一种3D打印机的制作方法

本实用新型涉及一种3D打印机，尤其涉及一种基于高温熔融堆积的快速成型3D打印机。

背景技术：

3D打印机是一种精密的机电一体化设备，一般由设置在机架上的X轴、Y轴和Z轴三个轴组成，X轴和Y轴设在一个垂直于Z轴的XY运动平面内，统称为XY轴；3D打印头组件设置在X轴上，即X轴与Y轴一上一下纵横交错形成一个十字交叉从3D打印头组件中穿过，X轴、Y轴和Z轴之间相互独立运动，通过打印平台来调节他们之间的间距，实现3D打印机的立体打印工作。常见的3D打印机的XY轴机构普遍存在以下的缺陷：XY轴机械结构复杂，定位精度稳定性差，造成机械阻力大，机械振动大，3D打印头安装和拆卸比较困难。

为克服上述缺陷，申请人申请了一件FDM类3D打印机，专利号为“2016204199697”、名称为“一种3D打印头的新型XY轴机构”的实用新型专利，其主要技术方案是：X轴和Y轴为轴承钢制成的方轨，对应于X轴和Y轴，滑座上设有纵横交错设置的滑动块，滑动块匹配地套接在方轨上，使用时，3D打印头组件设有滑座上。方轨侧面设有燕尾滑槽，滑动块由下往上通过滑槽套接在方轨上，燕尾滑槽的底部设有方形油槽。此外，X轴和Y轴的两端设有滑块和驱动滑块作直线运动的驱动装置。这种结构虽然结构简单、紧凑、科学，设计合理、流畅，容易制造；提高了XY轴的运动精度；减少了机械阻力，降低了机械振动；3D打印头更容易安装和拆卸；安装调测更方便、快捷，适用于高速度的大中型3D打印机。但是当用在大型3D打印机时也存在一些缺陷，由于3D打印机体积较大，3D打印头组件设有滑座上，工作时，X轴和Y轴的作用力同时作用在滑座上，当打印头在中间位置移动的时候，由于滑座双向交叉受力，摩擦力较大，导致磨损大，使用时间长了，而且很难保证它的运动精度，不可避免地影响打印的精度。而且，目前FDM类3D打印机整体结构以开放式的机架居多，导致3D打印头的加热部件散热过快，增加了能量的损耗，不利于节能环保。

技术实现要素：

为解决现有3D打印机存在的上述缺陷，本实用新型提供一种的性能更为优异的3D打印机，其方案如下：

一种3D打印机，其特征是，包括：

机箱，具有封闭的外壳，外壳正面设有可开闭的对开门，对开门的门扇上设有透明观察窗；外壳顶部设有旋转开闭的顶盖，顶盖也设有透明观察窗，机箱侧面设置有隔热控制室；隔热控制室内设有电控室和料仓，电控室外设有盖板，盖板上设有防雨孔；料仓内设有安装打印材料卷筒的挂料轴，料仓外设有透明仓门；

控制器，设置在电控室内部，用于3D打印机的工作控制；

XY平面运动机构，横跨设置在机箱内部的顶部，用于驱动3D打印头组件产生水平任意方向的移动；XY平面运动机构包括平面安装框架、X轴运动机构和Y轴运动机构，X轴运动机构架设在Y轴运动机构上、并受Y轴运动机构驱动其作Y轴方向的直线运动；其中，平面安装框架的上部四角处均设有轴承座；

Y轴运动机构包括Y轴驱动装置、2组Y轴滑轨组件、主动传动杆、从动传动杆、以及左右对称设置的2组Y轴同步带组件，每组Y轴同步带组件包括Y轴同步带、Y轴主动同步轮和Y轴从动同步轮，Y轴主动同步轮和Y轴从动同步轮通过Y轴同步带联动；2组同步带组件的Y轴主动同步轮设于Y轴主动传动杆的两端，2组同步带组件的从动同步轮设于从动传动杆的两端；Y轴驱动装置包括Y轴步进电机、Y轴驱动同步带和Y轴驱动同步轮，Y轴步进电机和Y轴驱动同步轮之间Y轴驱动同步带传动联接，Y轴步进电机设置在平面安装框架内侧，Y轴驱动同步轮套设在主动传动杆上；主动传动杆和从动传动杆的两头均可转动地设在轴承座上；2组Y轴滑轨组件对称地设置在平面安装框架2条相对的边框上，1组Y轴滑轨组件分别对应1组Y轴同步带组件，每组Y轴滑轨组件包括Y轴导轨和Y轴滑块，Y轴导轨固定在Y轴同步带下方的平面安装框架的边框上，Y轴滑块下部可滑动地设在Y轴导轨上，Y轴滑块上部固定在Y轴同步带；平面安装框架的边框上设有2个限位开关，2个限位开关分布在其中1组Y轴滑轨组件的Y轴导轨的两端外侧，2个限位开关受Y轴滑块到达极限位置触发；

X轴运动机构包括X轴步进电机、X轴工字形方轨、X轴滑块和X轴同步带组件，X轴同步带组件包括X轴同步带、X轴主动同步轮和X轴从动同步轮，X轴主动同步轮和X轴从动同步轮通过X轴同步带联动；X轴工字形方轨两端跨接固定在Y轴滑轨组件的Y轴滑块上，X轴滑块下部可滑动地卡套在X轴工字形方轨上，X轴滑块上部固定在X轴同步带上，X轴主动同步轮设置在X轴步进电机设置的输出轴上，X轴步进电机设置在其中一组Y轴滑轨组件的Y轴滑块上，X轴从动同步轮设置在另一组Y轴滑轨组件的Y轴滑块上；

Z轴运动机构，纵向设置在机箱内部，用于驱动3D打印载体产生垂直方向的移动，Z轴运动机构包括作为3D打印载体的载板、托架和2组联动的升降机构，2组升降机构对称设置在机箱内部；升降机构包括丝杆、丝杆螺母、Z轴升降步进电机、导轴、上梁、升降梁和下梁；导轴两端分别固定在上梁和下梁上，丝杆螺母设于升降梁上，丝杆两端设有轴承，丝杆两端通过轴承与导轴平行地设置在上梁和下梁上；升降梁设有套在导轴上的Z轴升降直线轴承；托架水平地架设有在2组升降机构的升降梁上，载板设在托架上；Z轴升降步进电机设于下梁下方，Z轴升降步进电机的驱动轴从下梁处向上伸出并通过连轴器与丝杆连接；

挤料机构，设置在X轴滑块的顶部，用于将打印线材输送到3D打印头内，挤料机构包括挤料座、挤料步进电机和挤料头、挤料盖；挤料盖可拆卸地设在挤料头前侧，挤料步进电机设于挤料座一侧，挤料头竖直设置在挤料座前侧；挤料头内部设有供打印线材穿过的纵向送料通道，挤料头内部设有挤料腔，纵向送料通道从挤料腔中向下穿过，挤料腔内设有压紧装置、以及可相对滚动的送料轮和轴承滚轮，送料轮和轴承滚轮相对分布在纵向送料通道的左右两侧，挤料步进电机的输出轴伸进送料轮所在的挤料腔，送料轮套在挤料步进电机的输出轴上，轴承滚轮设置在压紧装置上，送料轮和轴承滚轮之间形成一个与纵向送料通道相通的送料过道；压紧装置包括压紧拐臂、调节臂和调节螺丝；压紧拐臂的拐弯处通过一转轴可转动地固定在右下侧，轴承滚轮可转动地设置在压紧拐臂上翘的上拐臂侧面，调节臂压在压紧拐臂平放的下拐臂上；挤料头内部左侧设有供调节臂上下升降活动的调节槽，在调节槽上方设有限定调节螺丝活动空间的T形槽，调节螺丝通过螺纹设置调节臂的上部，T形槽上方设有供调整工具介入的调节孔；调节槽上部侧面设有观察窗，调节臂的上部侧面设有伸进到观察窗的位置指标臂；

3D打印头，衔接在X轴滑块底部，用于将打印线材融熔后进行增材打印在3D打印载体上，打印头包括喉管，将打印材料融熔并挤出的融熔喷头，以及对融熔喷头进行加热的铝块；喉管上端固定在X轴滑块底部，融熔喷头设置在喉管下端，融熔喷头通过喉管与挤料机构的出料口连通；铝块套在喉管和融熔喷头上，将喉管和融熔喷头连接在一起；融熔喷头固定在导料管下端，导料管上端固定在X轴滑块上并与挤料机构的出料口相通；铝块内埋设有加热管和热电偶；融熔喷头上部为安装部，融熔喷头下部设有圆锥结构的喷嘴，喷嘴内部设有一个倒圆台形结构的熔腔，熔腔下方设有延伸到喷嘴外的喷孔；

X轴滑块内部设有供打印线材穿过的纵向穿线孔，纵向穿线孔上部和纵向送料通道下部之间设有导料管。

作为上述方案的改进和说明，前述X轴滑块的侧面设有模型散热蜗扇，模型散热蜗扇下方衔接有风口对着喷嘴的导风配件；挤料座侧面设有挤料散热风扇。模型散热蜗扇与导风配件形成定向冷却，将打印喷头挤出的融熔的打印材料快速降温成型，有利于提高打印精度，避免因材料的在融熔状态下产生小变形，影响打印效果。

作为上述方案的改进和说明，前述电控室顶部设有显示屏，显示屏两侧设有操作旋钮和SD卡插槽，外壳顶部前侧设有倾斜过渡面；显示屏、操作旋钮和SD卡插槽从倾斜过渡面露出。

作为上述方案的说明，XY平面运动机构的X轴运动机构和Y轴运动机构由以前的“十”字形结构，转为“H”形结构，作为3D打印头载体的X轴滑块在XY平面上运动时，只受X轴方向滑动的作用力，Y轴方向的移动转嫁到X轴运动机构上，即X轴运动机构搭载X轴滑块在Y轴运动机构作Y轴方向的运动，X轴滑块不会同时受X轴和Y轴两个方向的力而导致磨损过大，而影响使用寿命，增加维护工作量。Y轴运动机构使用双侧同步带及双传动杆，保证运动稳定性。由控制器控制X轴运动机构和Y轴运动机构的联动，实现了挤料机构和3D打印头在XY平面内任意位置的移动，减少了机械阻力，降低了机械振动；3D打印头更容易安装和拆卸；安装调测更方便、快捷，适用于高速度的大中型3D打印机；挤料机构的压紧装置，可以对不同直径的打印材料进行适配，兼容性好。顶盖顶部设有透明观察窗，方便直接观察打印耗材使用情况。

由上可知，本实用新型具有如下的优点：结构简单、紧凑、科学，设计合理，容易制造；机箱封闭，有利于机箱温度的保持，降低了对融熔喷头进行加热的铝块的能量损耗；近距离送料，送料更精准；挤料机构的压紧装置，可以对不同直径的打印材料进行适配，兼容性好；搭载的X轴滑块仅受X轴方向的力，磨损小，使用寿命长，维护工作量小，3D打印头运动流畅，打印出丝均匀顺畅准确，打印效果更佳；适用于高速度的大中型3D打印机。

附图说明

图1为本实用新型实施的立体图。

图2为图1的内部结构图。

图3为图2的俯视图。

图4为XY平面运动机构的结构图。

图5为图4的俯视图。

图6为3D打印头、X轴滑块和挤料机构安装状态的的主视图。

图7为图6的立体图。

图8为图6的A-A向剖视图。

附图标号说明：1-机箱， 2-显示屏，3- XY平面运动机构，4-Z轴运动机构，5-挤料机构，6-3D打印头，7-操作旋钮，8-控制器，9-SD卡插槽； 10-外壳，11-顶盖， 12-对开门，13-透明观察窗，14-隔热控制室，15-电控室，16-盖板，17-防雨孔， 18-料仓， 19-透明仓门；30-平面安装框架， 31- X轴运动机构，32-Y轴运动机构，33-轴承座；310- X轴步进电机，311- X轴工字形方轨，312- X轴滑块， 313 - X轴同步带组件， 314-X轴同步带， 315-X轴主动同步轮， 316-X轴从动同步轮， 317-纵向穿线孔；320-Y轴驱动装置，321-主动传动杆，322-从动传动杆， 323 - Y轴同步带组件， 324-Y轴同步带， 325-Y轴主动同步轮， 326-Y轴从动同步轮， 327-Y轴步进电机， 328- Y轴驱动同步带， 329-Y轴驱动同步轮， 330-Y轴滑轨组件， 331-Y轴导轨， 332-Y轴滑块， 333-限位开关；40-升降机构，41-丝杆， 42-丝杆螺母，43-导轴，44-Z轴升降直线轴承，45-上梁， 46-升降梁，47-下梁，48-托架， 49-载板， 4a-Z轴升降步进电机；50-挤料座，51-挤料头52-挤料步进电机，53-纵向送料通道，54-输出轴，55-送料轮，56-轴承滚轮， 57-挤料盖， 58-送料过道， 59-挤料腔， 510-挤料散热风扇，511-压紧装置，512-调节臂，513-调节螺丝，514-调节槽，515-T形槽，516-调节孔，517-观察窗，518-位置指标臂，519-导料管，520-压紧拐臂；60-融熔喷头，61-喉管， 62-铝块， 64-喷嘴，65-熔腔，66-喷孔， 68-加热管， 69-热电偶；98-模型散热蜗扇，99-导风配件。

具体实施方式

下面结合附图和优选的实施方式，对本实用新型及其有益技术效果进行进一步详细说明。

参见图1 ~图8，一种3D打印机，其特征是，包括：

机箱1，具有封闭的外壳10，外壳10正面设有可开闭的对开门12，对开门12的门扇上设有透明观察窗13；外壳10顶部设有旋转开闭的顶盖11，顶盖11也设有透明观察窗13，机箱1侧面设置有隔热控制室14；隔热控制室14内设有电控室15和料仓18，电控室15外设有盖板16，盖板16上设有防雨孔17；料仓18内设有安装打印材料卷筒的挂料轴，料仓18外设有透明仓门19；

控制器8，设置在电控室15内部，用于3D打印机的工作控制；

参见图2 ~图5，XY平面运动机构3，横跨设置在机箱1内部的顶部，用于驱动3D打印头6组件产生水平任意方向的移动；XY平面运动机构3包括平面安装框架30、X轴运动机构31和Y轴运动机构32，X轴运动机构31架设在Y轴运动机构32上、并受Y轴运动机构32驱动其作Y轴方向的直线运动；其中，平面安装框架30的上部四角处均设有轴承座33；

参见图2 ~图5，Y轴运动机构32包括Y轴驱动装置320、2组Y轴滑轨组件330、主动传动杆321、从动传动杆322、以及左右对称设置的2组Y轴同步带组件323，每组Y轴同步带组件323包括Y轴同步带324、Y轴主动同步轮325和Y轴从动同步轮326，Y轴主动同步轮325和Y轴从动同步轮326通过Y轴同步带324联动；2组同步带组件的Y轴主动同步轮325设于Y轴主动传动杆321的两端，2组同步带组件的从动同步轮设于从动传动杆322的两端；Y轴驱动装置320包括Y轴步进电机327、Y轴驱动同步带328和Y轴驱动同步轮329，Y轴步进电机327和Y轴驱动同步轮329之间Y轴驱动同步带328传动联接，Y轴步进电机327设置在平面安装框架30内侧，Y轴驱动同步轮329套设在主动传动杆321上；主动传动杆321和从动传动杆322的两头均可转动地设在轴承座33上；2组Y轴滑轨组件330对称地设置在平面安装框架302条相对的边框上，1组Y轴滑轨组件330分别对应1组Y轴同步带组件323，每组Y轴滑轨组件330包括Y轴导轨331和Y轴滑块332，Y轴导轨331固定在Y轴同步带324下方的平面安装框架30的边框上，Y轴滑块332下部可滑动地设在Y轴导轨331上，Y轴滑块332上部固定在Y轴同步带324；平面安装框架30的边框上设有2个限位开关333，2个限位开关333分布在其中1组Y轴滑轨组件330的Y轴导轨331的两端外侧，2个限位开关333受Y轴滑块332到达极限位置触发；

参见图2 ~图5，X轴运动机构31包括X轴步进电机310、X轴工字形方轨311、X轴滑块312和X轴同步带组件313，X轴同步带组件313包括X轴同步带314、X轴主动同步轮315和X轴从动同步轮316，X轴主动同步轮315和X轴从动同步轮316通过X轴同步带314联动；X轴工字形方轨311两端跨接固定在Y轴滑轨组件330的Y轴滑块332上，X轴滑块312下部可滑动地卡套在X轴工字形方轨311上，X轴滑块312上部固定在X轴同步带314上，X轴主动同步轮315设置在X轴步进电机310设置的输出轴54上，X轴步进电机310设置在其中一组Y轴滑轨组件330的Y轴滑块332上，X轴从动同步轮316设置在另一组Y轴滑轨组件330的Y轴滑块332上；

参见图2，Z轴运动机构4，纵向设置在机箱1内部，用于驱动3D打印载体产生垂直方向的移动，Z轴运动机构4包括作为3D打印载体的载板49、托架48和2组联动的升降机构40，2组升降机构40对称设置在机箱1内部；升降机构40包括丝杆41、丝杆螺母42、Z轴升降步进电机4A、导轴43、上梁45、升降梁46和下梁47；导轴43两端分别固定在上梁45和下梁47上，丝杆螺母42设于升降梁46上，丝杆41两端设有轴承，丝杆41两端通过轴承与导轴43平行地设置在上梁45和下梁47上；升降梁46设有套在导轴43上的Z轴升降直线轴承44；托架48水平地架设有在2组升降机构40的升降梁46上，载板49设在托架48上；Z轴升降步进电机4A设于下梁47下方，Z轴升降步进电机4A的驱动轴从下梁47处向上伸出并通过连轴器与丝杆41连接；

参见图6 ~图8，挤料机构5，设置在X轴滑块312的顶部，用于将打印线材输送到3D打印头6内，挤料机构5包括挤料座50、挤料步进电机52和挤料头51、挤料盖57；挤料盖57可拆卸地设在挤料头51前侧，挤料步进电机52设于挤料座50一侧，挤料头51竖直设置在挤料座50前侧；挤料头51内部设有供打印线材穿过的纵向送料通道53，挤料头51内部设有挤料腔59，纵向送料通道53从挤料腔59中向下穿过，挤料腔59内设有压紧装置511、以及可相对滚动的送料轮55和轴承滚轮56，送料轮55和轴承滚轮56相对分布在纵向送料通道53的左右两侧，挤料步进电机52的输出轴54伸进送料轮55所在的挤料腔59，送料轮55套在挤料步进电机52的输出轴54上，轴承滚轮56设置在压紧装置511上，送料轮55和轴承滚轮56之间形成一个与纵向送料通道53相通的送料过道58；压紧装置511包括压紧拐臂520、调节臂512和调节螺丝513；压紧拐臂520的拐弯处通过一转轴可转动地固定在右下侧，轴承滚轮56可转动地设置在压紧拐臂520上翘的上拐臂侧面，调节臂512压在压紧拐臂520平放的下拐臂上；挤料头51内部左侧设有供调节臂512上下升降活动的调节槽514，在调节槽514上方设有限定调节螺丝513活动空间的T形槽515，调节螺丝513通过螺纹设置调节臂512的上部，T形槽515上方设有供调整工具介入的调节孔516；调节槽514上部侧面设有观察窗517，调节臂512的上部侧面设有伸进到观察窗517的位置指标臂518；

参见图8，3D打印头6，衔接在X轴滑块312底部，用于将打印线材融熔后进行增材打印在3D打印载体上，打印头包括喉管61，将打印材料融熔并挤出的融熔喷头60，以及对融熔喷头60进行加热的铝块62；喉管61上端固定在X轴滑块312底部，融熔喷头60设置在喉管61下端，融熔喷头60通过喉管61与挤料机构5的出料口连通；铝块62套在喉管61和融熔喷头60上，将喉管61和融熔喷头60连接在一起；融熔喷头60固定在导料管519下端，导料管519上端固定在X轴滑块312上并与挤料机构5的出料口相通；铝块62内埋设有加热管68和热电偶69；融熔喷头60上部为安装部，融熔喷头60下部设有圆锥结构的喷嘴64，喷嘴64内部设有一个倒圆台形结构的熔腔65，熔腔65下方设有延伸到喷嘴64外的喷孔66；

X轴滑块312内部设有供打印线材穿过的纵向穿线孔317，纵向穿线孔317上部和纵向送料通道53下部之间设有导料管519。

参见图6 ~图7，前述X轴滑块312的侧面设有模型散热蜗扇98，模型散热蜗扇98下方衔接有风口对着喷嘴64的导风配件99；挤料座50侧面设有挤料散热风扇510。

参见图1~图2，前述电控室15顶部设有显示屏2，显示屏2两侧设有操作旋钮7和SD卡插槽9，外壳10顶部前侧设有倾斜过渡面；显示屏2、操作旋钮7和SD卡插槽9从倾斜过渡面露出。

根据上述说明书及具体实施例并不对本实用新型构成任何限制，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本实用新型的一些修改和变形，也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。