CN103465473B - 3d打印机用滚珠丝杆式串行结构快速成型结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种3D打印机用滚珠丝杆式串行结构快速成型结构，在3D打印机中Z轴丝杆采用滚珠丝杆。本发明能减小打印头在微进时的误差，尽可能的消除回程误差，同时增加了整体结构的稳固性。

Description

3D打印机用滚珠丝杆式串行结构快速成型结构

技术领域

本发明涉及3D打印机打印头传动结构领域，具体为一种3D打印机用滚珠丝杆式串行结构快速成型结构。

背景技术

3D打印机是一种新型的快速成型机早已有之但最近才逐步进入消费级市场。人们在计算机上设计的零件可以不经过开模铸造，不经过铣床切削，就能迅速的“制造”出来。

消费级3D打印机限制于成本考虑，在打印精度以及打印速度上做了很大妥协。

打印精度主要由两方面决定，打印头定位精度（步进）精度和打印头挤出精度。

打印头步进精度，因为是一套三轴可移动机械结构，相比于打印机头所占权重更大。

每个物体都有长宽高（XYZ），所以打印头要在XYZ轴上移动才能打印出物体。3D打印机在运作过程中是逐层打印的，在打印头精度（层厚3D打印机每打印一层的厚度）确定的前提下，Z轴的步进精度就显得至关重要。

实际上，打印头在每个轴上都是一步一步移动的，称为步进，是由步进电机通过传动***传送过来的。在消费级3D打印机中，传动***一般选择传送带，链条，好一些的方案则使用丝杆。

而定位误差大部分出在这传动***上。当打印头由起点开始移动，当微进（步进电机单步步进）时，由于皮带的弹性或者丝杆的扭矩，会产生误差。在移动过程中，这些误差会逐渐积累起来。并且档打印头移动方向变化时，又会有回程误差产生。打印的物件越大，也即行程越大，精度损失越大。

为了减少误差，普通3D打印机会使用丝杆加滑杆再加消回差螺母的形式减少微进误差。并且会辅以限位开关做校准。消回差螺母可以在一定程度上消除回程误差。然而增加消回差螺母后不可避免的增加的阻尼，同时消回差螺母内部含有弹簧组件，使用前需要调整，长时间使用后也要调整。较大的阻尼会使在微进时发生爬行现象（类似一个人推一个很重的箱子，当箱子开始运动时会一顿一顿的，而后才会较为顺滑的移动）。消回差螺母也只是一种辅助措施，不能根本上解决普通丝杆的精度问题。

目前消费级3D打印机普遍使用木板和PVC板材拼接制作，限于材料成本和固定方式。使得在总体物理结构上不够稳固。而在打印过程中，打印头的来回移动，打印头的散热风扇，送料机的运作，都带来了震动。不够稳固的结构会在综合程度上影响打印精度。

发明内容

本发明的目的是提供一种3D打印机用滚珠丝杆式串行结构快速成型结构，以解决现有技术存在的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

3D打印机用滚珠丝杆式串行结构快速成型结构，其特征在于：在3D打印机中Z轴丝杠采用滚珠丝杆。

所述的一种3D打印机用滚珠丝杆式串行结构快速成型结构，其特征在于：包括有X轴安装台、Y轴安装台、Z轴安装台，X轴安装台上设置有X轴光杆、X轴步进电机，X轴光杆上滑动安装有3D打印头，且X轴步进电机驱动3D打印头在X轴光杆上滑动，Y轴安装台上设置有Y轴光杆、Y轴步进电机，X轴安装台滑动安装在Y轴光杆上，且Y轴步进电机驱动X轴安装台在Y轴光杆上滑动，Z轴安装台上设置有Z轴光杆、Z轴滚珠丝杆、Z轴步进电机，Y轴安装台滑动安装在Z轴光杆、Z轴滚珠丝杆上并与Z轴滚珠丝杆螺纹配合，Z轴步进电机与Z轴滚珠丝杆传动连接。

本发明能减小打印头在微进时的误差，尽可能的消除回程误差，同时增加了整体结构的稳固性。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

具体实施方式

如图1所示。3D打印机用滚珠丝杆式串行结构快速成型结构，在3D打印机中Z轴丝杠采用滚珠丝杆。包括有X轴安装台、Y轴安装台、Z轴安装台，X轴安装台上设置有X轴光杆1、X轴步进电机2，X轴光杆1上滑动安装有3D打印头3，且X轴步进电机2驱动3D打印头3在X轴光杆1上滑动，Y轴安装台上设置有Y轴光杆4、Y轴步进电机5，X轴安装台滑动安装在Y轴光杆4上，且Y轴步进电机5驱动X轴安装台在Y轴光杆4上滑动，Z轴安装台上设置有Z轴光杆6、Z轴滚珠丝杆7、Z轴步进电机8，Y轴安装台滑动安装在Z轴光杆6、Z轴滚珠丝杆7上并与Z轴滚珠丝杆7螺纹配合，Z轴步进电机8与Z轴滚珠丝杆7传动连接。

本发明在传送***中使用了先进的滚珠丝杆。滚珠丝杆并非是一种崭新的技术，滚珠丝杆是工业级零件。相较于普通的滑动丝杆，滚珠丝杆在丝杠轴与丝杠螺母之间加入了很多滚珠，这些滚珠在丝杆轴与螺母之间滚动。所以在传动效率上有很大优势。换言之启动力矩极小，只有普通丝杆的三分之一。当步进电机微进时更为顺滑。同时也是以为内这个原因可以实现打印头的高速运动，提高打印速度。

选用滚珠丝杆还有一个好处，增加整体稳固性。因为滚珠丝杆的工作原理，滚珠丝杆的生产规格很高，间接上保证了其质量。滚珠的斥力又可以使丝杆的刚性增强。正因得益于此，辅以较高强度的PVC材料，在装配时可以增加紧锁强度，从而增进总体机械强度（稳固性），最终反映在打印精度上。

在使用时，软件控制三轴上的步进电机，实现空间定位。再控制打印头挤出定量的树脂等材料，即可完成最小单位的打印。

然后无数个最小单位拼接成一个平面层，在完成一层后，***转而打印下一层。这样子逐层叠加到一起就制作出了一个立体的物体了。在我们的机型中各个打印层是按照Z轴排列的。打印过程中，打印头换层时，Z轴移动的精确程度很大程度上决定了打印物体的精细程度。而Z轴选用高规格，工业级的滚珠丝杆可以有效的减少误差。

无论是打印头在XY平面内移动，又或者是在Z轴上运动。因为力与反作用力的原因，无可避免的带来了震动。此时选用高强度的滚珠丝杆，本身可以作为结构件使用。如果仅仅是框架结构，在紧锁固定时会产生形变，空腔结构也易产生共振，影响精度。而高刚性的滚珠丝杆可以作为骨架，就像人体骨骼一般。辅助以超厚PVC外壳，最终组合出一个高机械强度的结构，可以有效的减少震动带来的误差。

同时也因为滚珠丝杆的传送效率是普通丝杆的三倍，接近于传送带90%的效率。在同等扭力的步进电机驱动下，移动速度可以更高，因此带来了高速特性。

Claims (1)

1.3D打印机用滚珠丝杆式串行结构快速成型结构，其特征在于：在3D打印机中Z轴丝杆采用滚珠丝杆；

　所述的一种3D打印机用滚珠丝杆式串行结构快速成型结构：包括有X轴安装台、Y轴安装台、Z轴安装台，X轴安装台上设置有X轴光杆、X轴步进电机，X轴光杆上滑动安装有3D打印头，且X轴步进电机驱动3D打印头在X轴光杆上滑动，Y轴安装台上设置有Y轴光杆、Y轴步进电机，X轴安装台滑动安装在Y轴光杆上，且Y轴步进电机驱动X轴安装台在Y轴光杆上滑动，Z轴安装台上设置有Z轴光杆、Z轴滚珠丝杆、Z轴步进电机，Y轴安装台滑动安装在Z轴光杆、Z轴滚珠丝杆上并与Z轴滚珠丝杆螺纹配合，Z轴步进电机与Z轴滚珠丝杆传动连接。