專利名稱:雙旋轉式3d打印的制造方法
【專利摘要】一種雙旋轉式3D打印機，屬于熔融堆積快速成型設備。包括底座，其上設載物臺；打印頭驅動機構，設在底座上；打印頭，設在打印頭驅動機構上，打印頭驅動機構包括直線電機座、直線電機、旋轉電機座、近端旋轉電機、近端旋轉臂、遠端旋轉電機和遠端旋轉臂，直線電機座固定在底座上，直線電機設在直線電機座的一側，旋轉電機座固定在直線電機上，近端旋轉電機固定在旋轉電機座上，近端旋轉電機軸與近端旋轉臂左端連接，遠端旋轉電機與近端旋轉臂的右端固定，遠端旋轉電機軸與遠端旋轉臂的左端連接，遠端旋轉臂的右端對應于載物臺的上方，打印頭設在遠端旋轉臂的左端。速度高；體積小；靈活性優異；能精確地控制半徑、角度和高度；打印范圍大。
【專利說明】雙旋轉式3D打印機
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于熔融堆積快速成型設備【技術領域】，具體涉及一種雙旋轉式3D打印機。
【背景技術】
[0002]由于3D打印綜合了數字建模技術、機電控制技術、信息技術、材料科學與化學等諸方面的前沿技術知識，使大規格的個性化生產成為可能并且引領著全球制造業經濟的重大變革，因而廣泛受到人們的關注。3D打印機是3D打印的核心設備，其是以數字模型文件為基礎運用耗材(耗材如:粉末狀金屬材料、塑料、陶瓷、砂之類的可粘合材料)通過逐層打印的方式構建物體，即在計算機的控制下根據工件的三維模型直接成形三維實體，無需傳統的加工機床之類的裝備及其工裝模具、工裝夾具等。
[0003]打印噴頭是3D打印機中用于輸出耗材的部件，其與打印平臺之間的關系需滿足X、Y和Z三個方向的自由度的運動要求。公知的3D打印機大都使用旋轉步進電機加上同步帶使打印噴頭實現Χ、Υ和Z三個方向的運動，這種結構形式的3D打印機存在以下欠缺:其一、零部件數目多，結構復雜，空間利用率低；其二、靈活性及反應速度并不能達到業界期望的要求；其三、控制精度相對較低并且打印速度緩慢，影響構建物體的效率；其四，由于打印頭的運動方式表現為笛卡爾坐標系的運動方式，因而難以滿足對空間打印的嚴苛要求，并且對于打印柱形體的零部件不具有優勢。
[0004]在公開的中國專利文獻中可見諸關于3D打印機的技術信息，如發明專利申請公布號CN103317726A推薦有“3D打印機的噴頭傳動機構及具有該機構的3D打印機”，該專利申請方案的噴頭傳動機構由電機、傳動輪和傳動帶(同步帶)構成，具體可參見該專利申請的說明書第0025至0029段。又如授權公告號CN203485190U提供有“一種基于并聯機構的3D打印機”，該專利方案由于采用了伺服電機(說明書第0016段)，因而不僅體積大，而且對打印噴頭的空間位置控制的可靠性低。進而如發明專利申請公布號CN103862679A介紹有“3D打印機”，該專利申請在其說明書第0004段中對前述CN103317726A作了評價，并且其提供的技術方案(說明書第0006至0012段)克服了 CN103317726A的弊端，但是由于該專利申請方案使用了步進電機驅使打印噴頭動作，因而對打印噴頭的控制精度以及驅使打印噴頭運動的速度均難以達到業界期望的效果。
[0005]此外，并非限于上面例舉的專利及專利申請方案無一得以全面消除 申請人:在上面所述的四點欠缺。
[0006]鑒于上述已有技術存在的不足，本 申請人:作了有益的設計，并且形成了下面將要介紹的技術方案，尤其在采取了保密措施下經模擬證明是切實可行的。
【發明內容】
[0007]本實用新型的任務在于提供一種有助于顯著提高打印速度而藉以滿足工業化批量生產要求、有利于顯著減少零部件的數目而藉以使結構趨于緊湊并且提高空間利用率、有益于顯著提高打印的靈活性和反應速度并且保障打印精度而藉以滿足對精密部件的打印要求、有便于變傳統的笛卡兒坐標系運動模式為極坐標系運動模式而藉以滿足對空間打印的嚴苛要求并且體現對圓柱體類零件的打印優勢和有助于顯著縮小對空間的占用并且同時滿足對物體的寬范圍打印要求的雙旋轉式3D打印機。
[0008]本實用新型的任務是這樣來完成的，一種雙旋轉式3D打印機，包括一底座，在該底座上并且位于底座朝向上的一側設置有一用于承載打印物的載物臺；一打印頭驅動機構，該打印頭驅動機構設置在所述的底座上；一打印頭，該打印頭在對應于所述載物臺的上方的位置設置在打印頭驅動機構上，特征在于:所述的打印頭驅動機構包括直線電機座、直線電機、旋轉電機座、近端旋轉電機、近端旋轉臂、遠端旋轉電機和遠端旋轉臂，直線電機座以縱向狀態固定在所述底座上，直線電機設置在直線電機座朝向近端旋轉臂的一側，旋轉電機座固定在直線電機上，近端旋轉電機固定在旋轉電機座上，并且該近端旋轉電機的近端旋轉電機軸與近端旋轉臂左端固定連接，遠端旋轉電機與近端旋轉臂的右端固定，并且該遠端旋轉電機的遠端旋轉電機軸與遠端旋轉臂的左端固定連接，而遠端旋轉臂的右端以水平懸臂狀態對應于所述載物臺的上方，所述的打印頭設置在所述遠端旋轉臂的左端。
[0009]在本實用新型的一個具體的實施例中，所述的直線電機包括一組直線電機定子、直線電機動子和一對直線電機導軌，一組直線電機定子沿著所述直線電機座的高度方向自上而下間隔固定于直線電機座朝向所述近端旋轉臂的一側，直線電機動子在與所述的一組直線電機定子相配合的狀態下與一對直線電機導軌滑動配合，而一對直線電機導軌彼此縱向并行并且在分別對應于一組直線電機定子的兩側的位置與所述直線電機座固定，所述的旋轉電機座與直線電機動子朝向所述近端旋轉臂的一側固定。
[0010]在本實用新型的另一個具體的實施例中，在所述的直線電機動子上并且在對應于所述的一對直線電機導軌的位置固定有直線電機動子滑塊，該直線電機動子滑塊與一對直線電機導軌滑動配合。
[0011]在本實用新型的又一個具體的實施例中，所述的一組直線電機定子為磁鐵。
[0012]在本實用新型的再一個具體的實施例中，在所述的打印頭上配設有一加熱槽，在加熱槽上設置有加熱棒和溫度信號采集器。
[0013]在本實用新型的還有一個具體的實施例中，所述的溫度信號采集器為溫度傳感器。
[0014]在本實用新型的更而一個具體的實施例中，所述的遠、近端旋轉臂彼此形成梯度關系。
[0015]在本實用新型的進而一個具體的實施例中，在所述遠端旋轉臂的右端并且在對應于所述打印頭的左側的位置通過風扇固定座固定有一風扇。
[0016]在本實用新型的又更而一個具體的實施例中，所述的風扇為壓電噴射風扇。
[0017]在本實用新型的又進而一個具體的實施例中，在所述底座的底部并且圍繞底座的圓周方向的邊緣部位以間隔狀態設置有一組底座騰空凸緣。
[0018]本實用新型提供的技術方案的技術效果之一，由于采用了結構合理的打印頭驅動機構，從而摒棄了已有技術中通過同步帶傳動使打印頭運動的模式，并且離極坐標原點越近，速度越快，于是十分有助于提高打印速度而得以滿足工業化批量生產要求；之二，由于整體結構簡練，因而空間利用率得以顯著提高；之三，由于近端旋轉臂和遠端旋轉臂可在直線電機的控制下同時作上下運動，并且近端旋轉臂以及遠端旋轉臂分別在近端旋轉電機以及遠端旋轉電機的控制下自由轉動，因而具有優異的靈活性并且反應速度快，不僅打印效率得以顯著改善而且能對打印圓柱體類的零件發揮優勢；之四，由于整體結構表現為極坐標系模式，因而能精確地控制半徑、角度和高度而藉以滿足高精度3D打印的嚴苛要求；之五，相對于已有技術，整機的空間占用體積顯著縮小，但對打印物的打印范圍卻顯著增大。
【附圖說明】
[0019]圖1為本實用新型的實施例結構圖。
【具體實施方式】
[0020]為了使專利局的審查員尤其是公眾能夠更加清楚地理解本實用新型的技術實質和有益效果， 申請人:將在下面以實施例的方式作詳細說明，但是對實施例的描述均不是對本實用新型方案的限制，任何依據本實用新型構思所作出的僅僅為形式上的而非實質性的等效變換都應視為本實用新型的技術方案范疇。
[0021]在下面的描述中凡是涉及上、下、左、右、前和后的方向性(或者稱方位性)的概念均是針對正在被描述的圖所處的位置狀態而言的，目的在于方便公眾理解，因而不能將其理解為對本實用新型提供的技術方案的特別限定。
[0022]請參見圖1，在圖1中示出了本實用新型雙旋轉式3D打印機的結構體系的一底座1，在該底座I上并且位于底座I朝向上的一側設置有一用于承載打印物的載物臺11，該載物臺11亦稱打印平臺，作為優選地方案還可在底座I的底部設置底座騰空凸緣12 ;—打印頭驅動機構2，該打印頭驅動機構2設置在前述的底座I上；一打印頭3，該打印頭3在對應于載物臺11的上方的位置設置在打印頭驅動機構2上。
[0023]在本實施例中，前述的底座I及其上的載物臺11的形狀均呈圓盤體的形狀，但是也可采用其它形狀如矩形體的形狀，因此不能因底座I以及載物臺11的形狀變化而限制本實用新型的技術內涵。
[0024]作為本實用新型提供的雙旋轉式3D打印機的技術要點:前述的打印頭驅動機構2包括直線電機座21、直線電機22、旋轉電機座23、近端旋轉電機24、近端旋轉臂25、遠端旋轉電機26和遠端旋轉臂27，直線電機座21以縱向狀態固定在前所述底座I上，即垂直于底座I固定，直線電機22設置在直線電機座21朝向近端旋轉臂25的一側(圖1所示位置狀態的右側)，旋轉電機座23通過旋轉電機座螺釘231固定在直線電機22上，近端旋轉電機24采用近端旋轉電機固定螺釘242固定在旋轉電機座23上，并且該近端旋轉電機24的近端旋轉電機軸241與近端旋轉臂25左端固定連接,遠端旋轉電機26通過遠端旋轉電機固定螺釘262與近端旋轉臂25的右端固定，并且該遠端旋轉電機26的遠端旋轉電機軸261與遠端旋轉臂27的左端固定連接，而遠端旋轉臂27的右端以水平懸臂狀態對應于所述載物臺11的上方，前述的打印頭3設置在遠端旋轉臂27的左端。由上述說明并且結合圖1可知:前述的遠端旋轉臂27與近端旋轉臂25彼此形成梯度關系，即遠端旋轉臂27的水平高度低于近端旋轉臂25的水平高度。
[0025]由于本實用新型使用了雙旋轉運動，即由于存在遠、近端旋轉臂27、25以及遠、近端旋轉電機26、24，因而使本實用新型表現出了多關節機器人極坐標的結構布局，通過控制遠端旋轉臂27的角度和近端旋轉臂25的角度以及直線電機22的上下運動高度來實現3D打印，摒棄了傳統的笛卡爾坐標式的運動模式，實現所需的空間3D打印。本實用新型的這種結構十分簡潔緊湊，打印速度快并且空間利用率高。此外，可以將前述的打印頭驅動機構2的結構體系的直線電機座21視為打印工作臺,近端旋轉臂25以近端旋轉電機24的近端旋轉電機軸41為圓心作旋轉運動，而遠端旋轉臂27以遠端旋轉電機26的遠端旋轉電機軸261為圓心作旋轉運動。
[0026]繼續見圖1，前述的直線電機21包括一組直線電機定子221、直線電機動子222和一對直線電機導軌223,—組直線電機定子221沿著所述直線電機座21的高度方向自上而下(也可以稱自下而上)間隔固定于直線電機座21朝向旋轉臂25的一側，直線電機動子222在與一組直線電機定子221相配合的狀態下與一對直線電機導軌223滑動配合，而一對直線電機導軌223彼此縱向并行并且在分別對應于一組直線電機定子221的兩側的位置采用固定螺釘2231與直線電機座21固定，前述的旋轉電機座螺釘231與直線電機動子222朝向近端旋轉臂25的一側固定。在前述的直線電機動子222上并且在對應于一對直線電機導軌223的位置固定有直線電機動子滑塊2221 (—對)，該直線電機動子滑塊2221與一對直線電機導軌223滑動配合。
[0027]通過上述說明，毫無疑問可以確定前述的一組直線電機定子221為磁鐵。
[0028]在前述的打印頭3上配設有一加熱槽31，在加熱槽31上設置有加熱棒311和溫度信號采集器312。在本實施例中，溫度信號采集器312為溫度傳感器，由線路與電氣控制器電氣控制連接。
[0029]優選地，在前述遠端旋轉臂27的右端并且在對應于所述打印頭3的左側的位置通過風扇固定座41固定有一風扇4。圖中示出了風扇固定座41通過風扇固定座螺釘411與遠端旋轉臂27固定的情形。
[0030]進而優選地，前述的風扇4采用壓電噴射風扇，由于壓電噴射風扇使用的是雙壓電原理，因而可將其稱為“雙壓電冷卻噴射風扇”，又由于雙壓電冷卻噴射風扇屬于散熱器范疇，因而可以將其理解為一個向電子設備噴射高速空氣的微流風箱。這種壓電噴射風扇是由美國通用電氣GE公司率先推出的，簡稱DCJ (全稱:DualPiezoelectruc CoolingJets)，厚度僅為4 mm，功耗相對于軸承葉片式風扇可減少一倍以上，但散熱效率提高了十倍以上，可用于下一代超薄型平板電腦和超薄型筆記本電腦中。本申請的發明人將其應用于3D打印機，經實驗證明對于加快熔融材料的固化速度具有良好的積極意義。 申請人:需要說明的是:如果將葉片式風扇(即軸承葉片式風扇)替代壓電噴射風扇，則應當視為等同替換。
[0031]在實施打印時，按設定的程序，由直線電機22使遠、近端旋轉臂25上下運動，由近端旋轉電機24使近端旋轉臂25作旋轉運動，由遠端旋轉電機26使遠端旋轉臂27作旋轉運動，從而由打印頭3將引入的打印材料5 (絲狀)在經加熱槽31的加熱狀態下在載物臺11上打印出所需的零件。
[0032]綜上所述，本實用新型提供的技術方案克服了已有技術中的欠缺，完成了發明任務，客觀地體現了 申請人:在上面的技術效果欄中載述的技術效果，不失為是一個極致的技術方案。
【權利要求】
1.一種雙旋轉式3D打印機，包括一底座(1)，在該底座(I)上并且位于底座(I)朝向上的一側設置有一用于承載打印物的載物臺(11);一打印頭驅動機構(2)，該打印頭驅動機構(2)設置在所述的底座(I)上；一打印頭(3)，該打印頭(3)在對應于所述載物臺(11)的上方的位置設置在打印頭驅動機構(2)上，其特征在于:所述的打印頭驅動機構(2)包括直線電機座(21)、直線電機(22)、旋轉電機座(23)、近端旋轉電機(24)、近端旋轉臂(25)、遠端旋轉電機(26)和遠端旋轉臂(27)，直線電機座(21)以縱向狀態固定在所述底座(I)上，直線電機(22)設置在直線電機座(21)朝向近端旋轉臂(25)的一側，旋轉電機座(23)固定在直線電機(22)上，近端旋轉電機(24)固定在旋轉電機座(23)上，并且該近端旋轉電機(24)的近端旋轉電機軸(241)與近端旋轉臂(25)左端固定連接，遠端旋轉電機(26)與近端旋轉臂(25)的右端固定，并且該遠端旋轉電機(26)的遠端旋轉電機軸(261)與遠端旋轉臂(27)的左端固定連接，而遠端旋轉臂(27)的右端以水平懸臂狀態對應于所述載物臺(11)的上方，所述的打印頭(3)設置在所述遠端旋轉臂(27)的左端。2.根據權利要求1所述的雙旋轉式3D打印機，其特征在于所述的直線電機(21)包括一組直線電機定子(221)、直線電機動子(222)和一對直線電機導軌(223), —組直線電機定子(221)沿著所述直線電機座(21)的高度方向自上而下間隔固定于直線電機座(21)朝向所述近端旋轉臂(25)的一側，直線電機動子(222)在與所述的一組直線電機定子(221)相配合的狀態下與一對直線電機導軌(223)滑動配合，而一對直線電機導軌(223)彼此縱向并行并且在分別對應于一組直線電機定子(221)的兩側的位置與所述直線電機座(21)固定，所述的旋轉電機座(23)與直線電機動子(222)朝向所述近端旋轉臂(25)的一側固定。3.根據權利要求2所述的雙旋轉式3D打印機，其特征在于在所述的直線電機動子(222)上并且在對應于所述的一對直線電機導軌(223)的位置固定有直線電機動子滑塊(2221)，該直線電機動子滑塊(2221)與一對直線電機導軌(223)滑動配合。4.根據權利要求2所述的雙旋轉式3D打印機，其特征在于所述的一組直線電機定子(221)為磁鐵。5.根據權利要求1所述的雙旋轉式3D打印機，其特征在于在所述的打印頭(3)上配設有一加熱槽(31)，在加熱槽(31)上設置有加熱棒(311)和溫度信號采集器(312)。6.根據權利要求5所述的雙旋轉式3D打印機，其特征在于所述的溫度信號采集器(312)為溫度傳感器。7.根據權利要求1所述的雙旋轉式3D打印機，其特征在于所述的遠、近端旋轉臂(27、25)彼此形成梯度關系。8.根據權利要求1所述的雙旋轉式3D打印機，其特征在于在所述遠端旋轉臂(27)的右端并且在對應于所述打印頭(3)的左側的位置通過風扇固定座(41)固定有一風扇(4)。9.根據權利要求8所述的雙旋轉式3D打印機，其特征在于所述的風扇(4)為壓電噴射風扇。10.根據權利要求1所述的雙旋轉式3D打印機，其特征在于在所述底座(I)的底部并且圍繞底座(I)的圓周方向的邊緣部位以間隔狀態設置有一組底座騰空凸緣(12)。
【文檔編號】B29C67-00GK204278541SQ201420734880
【發明者】潘祥生, 王肇 [申請人]潘祥生, 王肇