3d打印机数控定位系统的制作方法
【专利摘要】3D打印机数控定位系统，本发明属3D打印机数控定位系统的一个【技术领域】。为了消除滑动导轨磨损对打印精度的影响，本发明采取了如下技术措施：在摇臂10的一端安装有工作台驱动电机11和半蜗轮2，工作台驱动电机11的转轴上安装有工作台3，工作台驱动电机11可驱动工作台3转动，摇臂10的另一端活动安装在Z轴导轨9或铰接在支架1上，支架1上安装有摇臂驱动电机12，摇臂驱动电机12的转轴上装有蜗杆13，蜗杆13与半蜗轮2齿合在一起等；这样做的好处是：由于本发明采用了磨损小精度高的转动替代导轨的滑动即取消了滑动导轨机构，消除了滑动磨损所带来的不良影响。同时也大大简化了结构、提高了定位精度，降低了生产成本和提高了可靠性。
【专利说明】3D打印机数控定位系统
【技术领域】
[0001]本发明属3D打印机数控定位系统的一个【技术领域】。
【背景技术】
[0002]市售的一般的热熔堆积类3D打印机，由于结构相对简单，耗材价廉等原因而发展较快。热熔堆积类3D打印机主要运用了热熔堆积等成形技术，使计算机上虚拟的三维图像变成了现实的立体模型。这一类的3D打印机主要由X轴、Y轴和Z轴，三轴数控定位系统、控制电路和喷头等组成。三轴数控定位系统根据切片软件产生的数字切片打印数据和指令，不断地改变喷咀与模型或工作台之间的水平位置和相对高度，配合喷头的动作就能实现热熔材料的堆积成形。在这个过程中，X轴和Y轴数控定位系统的运动最频繁，而且运动量也最大，同时它对打印精度的影响也最大。所以它是3D打印机中最重要的组成部份。
[0003]然而，现有技术下的这类3D打印机的三轴数控定位系统中，使用的都是直线滑动导轨。在3D打印过程中，X轴和Y轴不断配合动作，才能形成模型中的各条曲线或直线。也就是说，3D打印过程中的各条曲线或直线的产生，都要导轨与滑台之间产生滑动磨擦才能实现。本领域的技术人员都知道，滑动导轨不但对零件的材质、加工精度和安装精度的要求非常苛刻，而且最令人头痛的是它在使用过程中会产生严重磨擦磨损，这种磨损是它的结构所造成的。由于它的磨擦行程的幅度大，而且各部件都直接暴露在空气中，使这种情况雪上加霜。在这样的工作环境下，导轨上的润滑剂极容易吸附空气中的灰尘，这样更加速了导轨的磨损。导轨的磨损影响最大的是三轴定位系统的定位和重复定位精度，它的表现为打印出来的平面表面粗糙。严重时，打印出来的模型的几何形状和尺寸也受影响。所以滑动导轨的使用，间接影响了打印精度和缩短了 3D打印机的使用寿命。另一方面，在设计和制造3D打印机的过程中，滑动导轨的长度必须要大于X轴和Y轴的工作行程，这样就要求支撑导轨的支架更大更强。它必然导致使3D打印机的整机结构非常庞大。而面对庞大的结构，为保证刚度又不得不增加构件的厚度。这样就大大增整机的重量。
【发明内容】
[0004]为了简化3D打印机的X轴和Y轴数控定位系统的结构、消除滑动导轨磨损对打印精度的影响，延长3D打印机的使用寿命，本发明采取了如下技术措施:在摇臂10的一端安装有工作台驱动电机11和半蜗轮2，工作台驱动电机11的转轴上安装有工作台3，工作台驱动电机11可驱动工作台3转动，摇臂10的另一端活动安装在Z轴导轨9或铰接在支架I上，支架I上安装有摇臂驱动电机12，摇臂驱动电机12的转轴上装有蜗杆13，蜗杆13与半蜗轮2齿合在一起，摇臂驱动电机12通过蜗杆13可驱动半蜗轮2、摇臂10、工作台驱动电机11和工作台3 —起摆动；工作台驱动电机11和摇臂驱动电机12连接各自的电机控制器，电机控制器连接计算机，摇臂10和支架I上装有复位微动开关或复位传感器用于工作台3和摇臂10的位置检测，复位微动开关或复位传感器连接计算机。
[0005]这样做的好处是:本发明把3D打印机工作时，运动最频繁、运动量最大的X轴和Y轴的数控定位系统，由使用滑动导轨机构来实现3D打印机的水平面的数控定位。改为通过工作台3的旋转和摇臂12的平摆机构，来实现3D打印机的水平面的数控定位。由于本发明采用了磨损小，定位精度高的转动替代导轨的直线滑动(即取消了滑动导轨机构)，消除了导轨滑动磨损所带来的不良影响。同时也大大简化了结构、提高了定位精度，降低了生产成本和提高了可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]图1是本发明结构示意图(前侧俯视面图)。
[0007]图2是本发明结构示意图(后侧面俯视图)。
[0008]图中:支架1、半蜗轮2、工作台3、喷头4、耗材5、喷头支架6、Z轴驱动电机7、Z轴螺杆8、Z轴导轨9、摇臂10、工作台驱动电机11、摇臂驱动电机12、蜗杆13。
【具体实施方式】
[0009]现有技术下的热熔堆积类3D打印机的三轴(X轴、Y轴、Z轴)数控定位系统，几乎都采用了直线滑动导轨。在技术上，直线导轨的长度要大于工作行程，而且各导轨之间必须是相互垂直。因此，这类3D打印机的主体结构大都为箱式，体积庞大而且笨重。在3D打印机过程中，驱动X轴和驱动Y轴的步进电机在计算机的控制下不断配合动作，形成模型断层中的各条曲线或直线，即一个切片。因此它们的工作量大，磨损也严重。而Z轴只有层高有增加时才有动作，而且它的最大行程就是模型的高度。它打印一个模型才行走一次行程，所以Z轴的磨损是非常小的，它对3D打印机的精度和使用寿命的影响相对小得多。可以适当忽略。在3D打印机工作过程中，运动最频繁和运动量是最大的是X轴和Y轴。而且在整个打印机结构中，为了安置X轴和Y轴的滑动导轨，往往要把3D打印机做成箱式结构。这就使3D打印机的结构更加复杂，同时为保证刚度不得不大大增加材厚度，使3D打印机的重量大大增加。所以在3D打印机的数控定位系统中，取代滑动导轨结构对3D打印机有着重大的意义。
[0010]本发明的工作原理:为了简化现有3D打印机X轴和Y轴构成的平面数控定位系统的结构、消除滑动导轨磨损对打印精度的影响和延长3D打印机的使用寿命。本发明主要采取了利用工作台的旋转和摇臂的水平摇摆，两者的相互配合来替代X轴和Y轴的直线运动，把模型数字切片的直线或曲线展现在喷头的喷嘴前面，实现3D打印。其具体结构是把摇臂10的一端铰接在支架I或活动安装在Z轴导轨9上(这里所述的活动安装是指摇臂10可围绕Z轴导轨9摆动(转动)的安装结构)，两者其效果是一样的。铰接或活动安装，在这里是给摇臂10作为摆动的圆心，这样就可以将原来需要导轨的滑动来完成的任务，部份变为由摇臂10的摆动旋转来完成。这就可以大大减小磨损、提高定位精度而且还能减小驱动功率，即减小步进电机(本申请述的电机均为步进电机或带减速机构的的步进电机)的负载。摇臂10的另一端装有工作台驱动电机11和半蜗轮2，工作台驱动电机11的转轴上装有工作台2。工作台驱动电机11可带动工作台3转动。工作台3的旋转运动在一定条件下可替代X轴或Y轴运动。摇臂10可带着半蜗轮2、工作台驱动电机11、和工作台3—起水平摆动。这一摆动能在喷头4水平不动的前提下，配合工作台3转动，使工作台3上任意一个水平点移到喷头4的下方、使工作台3上无盲点；也就是说，工作台驱动电机11、摇臂驱动电机12在计算机的控制下，可使工作台3上任意何一个水平点都能移到喷头4的下方，完全替代了 X轴和Y轴滑动导轨的作用。
[0011]本发明的工作过程是:当使用者打开3D打印机电源后，计算机系统复位开始工作，跟着计算机通过电机控制器指令工作台驱动电机11驱动工作台3向着微动开关或复位传感器的方向旋转，当工作台3的一个特定点触及微动开关或复位传感器时，微动开关或复位传感器向计算机发出工作台3到位信号。接着计算机向工作台驱动电机11发出停机指令，工作台3停止在工作的起点，复位成功。跟着计算机也通过电机控制器指令摇臂驱动电机12，通过蜗杆13驱动半蜗轮2和驱动摇臂10等一起向着微动开关或复位传感器的方向旋转。当摇臂10上的特定点触及微动开关或复位传感器时,微动开关或复位传感器向计算机发出摇臂10到位信号。计算机向摇臂驱动电机12发出停机指令，摇臂10停止在工作起点的位置上，摇臂10复位成功。全系统的复位结果是使工作台3上设定的工作起点对齐喷头4的喷咀，齐喷头4的喷咀距工作台3有合适的高度。全系统复位完成后，计算机就可根据使用者输入的模型切片数据，通过电机控制器驱动工作台驱动电机11、摇臂驱动电机12配合动作，完成X轴和Y轴方向的移动定位任务。
[0012]当3D打印机打印完一层切片后，计算机就会通过电机控制器控制Z轴电机7通过Z轴螺杆8驱动装在Z轴导轨上并与Z轴螺杆8螺纹连接在一起的喷头支架6上升，为打印下一个切片做准备。如此循环就可打印全个模型。
【权利要求】
1.3D打印机数控定位系统，主要包括支架(I)、半蜗轮(2 )、工作台(3 )、摇臂(10 )、工作台驱动电机(11)、摇臂驱动电机(12)、蜗杆(13)，其特征在于:在摇臂(10)的一端安装有工作台驱动电机(11)和半蜗轮(2 )，工作台驱动电机(11)的转轴上安装有工作台(3 )，工作台驱动电机(11)可驱动工作台(3 )转动，摇臂(10 )的另一端活动安装在Z轴导轨(9 )或铰接在支架(I)上，支架(I)上安装有摇臂驱动电机(12)，摇臂驱动电机(12)的转轴上装有蜗杆(13)，蜗杆(13)与半蜗轮(2)齿合在一起，摇臂驱动电机(12)通过蜗杆(13)可驱动半蜗轮(2)、摇臂(10)、工作台驱动电机11和工作台(3) —起摆动；工作台驱动电机(11)和摇臂驱动电机(12)连接各自的电机控制器，电机控制器连接计算机，摇臂(10)和支架(I)上装有复位微动开关或复位传感器用于工作台(3)和摇臂(10)的位置检测，复位微动开关或复位传感器连接计算机。
【文档编号】B29C67/00GK104325645SQ201410682913
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年11月24日 优先权日:2014年11月24日
【发明者】胡晓聪, 胡达广 申请人:胡达广