CN104369383A - 旋转式3d打印机 - Google Patents

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Abstract

一种旋转式3D打印机，属于熔融堆积快速成型设备。包括底座，其上设载物台；打印头平台驱动机构，设在底座上；打印头，设在打印头平台驱动机构上，打印头平台驱动机构包括直线电机座、直线电机、旋转电机座、旋转电机、旋转臂和打印头平台水平移动电机，直线电机座固定在底座上，直线电机设在直线电机座朝向旋转臂的一侧，旋转电机座固定在直线电机上，旋转电机固定在旋转电机座上，旋转电机轴与旋转臂朝向直线电机的一端固定，旋转臂的另一端对应载物台的上方，打印头平台水平移动电机设在旋转臂朝向载物台的一侧，打印头固定在打印头平台水平移动电机上。提高打印速度；空间利用率高；打印高精度的零件；能精确控制半径、角度和高度。

Description

旋转式3D打印机
技术领域
 本发明属于熔融堆积快速成型设备技术领域，具体涉及一种旋转式3D打印机。
背景技术
由于3D打印综合了数字建模技术、机电控制技术、信息技术、材料科学与化学等诸方面的前沿技术知识，使大规格的个性化生产成为可能并且引领着全球制造业经济的重大变革，因而广泛受到人们的关注。3D打印机是3D打印的核心设备，其是以数字模型文件为基础运用耗材（耗材如：粉末状金属材料、塑料、陶瓷、砂之类的可粘合材料）通过逐层打印的方式构建物体，即在计算机的控制下根据工件的三维模型直接成形三维实体，无需传统的加工机床之类的装备及其工装模具、工装夹具等。
打印喷头是3D打印机中用于输出耗材的部件，其与打印平台之间的关系需满足X、Y和Z三个方向的自由度的运动要求。公知的3D打印机大都使用旋转步进电机加上同步带使打印喷头实现X、Y和Z三个方向的运动，这种结构形式的3D打印机存在以下欠缺：其一、零部件数目多，结构复杂，空间利用率低；其二、控制精度相对较低并且打印速度慢，影响构建物体的效率。
在公开的中国专利文献中可见诸关于3D打印机的技术信息，如发明专利申请公布号CN103317726A推荐有“3D打印机的喷头传动机构及具有该机构的3D打印机”，该专利申请方案的喷头传动机构由电机、传动轮和传动带（同步带）构成，具体可参见该专利申请的说明书第0025至0029段。又如授权公告号CN203485190U提供有“一种基于并联机构的3D打印机”，该专利方案由于采用了伺服电机（说明书第0016段），因而不仅体积大，而且对打印喷头的空间位置控制的可靠性低。进而如发明专利申请公布号CN103862679A介绍有“3D打印机”，该专利申请在其说明书第0004段中对前述CN103317726A作了评价，并且其提供的技术方案（说明书第0006至0012段）克服了CN103317726A的弊端，但是由于该专利申请方案使用了步进电机驱使打印喷头动作，因而对打印喷头的控制精度以及驱使打印喷头运动的速度均难以达到业界期望的效果。
鉴于上述已有技术存在的不足，本申请人作了有益的设计，并且形成了下面将要介绍的技术方案。
发明内容
本发明的任务在于提供一种有助于显著提高打印速度而藉以满足工业化批量生产要求、有利于显著减少零部件的数目而藉以使结构趋于紧凑并且提高空间利用率、有益于保障打印精度而藉以满足对精密部件的打印要求、有便于变传统的笛卡儿坐标运动平台模式为极坐标运动模式而藉以满足对空间打印的严苛要求的旋转式3D打印机。
本发明的任务是这样来完成的，一种旋转式3D打印机，包括一底座，在该底座上并且位于底座朝向上的一侧设置有一用于承载打印物的载物台；一打印头平台驱动机构，该打印头平台驱动机构设置在所述的底座上；一打印头，该打印头在对应于所述载物台的上方的位置设置在打印头平台驱动机构上，特征在于：所述的打印头平台驱动机构包括直线电机座、直线电机、旋转电机座、旋转电机、旋转臂和打印头平台水平移动电机，直线电机座以纵向状态固定在所述底座上，直线电机设置在直线电机座朝向旋转臂的一侧，旋转电机座固定在直线电机上，旋转电机固定在旋转电机座上，并且该旋转电机的旋转电机轴与旋转臂朝向直线电机的一端固定连接，而旋转臂的另一端以水平悬臂状态对应于所述载物台的上方，打印头平台水平移动电机设置在旋转臂朝向载物台的一侧，所述的打印头通过打印头平台固定在打印头平台水平移动电机上。
在本发明的一个具体的实施例中，所述的直线电机包括一组直线电机定子、直线电机动子和一对直线电机导轨，一组直线电机定子沿着所述直线电机座的高度方向自上而下间隔固定于直线电机座朝向所述旋转臂的一侧，直线电机动子在与所述的一组直线电机定子相配合的状态下与一对直线电机导轨滑动配合，而一对直线电机导轨彼此纵向并行并且在分别对应于一组直线电机定子的两侧的位置与所述直线电机座固定，所述的旋转电机座与直线电机动子朝向所述旋转臂的一侧固定。
在本发明的另一个具体的实施例中，在所述的直线电机动子上并且在对应于所述的一对直线电机导轨的位置固定有直线电机动子滑块，该直线电机动子滑块与一对直线电机导轨滑动配合。
在本发明的又一个具体的实施例中，所述的一组直线电机定子为磁铁。
在本发明的再一个具体的实施例中，所述的打印头水平移动电机包括一组水平移动电机定子、水平移动电机动子和一对水平移动电机导轨，一组水平移动电机定子沿着所述旋转臂朝向所述载物台的一侧的长度方向间隔固定于旋转臂上，水平移动电机动子在与一组水平移动电机定子相配合的状态下与一对水平移动电机导轨滑动配合，而一对水平移动电机导轨彼此横向并行并且在分别对应于一组水平移动电机定子的两侧的位置与旋转臂固定，所述打印头平台携所述打印头与所述水平移动电机动子朝向所述载物台的一侧固定。
在本发明的还有一个具体的实施例中，在所述的水平移动电机动子上并且在对应于所述的一对水平移动电机导轨的位置固定有水平移动电机动子滑块，该水平移动电机动子滑块与一对水平移动电机导轨滑动配合。
在本发明的更而一个具体的实施例中，所述的一组水平移动电机定子为磁铁。
在本发明的进而一个具体的实施例中，在所述打印头平台背对所述水平移动电机动子的一侧并且在对应于所述打印头的位置固定有一风扇。
在本发明的又更而一个具体的实施例中，所述的风扇为压电喷射风扇或叶片式风扇。
在本发明的又进而一个具体的实施例中，在所述的打印头上设置有电加热器，并且在电加热器上设置有电加热棒和温度传感器。
本发明提供的技术方案的技术效果之一，由于采用了结构合理的打印头平台驱动机构，从而摒弃了已有技术中通过同步带传动使打印头平台运动的模式，并且离极坐标原点越近，速度越快，于是十分有助于提高打印速度而得以满足工业化批量生产要求；之二，由于整体结构简练，因而空间利用率得以显著提高；之三，由于旋转臂可在直线电机的控制下作上下运动，同时可由旋转电机控制其旋转运动，因而十分有利于打印高精度的零件；之四，由于整体结构表现为极坐标系模式，因而能精确地控制半径、角度和高度而藉以满足3D打印的严苛要求。
附图说明
图1为本发明的实施例结构图。
具体实施方式
为了使专利局的审查员尤其是公众能够更加清楚地理解本发明的技术实质和有益效果，申请人将在下面以实施例的方式作详细说明，但是对实施例的描述均不是对本发明方案的限制，任何依据本发明构思所作出的仅仅为形式上的而非实质性的等效变换都应视为本发明的技术方案范畴。
请参见图1，在图1中示出了本发明旋转式3D打印机的结构体系的一底座1，在该底座1上并且位于底座1朝向上的一侧设置有一用于承载打印物的载物台11，该载物台11亦称打印平台，作为优选地方案还可在底座1的底部设置底座腾空凸缘12；一打印头平台驱动机构2，该打印头平台驱动机构2设置在前所述的底座1上；一打印头3，该打印头3在对应于所述载物台11的上方的位置设置在打印头平台驱动机构2上。
作为本发明提供的技术方案的技术要点：前述的打印头平台驱动机构2的结构体系包括：直线电机座21、直线电机22、旋转电机座23、旋转电机24、旋转臂25和打印头平台水平移动电机26，直线电机座21以纵向状态固定在前述底座1朝向上的一侧，直线电机22设置在直线电机座21朝向旋转臂25的一侧即朝向载物台11的一侧，旋转电机座23固定在直线电机22上，旋转电机24由旋转电机固定螺钉242固定在旋转电机座23上，并且该旋转电机24的旋转电机轴241与旋转臂25朝向直线电机22的一端固定连接，而旋转臂25的另一端以水平悬臂状态对应于载物台11的上方，打印头平台水平移动电机26设置在旋转臂25朝向载物台11的一侧，前述的打印头3通过打印头平台31固定在打印头平台水平移动电机26上。
继续见图1，前述的直线电机21包括一组直线电机定子221、直线电机动子222和一对直线电机导轨223，一组直线电机定子221沿着所述直线电机座21的高度方向自上而下（也可以称自下而上）间隔固定于直线电机座21朝向旋转臂25的一侧，直线电机动子222在与一组直线电机定子221相配合的状态下与一对直线电机导轨223滑动配合，而一对直线电机导轨223彼此纵向并行并且在分别对应于一组直线电机定子221的两侧的位置采用固定螺钉2231与直线电机座21固定，前述的旋转电机座23采用旋转电机座螺钉231与直线电机动子222朝向旋转臂25的一侧固定。在前述的直线电机动子222上并且在对应于一对直线电机导轨223的位置固定有直线电机动子滑块2221（一对），该直线电机动子滑块2221与一对直线电机导轨223滑动配合。
通过上述说明，毫无疑问可以确定前述的一组直线电机定子221为磁铁。
仍见图1，前述的打印头水平移动电机26包括一组水平移动电机定子261、水平移动电机动子262和一对水平移动电机导轨263，一组水平移动电机定子261沿着旋转臂25朝向前述载物台11的一侧（即图示状态朝向下的一侧）的长度方向间隔固定于旋转臂25上，水平移动电机动子262在与一组水平移动电机定子261相配合的状态下与一对水平移动电机导轨263滑动配合，而一对水平移动电机导轨263彼此横向并行并且在分别对应于一组水平移动电机定子261的两侧的位置采用螺钉（图中未示出）与旋转臂25固定，前述打印头平台31连同打印头3与水平移动电机动子262朝向载物台11的一侧固定。
由图1所示，在前述的水平移动电机动子262上并且在对应于前述的一对水平移动电机导轨263的位置固定有水平移动电机动子滑块2621，该水平移动电机动子滑块2621与一对水平移动电机导轨263滑动配合。
通过上述说明，毫无疑问可以确定前述的一组水平移动电机定子261为磁铁。
进而由图1所示，在前述打印头平台31背对前述水平移动电机动子262的一侧并且在对应于所述打印头3的一侧的位置固定有一风扇311，具体是：风扇311与风扇座3111固定，而且风扇座3111通过风扇座螺钉31111与打印头平台31固定。
在本实施例中，前述的风扇311为压电喷射风扇。
由于压电喷射风扇使用的是双压电原理，因而可将其称为“双压电冷却喷射风扇”，又由于双压电冷却喷射风扇属于散热器范畴，因而可以将其理解为一个向电子设备喷射高速空气的微流风箱。这种压电喷射风扇是由美国通用电气GE公司率先推出的，简称DCJ（全称：DualPiezoelectruc Cooling Jets），厚度仅为4㎜，功耗相对于轴承叶片式风扇可减少一倍以上，但散热效率提高了十倍以上，可用于下一代超薄型平板电脑和超薄型笔记本电脑中。本申请的发明人将其应用于3D打印机，经实验证明对于加快熔融材料的固化速度具有良好的积极意义。申请人需要说明的是：如果将叶片式风扇（即轴承叶片式风扇）替代压电喷射风扇，则应当视为等同替换。
图1中还示出了设置在前述的打印头3上的电加热器32，并且在电加热器32上设置有电加热棒321和温度传感器322。
在实施打印时，按设定的程序，由直线电机22使旋转臂25上下运动，由旋转电机24使旋转臂25作旋转运动，由打印头水平移动电机26使打印头3水平运动，从而由打印头3在载物台11上打印出所需的零件。
综上所述，本发明提供的技术方案克服了已有技术中的欠缺，完成了发明任务，客观地体现了申请人在上面的技术效果栏中载述的技术效果，不失为是一个极致的技术方案。

Claims (10)

1.一种旋转式3D打印机，包括一底座(1)，在该底座(1)上并且位于底座(1)朝向上的一侧设置有一用于承载打印物的载物台(11)；一打印头平台驱动机构(2)，该打印头平台驱动机构(2)设置在所述的底座(1)上；一打印头(3)，该打印头(3)在对应于所述载物台(11)的上方的位置设置在打印头平台驱动机构(2)上，其特征在于：所述的打印头平台驱动机构(2)包括直线电机座(21)、直线电机(22)、旋转电机座(23)、旋转电机(24)、旋转臂(25)和打印头平台水平移动电机(26)，直线电机座(21)以纵向状态固定在所述底座(1)上，直线电机(22)设置在直线电机座(21)朝向旋转臂(25)的一侧，旋转电机座(23)固定在直线电机(22)上，旋转电机(24)固定在旋转电机座(23)上，并且该旋转电机(24)的旋转电机轴(241)与旋转臂(25)朝向直线电机(22)的一端固定连接，而旋转臂(25)的另一端以水平悬臂状态对应于所述载物台(11)的上方，打印头平台水平移动电机(26)设置在旋转臂(25)朝向载物台(11)的一侧，所述的打印头(3)通过打印头平台(31)固定在打印头平台水平移动电机(26)上。
2.根据权利要求1所述的旋转式3D打印机，其特征在于所述的直线电机(21)包括一组直线电机定子(221)、直线电机动子(222)和一对直线电机导轨(223)，一组直线电机定子(221)沿着所述直线电机座(21)的高度方向自上而下间隔固定于直线电机座(21)朝向所述旋转臂(25)的一侧，直线电机动子(222)在与所述的一组直线电机定子(221)相配合的状态下与一对直线电机导轨(223)滑动配合，而一对直线电机导轨(223)彼此纵向并行并且在分别对应于一组直线电机定子(221)的两侧的位置与所述直线电机座(21)固定，所述的旋转电机座(23)与直线电机动子(222)朝向所述旋转臂(25)的一侧固定。
3.根据权利要求2所述的旋转式3D打印机，其特征在于在所述的直线电机动子(222)上并且在对应于所述的一对直线电机导轨(223)的位置固定有直线电机动子滑块(2221)，该直线电机动子滑块(2221)与一对直线电机导轨(223)滑动配合。
4.根据权利要求2所述的旋转式3D打印机，其特征在于所述的一组直线电机定子(221)为磁铁。
5.根据权利要求1所述的旋转式3D打印机，其特征在于所述的打印头水平移动电机(26)包括一组水平移动电机定子(261)、水平移动电机动子(262)和一对水平移动电机导轨(263)，一组水平移动电机定子(261)沿着所述旋转臂(25)朝向所述载物台(11)的一侧的长度方向间隔固定于旋转臂(25)上，水平移动电机动子(262)在与一组水平移动电机定子(261)相配合的状态下与一对水平移动电机导轨(263)滑动配合，而一对水平移动电机导轨(263)彼此横向并行并且在分别对应于一组水平移动电机定子(261)的两侧的位置与旋转臂(25)固定，所述打印头平台(31)携所述打印头(3)与所述水平移动电机动子(262)朝向所述载物台(11)的一侧固定。
6.根据权利要求5所述的旋转式3D打印机，其特征在于在所述的水平移动电机动子(262)上并且在对应于所述的一对水平移动电机导轨(263)的位置固定有水平移动电机动子滑块(2621)，该水平移动电机动子滑块(2621)与一对水平移动电机导轨(263)滑动配合。
7.根据权利要求5所述的旋转式3D打印机，其特征在于所述的一组水平移动电机定子(261)为磁铁。
8.根据权利要求5所述的旋转式3D打印机，其特征在于在所述打印头平台(31)背对所述水平移动电机动子(262)的一侧并且在对应于所述打印头(3)的位置固定有一风扇(311)。
9.根据权利要求8所述的旋转式3D打印机，其特征在于所述的风扇(311)为压电喷射风扇或叶片式风扇。
10.根据权利要求1或5或8所述的旋转式3D打印机，其特征在于在所述的打印头(3)上设置有电加热器(32)，并且在电加热器(32)上设置有电加热棒(321)和温度传感器(322)。
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