3D打印機的制作方法

本發明涉及3d打印設備領域，尤其涉及一種3d打印機。

背景技術：

3d打印機，又稱為三維打印機，是一種基于快速成形技術的設備，其以數字模型文件為基礎，運用粉末金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印方式來構造物體的累積制造技術。3d打印機是按預設打印程序，將可粘合材料逐層打印出來，以達到打印三維物體的效果。

現有3d打印機包括打印頭、x軸移動機構、y軸移動機構和z軸移動機構；x軸移動機構帶動打印頭沿x軸方向移動，y軸移動機構帶動x軸移動機構和打印頭沿y軸方向移動，z軸移動機構帶動y軸移動機構、x軸移動機構和打印頭沿z軸方向移動。x軸移動機構、y軸移動機構和z軸移動機構上各設有一驅動電機，z軸移動機構帶動y軸移動機構沿z軸方向移動時，需帶動y軸移動機構的驅動電機移動，使得z軸移動機構的負載較重，影響z軸移動機構的控制精度。現有x軸移動機構、y軸移動機構和z軸移動機構上的驅動電機通常為42混合式步進電機，體積較大且質量較重，使得制得的3d打印機結構笨重，無法滿足便于攜帶的需求。

技術實現要素：

本發明提供一種可降低z軸移動機構負載的3d打印機，以解決現有3d打印機的z軸移動機構需帶動y軸移動機構的驅動電機沿z軸方向移動，導致負載較重的問題。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種3d打印機，包括底板、打印頭、與所述打印頭相連的x軸移動機構、與所述x軸移動機構相連的y軸移動機構以及與所述y軸移動機構相連的z軸移動機構；

所述z軸移動機構包括設置在所述底板四個角上的四根絲桿、用于帶動所述四根絲桿同步轉動的z軸傳動組件、以及供所述絲桿穿過并與所述絲桿螺紋配合的連接件；四個所述絲桿包括兩個第一絲桿和兩個第二絲桿，兩個所述第一絲桿設置在所述底板一邊上；所述連接件包括套設在所述第一絲桿上的第一連接件和套設在所述第二絲桿上的第二連接件；

所述y軸移動機構包括設置在所述底板上方的兩根方軸、用于帶動兩個所述方軸同步轉動的第一傳動組件、以及兩個平行相對設置的第二傳動組件；所述第二傳動組件在所述方軸作用下帶動所述x軸機構沿y軸方向移動；

所述第一傳動組件包括與所述方軸相連的y軸電機、分別套設在兩個所述方軸上的兩個第一同步輪、以及套設在兩個所述第一同步輪上的沿x軸方向設置的第一同步帶；

所述第二傳動組件包括套設在所述方軸上的第二同步輪、套設在所述第二絲桿上的第三同步輪、以及套設在所述第二同步輪和所述第三同步輪上的沿y軸方向設置的第二同步帶；

所述第一連接件與所述第二同步輪固定相連，以帶動所述所述第二同步輪沿所述方軸移動；所述第二連接件與所述第三同步輪固定相連，以帶動所述第三同步輪沿所述第二絲桿移動。

優選地，所述第一連接件包括平行相對設置的第一連接上部和第一連接下部、連接所述第一連接上部和所述第一連接下部的第一連接中部；所述第二同步輪設置在所述第一連接上部和所述第一連接下部之間；所述第一連接上部和所述第一連接下部均設有一供所述第一絲桿穿過并與所述第一絲桿螺紋配合的螺孔、以及供所述方軸穿過的連接孔。

所述第二連接件包括平行相對設置的第二連接上部和第二連接下部、連接所述第二連接上部和所述第二連接下部的第二連接中部；所述第三同步輪設置在所述第二連接上部和所述第二連接下部之間；所述第二連接上部和所述第二連接下部均設有一供所述第二絲桿穿過與所述第二絲桿配合的螺孔。

優選地，所述3d打印機還包括支承機構，所述x軸移動機構設置在所述支承機構上；所述支承機構設置在兩個所述第二同步帶上，并在兩個所述第二同步帶帶動下沿y軸方向移動。

優選地，所述支承機構包括兩個沿x軸方向平行相對設置的導向軸、以及與兩個所述導向軸兩端相連的兩個固定件；所述固定件與所述第二同步帶一側相連；所述x軸移動機構設置在兩個所述導向軸之間。

優選地，兩個所述固定件分別與兩個所述第二同步帶的外側固定相連；或者兩個所述固定件分別與兩個所述第二同步帶的內側固定相連。

優選地，所述x軸移動機構包括設置一所述導向軸內側的傳動齒條、以及設置在兩個所述導向軸上方的x軸電機，所述x軸電機下方設有與所述傳動齒條嚙合的傳動齒輪。

優選地，所述x軸移動機構還包括分別設置在兩個所述導向軸上的兩個滑塊；所述x軸電機設置在兩個所述滑塊上，并與兩個所述滑塊固定相連。

優選地，所述3d打印機還包括用于連接所述x軸移動機構和所述打印頭的固定連接件；所述固定連接件上設有用于放置所述x軸電機并供所述傳動齒輪伸出的容置空間，且所述固定連接件與兩個所述滑塊固定相連。

優選地，所述z軸傳動組件包括z軸電機、分別套設在四個所述絲桿上的四個z軸同步輪、以及套設在四個所述z軸同步輪上的z軸同步帶；所述z軸電機與一所述絲桿相連。

優選地，所述x軸電機、y軸電機和z軸電機包括24pm減速步進電機。

本發明與現有技術相比具有如下優點：本發明所提供的3d打印機中，y軸移動機構通過第一傳動組件帶動兩根方軸轉動，兩根方軸轉動使得第二傳動組件帶動x軸移動機構沿y軸方向移動；而且，第二傳動組件中的第二同步輪與z軸傳動機構中的第一絲桿相連，第三同步輪與z軸傳動機構的第二絲桿相連，以使z軸傳動電機帶動第一絲桿和第二絲桿同步轉動時，帶動第二同步輪和第三同步輪沿z軸方向移動。該3d打印機中，z軸移動機構帶動y軸移動機構沿z軸方向移動時，無需帶動y軸電機移動，可有效降低z軸移動機構的負載，提高其控制移動的精度，保證其移動過程平穩順暢。

附圖說明

下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中：

圖1是本發明一實施例中3d打印機的一結構示意圖。

圖2是本發明一實施例中3d打印機的另一結構示意圖。

圖中：100、底板；200、打印頭；210、固定連接件；300、x軸移動機構；310、傳動齒條；320、x軸電機；330、傳動齒輪；340、滑塊；400、y軸移動機構；410、方軸；420、第一傳動組件；421、y軸電機；422、第一同步輪；423、第一同步帶；430、第二傳動組件；431、第二同步輪；432、第三同步輪；433、第二同步帶；500、z軸移動機構；510、第一絲桿；520、第二絲桿；530、第一連接件；531、第一連接上部；532、第一連接下部；533、第一連接中部；540、第二連接件；541、第二連接上部；542、第二連接下部；543、第二連接中部；550、z軸傳動組件；551、z軸電機；552、z軸同步輪；553、z軸同步帶；600、支承機構；610、導向軸；620、固定件；700、外部連接接口；710、sd卡插槽；720、usb插口；730、電源插口；740、控制按鍵。

具體實施方式

為了對本發明的技術特征、目的和效果有更加清楚的理解，現對照附圖詳細說明本發明的具體實施方式。

圖1和圖2示出本實施例中的3d打印機。如圖1和圖2所示，該3d打印機包括外殼(圖中未示出)，還包括設置在外殼內的底板100、打印頭200、與打印頭200相連的x軸移動機構300、與x軸移動機構300相連的y軸移動機構400以及與y軸移動機構400相連的z軸移動機構500。該3d打印機中，x軸移動機構300與打印頭200相連，并帶動打印頭200沿x軸方向移動以打印物體；y軸移動機構400與x軸移動機構300相連，以帶動x軸移動機構300和打印頭200沿y軸方向移動以打印物體；z軸移動機構500與y軸移動機構400相連，以帶動y軸移動機構400、x軸移動機構300和打印頭200沿z軸方向移動以打印物體。通過x軸移動機構300、y軸移動機構400和z軸移動機構500配合，可實現控制打印頭200沿x、y和z軸方向移動，以實現三維打印。本實施例中，外殼呈立方體結構，相應地，底板100呈矩形設置。

如圖1和圖2所示，z軸移動機構500包括設置在底板100四個角上的四根絲桿、用于帶動四根絲桿同步轉動的z軸傳動組件550、以及供絲桿穿過并與絲桿螺紋配合的連接件。可以理解地，z軸傳動組件550工作時，帶動設置在底板100四個角上的四根絲桿同步轉動，每一絲桿轉動時，與套設在該絲桿上的連接件配合，以使連接件相對于絲桿沿z軸方向移動。當y軸移動機構400與四個連接件固定相連時，四個連接件沿z軸方向移動時，可帶動y軸移動機構400沿z軸方向移動。z軸移動機構500采用四根絲桿配合，帶動y軸移動機構400沿z軸方向移動，可使其升降過程更平穩，無需進行校準即可保證打印精度，使打印變得更簡單。本實施例中，連接件可以采用塑料或其他輕質材料制作而成，以降低絲桿的負載重量，使得3d打印機的重量較輕，便于攜帶。

具體地，z軸傳動組件550包括z軸電機551、分別套設在四根絲桿上的四個z軸同步輪552、以及套設在四個z軸同步輪552上的z軸同步帶553；z軸電機551與任一絲桿相連。當z軸電機551接收到z向移動脈沖信號后，z軸電機551工作，帶動與z軸電機551相連的絲桿和絲桿上的z軸同步輪552一起轉動，同時帶動z軸同步帶553同向轉動，使得與z軸同步帶553相連的其他三個z軸同步輪552和及絲桿一同轉動，以實現四根絲桿同向轉動。進一步地，四根絲桿的螺矩相同，在同一z軸同步帶553的帶動下，其對應的連接件的移動距離相同，以使四個連接件可更平穩地帶動y軸移動機構400沿z軸方向移動。可以理解地，為使z軸552同步輪轉動得更加順暢，可在z軸同步輪552上設有軸承。

其中，四根絲桿包括兩個第一絲桿510和兩個第二絲桿520，兩個第一絲桿510設置在底板100一邊上。由于四根絲桿設置在矩形的底板100的四個角上，由四根絲桿呈矩形設置；而兩個第一絲桿510設置在底板100的一邊上，則另外兩個第二絲桿520設置在底板100上與兩個第一絲桿510平行的另一邊上。相應地，連接件包括套設在第一絲桿510上的第一連接件530和套設在第二絲桿520上的第二連接件540。

如圖1和圖2所示，y軸移動機構400包括設置在底板100上方的兩根方軸410、用于帶動兩根方軸410同步轉動的第一傳動組件420、以及兩個平行相對設置的第二傳動組件430；第二傳動組件430在方軸410作用下帶動x軸機構沿y軸方向移動。該y軸移動機構400工作時，通過第一傳動組件420帶動兩根方軸410同步轉動，以使兩根方軸410分別帶動對應的第二傳動組件430轉動，以帶動設置在兩個第二傳動組件430上的x軸移動機構300沿y軸方向移動。

具體地，第一傳動組件420包括與方軸410相連的y軸電機421、分別套設在兩根方軸410上的兩個第一同步輪422、以及套設在兩個第一同步輪422上的沿x軸方向設置的第一同步帶423。第一傳動組件420中，y軸電機421與任一方軸410相連。當y軸電機421接收到y向移動脈沖信號后，y軸電機421開始旋轉，帶動與y軸電機421相連的方軸410和套設在該方軸410上的第一同步輪422轉動，通過第一同步帶423帶動另一個第一同步輪422和方軸410同向轉動。本實施例中，第一同步輪422上設有供方軸410穿過的方孔，使得第一同步輪422和方軸410可同步轉動。該方軸410包括但不限于本實施例中的四方軸和六方軸。

第二傳動組件430包括套設在方軸410上的第二同步輪431、套設在第二絲桿520上的第三同步輪432、以及套設在第二同步輪431和第三同步輪432上的沿y軸方向設置的第二同步帶433。可以理解地，每一方軸410可在第一傳動組件420的帶動下轉動，在方軸410轉動時，使得套設在方軸410上的第二同步輪431隨之轉動，從而帶動第二同步帶433和第三同步輪432同向轉動。由于兩根方軸410在第一傳動組件420的作用下，轉動方向和轉動速度相同，使得在兩根方軸410帶動下轉動的沿y軸方向設置的兩個第二同步帶433的轉動方向和轉動速度相同，通過兩個第二同步帶433配合，可帶動設置在兩個第二同步帶433上的x軸移動機構300沿y軸方向移動。

第一連接件530與第二同步輪431固定相連，以帶動第二同步輪431沿方軸410移動；第二連接件540與第三同步輪432固定相連，以帶動第三同步輪432沿第二絲桿520移動。可以理解地，通過第一連接件530連接第二同步輪431，且第二連接件540連接第三同步輪432，使得z軸傳動組件550工作時，第一連接件530與第一絲桿510配合，且第二連接件540與第二絲桿520配合，以使第一連接件530和第二連接件540沿z軸方向移動時，帶動第二同步輪431和第三同步輪432沿z軸方向移動，以實現z軸移動機構500帶動y軸移動機構400沿z軸方向移動。可以理解地，第二同步輪431上設有供方軸410穿過的方孔，且第二同步帶433與方軸410不過盈配合，以保證第二同步輪431可沿方軸410上下移動。

如圖1和圖2所示，第一連接件530包括平行相對設置的第一連接上部531和第一連接下部532、連接第一連接上部531和第一連接下部532的第一連接中部533。第一連接上部531、第一連接下部532和第一連接中部533一體成型，形成有一π形容置空間。第二同步輪431設置在第一連接上部531和第一連接下部532之間的π形容置空間內。第一連接上部531和第一連接下部532均設有一供第一絲桿510穿過并與第一絲桿510螺紋配合的螺孔、以及供方軸410穿過的連接孔。該螺孔與第一絲桿510配合，以使第一連接件530相對于第一絲桿510上下移動，以帶動設置在第一連接件530所形成的容置空間中的第二同步輪431沿方軸410上下移動。

第二連接件540包括平行相對設置的第二連接上部541和第二連接下部542、連接第二連接上部541和第二連接下部542的第二連接中部543。第二連接上部541、第二連接下部542和第二連接中部543一體成型，形成有一π形容置空間。第三同步輪432設置在第二連接上部541和第二連接下部542之間的π形容置空間內。第二連接上部541和第二連接下部542均設有一供第二絲桿520穿過與第二絲桿520配合的螺孔。該螺孔與第二絲桿520配合，以使第二連接件540相對于第一絲桿510上下移動，以帶動設置在第二連接件540所形成的容置空間中的第三同步輪432沿第一絲桿510上下移動。

如圖1和圖2所示，3d打印機還包括支承機構600，x軸移動機構300設置在支承機構600上。支承機構600設置在兩個第二同步帶433上，并在兩個第二同步帶433帶動下沿y軸方向移動。可以理解地，支承機構600在兩個第二同步帶433的帶動帶沿y軸方向移動時，帶動設置在支承機構600上的x軸移動機構300沿y軸方向移動，并帶動與x軸移動機構300相連的打印頭200沿y軸方向移動，以使打印頭200可沿y軸方向打印物體。

具體地，支承機構600包括兩個沿x軸方向平行相對設置的導向軸610、以及與兩個導向軸610兩端相連的兩個固定件620。即兩個導向軸610和兩個固定件620呈矩形設置。兩個固定件620分別與兩個第二同步帶433一側相連，以使第二同步帶433在第二同步輪431和第三同步輪432帶動下，可帶動對應的固定件620沿y軸方向移動。x軸移動機構300設置在兩個導向軸610之間，以通過兩個導向軸610帶動x軸移動機構300沿y軸方向移動。進一步地，兩個固定件620分別與兩個第二同步帶433的外側固定相連；或者兩個固定件620分別與兩個第二同步帶433的內側固定相連。本實施例中，每一第二同步帶433在第二同步輪431和第三同步輪432的作用下，形成兩個平行的傳送部；同一平面上兩個第二同步帶433所形成的四個平行的傳送部上，位于外面的兩個為第二同步帶433的外側，位于里面的兩個為第二同步帶433的內側。

可以理解地，導向軸610和固定件620采用塑料或其他輕質材料制作而成，以降低兩個第二同步帶433和z軸移動機構500的負載，以保證其移動過程的平穩，并可使最終制得的3d打印機重量較輕，便于攜帶。

如圖1和圖2所示，x軸移動機構300包括設置一導向軸610內側的傳動齒條310、設置在兩個導向軸610上的x軸電機320；x軸電機320下方設有與傳動齒條310嚙合的傳動齒輪330。可以理解地，x軸電機320在接收到x向移動脈沖信號后，使其傳動齒輪330轉動，在傳動齒條310的嚙合作用下，使得x軸電機320沿導向軸610方向(即x軸方向)移動。

進一步地，x軸移動機構300還包括分別設置在兩個導向軸610上的兩個滑塊340，x軸電機320設置在兩個滑塊340上，并與兩個滑塊340固定相連。可以理解地，x軸電機320設置在兩個滑塊340上，在傳動齒輪330與傳動齒條310嚙合作用下，使得兩個滑塊340沿兩個導向軸610方向移動，保證沿x軸方向移動的平穩和順暢。其中，滑塊340截面呈c形，以便于放置在導向軸610上，便于安裝。

3d打印機還包括用于連接x軸移動機構300和打印頭200的固定連接件210。固定連接件210上設有用于放置x軸電機320并供傳動齒輪330伸出的容置空間，且固定連接件210與兩個滑塊340固定相連。可以理解地，固定連接件210作為x軸移動機構300和打印頭200連接的介質，在固定連接件210上設有放置x軸電機320的容置空間，以使x軸電機320可便于安裝x軸電機320，避免x軸電機320發生位置偏移，影響打印精度。

x軸電機320、y軸電機421和z軸電機551包括24pm減速步進電機。24pm減速步驟電機具有體積小、扭力大且重量輕的結構特點，可使3d打印機具有重量輕、成本低、且可有效節省能量消耗的優點。具體地，24pm減速步進電機的體積僅為當前3d打印機中常用的42混合式步進電機的四分之一，而且其采用1：16的減速比，可極大地提高電機扭力，如在恒流情況下可達到1kg扭力。可以理解地，采用24pm減速步進電機作為x軸電機320、y軸電機421和z軸電機551，可使得制成的3d打印機重量較輕，且便于制作結構輕巧的3d打印機。

該3d打印機還包括設置在底板100下方的外部連接接口700和控制按鍵740，該外部連接接口700包括sd卡插槽710、usb插口720和電源插口730。該控制按鍵740為一鍵打印控制按鍵，在該3d打印機通過sd卡插槽710插入存儲有控制程序的sd卡，或者通過usb插口720插入存儲有控制程序的存儲器時，使得3d打印機可識別該控制程序，在按下該控制按鍵740時，可根據控制程序實現一鍵打印，簡單易用，有利于提高打印效率。

本實施例所提供的3d打印機，y軸移動機構400通過第一傳動組件420帶動兩根方軸410轉動，兩根方軸410轉動使得第二傳動組件430帶動x軸移動機構300沿y軸方向移動；而且，第二傳動組件430中的第二同步輪431與z軸傳動機構中的第一絲桿510相連，第三同步輪432與z軸傳動機構的第二絲桿520相連，以使z軸傳動電機帶動第一絲桿510和第二絲桿520同步轉動時，帶動第二同步輪431和第三同步輪432沿z軸方向移動。該3d打印機中，z軸移動機構500帶動y軸移動機構400沿z軸方向移動時，無需帶動y軸電機421移動，可有效降低z軸移動機構500的負載，提高其控制移動的精度，保證其移動過程平穩順暢，使得打印更穩定。該3d打印機中，y軸電機421和z軸電機551均設置在底板100下方，在底板100上方設置絲桿和方軸410，通過同步輪和同步帶配合，可實現控制打印頭200沿y軸方向和z軸方向移動，使得3d打印機的空間利用率高。

本發明是通過上述具體實施例進行說明的，本領域技術人員應當明白，在不脫離本發明范圍的情況下，還可以對本發明進行各種變換和等同替代。另外，針對特定情形或具體情況，可以對本發明做各種修改，而不脫離本發明的范圍。因此，本發明不局限于所公開的具體實施例，而應當包括落入本發明權利要求范圍內的全部實施方式。