CN106239918B - 一种双转轴3d打印平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种双转轴3D打印平台，可完成对零件侧边部分的打印。所述双转轴3D打印平台，是采用两台步进电机分别带动工作台既可绕自身垂直轴旋转，又可在自转的同时，实现平台绕水平中轴上下俯仰倾斜，另一方面，所述3D打印平台通过滚珠丝杠带动沿Z轴升降，从而实现对打印零件的侧边部分精确完整的打印，结构简单，设计合理，且控制方便，打印时无须加支撑材料，减少常规打印机所需的前处理和后处理工序，提高了打印件质量，扩大了该种打印机的应用领域。

Description

一种双转轴3D打印平台

技术领域

本发明涉及一种双转轴3D打印平台，具体涉及一种可用于复杂零件和带侧面零件打印的直角桌面3D打印机的打印平台，属3D打印机技术领域。

背景技术

3D打印近年来得到快速发展，3D打印技术颠覆了传统的减材制造模式，通过增材的方式，可简单快捷地加工出形状复杂的零件，大大降低了劳动时间和材料成本。与此同时，更为广泛的应用领域让3D打印技术在未来的发展中成为一种必然趋势，只要设计者有需求，就可以通过3D打印技术实现。

直角桌面3D打印机具备结构简单、制造成本低、体积小、易学易操作等特点。通常情况下，直角桌面3D打印机使用三台电机分别控制打印头在X,Y,Z三个方向的移动,并使用第四台电机作为挤出机为打印头提供丝料，其工作台一般为固定式的水平工作台。该类型3D打印机的不足之处在于：固定式水平工作台仅能打印规则的零件，一般情况下不能直接打印有悬空结构的零部件，针对有悬空结构的零部件打印方法是，在悬空区域另加支撑材料，以满足其打印需求，这种处理方式使得处理过程变得复杂，零件周边有大量支撑材料难以处理干净，而且有些支撑材料并非是完全按设计者意愿添加，因此会对零件整体结构造成破坏。以公知的自动加支撑材料或者是手动加支撑3D打印机为例，自动加支撑可能使原本需要的孔洞堵塞，难以清除支撑料，破坏了整体结构，且清扫支撑材料不方便；手动加支撑材料又使工作量加大，增加了劳动成本。两者的后处理工艺过程都非常麻烦，难以测底清除支撑材料，降低了零件表面粗糙度和光洁度，影响了打印件使用效果和整体质量，并制约着3D打印应用领域。

中国发明专利《一种具有曲面加工特性的3D打印机》(201610344610.2)是通过机座平台倾斜，以及3D打印机主体上喷嘴的移动，对工件悬臂和空腔曲面打印件进行无需支撑物的打印，然而该机座平台的倾斜是通过三角支架上运动件的升降实现，无论从结构上还是操控方面都显得很复杂；发明专利《一种3D打印机的打印平台》(201610451379.7)公开的仅是信托齿轮多级传动带动打印平台旋转方案，无法实现复杂构件的无需支撑物打印。

发明内容

本发明目的是针对背景技术提出问题，克服当前直角坐标3D打印机打印带侧边零件时必须加支撑材料和后处理支撑部分不便的难题，设计一种双转轴3D打印平台，可完成对零件侧边部分的打印。所述双转轴3D打印平台，是采用两台步进电机分别带动工作台既可绕自身垂直轴旋转，又可在自转的同时，实现平台绕水平中轴上下俯仰倾斜，另一方面，所述3D打印平台通过滚珠丝杠带动沿Z轴升降，从而实现对打印零件的侧边部分精确完整的打印，结构简单，设计合理，且控制方便，打印时无须加支撑材料，减少常规打印机所需的前处理和后处理工序，提高打印件的质量。

本发明的技术方案是：一种双转轴3D打印平台，包括：平台组合体(5)，以及驱动平台组合体(5)升降机构、自转及俯仰倾斜机构，还包括左侧支撑板(7)和右侧支撑板(8)；所述升降机构包括：滚珠丝杠(6)、光杆、丝杠驱动步进电机，所述平台组合体(5)连接在左右侧支撑板之间，所述左侧支撑板(7)和右侧支撑板(8)上均有丝杠螺母和光杆套筒，所述滚珠丝杠(6)与丝杠螺母配合、所述光杆与光杆套筒配合，当步进电机驱动滚珠丝杠(6)旋转时，滚珠丝杠(6)丝杠螺母带动左右侧支撑板沿Z轴升降，由此带动平台组合体(5)沿Z轴升降；所述平台组合体(5)包括：俯仰电机(5.1)、自转电机(5.2)、旋转热床(5.3)、支撑板(5.4)、固定板(5.5)、调平旋钮(5.6)、弹簧(5.7)；所述固定板(5.5)与支撑板(5.4)的四角上安装有调平旋钮(5.6)及弹簧(5.7)；其特征在于：

所述固定板(5.5)左侧中部固连有左旋转轴，所述左旋转轴与俯仰电机(5.1)输出端直连，固定板(5.5)右侧中部固连有右旋转轴，所述右旋转轴通过轴承和轴承座定位在右侧支撑板(8)上；所述俯仰电机(5.1)固定在左侧支撑板(7)上；所述自转电机(5.2)固连在固定板(5.5)的中心，自转电机(5.2)输出轴再与旋转热床(5.3)连接；所述旋转热床(5.3)嵌入支撑板(5.4)中部；

打印作业时，所述自转电机(5.2)驱动旋转热床(5.3)正反向旋转，所述俯仰电机(5.1)驱动旋转热床(5.3)以左右旋转轴为中心旋转，由此构成旋转热床(5.3)的自转及俯仰倾斜动作。

本发明有益效果是：本发明一种双转轴3D打印平台，可实现升、降、俯、仰及自转五个自由度动作，并各动作均通过步进电驱动并准确控制，完全可实现对打印件侧边的打印，避免了加支撑和繁琐的后处理过程，提高了零件的一次成型率和零件的质量。

附图说明

图1是本发明实施例“一种双转轴3D打印平台”安装在直角3D打印机上轴侧图；

图2是平台组合体安装及驱动结构示意图；

图3是平台组合体***视图；

图4是图2前视图；

图5是图2左视图；

图6是图2后视图。

附图中标记说明：1—机架，2—3D打印头，3—打印头纵向滑杆，4—打印头横向滑杆，5—平台组合体，6—滚珠丝杠，7—左侧支撑板，8—右侧支撑板；

5.1—俯仰电机，5.2—自转电机，5.3—旋转热床，5.4—支撑板，5.5—固定板，5.6—调平旋钮，5.7—弹簧。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例作进一步说明，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内，本技术方案中未详细述及的，均为公知技术。

参见图1～图6，本发明一种双转轴3D打印平台，可克服当前直角坐标3D打印机打印带侧边零件时必须加支撑材料和后处理支撑部分不便的难题，完成对零件侧边部分的打印。该打印平台采用两台步进电机分别带动，既可绕自身垂直轴旋转，又可在自转的同时，实现平台绕水平中轴上下俯仰倾斜，从而实现对打印零件的侧边部分精确完整的打印，无须加支撑材料，减少常规打印机所需的前处理和后处理工序，提高了打印质量。如图1所示，所述平台安装在直角坐标3D打印机中，所述3D打印机包括：机架1、3D打印头2、打印头纵向滑杆3、打印头横向滑杆4、平台组合体5。所述打印头2通过打印头纵向滑杆3和打印头横向滑杆4悬挂且可在固定平面中沿X、Y坐标任意行走。机架1的左右两侧对称布置有起导轨作用的四根光杆，还有两根滚珠丝杠6、左侧支撑板7和右侧支撑板8，所述左右侧支撑板的两端固连光杆套筒、中部有丝杠螺母。所述滚珠丝杠下端直连丝杠驱动步进电机，所述滚珠丝杠6与丝杠螺母配合、光杆与光杆套筒配合，当丝杠驱动步进电机驱动滚珠丝杠6旋转时，滚珠丝杠6通过丝杠螺母带动左右侧支撑板沿Z轴升降。

参见附图2和附图3，所述平台组合体5包括：俯仰电机5.1、自转电机5.2、旋转热床5.3、支撑板5.4、固定板5.5、调平旋钮5.6、弹簧5.7。所述固定板5.5与支撑板5.4的四角上安装有调平旋钮5.6及弹簧5.7，所述调平旋钮5.6用于调整旋转热床5.3及支撑板5.4在初始状态时的水平姿态。

所述固定板5.5左侧中部固连有左旋转轴，所述左旋转轴与俯仰电机5.1输出端直连，固定板5.5右侧中部固连有右旋转轴，所述右旋转轴通过轴承和轴承座定位在右侧支撑板8上；所述俯仰电机5.1固定在左侧支撑板7上；所述自转电机5.2固连在固定板5.5的中心，自转电机5.2输出轴再与旋转热床5.3连接；所述旋转热床5.3嵌入支撑板5.4中部；当左右侧支撑板在丝杠螺母驱动下沿Z轴升降时，所述平台组合体5亦随着升降。

打印作业时，，打印件位于旋转热床5.3上，所述自转电机5.2驱动旋转热床5.3正反向旋转，所述俯仰电机5.1驱动旋转热床5.3以左右旋转轴为中心旋转，由此构成旋转热床5.3的自转及俯仰倾斜动作。

打印开始阶段，通过调平旋钮5.6把工作台固定板5.5调平，开机后挤出机把料提供给打印头2，当熔融材料从打印头2中流出时，方可正常打印工作。

本发明一种双转轴3D打印平台，根据步进电机带电子锁原理，可实现升、降、俯、仰及自转五个自由度动作，且各动作均通过步进电驱动并准确控制，完全可实现对打印件侧边的打印，避免了加支撑和繁琐的后处理过程，提高了零件的一次成型率和零件的质量。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“固连”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

Claims (1)

1.一种双转轴3D打印平台，包括：平台组合体（5），以及驱动平台组合体（5）升降机构、自转及俯仰倾斜机构，还包括左侧支撑板（7）和右侧支撑板（8）；所述升降机构包括：滚珠丝杠（6）、光杆、丝杠驱动步进电机，所述平台组合体（5）连接在左右侧支撑板之间，所述左侧支撑板（7）和右侧支撑板（8）上均有丝杠螺母和光杆套筒，所述滚珠丝杠（6）与丝杠螺母配合、所述光杆与光杆套筒配合，当步进电机驱动滚珠丝杠（6）旋转时，滚珠丝杠（6）丝杠螺母带动左右侧支撑板沿Z轴升降，由此带动平台组合体(5)沿Z轴升降； 所述平台组合体（5）包括：俯仰电机（5.1）、自转电机（5.2）、旋转热床（5.3）、支撑板（5.4）、固定板（5.5）、调平旋钮（5.6）、弹簧（5.7）；其特征在于：

所述固定板（5.5）左侧中部固连有左旋转轴，所述左旋转轴与俯仰电机（5.1）输出端直连，固定板（5.5）右侧中部固连有右旋转轴，所述右旋转轴通过轴承和轴承座定位在右侧支撑板（8）上；所述俯仰电机（5.1）固定在左侧支撑板（7）上；所述自转电机（5.2）固连在固定板（5.5）的中心，自转电机（5.2）输出轴再与旋转热床（5.3）连接；所述旋转热床（5.3）嵌入支撑板（5.4）中部；

所述自转电机（5.2）和俯仰电机（5.1）用于驱动旋转热床（5.3）自转及俯仰倾斜动作。