图；

图8为本发明所述的高速3d打印并联驱动机构中所采用的第一动平台结构组成的轴测投影图；

图9为本发明所述的高速3d打印并联驱动机构中所采用的第二级丝杠螺母结构组成的轴测投影视图；

图10为本发明所述的高速3d打印并联驱动机构中所采用的第二u型连接块结构组成的轴测投影视图；

图11为本发明所述的高速3d打印并联驱动机构中所采用的第二动平台结构组成的轴测投影视图；

图中：1.定平台，2.支架，3.定平台丝杠组件，4.第一级丝杠螺母，5.第一级虎克铰，6.长连杆，7.第二级虎克铰，8.第一u型连接块，9.第一动平台丝杠组件，10.第一动平台，11.第二级丝杠螺母，12.第三级虎克铰，13.短连杆，14.第四级虎克铰，15.第二u型连接块，16.第二动平台，17.豁口，18.支撑板安装孔，19.支撑板定位孔，20.定平台丝杠组件安装孔，21.第一支撑板，22.第一支撑杆，23.第二支撑板，24.第二支撑杆，25.支撑板紧固孔，26.支撑底板，27.支撑底板安装孔，28.第三支撑杆，29.第三支撑板，30.定平台驱动电机，31.定平台驱动电机减速器，32.定平台丝杠组件支架，33.定平台丝杠组件光杠，34.定平台丝杠组件定位孔，35.定平台丝杠组件滚珠丝杠，36.定平台丝杠组件光杠安装孔，37.定平台丝杠组件滚珠丝杠安装孔，38.第一级丝杠螺母上孔，39.第一级丝杠螺母耳部，40.第一级丝杠螺母光杠孔，41.第一级丝杠螺母丝杠孔，42.第一u型连接块上孔，43.第一u型连接块下孔，44.动平台驱动电机，45.动平台驱动电机减速器，46.动平台丝杠组件支架，47.动平台丝杠组件光杠，48.动平台丝杠组件定位孔，49.动平台丝杠组件滚珠丝杠，50.动平台丝杠组件光杠安装孔，51.动平台丝杠组件滚珠丝杠安装孔，52.第一u型连接块安装孔，53.动平台丝杠组件安装孔，54.通丝孔，55.第二级丝杠螺母上孔，56.第二级丝杠螺母耳部，57.第二级丝杠螺母光杠孔，58.第二级丝杠螺母丝杠孔，59.第二u型连接块上孔，60.第二u型连接块下孔，61.第二u型连接块安装孔，62.打印头定位孔，63.打印头安装孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

参阅图1，本发明所述的一种高速3d打印并联驱动机构包括有定平台1、支架2、第一动平台10、第二动平台16、连接支架2与第一动平台10的3条1号并联支链、连接第一动平台10与第二动平台16的3条2号并联支链。

参阅图2，所述的定平台1为圆盘形结构件，其上分布有3个结构相同的豁口17和3组支撑板安装孔18，3个结构相同的豁口17和3组支撑板安装孔18为配套设置，3个豁口18沿圆周方向均匀地布置，豁口18的宽度和支架2中的第一支撑板22、第二支撑板23或第三支撑板29的宽度相等，限制支撑板的1个平移自由度；3组支撑板安装孔18均匀地布置在定平台1上并在3个结构相同的豁口18的里侧，每组支撑板安装孔18由2个通孔组成，每组支撑板安装孔18与支架2中的第一支撑板21、第二支撑板23或第三支撑板29上端的支撑板定位孔19对正，并采用螺栓将定平台1和第一支撑板21、第二支撑板23与第三支撑板29上端连接，限制第一支撑板21、第二支撑板23或第三支撑板29的6个自由度。定平台1与支架2的连接为超静定连接，目的是为了增强结构的刚度。

参阅图3，所述的支架2为爪形结构件，包括支撑板、支撑杆和支撑底板26。其中：支撑板包括第一支撑板21、第二支撑板23和第三支撑板29,第一支撑板21、第二支撑板23与第三支撑板29结构相同；支撑杆包括第一支撑杆22、第二支撑杆24与第三支撑杆28，第一支撑杆22、第二支撑杆24与第三支撑杆28结构相同。设置该类型的支架2是为了驱动机构在运动过程中出现避免奇异位姿；可将滚珠丝杠受到的力进行分解，减小使滚珠丝杠产生弯矩的力；可增加第一级丝杠螺母竖直方向上的位移，进而增加整个机构的工作空间。

第一支撑板21与第一支撑杆22组成第一个连接单元，第二支撑板23与第二支撑杆24组成第二个连接单元，第三支撑板29与第三支撑杆28组成第三个连接单元，3个连接单元的结构与连接方式完全相同。第一支撑板21、第二支撑板23与第三支撑板29中的任意两者之间的夹角相等。第一支撑杆22、第二支撑杆24与第三支撑杆28中的任意两者之间的夹角相等。下面仅以第一个连接单元为例说明连接关系。

所述的第一支撑杆22为矩形横截面的直杆类结构件，第一支撑杆22的下端焊接在第一支撑板21内侧的中间处，第一支撑杆22的顶端平面与第一支撑板21上固定端的底平面平行，两平行平面的距离为定平台1的厚度，当第一支撑板21上固定端通过螺栓固定在定平台1上表面时，第一支撑杆22的顶端平面正好与定平台1的下表面充分接触；支撑杆可分担支撑板受到的力，并能与支撑底板26联合作用，减小支撑板的形变量，增强结构的刚度，进而确保打印精度。

所述的第一支撑板21为等矩形横截面的板类结构件，第一支撑板21两端向同一侧折弯成上固定端与下固定端，上固定端与下固定端相平行，第一支撑板21的上固定端设置有1对支撑板定位孔19，为通孔，与定平台1上的1对支撑板安装孔18对正并采用螺栓将定平台1与第一支撑板21连接；第一支撑板21的中部设置有2个结构相同的定平台丝杠组件安装孔21，为螺纹通孔，用于连接定平台丝杠组件3；第一支撑板22的下固定端设置有1对支撑板紧固孔25，通过螺栓与支撑底板26进行连接。

所述的支撑底板26为六边形板类结构件，该六边形是由正三角形的每个角去掉1个小的正三角形而得到的；支撑底板26上设置有3组支撑底板安装孔27；3组支撑底板安装孔27均匀地布置在支撑底板26上靠近六边形短边的里侧，每组支撑底板安装孔27由2个螺纹通孔组成，每组支撑底板安装孔27与支架2中的第一支撑板21、第二支撑板23或第三支撑板29下端的支撑板紧固孔25对正，并采用螺栓将支撑底板27和第一支撑板21、第二支撑板23与第三支撑板29下端连接。

支撑底板26通过螺栓连接安装在3个支撑板的下端；支撑底板26与3个支撑板之间存在耦合，该耦合与3个支撑杆联合作用，限制了3个支撑板的自由度，而将3个支撑板的上端固定在定平台1上同样限制了它们的6个自由度，故此处为超静定结构。此处设置能减小支撑板在受力时产生的形变量，增强结构的刚度，进而确保打印精度。

所述的连接支架2与第一动平台10的3条1号并联支链的结构完全相同，并且它们和支架2、第一动平台10的连接方式完全相同；连接第一动平台10与第二动平台16的3条2号并联支链的结构完全相同，并且它们和第一动平台10、第二动平台16的连接方式完全相同。

所述的支架2位于定平台1的下方，通过第一支撑板21、第二支撑板23和第三支撑板29的上固定端与定平台1连接，第一支撑板21、第二支撑板23和第三支撑板29的上固定端与定平台1采用螺栓连接；第一支撑板21、第二支撑板23和第三支撑板29的上固定端在定平台1上均匀分布，并且第一支撑板21、第二支撑板23和第三支撑板29中的任意两个支撑板的纵向对称线在定平台1上的投影呈120度夹角。

所述的第一动平台10位于支架2的下方，连接支架2与第一动平台10的3条结构相同的1号并联支链位于支架2与第一动平台10之间；初始位置时3条结构相同的1号并联支链在定平台1上的投影呈y字形，且每两条线之间的夹角为120度。现以其中一条1号并联支链为例说明连接支架2与第一动平台10的3条结构相同的1号并联支链的结构与连接方式。

所述的1号并联支链包括有定平台丝杠组件3、第一级丝杠螺母4、第一级虎克铰5、长连杆6、第二级虎克铰7与第一u型连接块8。

所述的定平台丝杠组件3采用螺栓固定连接在支架2上的第一支撑板21的底面上，第一级丝杠螺母4安装在定平台丝杠组件3上，为滑动连接；长连杆6的上端与第一级丝杠螺母4之间设置有第一级虎克铰5将两者连接，即长连杆6的上端与第一级丝杠螺母4采用螺栓和第一级虎克铰5进行连接；长连杆6的下端与第一u型连接块8之间设置有第二级虎克铰7将两者连接，即长连杆6的下端与第一u型连接块8采用螺栓和第二级虎克铰7进行连接；第一u型连接块8采用螺栓安装在第一动平台10的上表面上。

参阅图4，所述的定平台丝杠组件3包括定平台驱动电机30、定平台驱动电机减速器31、定平台丝杠组件支架32、2根结构相同的定平台丝杠组件光杠33和定平台丝杠组件滚珠丝杠35。

所述的定平台驱动电机30采用螺栓安装在定平台驱动电机减速器31的右端上，定平台驱动电机30的输出端与定平台驱动电机减速器31的输入端固定连接，定平台驱动电机减速器31采用螺栓安装在定平台丝杠组件支架32的右支撑臂上，定平台丝杠组件滚珠丝杠35采用轴承安装在定平台丝杠组件支架32的左支撑臂、右支撑臂上的定平台丝杠组件滚珠丝杠安装孔37中为转动连接，定平台驱动电机减速器31的输出端与定平台丝杠组件滚珠丝杠35的右端固定连接，2个结构相同的定平台丝杠组件光杠33安装在定平台丝杠组件支架32的左支撑臂、右支撑臂的定平台丝杠组件光杠安装孔36中，定平台丝杠组件光杠33的两端设置有螺纹，通过螺纹连接将定平台丝杠组件光杠33固定在定平台丝杠组件支架32的左右支撑臂上，2个结构相同的定平台丝杠组件光杠33位于定平台丝杠组件滚珠丝杠35的两侧，2个结构相同的定平台丝杠组件光杠33和定平台丝杠组件滚珠丝杠35平行。

所述的定平台丝杠组件支架32为“u”字形结构件，由左侧板、右侧板与底板组成。左侧板上设置有2个结构相同的定平台丝杠组件光杠安装孔36和1个定平台丝杠组件滚珠丝杠安装孔37，定平台丝杠组件光杠安装孔36为通孔，用于安装定平台丝杠组件光杠33的左端；定平台丝杠组件滚珠丝杠安装孔37为阶梯孔，用于安装定平台丝杠组件滚珠丝杠35的左端和轴承。右侧板上设置有2个与定平台丝杠组件光杠安装孔36相同的2号定平台丝杠组件光杠安装孔、1个与定平台丝杠组件滚珠丝杠安装孔37相同的2号定平台丝杠组件滚珠丝杠安装孔和4个在2号定平台丝杠组件滚珠丝杠安装孔周围均匀地布置的减速器安装孔；2号定平台丝杠组件光杠安装孔为通孔，用于安装定平台丝杠组件光杠33的右端；2号定平台丝杠组件滚珠丝杠安装孔为阶梯孔，用于安装定平台丝杠组件滚珠丝杠35的右端和轴承；减速器安装孔用于装配电机减速器。底板上设置有2个定平台丝杠组件定位孔34，为通孔，和第一支撑板21、第二支撑板23或第三支撑板29上的定平台丝杠组件安装孔20对正，采用螺栓连接将定平台丝杠组件3安装在支架2中的第一支撑板21、第二支撑板23或第三支撑板29上。

参阅图5，所述的第一级丝杠螺母4为带耳部的块状结构件。第一级丝杠螺母4的上部设置有2个结构相同的第一级丝杠螺母耳部39，每个第一级丝杠螺母耳部39的上端设置有1个第一级丝杠螺母上孔38，其为通孔，用于安装第一级虎克铰7，2个第一级丝杠螺母耳部39上的第一级丝杠螺母上孔38的回转轴线共线。第一级丝杠螺母4的下部设置有2个第一级丝杠螺母光杠孔40和1个第一级丝杠螺母丝杠孔41，2个结构相同的第一级丝杠螺母光杠孔40位于第一级丝杠螺母丝杠孔41的两侧，2个结构相同的第一级丝杠螺母光杠孔40的回转轴线和第一级丝杠螺母丝杠孔41的回转轴线平行且共处同一水平面内；2个第一级丝杠螺母耳部39上的第一级丝杠螺母上孔38的回转轴线和2个结构相同的第一级丝杠螺母光杠孔40的回转轴线与第一级丝杠螺母丝杠孔41的回转轴线所在平面平行且和第一级丝杠螺母丝杠孔41的回转轴线垂直交叉。第一级丝杠螺母光杠孔40与定平台丝杠组件光杠33进行配合，用于支撑和定位第一级丝杠螺母4，并具有导向作用；第一级丝杠螺母丝杠孔41与定平台丝杠组件滚珠丝杠35进行配合，用于输出位移。

采用1根定平台丝杠组件光杠33和1根定平台丝杠组件滚珠丝杠35可以限制第一级丝杠螺母4的5个自由度，使之只能沿着丝杠的轴向进行运动，同时分担第一级丝杠螺母4施加给定平台丝杠组件滚珠丝杠35一半的力；而本发明设置2根定平台丝杠组件光杠33，可使定平台丝杠组件滚珠丝杠35之承受第一级丝杠螺母4施加给的三分之一的力；同时可增强定平台丝杠组件3的系统刚度，提高打印精度。

参阅图6，所述的第一u型连接块8为“u”字形叉类结构件，第一u型连接块8由左支撑臂、右支撑臂与底座组成，左支撑臂与右支撑臂结构相同，左支撑臂、右支撑臂与底座的宽度与厚度相等，左支撑臂、右支撑臂的底端和底座的两端对称垂直并连成一体，左支撑臂、右支撑臂相互平行，第一u型连接块8的左支撑臂、右支撑臂的上端分别设置有1个第一u型连接块上孔42，2个第一u型连接块上孔42的结构相同，2个第一u型连接块上孔42的回转轴线共线并和底座平行，第一u型连接块8的底座上设置有2个结构相同的第一u型连接块下孔43。2个第一u型连接块上孔42为通孔，用于连接第二级虎克铰7；2个第一u型连接块下孔43为通孔，与第一动平台10上的2个第一u型连接块安装孔52对正，采用螺栓将第一u型连接块8安装在第一动平台10上。

所述的第二动平台16位于第一动平台10的下方，连接第一动平台10与第二动平台16的3条结构相同的2号并联支链位于第一动平台10与第二动平台16之间；初始位置时3条结构相同的2号并联支链在第二动平台16上的投影呈y字形，且每两条线之间的夹角为120度。现以其中一条2号并联支链为例说明其结构与连接方式。

所述的2号并联支链包括第一动平台丝杠组件9、第二级丝杠螺母11、第三级虎克铰12、短连杆13、第四级虎克铰14和第二u型连接块15。

第一动平台丝杠组件9通过其中的动平台丝杠组件支架46安装在第一动平台10的下表面上，第一动平台丝杠组件9与第一动平台10之间采用螺栓连接；第二级丝杠螺母11套装在第一动平台丝杠组件9中的动平台丝杠组件滚珠丝杠49上，第二级丝杠螺母11与动平台丝杠组件滚珠丝杠49之间为滑动连接；短连杆13的上端采用螺栓与第三级虎克铰12和第二级丝杠螺母11连接；短连杆13的下端采用螺栓与第四级虎克铰14与第二u型连接块15连接；第二u型连接块15安装在第二动平台16的上表面上，第二u型连接块15与第二动平台16之间采用螺栓连接。

参阅图7，所述的第一动平台丝杠组件9包括动平台驱动电机44、动平台驱动电机减速器45、动平台丝杠组件支架46、2根结构相同的动平台丝杠组件光杠47与动平台丝杠组件滚珠丝杠49。

所述的动平台驱动电机44安装在动平台驱动电机减速器45上，通过螺栓进行连接；动平台驱动电机减速器45安装在动平台丝杠组件支架46上，通过螺栓进行连接；动平台丝杠组件光杠47安装在动平台丝杠组件支架46上，为螺纹连接；动平台丝杠组件滚珠丝杠49安装在动平台丝杠组件支架46上，为螺纹连接。

所述的动平台丝杠组件支架46为“u”字形结构件，由左壁、右壁和底壁组成。左壁上设置有2个结构相同的动平台丝杠组件光杠安装孔50与1个动平台丝杠组件滚珠丝杠安装孔51，2个结构相同的动平台丝杠组件光杠安装孔50为光通孔，用于安装动平台丝杠组件光杠47的左端；动平台丝杠组件光杠47的左端通过螺纹连接固定在动平台丝杠组件支架46的左壁上。动平台丝杠组件滚珠丝杠安装孔51为阶梯通孔，用于安装动平台丝杠组件滚珠丝杠49的左端和轴承。右壁上设置有2个与动平台丝杠组件光杠安装孔50相同的2号动平台丝杠组件光杠安装孔、1个与动平台丝杠组件滚珠丝杠安装孔51相同的2号动平台丝杠组件滚珠丝杠安装孔和4个在2号动平台丝杠组件滚珠丝杠安装孔周围均匀地布置的减速器安装孔；动平台丝杠组件光杠安装孔50为光通孔，用于定位动平台丝杠组件光杠47的右端；动平台丝杠组件光杠47的右端通过螺纹连接固定在动平台丝杠组件支架46的右壁上。动平台丝杠组件滚珠丝杠安装孔51为阶梯通孔，用于安装动平台丝杠组件滚珠丝杠49的左端和轴承；减速器安装孔用于安装动平台驱动电机减速器45。底壁上设置有2个动平台丝杠组件定位孔48，2个动平台丝杠组件定位孔48为光通孔，2个动平台丝杠组件定位孔48与动平台丝杠组件安装孔53对正，采用螺栓连接将第一动平台丝杠组件9安装在第一动平台10的下表面上。

参阅图8，所述的第一动平台10为六边形的板状结构件，该六边形的第一动平台10是在等边三角形的三个顶角处切去3个小正三角形得来的。在靠近六边形每条短边处设置有2个结构相同的第一u型连接块安装孔52，2个结构相同的第一u型连接块安装孔52为螺纹通孔，2个结构相同的第一u型连接块安装孔52与第一u型连接块8上的第一u型连接块下孔43对正，将第一u型连接块8固定连接在第一动平台10的顶端面上。在每条六边形短边中点与六边形中心连线上设置有2个结构相同的动平台丝杠组件安装孔53，动平台丝杠组件安装孔53为螺纹通孔，2个结构相同的动平台丝杠组件安装孔53与第一动平台丝杠组件9上的动平台丝杠组件定位孔48对正，将第一动平台丝杠组件9安装在第一动平台10的底面上。六边形中心处设置有1个通丝孔54，打印丝从其中穿过，避免出现缠绕的情况。

参阅图9，所述的第二级丝杠螺母11为带耳部的方块状结构件。第二级丝杠螺母11的上部设置有2个第二级丝杠螺母耳部56，每个第二级丝杠螺母耳部56的上端设置有1个第一级丝杠螺母上孔55，其为光通孔，用于安装第三级虎克铰12。第二级丝杠螺母11的下部设置有2个结构相同的第二级丝杠螺母光杠孔57和1个第二级丝杠螺母丝杠孔58；2个结构相同的第二级丝杠螺母光杠孔57位于第二级丝杠螺母丝杠孔58的两侧，2个结构相同的第二级丝杠螺母光杠孔57的回转轴线和第二级丝杠螺母丝杠孔58的回转轴线平行且共面；2个第二级丝杠螺母耳部56上的第二级丝杠螺母上孔55的回转轴线和2个结构相同的第二级丝杠螺母光杠孔57的回转轴线与第二级丝杠螺母丝杠孔58的回转轴线所在平面平行且和第二级丝杠螺母丝杠孔58的回转轴线垂直交叉。第二级丝杠螺母光杠孔57与动平台丝杠组件光杠47进行配合，用于支撑和定位第二级丝杠螺母11，并具有导向作用；第二级丝杠螺母丝杠孔58与动平台丝杠组件滚珠丝杠49进行配合，用于输出位移。

所述的第二级丝杠螺母11与第一级丝杠螺母4结构形式雷同，只是尺寸上有所差异；二者的工作方式和原理完全相同。

参阅图10，所述的第二u型连接块15为“u”字形结构件，第二u型连接块15由左支臂、右支臂与安装底座组成，第二u型连接块15的左支臂、右支臂的上端分别设置有1个第二u型连接块上孔59，2个第二u型连接块上孔59的结构相同，2个第二u型连接块上孔59的回转轴线共线并和安装底座平行，第二u型连接块15的底座上设置有2个结构相同的第二u型连接块下孔60。第二u型连接块上孔59为通孔，用于连接第四级虎克铰14。2个结构相同的第二u型连接块下孔60为光通孔，与第二动平台16上的2个结构相同的第二u型连接块安装孔61对正，通过螺栓将第二u型连接块15安装在第二动平台16上。

参阅图11，所述的第二动平台16为六边形的板状结构件，该六边形是在大正三角形的三个角处切去3个小正三角形得到的。在靠近六边形每条短边处设置有2个第二u型连接块安装孔61，为螺纹通孔，与第二u型连接块下孔60对正，将第二u型连接块15固连在第二动平台16的上表面上。在六边形的中心设置有打印头安装孔63，为光通孔；打印头从打印头安装孔63伸出。在靠近打印头安装孔63的周围均匀地设置有3个打印头定位孔62，其为螺纹通孔，用于固定打印头。

本发明所述的一种高速3d打印并联驱动机构的工作原理：

在打印尺寸较大的零件或者零件上尺寸较大的部位时，定平台驱动电机30和动平台驱动电机44均处于工作状态。定平台驱动电机30驱动由第一级丝杠螺母4、第一级虎克铰5、长连杆6、第二级虎克铰7和第一u型连接块8组成的3条1号并联支链运动，进而驱动第一动平台10运动实现三维平动。动平台驱动电机44驱动由第一动平台丝杠组件9、第二级丝杠螺母11、第三级虎克铰12、短连杆13、第四级虎克铰14、第二u型连接块15组成的3条2号并联支链运动，进而驱动打印头实现三维平动。

当打印头运行到即将需要换向的位置时，定平台驱动电机30先减速并反转，动平台驱动电机44继续运行；当打印头正好运行到需要换向的位置时，定平台驱动电机30继续运行，动平台驱动电机44反转；由于2号并联支链承受的载荷较轻，惯性小，换向速度快，可避免由于驱动机构换向速度过慢导致的打印分层或错位的情况。

在打印尺寸较小的零件或零件上尺寸较小的部位时，定平台驱动电机30处于停机状态，由第一级丝杠螺母4、第一级虎克铰5、长连杆6、第二级虎克铰7和第一u型连接块8组成的3个长支链处于静止状态，此时定平台1、第一动平台10以及由第一级丝杠螺母4、第一级虎克铰5、长连杆6、第二级虎克铰7和第一u型连接块8组成的3条1号并联支链可视为固定平台。动平台驱动电机44驱动由第一动平台丝杠组件9、第二级丝杠螺母11、第三级虎克铰12、短连杆13、第四级虎克铰14、第二u型连接块15组成的3条2号并联支链运动，进而驱动打印头实现3个自由度的平动。

在打印尺寸较小的零件或零件上尺寸较小的部位时，最容易造成断层和错位。而本设计的并联驱动机构正好能克服解决该问题。

本发明只能实现3个自由度的平动，限制了转动自由度，可直接实现复合运动，正运动学可以显式计算，逆运动学解唯一，提高了系统的解算速度和实时性问题，可实现高速打印，并能克服现有技术存在的打印较小尺寸的零件或零件上尺寸较小的部位时容易出现断层或错位的问题。