一种FDM打印机的制作方法

本实用新型涉及工业级三维打印技术领域，特别涉及一种FDM打印机。

背景技术：

近年来，3D打印技术蓬勃发展，其中以FDM熔融挤出工艺技术为基础的打印机，因其成形速度快、成形材料价格低、技术简单、入门低等优势，非常流行。但是目前市场上FDM打印机因各种条件限制，打印效率有限，远无法达到大规模工业应用。例如桌面机打印精度虽高，但打印效率以克/小时计，效率极低。

现有的工业级打印机，打印效率虽可达到公斤级，但打印喷嘴过大，打印精度较低。打印小尺寸产品虽然有效率优势，但打印精度低无法满足生产需求；若打印较大尺寸产品，公斤级的打印效率又显得捉襟见肘，效率太低。

现有技术中，公开号为CN201510153503.7，申请日期为2015.04.02，名称为“基于FDM的3D打印设备”的实用新型专利中，公开了一种基于FDM的3D打印设备，该设备包括：固定工作台和相对于固定工作台沿第一方向可移动地跨接于固定工作台上方的龙门框架；以及沿第二方向可移动地设置在龙门框架上的挤出机构，挤出机构可沿第三方向相对于固定工作台升降，其中，挤出机构的喷嘴朝向固定工作台开设，以提供一种超大成型尺寸的3D打印设备，扩大打印范围，提高其在工业上应用的广度。在该技术方案中采用龙门框架式的设备结构，可以无限扩大打印范围，但其前提条件是打印效率高，否则扩大打印范围是没有意义的。

公开号为CN105584044A，公开日为2016.05.18，名称为“一种运用于大型工业级FDM 3D打印机的打印头装置”的实用新型专利，公开了一种FDM打印机打印头，包括打印头喷嘴、冷却板、加热套筒、护罩、打印头主体、双头长形轴、螺杆等装置。该实用新型公开了一种FDM挤出式打印头，依托较为成熟的螺杆挤出技术，对打印效率有较大提高，但限于喷嘴直径限制，打印效率在3~15Kg/h左右，导致打印成形尺寸受限、无法打印较大尺寸模型。在该技术方案中采用螺杆挤出实现原料的熔融，但因工艺条件限制，存在诸多问题，例如，熔融状态的材料由喷嘴喷出，喷嘴直径必须小于一定范围，以免造成熔融状材料打印后无法定型，喷头堆料堵塞，打印平面不平，层与层之间粘接不牢、易分层等问题，极大地限制了打印效率的提升。其中，大喷嘴打印的铺料质量和铺料精度问题是制约打印速度和打印效率的关键因素。

技术实现要素：

本实用新型针对现有的FDM打印技术中打印机因打印头打印效率不高的问题，提供一种FDM打印机，以提高打印效率。

本实用新型的目的是这样实现的，一种FDM打印机，包括设置在打印平台上的两排平行的导向线轨，所述导向线轨上滑动配合连接有多个龙门框架，所述龙门框架上方分别设有螺旋挤压打印装置，所述螺旋挤压打印装置可沿垂直方向和与导向线轨垂直的水平方向滑动。

本实用新型的打印机，将多个龙门框架分别可移动的设置在导向线轨上，打印装置可移动的设置在各自的龙门框架上，可以实现多个打印头同时多区域的打印，既可以将一个大的工件分区域同时打印，也可以多个小尺寸的工件同时打印，大大提高了打印效率，并打印头在龙门框架上的水平和垂直方向移动，扩大了打印区域的调整范围。

为便于实现大喷确打印头的稳定出料，所述螺旋挤压打印装置的出料端依次设有熔体计量泵和模头，所述模头下端设有打印头，所述打印头的侧向设有随打印头的出料轨迹随动的用于压平打印头出料的辊轮。本实用新型的打印装置，在模头和挤压出料端设置熔体流量计量泵，可以实现物料增压后稳定的从打印头输出并铺料到打印平台上，实现大喷嘴打印头的稳定出料，通过辊轮的辊压可以将出料按设定的打印轨迹的压平，防止物料堆积不均或喷嘴堵塞造成的铺料不均问题，克服了大喷嘴大流量打印头出料带来的不足。

为便于实现辊轮的随动运动，所述模头外周通过轴承转动连接有链轮一，所述链轮一的下轮面上连接有辊轮支架，所述辊轮支架通过轮轴与辊轮连接，所述链轮一上侧的模头上连接有水平伸出的安装板，所述安装板的伸出端上侧安装有伺服电机，所述伺服电机的输出轴从安装板的下侧伸出，所述输出轴的外周固定套设有衬套，所述衬套外周固定套接有与链轮一对应的链轮二，所述链轮一和链轮二之间通条链条传动连接。本实用新型的辊轮随动结构，辊轮通过辊轮支架与链轮一连接，实现辊轮与链轮一的随动，链轮一与打印头同步动作，实现辊轮与打印头的随动，对打印头的出料进行压平，以克服大喷嘴大挤出量的打印头出料推积不平的问题。

为便于压平出料，所述辊轮最下侧的轮缘高度低于打印头的高度1—2mm。

为便于链轮二的安装调节，所述链轮二与衬套套接的周部的径向设有锁紧螺钉，用于链轮二安装位置轴向微调后锁紧链轮二。

为便于辊轮的安装调节，所述辊轮支架用于安装轮轴的部位设有便于安装轮轴的开槽，所述开槽上方对应的安装支架上设有限位螺孔，所述限位螺孔内设有螺位螺栓，安装辊轮时，辊轮轮轴的安装高度通过限位螺栓从上方顶靠限位。本实用新型的辊轮安装结构中，安装孔下方的开槽结构方便辊轮整体部件的装拆，安装孔上方的限位螺栓可以方便控制辊轮轴的安装高度，以保证安装精度。

为保证辊轮的相位方向与打印头的轨迹相配以保证辊轮的顺利辊压动作，所述打印头沿一定的曲线轨迹打印时，伺服电机驱动链轮一带动辊轮绕打印头中心轴转动，使辊轮的自转轴线始终与打印头运动轨迹的切线方向垂直。

所述伺服电机的转速通过控制系统控制，所述控制系统通过分析打印头运动轨迹生成的G代码程序控制伺服电机的转速，以便于控制辊轮相对打印头中心轴的相位角，使辊轮始终跟随打印头运动轨迹切线方向对出料进行辊压整平。

附图说明

图1为本实用新型的FDM打印机的结构简图。

图2为螺旋挤压打印装置的结构示意图。

图3为链轮一的安装示意图。

图4为链轮一与辊轮的安装示意图。

图5为打印轨迹和辊轮位置关系的示意图。

图6为打印头打印轨迹与辊轮的位置关系示意图。

其中，1打印平台；2导向线轨；3门形框架；4 熔体计量泵；5模头；6链轮一；7轴承；8打印头；9辊轮；10辊轮支架；11衬套；12链轮二；13安装板；14伺服电机；15锁紧螺钉；16限位螺栓；17辊轮轴线方向；18打印轨迹的切线方向；19打印轨迹。

具体实施方式

如图1—图6所示为本实用新型的FDM打印机，包括设置在打印平台1上的两排平行的导向线轨2，导向线轨2上滑动配合连接有多个龙门框架3，龙门框架3上方分别设有螺旋挤压打印装置，螺旋挤压打印装置可沿垂直方向和与导向线轨垂直的水平方向滑动。为便于实现大喷确打印头的稳定出料，螺旋挤压打印装置的出料端依次设有熔体计量泵4和模头5，模头5下端设有打印头，打印头的侧向设有随打印头的出料轨迹随动的用于压平打印头出料的辊轮9。

本实用新型的打印机，将多个龙门框架3分别可移动的设置在导向线轨2上，螺旋挤压打印装置可移动的设置在各自的龙门框架3上，可以实现多个打印头同时多区域的打印，既可以将一个大的工件分区域同时打印，也可以多个小尺寸的工件同时打印，大大提高了打印效率，并打印头在龙门框架上的水平和垂直方向移动，扩大了打印区域的调整范围。

本实用新型的结构中，为便于实现辊轮9的随动运动，模头5外周通过轴承7转动连接有链轮一6，链轮一6的下轮面上连接有辊轮支架10，辊轮支架10通过轮轴与辊轮9连接，链轮一6上侧的模头上连接有水平伸出的安装板13，安装板13的伸出端上侧安装有伺服电机14，伺服电机14的输出轴从安装板13的下侧伸出，输出轴的外周固定套设有衬套11，衬套11外周固定套接有与链轮一6对应的链轮二12，链轮一6和链轮二12之间通条链条传动连接。本实用新型的辊轮随动结构，辊轮9通过辊轮支架10与链轮一6连接，实现辊轮9与链轮一6的随动，链轮一6与打印头8同步动作，实现辊轮9与打印头8的随动，对打印头8的出料进行压平，以克服大喷嘴大挤出量的打印头出料推积不平的问题。为保证均匀压平出料，辊轮9最下侧的轮缘高度低于打印头8的高度1—2mm。

为便于链轮二12的安装调节，链轮二12与衬套11套接的周部的径向设有锁紧螺钉15，用于链轮二12安装位置轴向微调后锁紧链轮二12。

为便于辊轮9的安装调节，本实用新型的辊轮支架7用于安装轮轴的部位设有便于安装轮轴9A的开槽，开槽上方对应的安装支架上设有限位螺孔，限位螺孔内设有螺位螺栓16，安装辊轮9时，轮轴9A的安装高度通过限位螺栓16从上方顶靠限位。本实用新型的辊轮安装结构中，安装孔下方的开槽结构方便辊轮整体部件的装拆，安装孔上方的限位螺栓16可以方便调节辊轮轴的安装高度，以保证安装精度和根据不同的出料量对辊轮的安装高度进行调节。

为方便辊轮9的相位方向与打印头8的打印轨迹方向的随形自动调节以保证辊轮的辊压方向与打印轨迹的切线方向一致，打印头8沿一定的曲线轨迹打印时，伺服电机驱动链轮一6带动辊轮9绕打印头8中心轴转动，使辊轮9的自转轴线始终与打印头8运动轨迹的切线方向垂直。为协调控制伺服电机14的转速，所述伺服电机14通过控制系统控制，控制系统通过分析打印头8运动轨迹生成的G代码程序控制伺服电机14的转速，以控制辊轮9相对打印头8中心轴的相位角，使辊轮9始终跟随打印头8运动轨迹切线方向对出料进行辊压整平。

本实用新型的打印机，可以实现多个打印头同时多区域的打印，既可以将一个大的工件分区域同时打印，也可以多个小尺寸的工件同时打印，大大提高了打印效率，弥补了现有技术中FDM打印机的不足。并且在打印头侧向设有随打印头的出料轨迹随动的辊轮，以压平打印头的出料，克服了大喷嘴的打印头出料不均匀和堆料的问题，从提高打印效率和打印质量。