一种3d打印机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种3D打印机，具体的说，涉及一种不同于传统打印头运动方式的3D打印机。
【背景技术】
[0002]目前市面上的3D打印机主要有三种机械结构，分别为:直角坐标型、三角爪(并联臂)型、舵机转动型(极坐标型)。下面对这几种分别进行介绍:
[0003](1)直角坐标型:
[0004]XYZ轴成互为直角，XY轴通常是由同步带接步进电机来定位的，Z轴则是由丝杆控制。直角坐标型又可以分为两种具体结构，分别为矩形盒式结构和矩形杆(龙门)式结构。
[0005]1.矩形盒式结构:
[0006]该机器的特点是热床移动是沿Z轴移动的，物体定在热床上不会有XY轴方向的移动，所以基本不用担心打印物体在打印过程中出现位移情况，而且由于只需对喷头做XY轴移动，减轻喷头重量就可以调打印速度和打印精度。缺点:安装过程较为复杂、维修也较为困难;整机成本较高;皮带易老化、松弛且有空回误差(突出缺点)。
[0007]2.矩形杆式结构:
[0008]X轴在两个Z轴步进电机构成的平面上活动，而Z轴则与机身三角形的中垂线重合。在打印机是由于热床在Y轴上前后移动会带着打印物体也前后移动，所以需要特别留意打印物体与热床的粘合。由于杆式结构与工作平台的接触面积较小，所以将较重的步进电机放在底部以降低中心。缺点:打印时，打印物体随热床在Y轴前后移动导致被打印物体抖动，影响打印质量(突出缺点)。
[0009](2)三角爪型:
[0010]这种结构是开源3D打印机的一个重要分支，其数学原理实际上还是笛卡尔坐标系，只是通过三角函数将XY坐标映射到三台垂直的轴上去，这种结构的有对喷头的重量有较高的要求，因此通常采用较轻的J-head喷嘴远端齿轮式挤出机。这种结构的机械复杂程度要比传统的直角坐标系结构简单很多，但是固件调试就复杂多了。这种结构有一个很大的不足就是Z轴方向的体积较大(因为要容纳爪的长度)，例如有效打印高度为20CM的该打印机，整体高度至少达60cm，所以这种结构适合在有固定场所使用。缺点:固件调试复杂;打印相同大小的物体所需机器体积较大(突出缺点)；3对臂与效应器通过3对球铰、强磁鱼眼或者万向节连接，在较高速度打印时，效应器上的打印头振动很大，限制了其打印精度和打印速度(突出缺点)。
[0011]3.舵机转动型(极坐标型):
[0012]XY轴坐标采用极坐标系，跟笛卡尔坐标系不同，所以在控制程序上有完全不同的代码。在进行3D打印时，打印平台旋转，而挤出机则来回移动打印。缺点:打印平台旋转，打印物易受离心力影响而发生变形(突出缺点)。
【发明内容】
[0013]针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是:提供一种移动更快、精确度更高的的具有全新打印头移动方式的3D打印机。
[0014]为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0015]一种3D打印机，包括机架、打印头和驱动打印头在水平面上运动的平面驱动机构；所述平面驱动机构包括:固定端与机架通过转动部连接、自由端在水平面上摆动的第一摆臂，固定端与机架通过转动部连接、自由端在水平面上摆动的第二摆臂，安装打印头的连接体，调整第一摆臂摆动位置的第一位置调整机构，调整第二摆臂摆动位置的第二位置调整机构;连接体包括第一滑动座和位于第一滑动座正下方的第二滑动座，第一滑动座和第二滑动座绕同一竖直转轴自转;第一滑动座沿着第一摆臂滑移，第二滑动座沿着第二摆臂滑移。
[0016]作为一种优选，第一位置调整机构为调整第一滑动座与第一摆臂的固定端距离的平移驱动机构，第二位置调整机构为调整第二滑动座与第二摆臂的固定端距离的平移驱动机构。
[0017]作为一种优选，第一位置调整机构为调整第一摆臂相对于机架摆动角度的摆动驱动机构，第二位置调整机构为调整第二摆臂相对于机架摆动角度的摆动驱动机构。
[0018]作为一种优选，转动部包括摆轴和摆动座，竖直的摆轴固定在机架上，摆动座绕摆轴摆动;第一 /第二摆臂的固定端固定在摆动座上;平移驱动机构包括电机、传动齿轮组、丝杆，电机、传动齿轮组、丝杆均安装在摆动座上；电机通过传动齿轮组驱动丝杆转动，丝杆和第一 /第二滑动座构成丝杆滑块机构。
[0019]作为一种优选，转动部包括摆轴和摆动座，竖直的摆轴固定在机架上，摆动座绕摆轴转动;第一 /第二摆臂的固定端固定在摆动座上;摆动驱动机构包括电机、传动齿轮组、人字形齿轮和弹簧或游丝，电机固定在机架上，人字形齿轮与摆动座固定成一体;电机通过传动齿轮组带动人字形齿轮转动，人字形齿轮带动摆动座转动;弹簧或游丝的一端与机架相对固定，另一端与人字形齿轮相对固定，弹簧或游丝拉动人字形齿轮使得人字形齿轮有单向摆动的趋势。采用这种结构后，即人字形齿轮和弹簧，或人字形齿轮和游丝组成空回误差消除机构，可消除齿轮啮合中的空回误差。
[0020]作为一种优选，一种3D打印机，还包括固定端与机架通过转动部连接、自由端在水平面上摆动的第三摆臂；在俯视方向上，第一摆臂、第二摆臂、第三摆臂的固定端排列成三角形;连接体包括第三滑动座，第三滑动座沿着第三摆臂滑移;第一滑动座、第三滑动座、第二滑动座上下依次设置，且三者绕同一竖直转轴自转。
[0021]作为一种优选，第二滑动座的上端设有连接轴，第一滑动座和第三滑动座均通过轴承套在连接轴上，连接轴的上端安装有锁紧螺钉，锁紧螺钉和第一滑动座之间设有垫圈；第一滑动座的内部空心;第一滑动座的空心内部、第一滑动座的容纳连接轴的通孔、第一滑动座的容纳第一摆臂的通孔、第三滑动座的容纳连接轴的通孔、第三滑动座的容纳第三摆臂的通孔、第二滑动座的容纳第二摆臂的通孔相互连通。
[0022]作为一种优选，第一摆臂、第二摆臂、第三摆臂均包括两根相互平行的支撑杆。
[0023]作为一种优选，一种3D打印机，还包括打印平台和上下驱动机构，位于打印头正下方的打印平台通过上下驱动机构相对于机架上下平移。
[0024]作为一种优选，打印平台包括台面、支撑架和若干个缓冲和调平机构，缓冲和调平机构沿着台面边缘均匀分布;缓冲和调平机构包括螺钉、调节块、垫片、弹簧、两个螺母；台面、一个螺母、调节块、支撑架、压缩的弹簧、垫片、另一螺母从上往下依次套在螺钉外，上端的螺母和螺钉上端的头部将台面夹紧，调节块和螺钉螺纹连接;上下驱动机构和支撑架相接。采用这种结构后，通过调节调节块在螺钉上的位置，即可微调台面的高度，进而调节台面的水平度。此外，支撑架在弹簧的作用下紧贴调节块的下端，当打印平台上下平移时，压缩在支撑架和垫片之间的弹簧可起到缓冲作用。
[0025]本发明的原理是:
[0026]在X-Y平面上确定两点(对应第一摆臂和第二摆臂的固定端)，第一摆臂和第二摆臂的摆动位置不同，两者的交点(对应打印头)即可处于平面中的不同位置。具体的说，分为如下两种方式:
[0027]通过固定两点和控制两圆半径长度在半平面内确定一个点，具体实现方法是通过电机控制丝杆旋转进而控制连接体和打印头位置，从而确定打印点的位置进行打印。设定好打印速度后，利用建模软件解析出的打印轨迹代码，分析计算出电机每一时刻的转动速度，进而控制丝杆的旋转带动打印头在第一 /第二摆臂