3d打印機數控定位系統的制作方法
【專利摘要】3D打印機數控定位系統，本發明屬3D打印機數控定位系統的一個【技術領域】。為了簡化3D打印機的X軸和Y軸數控定位系統的結構，本發明采取了如下技術措施：在搖臂13的一端活動安裝有工作臺4、固定安裝有半蝸輪2，工作臺4上固定安裝有蝸輪3，蝸輪3和工作臺4可自由轉動，搖臂13的另一端鉸接在支架1或活動安裝在Z軸導軌10上；搖臂13上裝有工作臺驅動電機12，工作臺驅動電機12的轉軸上裝有蝸桿甲11，蝸桿甲11與蝸輪3齒合在一起，工作臺驅動電機12在計算機的控制下可通過蝸桿甲11、蝸輪3驅動工作臺4轉動等等；這樣做的好處是：由于本發明采用了磨損小，定位精度高的轉動替代導軌的直線滑動，消除了導軌滑動磨損所帶來的不良影響。
【專利說明】3D打印機數控定位系統
【技術領域】
[0001]本發明屬3D打印機數控定位系統的一個【技術領域】。
【背景技術】
[0002]市售的一般的熱熔堆積類3D打印機，由于結構相對簡單，耗材價廉等原因而發展較快。熱熔堆積類3D打印機主要運用了熱熔堆積等成形技術，使計算機上虛擬的三維圖像變成了現實的立體模型。這一類的3D打印機主要由X軸、Y軸和Z軸，三軸數控定位系統、控制電路和噴頭等組成。三軸數控定位系統根據切片軟件產生的數字切片打印數據和指令，不斷地改變噴咀與模型或工作臺之間的水平位置和相對高度，配合噴頭的動作就能實現熱熔材料的堆積成形。在這個過程中，X軸和Y軸數控定位系統的運動最頻繁，而且運動量也最大，同時它對打印精度的影響也最大。所以它是3D打印機中最重要的組成部份。
[0003]然而，現有技術下的這類3D打印機的三軸數控定位系統中，使用的都是直線滑動導軌。在3D打印過程中，X軸和Y軸不斷配合動作，才能形成模型中的各條曲線或直線。也就是說，3D打印過程中的各條曲線或直線的產生，都要導軌與滑臺之間產生滑動磨擦才能實現。本領域的技術人員都知道，滑動導軌不但對零件的材質、加工精度和安裝精度的要求非常苛刻，而且最令人頭痛的是它在使用過程中會產生嚴重磨擦磨損，這種磨損是它的結構所造成的。由于它的磨擦行程的幅度大，而且各部件都直接暴露在空氣中，使這種情況雪上加霜。在這樣的工作環境下，導軌上的潤滑劑極容易吸附空氣中的灰塵，這樣更加速了導軌的磨損。導軌的磨損影響最大的是三軸定位系統的定位和重復定位精度，它的表現為打印出來的平面表面粗糙。嚴重時，打印出來的模型的幾何形狀和尺寸也受影響。所以滑動導軌的使用，間接影響了打印精度和縮短了 3D打印機的使用壽命。另一方面，在設計和制造3D打印機的過程中，滑動導軌的長度必須要大于X軸和Y軸的工作行程，這樣就要求支撐導軌的支架更大更強。它必然導致使3D打印機的整機結構非常龐大。而面對龐大的結構，為保證剛度又不得不增加構件的厚度。這樣就大大增整機的重量。
【發明內容】
[0004]為了簡化3D打印機的X軸和Y軸數控定位系統的結構、消除滑動導軌磨損對打印精度的影響，延長3D打印機的使用壽命，本發明采取了如下技術措施:在搖臂13的一端活動安裝有工作臺4、固定安裝有半蝸輪2，工作臺4上固定安裝有蝸輪3，蝸輪3和工作臺4可自由轉動，搖臂13的另一端鉸接在支架I或活動安裝在Z軸導軌10上；搖臂13上裝有工作臺驅動電機12，工作臺驅動電機12的轉軸上裝有蝸桿甲11，蝸桿甲11與蝸輪3齒合在一起，工作臺驅動電機12在計算機的控制下可通過蝸桿甲11、蝸輪3驅動工作臺4轉動；支架I上裝有搖臂驅動電機14，搖臂驅動電機14的轉軸上裝有蝸桿乙15，蝸桿乙15與半蝸輪2齒合在一起，搖臂驅動電機14在計算機的控制下可通過蝸桿乙15、半蝸輪2驅動搖臂13、工作臺4 一起擺動(轉動)；工作臺驅動電機12和搖臂驅動電機14連接各自的電機控制器，電機控制器連接計算機；搖臂13和支架I上裝有復位傳感器用于工作臺4和搖臂13的復位，復位傳感器連接計算機。
[0005]這樣做的好處是:本發明把3D打印機工作時，運動最頻繁、運動量最大的X軸和Y軸的數控定位系統，由使用滑動導軌機構來實現3D打印機的水平面的數控定位，改為通過搖臂13帶著工作臺4的平擺和工作臺4的自身旋轉，來實現3D打印機的水平面的數控定位。由于本發明采用了磨損小，定位精度高的轉動替代導軌的直線滑動(即取消了滑動導軌機構)，消除了導軌滑動磨損所帶來的不良影響。同時也大大簡化了結構、提高了定位精度，降低了生產成本和提高了可靠性，延長了 3D打印機的使用壽命。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0006]圖1是本發明結構示意圖，前側俯視面圖。
[0007]圖2是本發明結構示意圖，后側面俯視圖。
[0008]圖中:支架1、半蝸輪2、蝸輪3、工作臺4、噴頭5、耗材6、噴頭支架7、Z軸驅動電機
8、Z軸螺桿9、Z軸導軌10、蝸桿甲11、工作臺驅動電機12、搖臂13、搖臂驅動電機14、蝸桿乙15。
【具體實施方式】
[0009]現有技術下的熱熔堆積類3D打印機的三軸(X軸、Y軸、Z軸)數控定位系統中，幾乎都采用了直線滑動導軌。在技術上，直線導軌的長度要大于工作行程，而且各導軌之間必須是相互垂直。因此，這類3D打印機的主體結構大都為箱式，體積龐大而且笨重。在3D打印機過程中，驅動X軸和驅動Y軸的步進電機在計算機的控制下不斷配合動作，形成模型斷層中的各條曲線或直線，即一個切片。因此它們的工作量大，磨損也嚴重。而Z軸只有層高有增加時才有動作，而且它的最大行程就是模型的高度。它打印一個模型才行走一次行程，所以Z軸的磨損是非常小的，它對3D打印機的精度和使用壽命的影響相對小得多。可以適當忽略。在3D打印機工作過程中，運動最頻繁和運動量是最大的是X軸和Y軸。而且在整個打印機結構中，為了安置X軸和Y軸的滑動導軌，往往要把3D打印機做成箱式結構。這就使3D打印機的結構更加復雜，同時為保證剛度不得不大大增加材厚度，使3D打印機的重量大大增加。所以在3D打印機的數控定位系統中，取代滑動導軌結構對3D打印機有著重大的意義。
[0010]本發明的實施例:為了簡化現有3D打印機X軸和Y軸構成的平面數控定位系統的結構、消除滑動導軌磨損對打印精度的影響和延長3D打印機的使用壽命。本發明主要采取了利用工作臺的旋轉和搖臂的水平搖擺，兩者的相互配合來替代X軸和Y軸的直線運動。把模型數字切片的直線或曲線展現在噴頭的噴嘴面前，實現3D打印；其具體結構是:在搖臂13的一端活動安裝有工作臺4和固定安裝有半蝸輪2。這里所述的活動安裝是指工作臺4相對于搖臂13可以旋轉的安裝方式。工作臺4上固定安裝有蝸輪3。搖臂13上安裝有工作臺驅動電機12 (本申請述的電機均為步進電機或帶減速機構的步進電機)，工作臺驅動電機12的轉軸上安裝有蝸桿甲11，蝸桿甲11與蝸輪3齒合在一起。工作臺驅動電機12在計算機的控制下可通過蝸桿甲11、蝸輪3驅動工作臺4轉動。搖臂13的另一端鉸接在支架I或活動安裝在Z軸導軌10上。這里所述的活動安裝是指搖臂13可圍繞Z軸導軌10自由擺動(轉動)的安裝結構，其效果與鉸接一樣，都是使搖臂13可左右水平自由擺動。搖臂驅動電機14安裝在支架I上。搖臂驅動電機14的轉軸上裝有蝸桿乙15，蝸桿乙15與半蝸輪2齒合在一起。當搖臂驅動電機14在計算機的控制下轉動時，可通過蝸桿乙15和半蝸輪2驅動搖臂13、工作臺4等一起水平擺動。工作臺驅動電機12、搖臂驅動電機14連接各自的電機控制器，電機控制器連接計算機，搖臂13和支架I上安裝有復位傳感器用于工作臺4和搖臂13的復位,復位傳感器連接計算機。
[0011]本發明的工作過程是:當使用者打開3D打印機電源時計算機系統復位后開始工作。跟著計算機通過電機控制器指令工作臺驅動電機12，通過蝸桿甲11和蝸輪3驅動工作臺4向微動開關或復位傳感器方向旋轉。當工作臺4的一個特定點觸及裝在搖臂上的微動開關或復位傳感器時，微動開關或復位傳感器向計算機發出工作臺4到位信號。計算機收到此信號后向工作臺驅動電機12發出停機指令，工作臺4就停止在工作的起點的位置上，工作臺4復位成功。跟著計算機通過另一個電機控制器指令搖臂驅動電機14，通過蝸桿乙15、半蝸輪2驅動搖臂13、工作臺4等一起向微動開關或復位傳感器方向擺動(旋轉)。當搖臂13上的特定點觸及微動開關或復位傳感器時，微動開關或復位傳感器向計算機發出搖臂13到位信號。計算機收到此信號后，向搖臂驅動電機14發出停機指令，搖臂13帶著工作臺4停止在工作起點的位置上，搖臂13復位成功。全系統的復位結果是使工作臺4上設定的工作起點對齊噴頭5的噴咀，噴頭5的噴咀距工作臺4有合適的高度。全系統復位完成后，計算機就可根據使用者輸入的模型切片數據，通過電機控制器驅動工作臺驅動電機12、搖臂驅動電機14配合動作，完成X軸和Y軸方向的水平移動定位任務。
[0012]當3D打印機打印完一層切片后，計算機就會通過電機控制器控制Z軸電機8、Z軸螺桿9驅動裝在Z軸導軌10上并與Z軸螺桿9螺紋連接在一起的噴頭支架7上升，為打印下一個切片做準備。如此循環就可打印全個模型。
【權利要求】
1.3D打印機數控定位系統，主要包括支架(I)、半蝸輪(2)、蝸輪(3)、工作臺(4)、蝸桿甲(11 )、工作臺驅動電機(12)、搖臂(13)、搖臂驅動電機(14)、蝸桿乙(15)，其特征在于:在搖臂(13)的一端活動安裝有工作臺(4)、固定安裝有半蝸輪(2)，工作臺(4)上固定安裝有蝸輪(3)，蝸輪(3)和工作臺(4)可自由轉動，搖臂(13)的另一端鉸接在支架(I)或活動安裝在Z軸導軌(1 )上；搖臂(13 )上裝有工作臺驅動電機(12 )，工作臺驅動電機(12 )的轉軸上裝有蝸桿甲(11)，蝸桿甲(11)與蝸輪(3)齒合在一起，工作臺驅動電機(12)在計算機的控制下可通過蝸桿甲(11)、蝸輪(3)驅動工作臺(4)轉動；支架(I)上裝有搖臂驅動電機(14)，搖臂驅動電機(14)的轉軸上裝有蝸桿乙(15)，蝸桿乙(15)與半蝸輪(2)齒合在一起，搖臂驅動電機(14)在計算機的控制下可通過蝸桿乙(15)、半蝸輪(2)驅動搖臂(13)、工作臺(4) 一起擺動(轉動);工作臺驅動電機(12)和搖臂驅動電機(14)連接各自的電機控制器，電機控制器連接計算機；搖臂(13)和支架(I)上裝有復位傳感器用于工作臺(4)和搖臂(13)的復位，復位傳感器連接計算機。
【文檔編號】B29C67/00GK104354300SQ201410710201
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月27日 優先權日:2014年11月27日
【發明者】胡志欽, 胡達廣 申請人:胡達廣