一种基于UM结构设计的高速稳定线轨版3D打印机

一种基于um结构设计的高速稳定线轨版3d打印机
技术领域
1.本发明涉及3d打印机领域，特别是涉及一种基于um结构设计的高速稳定线轨版3d打印机。


背景技术：

2.三维立体打印机，也称三维打印机(3d printer，简称3dp)是快速成型(rapid prototyping,rp)的一种工艺，采用层层堆积的方式分层制作出三维模型，其运行过程类似于传统打印机，只不过传统打印机是把墨水打印到纸质上形成二维的平面图纸，而三维打印机是把液态光敏树脂材料、熔融的塑料丝、石膏粉等材料通过喷射粘结剂或挤出等方式实现层层堆积叠加形成三维实体。
3.传统um结构的3d打印机只采用直线光轴进行驱动打印，对光轴直线度要求非常高，常常因直线光轴直线度不高导致十字喷头在xy平面一动时出现跳动影响打印质量和速度，同时传统um打印机因z轴常采用丝杆加光轴的形式来进行热床平台移动，丝杆安装难度大，易出现丝杆转动不同心等问题，也会影响z轴移动的直线度。
4.传统um结构3d打印机没有各轴皮带涨紧机构，用户需要再组装机器时将皮带进行涨紧，操作十分繁琐，后期皮带松动涨紧过程十分麻烦。
5.传统um结构3d打印机十字喷头采用轴承铜套来代替光轴轴承，虽然体积减小，但是长期使用中轴承铜套磨损严重，且由于铜套内表面与光轴为面接触，摩擦阻力大，易发热，也因传统十字喷头连接不稳导致喷头移动时的平面度不高，影响打印质量和速度。


技术实现要素：

6.本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种基于um结构设计的高速稳定线轨版3d打印机。
7.本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
8.一种基于um结构设计的高速稳定线轨版3d打印机，包括用于外部支撑的外支撑机构和用于喷射原材打印的喷头机构以及用于调节所述喷头机构位置的x移动机构、y移动机构，所述外支撑机构上端安装有x移动机构，所述x移动机构下端连接有所述y移动机构，所述x移动机构、所述y移动机构之间安装有所述喷头机构，所述喷头机构下侧设置有z移动机构；
9.所述外支撑机构包括立柱、l连接块、横杆、纵杆，所述立柱、所述横杆、所述纵杆两两之间通过所述l连接块连接从而构成一个立方体框架；
10.所述x移动机构包括x轴立式支座、x轴内径同步轮、x轴直线导轨、x轴直线光轴，前后两端所述横杆上端两侧安装有所述x轴立式支座，所述x轴立式支座之间连接有x轴同步轴，所述x轴同步轴前后端均安装有所述x轴内径同步轮，所述x轴直线导轨安装在所述横杆内侧面，所述x轴直线导轨上连接有x轴同步块，所述x轴同步块通过x轴加长滑块配合所述x轴直线导轨，所述x轴同步块之间安装有所述x轴直线光轴，所述x轴直线光轴上套接有x轴
加长轴承，所述横杆外部连接有皮带涨紧器主体，所述皮带涨紧器主体内侧安装有拉架，所述拉架下端连接有x轴皮带涨紧调节轮，所述拉架上端通过涨紧调节螺栓连接所述皮带涨紧器主体，所述涨紧调节螺栓顶端连接有皮带涨紧器旋钮，同一侧所述x轴内径同步轮和所述x轴皮带涨紧调节轮之间通过x轴同步带连接，一侧所述x轴同步轴动力端通过同步带连接有x轴步进电机；
11.所述y移动机构包括y轴直线滑轨、y轴立式轴承支座、y轴内径同步轮、y轴同步带，顶部两侧所述纵杆内侧安装有所述y轴直线滑轨，所述y轴直线滑轨通过y轴加长滑块连接有y轴同步块，所述y轴同步块内侧设置有y轴直线轴承，所述y轴直线轴承上安装有y轴加长轴承，所述y轴直线轴承前后两侧均设置有y轴同步轴，所述y轴同步轴两端均设置有所述y轴内径同步轮，所述y轴内径同步轮外部设置有所述y轴立式轴承支座，所述y轴同步块下侧设置有y轴向涨紧轮，所述y轴向涨紧轮一端通过销轴连接所述立柱，所述y轴内径同步轮、所述y轴向涨紧轮外部连接有后所述y轴同步带，后端所述y轴同步轴上通过带轮组连接有y轴电机；
12.所述喷头机构包括x轴向轴承盖、十字喷头主体、散热风扇架，所述y轴加长轴承、所述x轴加长轴承交错设置在所述十字喷头主体内部，所述十字喷头主体和所述x轴加长轴承之间设置有x轴向轴承盖，所述十字喷头主体和所述y轴加长轴承之间设置有y轴向轴承盖，所述x轴向轴承盖内部安装有远程挤出喷头套件，所述远程挤出喷头套件前端设置有所述散热风扇架，所述散热风扇架上安装有涡轮散热风扇，所述涡轮散热风扇下端连接有模型风道架，所述远程挤出喷头套件侧面安装位于所述十字喷头主体上安装有散热风扇；
13.所述z移动机构包括z轴滑轨、z轴丝杆、z轴加长滑块、热床增高块，下端两侧所述立柱内侧安装有所述z轴滑轨，所述z轴滑轨上连接有导轨连接块，所述导轨连接块内侧通过所述z轴加长滑块连接有型材连接块，所述型材连接块中心位置安装有丝杆消隙螺母，所述丝杆消隙螺母上贯穿连接有所述z轴丝杆，所述型材连接块内侧连接有z轴升降平台，所述z轴升降平台上端均匀设置有四个硅胶垫片，所述硅胶垫片上端设置有所述热床增高块，所述热床增高块上端连接有加热铝基板，所述加热铝基板上端设置有磁性pei钢板，所述z轴丝杆下端通过z轴联轴器连接有z轴步进电机的输出端，所述z轴步进电机外部通过z轴电机支座连接所述立柱。
14.优选的：所述l连接块通过螺栓连接所述立柱、所述横杆、所述纵杆。
15.如此设置，所述l连接块用于连接和固定。
16.优选的：所述x轴同步轴键连接所述x轴内径同步轮，所述x轴同步轴通过轴承连接所述x轴立式支座，所述x轴立式支座通过螺栓连接所述横杆。
17.如此设置，所述x轴立式支座用于支撑所述x轴同步轴，保证所述x轴同步轴的稳定性。
18.优选的：所述皮带涨紧器主体通过螺栓连接所述横杆，所述皮带涨紧器旋钮通过螺纹连接所述涨紧调节螺栓，所述涨紧调节螺栓通过螺纹连接所述皮带涨紧器主体，所述拉架滑动连接所述皮带涨紧器主体。
19.如此设置，所述涨紧调节螺栓用于带动所述拉架和所述x轴皮带涨紧调节轮，从而调节起松紧度。
20.优选的：所述x轴同步块通过螺栓连接所述x轴直线光轴，所述x轴同步块通过螺钉
连接所述x轴加长滑块，所述x轴加长滑块滑动连接所述x轴直线导轨。
21.如此设置，所述x轴直线光轴用于支撑所述喷头机构。
22.优选的：所述y轴直线滑轨通过螺栓连接所述纵杆，所述y轴加长滑块滑动连接所述y轴直线滑轨，所述y轴加长滑块通过螺钉连接所述y轴同步块，所述y轴同步块通过螺栓连接所述y轴直线轴承。
23.如此设置，所述y轴同步块配合所述y轴直线滑轨，从而保证y轴方向移动的稳定性。
24.优选的：所述y轴向涨紧轮通过销轴上的螺栓固定在所述立柱上。
25.如此设置，利用所述y轴向涨紧轮配合所述立柱，从而调节所述y轴同步带的稳定性。
26.优选的：所述y轴同步轴键连接所述y轴内径同步轮，所述y轴同步轴通过轴承连接所述y轴立式轴承支座。
27.如此设置，所述y轴同步轴用于支撑和传动。
28.优选的：所述x轴向轴承盖、所述y轴向轴承盖通过螺栓连接所述十字喷头主体。
29.如此设置，所述十字喷头主体和所述远程挤出喷头套件方便拆卸维护。
30.优选的：所述散热风扇架通过螺栓连接所述十字喷头主体，所述涡轮散热风扇通过螺钉连接所述散热风扇架，所述散热风扇通过螺钉连接所述十字喷头主体。
31.如此设置，所述涡轮散热风扇、所述散热风扇用于散热。
32.与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
33.1、利用x、y方向双直线导轨的高直线度来保证喷头移动时的平面度和重复定位精度，对直线光轴的直线度要求不高，解决传统um结构光轴传动痛点问题；
34.2、本方案x轴上采用独立自主设计的皮带涨紧器，可更方便的调节x轴皮带涨紧状态，又创新性的利用z轴型材设置y轴皮带涨紧装置，x、y轴上的皮带涨紧装置可更好、更稳定的实现皮带同步传输，从而提高3d打印机打印质量和打印速度；喷头移动采用自主设计的同步块，可稳定连接导轨滑块和十字架光轴；十字架光轴上采用自主设计的十字喷头，其上集成打印喷头装置、散热管风扇装置、模型散热风扇装置、xy轴限位开关，又巧妙利用一根网线集成喷头装置所有电气电线，摒弃传统因电线过多而导致线路凌乱、接触不良的问题；z轴采用mgn12导轨及mgn12h导轨滑块来保证热床移动的直线度，采用t8丝杆来进行z轴平台动力传输，采用自主设计的连接滑块稳定的连接热床平台和直线导轨；采用自主设计的z轴电机支座，稳定连接步进电机和t8丝杆，同时连接型材面采用t型凸起建模，有效、稳定的同时连接z轴导轨型材和底部框架型材，且方便支座定位。
附图说明
35.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
36.图1是本发明所述一种基于um结构设计的高速稳定线轨版3d打印机的结构示意图；
37.图2是本发明所述一种基于um结构设计的高速稳定线轨版3d打印机的x移动机构结构示意图；
38.图3是本发明所述一种基于um结构设计的高速稳定线轨版3d打印机的皮带涨紧器主体结构示意图；
39.图4是本发明所述一种基于um结构设计的高速稳定线轨版3d打印机的y移动机构结构示意图；
40.图5是本发明所述一种基于um结构设计的高速稳定线轨版3d打印机的z移动机构结构示意图；
41.图6是本发明所述一种基于um结构设计的高速稳定线轨版3d打印机的z轴丝杆结构示意图；
42.图7是本发明所述一种基于um结构设计的高速稳定线轨版3d打印机的喷头机构结构示意图；
43.图8是本发明所述一种基于um结构设计的高速稳定线轨版3d打印机的电气控制示意图。
44.附图标记说明如下：
45.1、外支撑机构；2、x移动机构；3、y移动机构；4、喷头机构；5、z移动机构；11、立柱；12、l连接块；13、横杆；14、纵杆；21、x轴立式支座；22、x轴内径同步轮；23、x轴直线导轨；24、x轴直线光轴；25、x轴同步轴；26、x轴加长滑块；27、皮带涨紧器主体；28、皮带涨紧器旋钮；29、x轴同步带；210、x轴同步块；211、x轴步进电机；212、x轴皮带涨紧调节轮；213、涨紧调节螺栓；214、拉架；215、x轴加长轴承；31、y轴直线滑轨；32、y轴立式轴承支座；33、y轴内径同步轮；34、y轴同步带；35、y轴向涨紧轮；36、y轴直线轴承；37、y轴加长轴承；38、y轴同步轴；39、y轴同步块；310、y轴加长滑块；311、y轴电机；41、x轴向轴承盖；43、十字喷头主体；44、散热风扇架；45、远程挤出喷头套件；46、涡轮散热风扇；47、模型风道架；48、y轴向轴承盖；49、散热风扇；51、z轴滑轨；52、z轴丝杆；53、z轴加长滑块；54、热床增高块；55、磁性pei钢板；56、丝杆消隙螺母；57、型材连接块；58、导轨连接块；59、硅胶垫片；510、加热铝基板；511、z轴升降平台；512、z轴步进电机；513、z轴联轴器；514、z轴电机支座。
具体实施方式
46.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等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。
47.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，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
48.下面结合附图对本发明作进一步说明：
49.实施例1
50.如图1-图8所示，一种基于um结构设计的高速稳定线轨版3d打印机，包括用于外部支撑的外支撑机构1和用于喷射原材打印的喷头机构4以及用于调节喷头机构4位置的x移动机构2、y移动机构3，外支撑机构1上端安装有x移动机构2，x移动机构2下端连接有y移动机构3，x移动机构2、y移动机构3之间安装有喷头机构4，喷头机构4下侧设置有z移动机构5；
51.外支撑机构1包括立柱11、l连接块12、横杆13、纵杆14，立柱11、横杆13、纵杆14两两之间通过l连接块12连接从而构成一个立方体框架；
52.x移动机构2包括x轴立式支座21、x轴内径同步轮22、x轴直线导轨23、x轴直线光轴24，前后两端横杆13上端两侧安装有x轴立式支座21，x轴立式支座21之间连接有x轴同步轴25，x轴同步轴25前后端均安装有x轴内径同步轮22，x轴直线导轨23安装在横杆13内侧面，x轴直线导轨23上连接有x轴同步块210，x轴同步块210通过x轴加长滑块26配合x轴直线导轨23，x轴同步块210之间安装有x轴直线光轴24，x轴直线光轴24上套接有x轴加长轴承215，横杆13外部连接有皮带涨紧器主体27，皮带涨紧器主体27内侧安装有拉架214，拉架214下端连接有x轴皮带涨紧调节轮212，拉架214上端通过涨紧调节螺栓213连接皮带涨紧器主体27，涨紧调节螺栓213顶端连接有皮带涨紧器旋钮28，同一侧x轴内径同步轮22和x轴皮带涨紧调节轮212之间通过x轴同步带29连接，一侧x轴同步轴25动力端通过同步带连接有x轴步进电机211；
53.y移动机构3包括y轴直线滑轨31、y轴立式轴承支座32、y轴内径同步轮33、y轴同步带34，顶部两侧纵杆14内侧安装有y轴直线滑轨31，y轴直线滑轨31通过y轴加长滑块310连接有y轴同步块39，y轴同步块39内侧设置有y轴直线轴承36，y轴直线轴承36上安装有y轴加长轴承37，y轴直线轴承36前后两侧均设置有y轴同步轴38，y轴同步轴38两端均设置有y轴内径同步轮33，y轴内径同步轮33外部设置有y轴立式轴承支座32，y轴同步块39下侧设置有y轴向涨紧轮35，y轴向涨紧轮35一端通过销轴连接立柱11，y轴内径同步轮33、y轴向涨紧轮35外部连接有后y轴同步带34，后端y轴同步轴38上通过带轮组连接有y轴电机311；
54.喷头机构4包括x轴向轴承盖41、十字喷头主体43、散热风扇架44，y轴加长轴承37、x轴加长轴承215交错设置在十字喷头主体43内部，十字喷头主体43和x轴加长轴承215之间设置有x轴向轴承盖41，十字喷头主体43和y轴加长轴承37之间设置有y轴向轴承盖48，x轴向轴承盖41内部安装有远程挤出喷头套件45，远程挤出喷头套件45前端设置有散热风扇架44，散热风扇架44上安装有涡轮散热风扇46，涡轮散热风扇46下端连接有模型风道架47，远程挤出喷头套件45侧面安装位于十字喷头主体43上安装有散热风扇49；
55.z移动机构5包括z轴滑轨51、z轴丝杆52、z轴加长滑块53、热床增高块54，下端两侧立柱11内侧安装有z轴滑轨51，z轴滑轨51上连接有导轨连接块58，导轨连接块58内侧通过z轴加长滑块53连接有型材连接块57，型材连接块57中心位置安装有丝杆消隙螺母56，丝杆消隙螺母56上贯穿连接有z轴丝杆52，型材连接块57内侧连接有z轴升降平台511，z轴升降平台511上端均匀设置有四个硅胶垫片59，硅胶垫片59上端设置有热床增高块54，热床增高块54上端连接有加热铝基板510，加热铝基板510上端设置有磁性pei钢板55，z轴丝杆52下
端通过z轴联轴器513连接有z轴步进电机512的输出端，z轴步进电机512外部通过z轴电机支座514连接立柱11。
56.优选的：l连接块12通过螺栓连接立柱11、横杆13、纵杆14，l连接块12用于连接和固定；x轴同步轴25键连接x轴内径同步轮22，x轴同步轴25通过轴承连接x轴立式支座21，x轴立式支座21通过螺栓连接横杆13，x轴立式支座21用于支撑x轴同步轴25，保证x轴同步轴25的稳定性；皮带涨紧器主体27通过螺栓连接横杆13，皮带涨紧器旋钮28通过螺纹连接涨紧调节螺栓213，涨紧调节螺栓213通过螺纹连接皮带涨紧器主体27，拉架214滑动连接皮带涨紧器主体27，涨紧调节螺栓213用于带动拉架214和x轴皮带涨紧调节轮212，从而调节起松紧度；x轴同步块210通过螺栓连接x轴直线光轴24，x轴同步块210通过螺钉连接x轴加长滑块26，x轴加长滑块26滑动连接x轴直线导轨23，x轴直线光轴24用于支撑喷头机构4；y轴直线滑轨31通过螺栓连接纵杆14，y轴加长滑块310滑动连接y轴直线滑轨31，y轴加长滑块310通过螺钉连接y轴同步块39，y轴同步块39通过螺栓连接y轴直线轴承36，y轴同步块39配合y轴直线滑轨31，从而保证y轴方向移动的稳定性；y轴向涨紧轮35通过销轴上的螺栓固定在立柱11上，利用y轴向涨紧轮35配合立柱11，从而调节y轴同步带34的稳定性；y轴同步轴38键连接y轴内径同步轮33，y轴同步轴38通过轴承连接y轴立式轴承支座32，y轴同步轴38用于支撑和传动；x轴向轴承盖41、y轴向轴承盖48通过螺栓连接十字喷头主体43，十字喷头主体43和远程挤出喷头套件45方便拆卸维护；散热风扇架44通过螺栓连接十字喷头主体43，涡轮散热风扇46通过螺钉连接散热风扇架44，散热风扇49通过螺钉连接十字喷头主体43，涡轮散热风扇46、散热风扇49用于散热。
57.工作原理：根据型材立柱11、横杆13、纵杆14的结构和安装在外支撑机构1内侧的位置结构，利用皮带涨紧器旋钮28调节涨紧调节螺栓213带动拉架214和x轴皮带涨紧调节轮212，对x轴同步带29的松紧进行调节，同时利用y轴向涨紧轮35一侧的螺栓调节y轴向涨紧轮35的高度，从而调节y轴同步带34的松紧，在调节后，控制x轴步进电机211和y轴电机311分别带动x轴直线光轴24和y轴直线轴承36对喷头机构4的位置进行x向和y向的调整，在利用远程挤出喷头套件45挤出原材后，落在磁性pei钢板55上端，在挤出过程中，喷头机构4套件中本身有一散热风扇49为散热管进行散热，确保耗材被挤入散热管中是不融化状态，直至挤入到加热块中才被融化，若由于自带散热风扇49未能及时将散热管中的热量吹出就会造成耗材在散热管中提前融化而导致喷头堵头，所以为达到更好的散热效果在远程挤出喷头套件45前方加入涡轮散热风扇46，挤出的耗材要迅速的在热床上硬化，z轴移动的直线度直接关系到打印成品的质量，若z轴直线跳动过大，会导致打印件出现明显层纹，所以为使z轴移动平稳、跳动小，采用两边双z轴丝杆52和双z轴滑轨51将磁性pei钢板55和加热铝基板510支撑起来，从而保证平整度。
58.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明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说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明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发明范围内。