一种基于圆柱坐标系的变尺寸全自动3D打印系统的制作方法

本发明属于3d打印机技术领域，具体涉及一种基于圆柱坐标系的变尺寸全自动3d打印系统。

背景技术：

目前，传统3d打印机的工作结构大多为三维空间中的正交型结构，通过逐层打印成型的方式实现整个被打印件的加工成型，但是由于传统3d打印机的喷嘴在沿x轴、y轴和z轴的三个方向上的运动多为移动副的串联结构连接，因此传统3d打印机在被打印件打印成型的打印过程中，喷嘴相对于三个坐标轴的移动误差是直接累加的，即喷嘴相对于坐标系原点的总位置误差将会比单个方向上的误差更大，直接影响了被打印件的打印精度以及表面粗糙度。

技术实现要素：

为实现上述目的，本发明的目的在于提出一种基于圆柱坐标系的变尺寸全自动3d打印系统，该打印系统采用了与传统3d打印机的直角坐标系完全不同的圆柱坐标系结构，将三个移动副的打印结构变化为两个移动副和一个转动副的打印机结构，该打印系统的喷嘴运动结构更加简单直接，而且采用了可伸缩打印工作平台，能够根据不同的规格的被打印件自动调节其打印平台的尺寸，提高了该打印系统的实用性以及经济性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于圆柱坐标系的变尺寸全自动3d打印系统，包括基座，基座上设有可伸缩工作平台；基座一侧设有竖直的支撑侧板；支撑侧板上端与顶板相连，顶板位于基座的正上方；顶板下侧通过立柱座与套筒相连；套筒的下端设有伸出体；伸出体下端与横梁相连；横梁下侧设有滚珠丝杠a，滚珠丝杠a的一端与设在横梁外端的伺服电机一的动力端相连，滚珠丝杠a的另一端与设在滑动块内的珠丝杠座a相连，喷嘴通过滑动块与圆柱导轨a滑动连接；滚珠丝杠a两侧分别设有一圆柱导轨a；滑动块还与滚珠丝杠a的相连，受滚珠丝杠a驱动。

所述的可伸缩工作平台包括有圆筒形的可伸缩平台座，可伸缩平台座内壁上固定有组朝向圆心的圆柱导轨b；可伸缩平台座的中心设有旋转台，旋转台的中心孔内设有上升平台；间隔的圆柱导轨b下侧设有斜面导轨；传动杆设在可伸缩平台座内部底面和滑块板底部之间；夹块板在可伸缩工作平台张开时位于两个滑块板之间、滑块板在可伸缩工作平台收回时为可伸缩工作平台顶部平台面，夹块座位于夹块板下面；所述的旋转台与伺服电机二相连，并在该伺服电机二的驱动下转动。

所述的立柱座的内腔顶部设有伺服电机b，伺服电机b通过连接板固定在立柱座的内腔口部；伺服电机b的动力端与内齿轮相连；内齿轮通过内齿轮花键与套筒相连；套筒上段嵌套在立柱座的内腔中；内齿轮下侧的立柱座内腔中设有伺服电机c，伺服电机c的动力端通过联轴器与滚珠丝杠座b相连，滚珠丝杠座b与滚珠丝杠b的上端相连；滚珠丝杠b的下端与滚珠丝杠座c相连；所述的联轴器通过圆形挡板、紧固螺钉b固定在伸出体的腔体上端；伸出体设在套筒内腔中；所述的伺服电机c与联轴器的联轴器键相连。

所述的内齿轮内设有行星齿轮架，行星齿轮架上设有三个行星齿轮34；三个行星齿轮均与太阳齿轮相啮合。

所述的顶板与侧板的之间设有支撑肋板。

所述的可伸缩工作平台上侧放置被打印件。

所述的顶板与立柱座之间设有顶板平台；所述的立柱座通过紧固螺钉a固定在顶板平台。

所述的伸出体的横截面为正方形。

与现有技术相比，发明的有益效果在于：

1)基于圆柱坐标系的变尺寸全自动3d打印系统的创新点在于使用了一种与传统3d打印系统完全不同的3d打印原理，其打印方式是基于圆柱坐标系的运动方式，该结构完全颠覆了传统3d打印机直角坐标系的打印结构，不但能实现传统3d打印机的所有功能，而且还具有结构紧凑以及简单等特点。

2)打印件的平台采用了一种径向尺寸可自动变化的打印工作台，避免了传统3d打印机打印尺寸受限的缺点，该结构可根据不同的打印物体适当的调节其打印范围；另外，由于该打印机的结构简单紧凑容易实现结构的可重构性，即可以利用更换系统构件的方式改变其整体打印范围，实现了一机多用的功能，有利于该3d打印机的进一步商业化。

本发明采用两个移动装置(喷嘴沿打印平台的直径方向上的移动运动机构以及喷嘴沿竖直方向上的移动运动机构)、一个转动装置(横梁带喷嘴移动机构整体绕竖直方向上的旋转运动机构)以及一个辅助自动调节打印尺寸的可伸缩工作平台；其中转动装置对应柱坐标系的极角，移动装置对应柱坐标系的径向运动与空间的纵向运动。该辅助运动机构为在径向可伸缩的圆形工作台，用来根据被打印件自动调节其打印尺寸，提高了该打印机的应用范围与经济性。另外，基于圆柱坐标系的变尺寸全自动3d打印系统的主要机械结构相比传统3d打印系统结构更简单紧凑且更加灵活。

附图说明

图1为本发明的结构示意图(一)。

图2为本发明的结构示意图(二)。

图3为本发明可伸缩打印工作平台收回的结构示意图。

图4为本发明可伸缩打印工作平台的内部结构示意图。

图5为本发明可伸缩打印工作平台的刨视图。

图6为本发明立柱的内部结构示意图。

图7为本发明内齿轮的结构示意图。

图8为本发明立柱座、套筒、滚珠丝杠座b、滚珠丝杠b、滚珠丝杠座c伸出体的结构示意图。

图9为本发明喷嘴12沿y轴、套筒沿z轴运动原理图。

图中：1.基座，2.可伸缩工作平台，3.被打印件，4.伺服电机a，5.横梁，6.顶板，7.伸出体，8.套筒，9.支撑肋板，10.滚珠丝杠a，11.圆柱导轨a，12.喷嘴，13.滚珠丝杠座a，14.紧固螺钉a，15.立柱座，16.顶板平台，17.斜面导轨，18.可伸缩平台座，19.圆柱导轨b，20.旋转台，21.传动杆，22.夹块板，23.滑块板，24.夹块座，25.上升平台，26.连接板，27.伺服电机b，28.内齿轮，29.太阳齿轮，30.联轴器，31.滚珠丝杠座b，32.滚珠丝杠b，33.滚珠丝杠座c，34.行星齿轮，35.伺服电机c，36.紧固螺钉b，37.联轴器键，38.行星齿轮架，39.内齿轮花键，40.转台斜面导轨，41.支撑侧板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

参见图1-9所示，本发明的基于圆柱坐标系的变尺寸全自动3d打印系统，包括基座1、可伸缩工作平台2、被打印件3、伺服电机4、横梁5、顶板6、伸出体7、套筒8、支撑肋板9、滚珠丝杠a10、圆柱导轨a11、喷嘴12、滚珠丝杠座a13、紧固螺钉a14、立柱座15、顶板平台16、斜面导轨17、可伸缩平台座18、圆柱导轨b19、旋转台20、传动杆21、夹块板22、滑块板23、夹块座24、上升平台25、连接板26、伺服电机b27、内齿轮28、太阳齿轮29、联轴器30、滚珠丝杠座b31、滚珠丝杠b32、滚珠丝杠座c33、行星齿轮34、伺服电机c35、紧固螺钉b36、联轴器键37、行星齿轮架38、内齿轮花键39。

一种基于圆柱坐标系的变尺寸全自动3d打印系统，包括基座1，基座1上设有可伸缩工作平台2；基座1一侧设有竖直的支撑侧板41；支撑侧板41上端与顶板6相连，顶板6位于基座1的正上方；顶板6下侧通过立柱座15与套筒8相连；套筒8的下端设有伸出体7；伸出体7下端与横梁5相连；横梁5下侧设有滚珠丝杠a10，滚珠丝杠a10的一端与设在横梁5外端的伺服电机4的动力端相连，滚珠丝杠a10的另一端与设在滑动块内的珠丝杠座a13相连，喷嘴12通过滑动块与圆柱导轨a11滑动连接；滚珠丝杠a10两侧分别设有一圆柱导轨a11；滑动块还与滚珠丝杠a10的相连，受滚珠丝杠a10驱动。

参见图1、4、5，所述的可伸缩工作平台2包括有圆筒形的可伸缩平台座18，可伸缩平台座18内壁上固定有12组朝向圆心的圆柱导轨b19；可伸缩平台座18的中心设有旋转台20，旋转台20的中心孔内设有上升平台25；间隔的圆柱导轨b19下侧设有斜面导轨17；传动杆21设在可伸缩平台座18内部底面和滑块板23底部之间；夹块板22在可伸缩工作平台2张开时位于两个滑块板23之间、滑块板23在可伸缩工作平台2收回时为可伸缩工作平台2顶部平台面、夹块座24位于夹块板22下面；所述的旋转台20与伺服电机二相连，并在该伺服电机二的驱动下转动；旋转台20上设有转台斜面导轨40，转台斜面导轨40作用是与上升平台25上的斜面配合，能使转台斜面导轨40在转到一定角度时使上升平台25恰好升到指定高度。

参见图1、3、6、8，所述的立柱座15的内腔顶部设有伺服电机b27，伺服电机b27通过连接板26固定在立柱座15的内腔口部；伺服电机b27的动力端与内齿轮28相连；内齿轮28通过内齿轮花键39与套筒8相连；套筒8上段嵌套在立柱座15的内腔中；内齿轮28下侧的立柱座15内腔中设有伺服电机c35，伺服电机c35的动力端通过联轴器30与滚珠丝杠座b31相连，滚珠丝杠座b31与滚珠丝杠b32的上端相连；滚珠丝杠b32的下端与滚珠丝杠座c33相连；所述的联轴器30通过圆形挡板、紧固螺钉b36固定在伸出体7的腔体上端；伸出体7设在套筒8内腔中；所述的伺服电机c35与联轴器30的联轴器键37相连。

所述的内齿轮28内设有行星齿轮架38，行星齿轮架38上设有三个行星齿轮34；三个行星齿轮34均与太阳齿轮29相啮合。

所述的顶板6与侧板的之间设有支撑肋板9。

所述的可伸缩工作平台2上侧放置被打印件3。

所述的顶板与立柱座15之间设有顶板平台16；所述的立柱座15通过紧固螺钉a14固定在顶板平台16。

参见1、6、7，其中，该基于圆柱坐标系的变尺寸全自动3d打印系统中用伺服电机a4驱动，通过滚珠丝杠a10传动，使滚珠丝杠座13在横梁5上的直线导轨a11上进行移动，实现了喷嘴12沿y轴方向上的移动运动，完成了被打印件3在沿直线导轨a11的轴线方向上的打印工作；伺服电机c35固定于套筒8内，并与滚珠丝杠b32间通过联轴器30上的联轴器键37相连接，伺服电机c35驱动滚珠丝杠b32转动，伸出体7的横截面为正方形结构，与套筒8形成移动运动副结构，滚珠丝杠座31与伸出体7通过紧固螺钉b36连接，因此滚珠丝杠座31带动伸出体7在套筒8的轴线方向上进行移动，从而完成喷嘴在z轴方向上的打印工作；将紧固螺钉将连接板26、伺服电机b27以及刀架座15间紧固连接，用伺服电机b27驱动太阳齿轮29转动，使三个行星齿轮34在行星齿轮架38的约束下绕太阳齿轮29转动，从而带动内齿轮28转动，内齿轮28与套筒8间通过内齿轮花键39相连接，即完成了套筒8绕z轴的减速转动运动；立柱座15与顶板平台16间通过紧固螺钉a14连接，顶板平台16为顶板6上一凸台。可伸缩工作平台2安装在基座1的上平面上，通过一个伺服电机控制该平台的张开以及收回运动。

参见图1、9，喷嘴12沿可伸缩工作平台2直径方向上的移动，用伺服电机a4驱动，通过滚珠丝杠a10传动，使滚珠丝杠座a13在横梁5上的直线导轨a11上进行移动，实现了喷嘴12沿y轴方向上的移动运动，完成了被打印件3在沿直线导轨a11的轴线方向上的打印工作；

喷嘴12绕z轴的转动：伺服电机c35固定于套筒8内并与滚珠丝杠b32间通过联轴器30上的联轴器键37相连接，伺服电机c35驱动滚珠丝杠b32转动，伸出体7的横截面为正方形结构，与套筒8形成移动运动副结构，滚珠丝杠座31与伸出体7通过紧固螺钉b36连接，因此滚珠丝杠座b31带动伸出体7在套筒8的轴线方向上进行移动，从而完成喷嘴12在z轴方向上的打印工作；

喷嘴12沿z轴的移动：用紧固螺钉将连接板26、伺服电机b27以及立柱座15间紧固连接，用伺服电机b27驱动太阳齿轮29转动，使三个行星齿轮34在行星齿轮架38的约束下绕太阳齿轮29转动，从而带动内齿轮28转动，内齿轮28与套筒8间通过内齿轮花键39相连接，即完成了套筒8绕z轴的减速转动运动；

可伸缩工作平台2的工作：该可伸缩工作平台2在收回状态时，由一伺服电机驱动使旋转台20顺时针旋转，由于传动杆21的存在，则滑块板23以及夹块座24均沿圆柱导轨19向外移动，夹块板22与夹块座24间为移动副配合，夹块板22底部在重力作用下与斜面导轨17形成另一移动副，在夹块座24向外移动到一定位置时，夹块板22向上移动直至夹块板22上平面与滑块板23上平面重合，同时上升平台25也在旋转台20转到一定角度时向上升起一定的距离，随后旋转台20继续旋转，使平台各部件间的间隙减少直至锁紧，至此可伸缩工作平台2的张开过程到此结束。