本发明涉及先进制造领域，尤其涉及一种横向3d打印机。
背景技术：
现有3d打印机通常采用竖直打印机构来进行工件的打印。加热喷头根据工件的水平截面轮廓信息，作x-y平面上的运动，热塑性丝状材料由挤丝机构传送至热熔喷头，并在热熔喷头中加热至融化，随着后面的丝挤入，融化的耗材涂覆在打印机底板平台上，冷却后形成一层薄片。一层截面完成后，底板平台下降一个薄片的高度，再进行下一层的融化和覆盖，如此循环往复，最终打印出完整工件。
传统竖直式打印的3d打印机打印出的工件尺寸会受到打印机本身框架尺寸的约束。竖直式打印机在打印时，打印底板的大小决定了工件最大的截面大小，从而限制了工件的长、宽尺寸。竖直打印的打印喷头需要在一个平行于x-y平面的平台上运动，这就需要一组竖直的支撑框架来支撑打印喷头在打印平面运动，因此工件的高度受限于支撑打印喷头的竖直框架，即打印出的工件尺寸无法超过3d打印机框架的尺寸。在长度和高度的限制下，竖直式打印机适合于打印尺寸较为规整(长、宽、高较为接近的工件)，而在打印桁架等细长型的工件时，就需要延长竖直支撑框架的高度，当框架延长至一定高度后，会使得3d打印机的重心位置提升，降低打印时的稳定性，皮带带动打印头高速运动时产生的震动对工件的影响会放大，从而降低打印精度和工件直线度。因此竖直打印机由于底板和框架的约束，难以实现一台打印机完成不同形状、高宽比不同的工件的多样化打印任务。
技术实现要素：
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种横向3d打印机，所述横向3d打印机能够打印的工件的长、宽、高尺寸中的一个不受打印框架的。
根据本发明实施例的横向3d打印机，包括：打印头；引子，所述引子用于承接所述打印头打印的片层；第一驱动组，所述第一驱动组与所述打印头相连，所述第一驱动组可驱动所述打印头沿y轴和z轴方向分别运动；支撑组件，所述支撑组件用于支撑及限位所述引子；第二驱动组，所述第二驱动组与所述引子相连，所述第二驱动组可驱动所述引子相对所述支撑组件沿x轴方向运动；其中，所述x轴、所述y轴、所述z轴构成笛卡尔坐标系，所述引子以设定长度为单位移动，所述设定长度等于所述打印头单次打印的片层厚度。
根据本发明实施例的横向3d打印机，由于打印头可沿y轴和z轴分别运动，而承接打印头打印片层的引子可以沿x轴方向运动，因此横向3d打印机能够打印的工件的长、宽、高尺寸中的一个不受打印框架的影响，使得打印头的运动灵活性大大增强，打印的工件更加多样化。此外，在打印过程中，由于支撑组件的支撑和限位作用，引子只能朝向远离打印头的方向平稳运动，在一定程度上提高了打印精度。
在一些实施例中，所述第二驱动组包括：夹持装置,所述夹持装置用于夹持所述引子且驱动所述引子朝向远离所述打印头的方向运动；x轴驱动电机，所述x轴驱动电机用于驱动所述夹持装置运动。
具体地，所述第二驱动组还包括：x轴丝杠，所述x轴丝杠与所述x轴驱动电机的电机轴相连；x轴滑块，所述x轴滑块与所述x轴丝杠相连，在所述x轴丝杠转动时所述x轴滑块沿x轴移动并带动所述夹持装置运动。
在一些实施例中，所述支撑组件包括：桁架；多个导向装置，所述多个导向装置分别设在所述桁架上，所述多个导向装置沿不同方向分别止抵在所述引子上以夹持所述引子。
具体地，每个所述导向装置均包括：万向轮组件，所述万向轮组件包括轮座以及止抵在所述引子上的轮子；连接杆，所述连接杆连接在所述万向轮的所述轮座与所述桁架之间。
在一些实施例中，所述第一驱动组包括：z轴支撑杆；z轴滑块，所述z轴滑块可滑动地设在所述z轴支撑杆上，所述z轴滑块上安装有所述打印头。
具体地，所述第一驱动组还包括：z轴丝杠，所述z轴丝杠设在所述z轴支撑杆上，所述z轴丝杠与所述z轴滑块相连；z轴驱动电机，所述z轴驱动电机驱动所述z轴丝杠旋转以使所述z轴滑块相对所述z轴丝杠滑动。
在一些实施例中，所述第一驱动组包括：y轴支撑杆；y轴滑块，所述y轴滑块可滑动地设在所述y轴支撑杆上，所述y轴滑块上安装有所述z轴支撑杆。
具体地，所述第一驱动组还包括：y轴丝杠，所述y轴丝杠连接在所述y轴支撑杆上，所述y轴丝杠与所述y轴滑块相连；y轴驱动电机，所述y轴驱动电机驱动所述y轴丝杠旋转以使所述y轴滑块相对所述y轴丝杠滑动。
在一些实施例中，所述第一驱动组采用两个步进电机分别驱动所述打印头运动，所述第二驱动组采用一个步进电机驱动所述打印头运动。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明实施例的横向3d打印机的立体结构示意图。
图2是本发明实施例的横向3d打印机的整体结构前视图。
图3是本发明实施例的横向3d打印机的整体结构俯视图。
图4是本发明实施例的横向3d打印机的整体结构侧视图。
附图标记：
横向3d打印机10、
打印头100、
引子200、
第一驱动组300、
z轴支撑杆311、z轴丝杠312、z轴滑块313、z轴驱动电机314、
y轴支撑杆321、y轴丝杠322、y轴滑块323、y轴驱动电机324、
第二驱动组400、
x轴驱动电机411、x轴丝杠412、x轴滑块413、夹持装置414、
支撑组件500、
桁架510、导向装置520、万向轮组件521、连接杆522、
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面参考图1-图4描述根据本发明实施例的横向3d打印机10
如图1所示，根据本发明实施例横向3d打印机10包括打印头100、引子200、第一驱动组300、第二驱动组400和支撑组件500。引子200用于承接打印头100打印的片层，第一驱动组300与打印头100相连，第一驱动组300可驱动打印头100沿y轴和z轴方向分别运动，支撑组件500用于支撑及限位引子200第二驱动组400与引子200相连，第二驱动组400可驱动引子200相对支撑组件500沿x轴方向运动。x轴、y轴、z轴构成笛卡尔坐标系，引子200以设定长度为单位移动，设定长度等于打印头100单次打印的片层厚度。
需要说明的是，由于打印头100在第一驱动组300的驱动下可沿y轴和z轴分别运动，而承接打印头100打印片层的引子200在第二驱动组400的驱动下可以沿x轴方向运动。因此，本发明实施例横向3d打印机10利用“fdm”熔融沉积成型技术，以引子200为依托，打印头100在y-z平面进行打印，每打印完一层后，由第二驱动组400将引子200朝向远离打印头100的方向设定长度为单位移动。由于设定长度等于打印头100单次打印的片层厚度，使得刚打印出的平面向远离打印头100方向前进了一个片层的厚度。从而给下一个平面留出打印空间，以此为一个周期循环往复直至打印完成。根据叙述可知，本发实施例的横向3d打印机10的x轴方向没有约束，因此理论上可以打印无限长度。除此之外，本发明实施例的横向3d打印机10设有起到支撑和限位引子200的支撑组件500，也就是说，在打印过程中，由于支撑组件500的支撑和限位作用，引子200只能朝向远离打印头100的方向平稳运动，在一定程度上提高了打印精度。
对于传统打印机打印出的工件受打印底板大小限制的问题，本发明实施例的横向3d打印机10的引子200部分相当于竖直式打印机的打印底板，但是区别在于，竖直式打印机的打印底板在打印机组装出厂后就已经是固定的大小，不可更改。而本实施例的横向3d打印机10的引子200可以根据工件的截面大小需求，而替换成相应的任意尺寸，只需将电脑控制程序的原点相应的调整即可完成相应任务。同时，竖直式打印机打印出的每一层截面都是位于喷头与机身所形成的框架内，而本实施例的横向3d打印机10的引子200是位于打印头100与搭载打印头100的平台所形成的框架之外，因此，本实施例的横向3d打印机10所能打印的工件的长、宽尺寸不受竖直式打印机打印底板和打印机框架结构的限制。
对于传统打印机打印出的工件的高度受限于支撑打印喷头的竖直框架，即打印出的工件尺寸无法超过d打印机框架的尺寸这一问题，本发明实施例的横向3d打印机10的x轴可以抽象为一条射线，即打印初始部分的引子200部分为一个端点，而引出的x轴正方向理论上可以延伸至无穷远处。打印出来的工件每打印完一层，会由第二驱动组400向x轴正方向推动一个片层的厚度，周而复始，直到工件的长度达到所需要求。
综上所述，本发明实施例的横向3d打印机10在x轴、y轴、z轴三个方向中的一个方向是没有限制，因此横向3d打印机10能够打印的工件的长、宽、高尺寸中的一个不受打印框架的影响，使得打印头100的运动灵活性大大增强，打印的工件更加多样化。
需要说明的是，在本发明的实施例中，x轴、y轴、z轴方向可以任意指定，也就是说，x轴的方向既可能是工件的长度方向，也可能是工件的宽度方向，还可能是工件的高度方向，这里的x轴、y轴、z轴方向仅用于区分打印头100与引子200的运动方向，并不是对打印头100与引子200运动方向的限制。当然，x轴、y轴、z轴可以两两垂直，也可以相互倾斜设置。
根据本发明实施例的横向3d打印机10，由于打印头100可沿y轴和z轴分别运动，而承接打印头100打印片层的引子200可以沿x轴方向运动，因此横向3d打印机10能够打印的工件的长、宽、高尺寸中的一个不受打印框架的影响，使得打印头100的运动灵活性大大增强，打印的工件更加多样化。此外，在打印过程中，由于支撑组件500的支撑和限位作用，引子200只能朝向远离打印头100的方向平稳运动，在一定程度上提高了打印精度。
需要额外说明的是，在本发明的实施例中，当打印出的工件沿水平方向不断延伸时，工件的竖直方向的尺寸并不会产生任何变化，横向3d打印机10的框架本身也无须任何尺寸上的调整，只需沿水平方向对工件提供一些适当的用于抵消重力作用的支撑结构即可，因此整体的重心高度并没有产生变化，打印时的稳定性与打印出的工件长度无关，使得在打印特形工件，如10米长的桁架时重心高度和打印10厘米长的工件时基本没有变化。重心高度不变的同时，由于工件的两侧面始终与支撑组件500接触，同时延伸出的新打印工件部分也有新的下支承结构对其提供支撑，极大的提高了横向3d打印机10的打印稳定性。
在一些实施例中，如图1所示，第二驱动组400包括夹持装置414和x轴驱动电机411,夹持装置414用于夹持引子200且驱动引子200朝向远离打印头100的方向运动，x轴驱动电机411用于驱动夹持装置414运动。可以理解的是，由于夹持装置414始终夹住引子200，因此，当x轴驱动电机411旋转时驱动作数夹持装置414运动时，引子200即朝向远离打印头100的方向运动，并且由于夹持装置414的夹持作用，引子200不会发生歪斜，从而保证了打印头100的打印精度。有利的，夹持装置414形成为电动夹，由此，夹持装置414的加持力可以较为精准的控制，避免了夹持装置414损坏引子200的现象发生。
具体地，第二驱动组400还包括x轴丝杠412和x轴滑块412，x轴丝杠412与x轴驱动电机411的电机轴相连，x轴滑块412与x轴丝杠412相连，在x轴丝杠412转动时x轴滑块412沿x轴移动并带动夹持装置414运动。由此，可以使得夹持装置414较为稳定的滑动，从而使得引子200的运动较为稳定。
当然，第二驱动组400的形式还可以是其他形式，例如，第二驱动组400件包括x轴丝杠412和推板，x轴丝杠412与x轴驱动电机411的电机轴相连，推板与x轴丝杠412相连，在x轴丝杠412转动时推板沿x轴移动并推动引子200运动。
在一些实施例中，如图1所示，支撑组件500包括桁架510和多个导向装置520，多个导向装置520分别设在桁架510上，多个导向装置520沿不同方向分别止抵在引子200上以夹持引子200。可以理解的是，多个导向装置520可以限制引子200朝向y轴及z轴的运动方向，保证了引子200只能沿x轴方向运动，降低了打印过程中引子200晃动引起的打印误差，提高了打印头100的打印精度。
具体地，每个导向装置520均包括万向轮组件521和连接杆522，万向轮组件521包括轮座以及止抵在引子200上的轮子，连接杆522连接在万向轮的轮座与桁架510之间。可以理解的是，在引子200朝向远离打印头100的方向运动过程中。由于轮子与引子200之间的摩擦为较小的滚动摩擦，从而降低了引子200运动的阻力并且降低了引子200的磨损。当然，在本发明的其他实施例中，导向装置520也可以是其他形式，例如，导向装置520包括止抵在引子200上的滚珠轴承或者滚柱轴承等等。
有利地，支撑组件500靠近打印头100的打印平面放置，由此，可以进一步提高支撑组件500对引子的限制作用。
在一些实施例中，如图1所示，第一驱动组300包括z轴支撑杆311和z轴滑块313，z轴滑块313可滑动地设在z轴支撑杆311上，z轴滑块313上安装有打印头100。相比传统皮带驱动打印头100运动的3d打印机，本发明实施例的横向3d打印机10采用滑块滑动的方式驱动打印头100运动，打印头100运动的更加稳定，降低了传统打印机由于皮带抖动所带来的打印误差。
具体地，第一驱动组300还包括z轴丝杠312和z轴驱动电机314，z轴丝杠312设在z轴支撑杆311上，z轴丝杠312与z轴滑块313相连，z轴驱动电机314驱动z轴丝杠312旋转以使z轴滑块313相对z轴丝杠312滑动。可以理解的是，丝杠带有自锁功能，避免了z轴滑块313在不打印时由于重力作用滑落造成损坏的现象。当然，这里需要说明的是，驱动打印头100的运动结构还可以有其他方式，例如，直线电机驱动z轴滑块313相对z轴支撑杆311滑动，又例如，z轴支撑杆311上设有传动链，打印头100设在传动链上。
在一些实施例中，如图1所示，第一驱动组300包括y轴支撑杆321和y轴滑块323，y轴滑块323可滑动地设在y轴支撑杆321上，y轴滑块323上安装有z轴支撑杆311。由此，z轴支撑杆311可以较为平稳的相对y轴支撑杆321滑动，使得打印头100沿y轴的运动也较为平稳，从而一定程度上提高了打印头100的打印精度。
具体地，第一驱动组300还包括y轴丝杠322和y轴驱动电机324，y轴丝杠322连接在y轴支撑杆321上，y轴丝杠322与y轴滑块323相连，y轴驱动电机324驱动y轴丝杠322旋转以使y轴滑块323相对y轴丝杠322滑动。由此，z轴支撑杆311可以较为平稳的相对y轴支撑杆321滑动，使得打印头100沿y轴的运动也较为平稳，从而一定程度上提高了打印头100的打印精度。当然，这里需要说明的是，驱动z轴支撑杆311的运动结构还可以有其他方式，例如，直线电机驱动z轴支撑杆311相对y轴支撑杆321滑动，又例如，y轴支撑杆321上设有传动链，z轴支撑杆311设在传动链上。
在一些实施例中，如图1所示，第一驱动组300采用两个步进电机分别驱动打印头100运动，第二驱动组400采用一个步进电机驱动打印头100运动。由于引子200的运动为以层片厚度为单位运动，采用步进电机可以使得第一驱动组300和第二驱动组400的控制部分较为简单，且运动精度较高。当然，第一驱动组300和第二驱动组400也可以采用三个伺服电机分别驱动打印头100和引子200运动。
在一些实施例中，横向3d打印机10还包括辅助支撑座，辅助支撑座用于辅助支撑引子200。可以理解的是，当打印得片层越来越多，工件沿x轴的尺寸越来越长时，为了防止工件在重力的作用下下垂，可以在引子200的下方增加多个辅助支撑座，以抵消引子200的重力。
在一些实施例中，横向3d打印机10还包括距离检测装置，距离检测装置用于检测夹持装置414的运动距离，当夹持装置414运动设定距离是，夹持装置414松开引子200，回到初始位置。可以理解的，本发明实施例的横向3d打印机10理论上可以打印无限长度的工件，但是如果夹持装置414不断的朝向远离打印头100的方向滑动会导致x轴滑轨过长，从而使得本发明实施例的横向3d打印机10的成本过高。在横向3d打印机10上设置距离检测装置，可以使得夹持装置414运动一定距离后回到原地，从而限制了x轴滑轨的长度，控制了成本。
在一些实施例中，横向3d打印机10还包括用于检测打印工件长度的检测装置。由此，有效地监测打印长度及打印精度。
下面参考图1-图4描述本发明一个具体实施例的横向3d打印机10。
如图1-图4所示，本实施例的横向3d打印机10包括打印头100、引子200、第一驱动组300、第二驱动组400和支撑组件500。引子200用于承接打印头100打印的片层，第一驱动组300与打印头100相连，第一驱动组300可驱动打印头100沿y轴和z轴方向分别运动，支撑组件500用于支撑及限位引子200，第二驱动组400与引子200相连，第二驱动组400可驱动引子200相对支撑组件500沿x轴方向运动。x轴、y轴、z轴构成笛卡尔坐标系，引子200以设定长度为单位移动，设定长度等于打印头100单次打印的片层厚度。
第一驱动组300包括z轴支撑杆311、z轴滑块313、z轴丝杠312和z轴驱动电机314，z轴丝杠312设在z轴支撑杆311上，打印头100设有z轴滑块313上，z轴丝杠312与z轴滑块313相连，z轴驱动电机314驱动z轴丝杠312旋转以使z轴滑块313相对z轴丝杠312滑动。第一驱动组300还包括y轴支撑杆321、y轴滑块323、y轴丝杠322和y轴驱动电机324，y轴滑块323上安装有z轴支撑杆311，y轴丝杠322连接在y轴支撑杆321上，y轴丝杠322与y轴滑块323相连，y轴驱动电机324驱动y轴丝杠322旋转以使y轴滑块323相对y轴丝杠322滑动。第二驱动组400包括夹持装置414、x轴驱动电机411、x轴丝杠412和x轴滑块412,夹持装置414用于夹持引子200且与x轴滑块412相连，x轴丝杠412与x轴驱动电机411的电机轴相连，x轴滑块412与x轴丝杠412相连，在x轴丝杠412转动时x轴滑块412沿x轴移动并带动夹持装置414运动。x轴驱动电机411、y轴驱动电机324和z轴驱动电机314均采用57步进电机。
支撑组件500包括桁架510和多个导向装置520，多个导向装置520分别设在桁架510上，多个导向装置520沿不同方向分别止抵在引子200上以夹持引子200。每个导向装置520均包括万向轮组件521和连接杆522，万向轮组件521包括轮座以及止抵在引子200上的轮子，连接杆522连接在万向轮的轮座与桁架510之间。
打印头100包括加热装置、挤出装置(三角洲打印机典型挤出头，远程型挤出机，即送丝的步进电机与喷嘴分开)和距离检测装置(距离传感器)。横向3d打印机10的控制模块采用arduinomega2560单片机，所用代码固件为marlin_v1固件，控制软件为printrunslic3r。打印头100的送丝机采用42步进电机
打印前，先将引子200放置在距离打印头1000.2mm的位置，采用夹持装置414将引子200加紧，并采用支撑组件500将其定位。打印时，打印头100按照相应线材(pla或abs)先预热到相应的温度，驱动打印头100工作的工作步进电机开始挤压线材，加热后挤出的线材以熔融状态接触并粘附到之前准备好的已安放于主要支撑结构的引子200上。接触后不断冷却至室温并固化，与引子200合为一体。第一驱动组300控制打印头100100的y-z平面的位置，走完按照算法规划的路线后，一个层片就打印完成，第二驱动组400驱动夹持装置414使得刚打印完的这一层片向x轴正方向前进0.2mm(即一个层片的厚度)，给下一层的打印留出空间。当夹持装置414移动100mm后，松开夹持并控制第二驱动组400使其回复到初始位置，回到初始位置后夹持装置414重新加紧引子200。按照工件尺寸要求，不断重复上述步骤，直至工件长度达到需求。当工件较长时，打印过程中，人为地在工件底部添加适当的辅助支撑座以抵消工件所受重力，从而保证工件直线度。
与现有技术相比，本实施例的横向3d打印机10在结构和打印生产方向上进行了创新，放弃了传统的竖直打印技术。本实施例的横向3d打印机10采用了x轴开放式设计，使得打印出的工件理论上可以达到无限长度。横向打印的设计和用丝杠替代皮带的设计减少了振动对打印过程的影响，对工件的直线度要求提供了保障。支撑组件500限制了引子200的运动，保证打印时的结构稳定性，打印头100及引子200在打印过程中振动较小，可用于太空打印。辅助支撑座与打印出的工件接触面积较大，减少了打印过程中因抖动对工件的影响。同时，由于水平打印过程中，随着工件的生长，横向3d打印机10和工件整体重心的高度并没有产生变化，使得其打印稳定性和打印出的工件长度无关，提高了横向3d打印机10打印非常规形状(即长、宽、高相差较大)工件时的稳定性。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。