CN109808179A - 一种基于旋转平台的多喷头3d打印机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于旋转平台的多喷头3d打印机，属于3D打印技术领域。该打印机包括一个机座和多个插接在机座上的打印臂。其中，机座上设有旋转平台和驱转旋转平台的电机，打印臂可实现其上的打印喷头作Z向和径向的运动。本发明的打印机采用旋转打印方式，打印路线为一个极坐标，因而本发明尤其适用于回转体物件的打印。同时，本发明的打印机使用的打印喷头数量可以通过插接的打印臂数量进行调整，灵活方便，适用性强。此外，多个喷头共同工作还可以提高打印速度，提升打印效率，节省打印时间。

Description

一种基于旋转平台的多喷头3d打印机

技术领域

本发明属于3D打印领域，涉及一种基于旋转平台的多喷头3d打印机。

背景技术

现有的3D打印机大都使用旋转步进电机加上同步带，实现打印喷头X、Y和Z三个方向的运动，进而实现逐层累加打印。但是，该种打印机在打印时存在一定的局限性，即打印回转体物件时，往往表面粗糙，品相较差，难以满足要求。

发明内容

本发明提出了一种适用于打印回转体的基于旋转平台的多喷头3D打印机。

本发明所采用的技术方案是：

一种基于旋转平台的多喷头3d打印机，包括打印机机座和多个打印臂；所述打印机机座包括旋转平台、光电编码器、第一电机、底座和主轴；

所述底座中心设有一容纳腔，所述容纳腔内固定设置所述第一电机；所述旋转平台水平设置于所述容纳腔上方，且所述旋转平台与所述底座间留有间隙；所述第一电机的输出轴与所述主轴相连，所述主轴向上伸出，所述主轴的伸出端端部与所述旋转平台的中心通过键连接；

所述光电编码器固定安装在所述主轴上；所述第一电机工作，所述主轴带动所述旋转平台旋转，同时，所述光电编码器测量所述主轴的转动角度和转速；

所述多个打印臂均匀地固定连接在所述底座的外缘，每个打印臂上均设有一个打印喷头，打印臂可实现其上的打印喷头沿Z向和径向移动，Z向为竖直方向，径向为所述旋转平台的直径方向。

进一步地，所述底座包括第一底板和固定设置在所述第一底板上端面的打印臂固定板，所述旋转平台与所述打印臂固定板的上端面间留有间隙；

所述打印臂固定板的中心开有第一圆形贯通孔，该第一圆形贯通孔和所述第一底板的上端面共同构成容纳腔；所述第一电机设置在所述容纳腔内，并固定连接在所述第一底板上。

进一步地，所述第一底板开有若干通孔，所述打印臂固定板的下端面开有若干螺孔，所述第一底板和所述打印臂固定板通过螺钉连接；所述第一电机通过螺钉连接在所述第一底板上。

进一步地，所述第一电机的输出轴与所述主轴通过联轴器相连。

进一步地，所述第一底板和所述打印臂固定板均为圆形板，二者直径相等且同轴设置。

进一步地，所述打印臂固定板的外缘沿周向均匀开有若干个T型卡槽，所述T型卡槽均自上而下贯穿所述打印臂固定板；

每个打印臂均包括Z轴传动部件、径向传动部件和打印喷头部件；

所述Z轴传动部件包括Z轴电机支架、第二电机、丝杆、第一光杆、以及第一连接块；

所述Z轴电机支架为一体式结构，包括侧板、第二底板和第三底板，其中，所述第二底板和所述第三底板等大且均为矩形板；所述侧板竖直设置，所述侧板上端向右侧呈90°弯折，形成一弯折部；所述第二底板的短边与所述侧板左端面垂直相连，所述第二底板的下端面与所述侧板底部保持平齐；所述第三底板的短边与所述侧板左端面垂直相连，并且所述第三底板位于所述第二底板正上方；所述侧板左端面前、后侧均超出所述第一底板和所述第二底板；所述第三底板上端中间位置横向凸出一凸块，所述凸块与所述第三底板等长，所述凸块的上端面与所述侧板的弯折部上端面平齐；

从上往下看，不考虑所述侧板的弯折部，所述Z轴电机支架的形状与所述打印臂固定板上的T型卡槽相匹配，所述Z轴电机支架可自上而下插接在所述打印臂固定板的T型卡槽中，所述侧板的弯折部搭在所述打印臂固定板的上端面；

所述第二电机固定设置在所述第二底板的上端面，所述第二电机的输出轴连接所述丝杆；所述凸块与所述第一连接块通过所述第一光杆相连，所述丝杆向上穿过所述凸块，所述丝杆上端***所述第一连接块中；所述第二电机启动，同步驱转所述丝杆；

所述径向传动部件包括径向电机支架、同步带外壳、两同步带轮、同步带、第二连接块、第二光杆以及第三电机；所述第二连接块和所述同步带外壳内各设有一同步带轮，所述第二连接块和所述同步带外壳通过所述第二光杆相连，所述两同步带轮通过所述同步带相连；

所述径向电机支架为一体式结构，所述径向电机支架前部套接在所述第二光杆上并紧贴所述同步带外壳设置；所述径向电机支架前部中间位置开有横向的供所述同步带穿过的第一方形贯通孔；所述径向电机支架后部套接在所述第一光杆上，所述径向电机支架后部开有上下方向的与所述丝杆匹配的螺纹孔；所述丝杆旋转，所述径向电机支架沿所述第一光杆上下移动；

所述径向电机支架后部右端面上连接有电机承托板，所述第三电机固定连接在所述电机承托板上，所述第三电机的输出轴与所述同步带外壳内的同步带轮连接；所述第三电机启动，所述同步带外壳内的同步带轮旋转，带动所述同步带运动；

所述打印喷头部件包括打印喷头支架和打印喷头，所述打印喷头支架套接在所述第二光杆上，所述打印喷头支架上开有横向的供所述同步带穿过的第二方形贯通孔，所述第二方形贯通孔的上端面开有与所述同步带上的齿匹配的齿槽，所述第二方形贯通孔的下端面为光滑面；所述打印喷头支架的前端连接设置所述打印喷头，所述同步带转动，带动所述打印喷头部件沿着所述第二光杆作径向移动。

进一步地，所述第二电机的输出轴通过联轴器与所述丝杆连接。

进一步地，连接所述Z轴电机支架上的凸块和所述第一连接块的所述第一光杆的数量为2根，2根第一光杆分别位于所述丝杆左、右侧。

进一步地，连接所述第二连接块和所述同步带外壳的所述第二光杆的数量为2根，所述同步带位于2根第二光杆之间。

进一步地，所述打印喷头支架的前端设有斜插槽，所述打印喷头插接固定在所述斜插槽中。

本发明的有益效果在于：

本发明的3D打印机设有多个打印喷头，可以提高打印速度，提升打印效率，节省打印时间。同时，由于本发明采用旋转式的打印方式，使得本发明的3D打印机尤其适用于回转体物件的打印。此外，本发明中的打印机机座上可灵活插接打印臂，插接数量可视需要确定。

附图说明

图1是实施例中，打印机机座上安装两个打印臂的装配示意图；

图2是打印机机座的结构示意图；

图3是底座的结构示意图；

图4是打印臂的结构示意图；

图5是Z轴传动部件的结构示意图；

图6是径向传动部件的结构示意图；

图7是径向电机支架的结构示意图；

图8是打印喷头部件的结构示意图；

图9是打印机机座上安装两个打印臂时，2个打印喷头工作区域的分区示意图；

图10是打印机机座上安装四个打印臂时，4个打印喷头工作区域的分区示意图；

附图标记：1-打印机机座，11-旋转平台，12-光电编码器，13-第一电机，14-底座，141-打印臂固定板，142-第一底板，15-主轴；

2-打印臂，21-Z轴传动部件，211-Z轴电机支架，212-第二电机，213-丝杆，214-第一光杆，215-第一连接块，22-径向传动部件，221-径向电机支架，222-同步带外壳，223-同步带轮，224-同步带，225-第二连接块，226-第二光杆，227-第三电机，23-打印喷头部件，231-打印喷头支架，232-打印喷头。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施方式对本发明的多喷头3D打印机作进一步的详细说明。

如图1所示的多喷头3D打印机，包括打印机机座1和2个安装在机座1上的打印臂2。

打印机机座1的结构如图2所示，包括旋转平台11、光电编码器12、第一电机13、底座14和主轴15。具体地，如图3所示，底座14包括第一底板142和设置在第一底板142上端面的打印臂固定板141。第一底板142和打印臂固定板141均为圆形板，二者直径相等且同轴设置。第一底板142开有若干用于连接的通孔，打印臂固定板141的下端面开有若干螺孔，二者通过螺钉连接。

打印臂固定板141中心开有第一圆形贯通孔，第一圆形贯通孔和第一底板142的上端面共同构成一容纳腔。第一电机13设置在该容纳腔内，并通过螺钉固定连接在第一底板142上。旋转平台11水平设置，且与打印臂固定板141的上端面间留有间隙。第一电机13的输出轴与主轴15通过联轴器连接，主轴15向上伸出，主轴15的伸出端端部与旋转平台11的中心通过键连接。旋转平台11为现有的3d打印机常用的打印平台，具有加热功能。光电编码器12固定安装在主轴15上，第一电机13工作，主轴15带动旋转平台11旋转，同时，光电编码器12实时测量主轴15的转动角度，测量的角度数据用于对旋转平台11进行定位及角度补偿，从而提高打印机的打印精度。此外，光电编码器12还能够测出主轴15的转速。

打印臂固定板141的外缘沿周向均匀开有4个T型卡槽，4个T型卡槽均自上而下贯穿固定板141。T型卡槽用于安装打印臂2，打印臂固定板141上安装的打印臂2数量可视需要确定。本实施例中，打印臂固定板141安装2个打印臂2，且2个打印臂2安装在2个相邻的T型卡槽上，参见图1。

打印臂2的结构如图4所示，包括Z轴传动部件21、径向传动部件22和打印喷头部件23。具体地，如图5所示，Z轴传动部件21包括Z轴电机支架211、第二电机212、丝杆213、2根第一光杆214、以及第一连接块215。

Z轴电机支架211为一体式结构，包括侧板、第二底板和第三底板，其中，第二底板和第三底板等大且均为矩形板。侧板竖直设置，侧板上端向右侧呈90°弯折，形成一弯折部。第二底板的短边与侧板左端面垂直相连，第二底板的下端面与侧板底部保持平齐。第三底板的短边也与侧板左端面垂直相连，并且第三底板位于第二底板正上方。第二底板和第三底板的宽度均小于侧板左端面的宽度，进而使得侧板前、后侧均超出第一底板和第二底板。第三底板上端中间位置横向凸出一凸块，该凸块与第三底板等长，凸块的上端面与侧板的弯折部上端面平齐。

从上往下看，不考虑侧板的弯折部，Z轴电机支架211的形状与打印臂固定板141上的T型卡槽相匹配，Z轴电机支架211可自上而下插接在打印臂固定板141的T型卡槽中，侧板的弯折部搭在打印臂固定板141的上端面。

上述凸块的中心开有第二圆形贯通孔，且第二圆形贯通孔贯穿第三底板。凸块的上端位于第二圆形贯通孔左右两侧的位置各开有一个第一圆槽，两第一圆槽距离第二圆形贯通孔的间距相等。

第二电机212固定连接在第二底板的上端面上，第二电机212的输出轴通过联轴器连接丝杆213，丝杆213从凸块中心的第二圆形贯通孔向上穿出。凸块上的两第一圆槽中分别插接一根竖直的第一光杆214，丝杆213及两根第一光杆214上端保持平齐。第一连接块215下端面开有3个与丝杆213和两根第一光杆214匹配的第二圆槽，丝杆213及两根第一光杆214上端通过第一连接块215固定。第二电机212启动，同步驱转丝杆213。

如图6所示，径向传动部件22包括径向电机支架221、同步带外壳222、两同步带轮223、同步带224、第二连接块225、2根第二光杆226、以及第三电机227。

第二连接块225的左端面开有向内的第一凹槽，第一凹槽内设有一同步带轮223。第二连接块225的左端面位于第一凹槽上、下方的位置各开有一个第三圆槽。同步带外壳222呈扁立方形，同步带外壳222与第二连接块225相对的端面上对应开有两个与两第三圆槽相匹配的第四圆槽，同步带外壳222内也设有一同步带轮223。

两第二光杆226对应插在第二连接块225的第三圆槽和同步带外壳222的第四圆槽内，从而连接第二连接块225和同步带外壳222。两同步带轮223通过同步带224相连。同步带外壳222与第二连接块225相对的端面上开有供同步带224穿过的槽口。

如图7所示，径向电机支架221为一体式结构，径向电机支架221前部上下各开有一个横向的第三圆形贯通孔，径向电机支架221前部位于两第三圆形贯通孔间的位置还开有横向的第一方形贯通孔。

径向电机支架221通过其前部的2个横向的第三圆形贯通孔安装在2根第二光杆226上，同步带224穿过第一方形贯通孔。径向电机支架221前部紧贴着同步带外壳222设置。

径向电机支架221后部开有上下方向的2个第四圆形贯通孔和1个螺纹孔，螺纹孔位于2个第四圆形贯通孔之间。径向电机支架221通过其后部的2个第四圆形贯通孔和1个螺纹孔安装在丝杆213和2根第一光杆214上。

径向电机支架221后部右端面上垂直连接有一L形电机承托板，L形电机承托板包括相互垂直的水平板和竖直板。水平板的下端面与径向电机支架221后部底端保持平齐，竖直板紧贴同步带外壳222，竖直板的中心开有一通孔，与竖直板相对的同步带外壳222的端面也对应开有一个通孔。第三电机227固定连接在电机承托板的水平板上，第三电机227的输出轴穿过竖直板和同步带外壳222，并与同步带外壳222内的同步带轮223连接。第三电机227启动，同步带轮223旋转，带动同步带224运动。

如图8所示，打印喷头部件23包括打印喷头支架231和打印喷头232，打印喷头支架231上下各开有一个横向的第五圆形贯通孔，打印喷头支架231位于两第五圆形贯通孔间的位置还开有横向的第二方形贯通孔。打印喷头支架231通过两第五圆形贯通孔固定在两第二光杆226上，打印喷头支架231位于径向电机支架221和第二连接块225之间，同步带224穿过第二方形贯通孔。打印喷头支架231的前端设有斜插槽，打印喷头232插接固定在斜插槽中。需要特别指出，打印喷头支架231内，位于第二方形贯通孔的上端面开有与同步带224上的齿匹配的齿槽，第二方形贯通孔的下端面为光滑面。当同步带224转动时，带动打印喷头部件23沿着两第二光杆226作径向移动。

如图9所示，本实施例中，对2打印喷头232的工作轨迹(或区域)进行规划，工作轨迹划分为内圈和外圈，2打印喷头232分别负责内圈和外圈的打印。当打印机机座1上安装4个打印臂2时，4个打印喷头232的分区规划如图10所示，打印区域划分为自内向外的4个圈，4个打印喷头232分别负责一个圈的打印。

现有的3D打印机一般由单片机进行控制，本实施例中的3D打印机也是采用这种控制方式，即在单片机中设置控制参数，控制3D打印机的整个打印过程，单片机控制技术较为成熟，在此不作赘述。

本发明的多喷头3D打印机的工作原理：

3D打印的工作原理是，使用增材制造的方式，先打印模型一个平面，再逐层累加打印其他平面，最终达到打印一个实体模型的目的，本发明也是基于此。但是在单层的打印上，本发明与传统打印方式有所不同，使用的是旋转打印的方式，该打印方式使得本发明尤其适用于回转体模型的打印。

具体地，在第一电机13的驱动下，旋转平台11旋转，在第三电机227的驱动下，打印喷头232在径向上移动，两者的运动结合使打印喷头232相对于平面的轨迹呈一个极坐标，能完成打印喷头232在一个平面上的打印，在完成一个平面的打印后，第二电机212带动喷头232向上移动进行下一层的打印，最终一层层的累积完成整个打印过程。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种基于旋转平台的多喷头3d打印机，其特征在于，包括打印机机座(1)和多个打印臂(2)；打印机机座(1)包括旋转平台(11)、光电编码器(12)、第一电机(13)、底座(14)和主轴(15)；

底座(14)中心设有一容纳腔，所述容纳腔内固定设置第一电机(13)；旋转平台(11)水平设置于所述容纳腔上方，且旋转平台(11)与底座(14)间留有间隙；第一电机(13)的输出轴与主轴(15)相连，主轴(15)向上伸出，主轴(15)的伸出端端部与旋转平台(11)的中心通过键连接；光电编码器(12)固定安装在主轴(15)上；

第一电机(13)工作，主轴(15)带动旋转平台(11)旋转，光电编码器(12)测量主轴(15)的转动角度和转速；

多个打印臂(2)均匀地固定连接在底座(14)的外缘，每个打印臂(2)上均设有一个打印喷头(232)，打印臂(2)可实现其上的打印喷头(232)沿Z向和径向移动，Z向为竖直方向，径向为旋转平台(11)的直径方向。

2.根据权利要求1所述的基于旋转平台的多喷头3d打印机，其特征在于，底座(14)包括第一底板(142)和固定设置在第一底板(142)上端面的打印臂固定板(141)，旋转平台(11)与打印臂固定板(141)的上端面间留有间隙；

打印臂固定板(141)的中心开有第一圆形贯通孔，该第一圆形贯通孔和第一底板(142)的上端面共同构成一容纳腔；第一电机(13)设置在所述容纳腔内，并固定连接在第一底板(142)上。

3.根据权利要求2所述的基于旋转平台的多喷头3d打印机，其特征在于，第一底板(142)开有若干通孔，打印臂固定板(141)的下端面开有若干螺孔，第一底板(142)和打印臂固定板(141)通过螺钉连接；第一电机(13)通过螺钉连接在第一底板(142)上。

4.根据权利要求2所述的基于旋转平台的多喷头3d打印机，其特征在于，第一电机(13)的输出轴与主轴(15)通过联轴器相连。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的基于旋转平台的多喷头3d打印机，其特征在于，第一底板(142)和打印臂固定板(141)均为圆形板，二者直径相等且同轴设置。

6.根据权利要求5所述的基于旋转平台的多喷头3d打印机，其特征在于，打印臂固定板(141)的外缘沿周向均匀开有若干T型卡槽，所述T型卡槽均自上而下贯穿打印臂固定板(141)；

打印臂(2)包括Z轴传动部件(21)、径向传动部件(22)和打印喷头部件(23)；

Z轴传动部件(21)包括Z轴电机支架(211)、第二电机(212)、丝杆(213)、第一光杆(214)、以及第一连接块(215)；

Z轴电机支架(211)为一体式结构，包括侧板、第二底板和第三底板，其中，所述第二底板和所述第三底板等大且均为矩形板；所述侧板竖直设置，所述侧板上端向右侧呈90°弯折，形成一弯折部；所述第二底板的短边与所述侧板左端面垂直相连，所述第二底板的下端面与所述侧板底部保持平齐；所述第三底板的短边与所述侧板左端面垂直相连，并且所述第三底板位于所述第二底板正上方；所述侧板左端面前、后侧均超出所述第一底板和所述第二底板；所述第三底板上端中间位置横向凸出一凸块，所述凸块与所述第三底板等长，所述凸块的上端面与所述侧板的弯折部上端面平齐；

从上往下看，不考虑所述侧板的弯折部，Z轴电机支架(211)的形状与打印臂固定板(141)上的T型卡槽相匹配，Z轴电机支架(211)可自上而下插接在打印臂固定板(141)的T型卡槽中，所述侧板的弯折部搭在打印臂固定板(141)的上端面；

第二电机(212)固定设置在所述第二底板的上端面，第二电机(212)的输出轴连接丝杆(213)；所述凸块与第一连接块(215)通过第一光杆(214)相连，丝杆(213)向上穿过所述凸块，丝杆(213)上端***第一连接块(215)中；第二电机(212)启动，同步驱转丝杆(213)；

径向传动部件(22)包括径向电机支架(221)、同步带外壳(222)、两同步带轮(223)、同步带(224)、第二连接块(225)、第二光杆(226)以及第三电机(227)；第二连接块(225)和同步带外壳(222)内各设有一同步带轮(223)，第二连接块(225)和同步带外壳(222)通过第二光杆(226)相连，两同步带轮(223)通过同步带(224)相连；

径向电机支架(221)为一体式结构，径向电机支架(221)前部套接在第二光杆(226)上并紧贴同步带外壳(222)设置；径向电机支架(221)前部中间位置开有横向的供同步带(224)穿过的第一方形贯通孔；径向电机支架(221)后部套接在第一光杆(214)上，径向电机支架(221)后部开有上下方向的与丝杆(213)匹配的螺纹孔；丝杆(213)旋转，径向电机支架(221)沿第一光杆(214)上下移动；

径向电机支架(221)后部右端面上连接有电机承托板，第三电机(227)固定连接在所述电机承托板上，第三电机(227)的输出轴与同步带外壳(222)内的同步带轮(223)连接；第三电机(227)启动，同步带外壳(222)内的同步带轮(223)旋转，带动同步带(224)运动；

打印喷头部件(23)包括打印喷头支架(231)和打印喷头(232)，打印喷头支架(231)套接在第二光杆(226)上，打印喷头支架231上开有横向的供同步带(224)穿过的第二方形贯通孔，所述第二方形贯通孔的上端面开有与同步带(224)上的齿匹配的齿槽，所述第二方形贯通孔的下端面为光滑面；打印喷头支架(231)的前端连接设置打印喷头(232)，同步带(224)转动，带动打印喷头部件(23)沿着第二光杆(226)作径向移动。

7.根据权利要求6所述的基于旋转平台的多喷头3d打印机，其特征在于，第二电机(212)的输出轴通过联轴器与丝杆(213)连接。

8.根据权利要求6所述的基于旋转平台的多喷头3d打印机，其特征在于，连接Z轴电机支架(211)上的凸块和第一连接块(215)的第一光杆(214)的数量为2根，2根第一光杆(214)分别位于丝杆(213)左、右侧。

9.根据权利要求6所述的基于旋转平台的多喷头3d打印机，其特征在于，连接第二连接块(225)和同步带外壳(222)的第二光杆(226)的数量为2根，同步带(224)位于2根第二光杆(226)之间。

10.根据权利要求6所述的基于旋转平台的多喷头3d打印机，其特征在于，打印喷头支架(231)的前端设有斜插槽，打印喷头(232)插接固定在所述斜插槽中。