CN106515019A - 3d打印机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种3D打印机，包括立柱组件、纵梁组件以及横梁组件。由于纵梁组件和横梁组件安装在立柱组件上，且立柱组件上设有Z轴驱动装置；打印头安装在横梁上，打印头的重心与横梁组件的重心相距很近，打印头在Z轴方向上只做短距离移动，使得纵梁组件和横梁组件驱动打印头高加速度打印时，打印头几乎不会振荡，即稳定的打印头可实现高精度打印，同时立柱组件驱动打印头在Z轴方向运动，使得打印头能够打印很高的产品。

Description

3D打印机

技术领域

本发明涉及一种3D打印机设备，具体涉及3D打印机。

背景技术

大型机床为了实现悬挂的加工头在X、Y和Z轴三个方向运动，需要X、Y和Z轴三个方向的驱动装置，现有的大型机床中主要包括两大类结构，第一类为动梁式，Y轴驱动滑轨设置在下端，龙门式框架安装在下端的Y轴驱动滑轨上，X和Z轴的驱动装置安装在龙门式框架上，龙门式框架沿Y轴方向移动，工作台不动，这种结果由于龙门框架以及X轴和Z轴等驱动机构体积和重量都比较大，重心偏高，而这些机构是沿着Y轴移动，Y轴驱动轨道设置在靠近地面的下端，从而导致重心远高于驱动平面，不适合高速运动。第二类动台式，工作台安装在Y轴轨道上，龙门式框架固定地横跨在工作台的上方，X轴和Z轴安装在龙门式框架的横梁上，工作台可沿Y轴移动，此机构的工作台需要移动，而对于大型机床的工作台而言，工作台的体积和重量都非常大也不适合高速移动。因此现有技术的大型机床的驱动架无法满足3D打印机的精度需求。

发明内容

本发明提供一种结构稳定且能够满足高速运动的3D打印机。

一种实施例中提供一种3D打印机，包括驱动架和打印头，驱动架包括：

立柱组件，其包括立柱和对应安装在立柱上的Z轴驱动装置；

纵梁组件，其包括纵梁和对应安装在纵梁上的Y轴驱动装置；纵梁可沿Z轴移动地安装在立柱上，Z轴驱动装置驱动纵梁沿Z轴方向移动；

以及横梁组件，其包括横梁和对应安装在横梁上的X轴驱动装置，横梁可沿Y轴移动地安装在纵梁上，Y轴驱动装置驱动横梁沿Y轴方向移动；打印头可沿X轴移动地安装在横梁上，X轴驱动装置驱动打印头沿X轴方向移动。

进一步地，3D打印机还包括控制器，控制器分别与X轴驱动装置、Y轴驱动装置和Z轴驱动装置电连接，控制器用于控制X轴驱动装置、Y轴驱动装置和Z轴驱动装置驱动打印头移动打印。

进一步地，3D打印机还包括配重装置，纵梁上安装有配重装置，配重装置为配重液压缸，配重液压缸与控制器电连接，控制器控制配重液压缸实时配重，使得纵梁始终保持水平平衡。

进一步地，3D打印机还包括压力传感器，压力传感器安装在纵梁两端，用于检测纵梁两端的压力信号；压力传感器与控制器电连接，控制器用于获取压力信号，并根据压力信号控制配重装置实时配重。

进一步地，X轴驱动装置、Y轴驱动装置和Z轴驱动装置均包括电机、丝杆、滚珠螺母、导轨和滑块，电机与滚珠螺母连接，滚珠螺母安装在丝杆上，滑块安装在导轨上。

进一步地，横梁上还设有辅助Z轴组件，打印头通过辅助Z轴组件安装在X轴驱动装置上，打印头在横梁还可沿Z轴移动。

依据上述实施例的3D打印机，由于纵梁组件和横梁组件安装在立柱组件上，且立柱组件上设有Z轴驱动装置；打印头安装在横梁上，打印头的重心与横梁组件的重心相距很近，打印头在Z轴方向上只做短距离移动，使得纵梁组件和横梁组件驱动打印头高加速度打印时，打印头几乎不会振荡，即稳定的打印头可实现高精度打印，同时立柱组件驱动打印头在Z轴方向运动，使得打印头能够打印很高的产品。

附图说明

图1为一种实施例中的3D打印机结构示意图；

图2为一种实施例中的3D打印机的结构框图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

在本发明实施例中提供了一种3D打印机，本驱动架的Z轴方向可稳定缓慢移动，在X轴和Y轴可高速稳定移动，能够满足3D打印机的需求，本驱动架也可用于其他设备上。

如图1所示，3D打印机主要包括立柱组件1、纵梁组件2和横梁组件3。立柱组件1可安装在机床底盘上，纵梁组件2安装在立柱组件1上，横梁组件3安装在纵梁组件2上。立柱组件1、纵梁组件2和横梁组件3的具体结构和安装关系如下:

优选的，立柱组件1包括四个矩阵分布的立柱11和Z轴驱动装置12，四个立柱11竖直设置，四个立柱11下端通过底盘固定在一起，四个立柱11形成一个方形分布，每个立柱11上安装有一个Z轴驱动装置12。Z轴驱动装置12包括电机、丝杆、导轨和滑块，电机通过安装座安装在立柱11的上端，电机的输出轴向下竖直设置，丝杆固定在电机输出轴上，丝杆与立柱平行。导轨通过螺钉固定在立柱11上，导轨与丝杆平行设置。纵梁21上设有螺纹孔，纵梁21通过螺纹孔与丝杆上的传动螺母连接，滑块与导轨滑动连接。四个立柱11上的Z轴驱动装置12的滑块同步沿Z轴方向移动。在其他实施例中，立柱组件1可包括6个或者多个矩阵分布的立柱11提高立柱组件1的承载能力或无限制的增加行程。

纵梁组件2包括两个平行的纵梁21和Y轴驱动装置22，纵梁21的两端分别固定安装在Z轴驱动装置12的滑块上，两个纵梁21分别安装在四个Z轴驱动装置12的滑块上，且两个纵梁21处于水平及平行位置。纵梁21也可以与Z轴驱动装置12的滑块为一体式结构，或者纵梁21通过安装座固定安装在Z轴驱动装置12的滑块上。Y轴驱动装置22包括电机、丝杆、滚珠螺母、导轨和滑块，丝杆和导轨固定安装在纵梁21上，滚珠螺母可转动地安装在横梁31上，滑块固定安装在横梁31上，滚珠螺母可旋转移动地安装在丝杆上，滑块可滑动地安装在导轨上，电机安装在横梁31上，电机与滚珠螺母连接，电机驱动滚珠螺母转动，从而滚珠螺母带动横梁31沿Y轴方向移动。

横梁组件3包括一个横梁31和X轴驱动装置32，横梁31的两端分别固定安装在Y轴驱动装置22的滑块上，横梁31与纵梁21垂直。X轴驱动装置32包括电机、丝杆、滚珠螺母、导轨和滑块，丝杆固定安装在横梁31上，丝杆与横梁31平行，电机的输出轴上安装有一个小同步带轮，丝杆上对应位置上的滚珠螺母上也固定有一个同心的大带轮，该大带轮可旋转地安装在横梁31上，两个带轮通过同步皮带连接，电机通过小带轮驱动大带轮转动，大带轮带动打印头4的安装座沿X轴方向移动。打印头4通过安装座安装在X轴驱动装置32的滑块上，打印头4的位于横梁31的一侧或者在横梁31两侧均设有打印头4，打印头4的重心与横梁31重心在Z轴方向上在同一个高度，或者具有很小的高度差。在其他实施例中，在纵梁2上安装有多个横梁组件3，多个横梁组件3上装有相应的多个打印头4，使得3D打印机可实现多个打印头同时高效打印。

在其他实施例中，X轴驱动装置32、Y轴驱动装置22和Z轴驱动装置12的滑块两端均设有限位块，限位块对设备其保护作用，防止在移动过程中对两端的固定件形成冲击。

为了实现自动化控制，如图2所示，本3D打印机还包括控制器5，控制器5分别与X轴驱动装置32、Y轴驱动装置22和Z轴驱动装置12电连接，控制器5用于控制X轴驱动装置32、Y轴驱动装置22和Z轴驱动装置12驱动打印头在X、Y和Z方向移动打印。

由于Z轴方向的移动需驱动较大的负载，为了提高Z轴方向移动的平稳性，本3D打印机还包括四个配重装置6，四个配重装置6分别安装在两个纵梁21的两端，两个配重装置6对一个纵梁21进行动态支撑力配置，使得纵梁21上横梁组件3来回移动的情况下，还能够一直保持在受力平衡和位置水平状态，保证了打印的精度。配重装置6为配重液压缸，配重液压缸与控制器5电连接，控制器5根据横梁31和打印头4的实时运动位置改变的信息来控制每一个配重液压缸对纵梁21不同部位输出相应的配重力进行配重，从而保证了在任何状态下纵梁21保持受力平衡和位置水平。

为了进一步提高配重装置6的自动配置，在纵梁21两端均设有压力传感器7，压力传感器7用于检测纵梁21两端的压力并输出相应的压力信号；压力传感器7与控制器5连接，控制器5获取压力信号，并根据压力信号控制配重装置6对纵梁21进行配重，减少了仅仅根据横梁31和打印头4的位置来进行配重的误差，使纵梁21受力变形量更小，进一步地保证了打印精度。

在其他实施例中，在横梁组件3上还设有辅助Z轴组件，打印头4通过辅助Z轴组件安装在横梁组件3的X轴驱动装置32上，使得打印头4在横梁31上能够沿着Z轴方向移动。使得打印头4能够在小范围内能够在Z上自行运动打印，减少了整个纵梁21的移动频率，使整体的平均打印速度更高。

本实施例提供的3D打印机由于纵梁组件2和横梁组件3安装在具有多个立柱的立柱组件1上，且立柱组件1上设有Z轴驱动装置12，打印头4安装在横梁31上，打印头4的重心与横梁组件3的重心相距很近，打印头4在Z轴方向上只做短距离移动，使得纵梁组件2和横梁组件3驱动打印头4高加速度打印时，打印头4几乎不会振荡，即稳定的打印头4可实现高精度打印，同时立柱组件1驱动打印头4在Z轴方向上做长距离运动，使得短距移动的打印头4能够减少振荡打印高精度的产品，同时多个立柱的Z轴长距运动使得可打印很高的产品。并且由于立柱和纵梁的模块化可以无限拼接，使得Y轴方向的行程长度得以无限延长。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (6)

1.一种3D打印机，包括驱动架和打印头(4)，其特征在于，所述驱动架包括：

立柱组件(1)，其包括立柱(11)和对应安装在所述立柱(11)上的Z轴驱动装置(12)；

纵梁组件(2)，其包括纵梁(21)和对应安装在所述纵梁上(21)的Y轴驱动装置(22)；所述纵梁(21)可沿Z轴移动地安装在所述立柱(11)上，所述Z轴驱动装置(12)驱动所述纵梁(21)沿Z轴方向移动；

以及横梁组件(3)，其包括横梁(31)和对应安装在所述横梁(31)上的X轴驱动装置(32)，所述横梁(31)可沿Y轴移动地安装在所述纵梁(21)上，所述Y轴驱动装置(22)驱动所述横梁(31)沿Y轴方向移动；所述打印头(4)可沿X轴移动地安装在所述横梁(31)上，所述X轴驱动装置(32)驱动打印头(4)沿X轴方向移动。

2.如权利要求1所述的3D打印机，其特征在于，还包括控制器(5)，所述控制器(5)分别与所述X轴驱动装置(32)、Y轴驱动装置(22)和Z轴驱动装置(12)电连接，所述控制器(5)用于控制所述X轴驱动装置(32)、Y轴驱动装置(22)和Z轴驱动装置(12)驱动打印头(4)移动打印。

3.如权利要求2所述的3D打印机，其特征在于，还包括配重装置(6)，所述纵梁(21)上安装有所述配重装置(6)，所述配重装置(6)为配重液压缸，所述配重液压缸与所述控制器(5)电连接，所述控制器(5)控制所述配重液压缸实时配重，使得所述纵梁(21)始终保持水平平衡。

4.如权利要求3所述的3D打印机，其特征在于，还包括压力传感器(7)，所述压力传感器(7)安装在所述纵梁(21)两端，用于检测所述纵梁(21)两端的压力信号；所述压力传感器(7)与所述控制器(5)电连接，所述控制器(5)用于获取所述压力信号，并根据所述压力信号控制所述配重装置(6)实时配重。

5.如权利要求4所述的3D打印机，其特征在于，所述X轴驱动装置(32)、Y轴驱动装置(22)和Z轴驱动装置(12)均包括电机、丝杆、滚珠螺母、导轨和滑块，所述电机与滚珠螺母连接，所述滚珠螺母安装在所述丝杆上，所述滑块安装在所述导轨上。

6.如权利要求5所述的3D打印机，其特征在于，所述横梁(31)上还设有辅助Z轴组件，所述打印头(4)通过所述辅助Z轴组件安装在所述X轴驱动装置(32)上，使得所述打印头(4)在所述横梁(31)可沿Z轴移动。