CN113320150B - 一种可实现无支撑打印的粉末床基板旋转装置 - Google Patents

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Abstract

一种可实现无支撑打印的粉末床基板旋转装置，包括机架，机架底部和机架底板连接，机架内部4个角位置分布安装有1个丝杠，两个对角为第一丝杠，两个对角为第二丝杠，第一丝杠底部通过联轴器和第一步进电机连接，第二丝杠底部直接插在机架底板上，能够自由旋转；4个丝杠上连接有托架，机架中部和储粉板连接，托架穿过储粉板，托架的顶部通过旋转结构和球头结构连接，球头结构上连接有打印基板；本发明可使打印基板在设定的角度范围内，沿任意角度倾斜，从而改变打印方向，实现无支撑打印；具有密封性好、集成化程度高、控制灵敏、结构稳定、适用范围广、可实现无支撑打印等优点。

Description

一种可实现无支撑打印的粉末床基板旋转装置
技术领域
本发明涉及增材制造技术领域，具体涉及一种可实现无支撑打印的粉末床基板旋转装置。
背景技术
在现有的粉末床打印设备中，打印基板往往仅能在腔体内上下移动，当打印零件比较复杂时，需要对部分结构添加支撑，以免在铺粉过程中，在刮刀外力的作用下，致使该结构产生下陷，影响零件整体精度；当打印完成后，需要对支撑结构进行去除，但有些内部结构的支撑，往往难以去除，并且在去除支撑时会引起零件内应力的释放，导致零件变形，进而影响零件整体精度。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种可实现无支撑打印的粉末床基板旋转装置，可使打印基板在设定的角度范围内，沿任意角度倾斜，从而改变打印方向，实现无支撑打印；具有密封性好、集成化程度高、控制灵敏、结构稳定、适用范围广、可实现无支撑打印等优点。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种可实现无支撑打印的粉末床基板旋转装置，包括机架1，机架1底部和机架底板7连接，机架1内部4个角位置分布安装有1个丝杠，两个对角为第一丝杠4，两个对角为第二丝杠9，第一丝杠4底部通过联轴器5和第一步进电机6连接，第二丝杠9底部直接插在机架底板7上，能够自由旋转；4个丝杠上连接有托架3，机架1中部和储粉板2连接，托架3穿过储粉板2，托架3的顶部通过旋转结构和球头结构10连接，球头结构10上连接有打印基板22。
所述的机架1底部开有螺钉孔104，使机架1与机架底板7通过第一螺钉8连接；
机架1下部设有托架槽105，托架槽105用以放置托架3，托架槽105内的四周安装有托架导轨103，托架导轨103与托架滑块301配合；
机架1内部设计有第一丝杠孔102，第一丝杠孔102用于定位第一丝杠4和第二丝杠9；
机架1的中部设有储粉板槽106，储粉板槽106两侧设有储粉板导轨107，储粉板2两侧设有储粉板导轨槽201，储粉板槽106用以放置储粉板2，储粉板导轨107与储粉板导轨槽201配合；
机架1上部两侧开有清理槽101，清理槽101下端与储粉板2相通；机架1上部中间设有球头槽108，球头槽108为圆柱体结构，用于和球头结构10配合，起密封作用。
所述的托架3中间圆柱体为中空结构，托架3上端内嵌有旋转机构的第二步进电机14，第二步进电机14和小锥齿轮13连接，用以驱动小锥齿轮13；
托架3中间圆柱体下部开有激振器布置孔303，用于布置激振器17；
托架3通过四周布置的螺母23与第一丝杠4和第二丝杠9配合。
所述的机架底板7下方设有可调节底座701。
所述的储粉板2上设计有球型拉手202。
所述的球头结构10为一双层球壳结构，与球头槽108表面形成密封；在球壳外侧开有多个粉循环孔1001，粉循环孔1001均指向球壳上端；两层球壳之间设计有一个连通的粉循环腔1004，在球头结构10旋转时，将受挤压侧的粉末及时循环排出；球头结构10上端设计有内嵌式基板槽1002，内嵌式基板槽1002用以放置打印基板22；球头结构10内开有两个支撑杆槽1003，支撑杆槽1003用以和旋转机构的支撑杆15连接；球头结构10采用3D打印技术进行加工。
所述的旋转机构为类差速器结构，包括大锥齿轮12、小锥齿轮13、第二步进电机14、第一内锥齿轮16、第二内锥齿轮18、第三步进电机19和步进电机托盘20，其中两个第一内锥齿轮16通过支撑杆15与球头结构10相连接，且一个支撑杆15与支撑杆槽1003固连，另一个与支撑杆槽1003之间能够自由旋转；
和小锥齿轮13啮合的大锥齿轮12通过第一大锥齿轮架302固定在托架3上，大锥齿轮12上连接有两个第二大锥齿轮架1201，第二大锥齿轮架1201用以安装第二内锥齿轮18；小锥齿轮13在第二步进电机14的带动下，带动大锥齿轮12做旋转运动，通过第二大锥齿轮架1201带动整个内锥齿轮机构旋转，进而通过支撑杆15带动球头结构10绕X轴旋转；
两个第二内锥齿轮18之间安装有第三步进电机19，第三步进电机19和一个第二内锥齿轮18连接，带动该第二内锥齿轮18旋转；另一个第二内锥齿轮18侧安装有步进电机托盘20，步进电机托盘20与第二大锥齿轮架1201固连，用于安放第三步进电机19；
第二内锥齿轮18和第一内锥齿轮16啮合；
当第三步进电机19输出动力时，与之相连的第二内锥齿轮18将动力传送到两侧第一内锥齿轮16上，通过与球头结构10固连的支撑杆15，带动球头结构10绕Y轴旋转；通过在一定角度范围内绕X轴和绕Y轴自由旋转的组合，实现球头结构10向任意方向倾斜一定角度。
在打印过程中，当遇到需改变零件构建方向的情况时，先打印出与该构建方向垂直的平面结构，作为基底，再旋转球头结构10并上下移动托架3，调整构建方向位于竖直方向，此时基底平面与铺粉平面重合，然后沿竖直方向继续进行零件的打印。
本发明的有益效果为：
(1)本发明可在一定范围内实现粉末床无支撑打印，减少去除支撑难度以及提高零件精度。
(2)本发明采用球头结构10作为旋转和密封部件，具有转动灵活、多向、密封性好等优点。
(3)本发明将控制球头结构10旋转的旋转机构集成在球头内，且使用类差速器结构作为旋转机构，使球头结构10可向任意方向倾斜一定角度，具有控制灵敏、结构稳定、集成化程度高、适用范围广等优点。
(4)本发明球头结构10为双层球壳结构，利于当球头结构10旋转时，将受挤压侧的粉末及时排出，提高球头结构10的旋转灵活性。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图。
图2为本发明机架2及机架底板7结构示意图。
图3为本发明拆去机架2结构示意图。
图4为本发明球头结构10示意图。
图5为本发明托架3及旋转机构正视图。
图6为本发明托架3及旋转机构侧视图。
图7为本发明托架3及旋转机构俯视图。
图8为本发明打印过程示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明做详细描述。
参照图1和图2，一种可实现无支撑打印的粉末床基板旋转装置，包括机架1，机架1底部和机架底板7连接，机架1内部4个角位置分布安装有1个丝杠，两个对角为第一丝杠4，两个对角为第二丝杠9，第一丝杠4底部通过联轴器5和第一步进电机6连接，第二丝杠9底部直接插在机架底板7的第二丝杠孔702上，能够自由旋转；4个丝杠上连接有托架3，机架1中部和储粉板2连接，托架3穿过储粉板2，托架3的顶部通过旋转结构和球头结构10连接。
参照图2、图3，所述的机架1底部开有螺钉孔104，使机架1与机架底板7通过第一螺钉8连接；
机架1下部设有托架槽105，托架槽105用以放置托架3，托架槽105内的四周安装有托架导轨103，托架导轨103与托架滑块301配合，使托架3的滑动更加平稳；
机架1内部设计有第一丝杠孔102，第一丝杠孔102用于定位第一丝杠4和第二丝杠9；
机架1的中部设有储粉板槽106，储粉板槽106两侧设有储粉板导轨107，储粉板2两侧设有储粉板导轨槽201，储粉板槽106用以放置储粉板2，储粉板导轨107与储粉板导轨槽201配合；
机架1上部两侧开有清理槽101，用于清理打印完成后机架1上端面的残留粉末，清理槽101下端与储粉板2相通；机架1上部中间设有球头槽108，球头槽108为表面质量高的圆柱体结构，用于和球头结构10配合，起密封作用。
参照图1、图3、图5、图6和图7，所述的托架3中间圆柱体为中空结构，用以减轻整体的质量；托架3上端内嵌有旋转机构的第二步进电机14，第二步进电机14和小锥齿轮13连接，用以驱动小锥齿轮13；
托架3中间圆柱体下部开有激振器布置孔303，用于布置激振器17，通过激振器17工作利于球头结构10内的粉末循环；
托架3通过四周布置的螺母23与第一丝杠4和第二丝杠9配合；球头结构10上通过第二螺钉21连接有打印基板22；在第一步进电机6的带动下，托架3上下移动，进而带动球头结构10和打印基板22上下移动。
参照图2，所述的机架底板7下方设有可调节底座701，用于整体的调平。
参照图3，所述的所述储粉板2用以收集打印完成后机架1上端面的残留粉末，以及在打印过程中粉循环腔1004内泄出的粉或因转角过大引起的漏粉，以免粉末进入下方传动机构，利于粉末的回收利用；储粉板2上设计有球型拉手202，便于储粉板2的拆装。
参照图4和图6，所述的球头结构10为一双层球壳结构，因球型结构自身有密封作用，故可在设计角度范围内，与球头槽108表面形成密封；在球壳外侧开有多个粉循环孔1001，粉循环孔1001均指向球壳上端；两层球壳之间设计有一个连通的粉循环腔1004，用于在球头结构10旋转时，将受挤压侧的粉末及时循环排出；球头结构10上端设计有内嵌式基板槽1002，内嵌式基板槽1002用以放置打印基板22；球头结构10内开有两个支撑杆槽1003，支撑杆槽1003用以和旋转机构的支撑杆15连接；因球头结构10结构较为复杂，采用3D打印技术进行加工。
参考图4、图5、图6和图7，旋转机构为类差速器结构，包括大锥齿轮12、小锥齿轮13、第二步进电机14、第一内锥齿轮16、第二内锥齿轮18、第三步进电机19和步进电机托盘20，其中两个第一内锥齿轮16通过支撑杆15与球头结构10相连接，且一个支撑杆15与支撑杆槽1003固连，另一个与支撑杆槽1003之间能够自由旋转；
和小锥齿轮13啮合的大锥齿轮12通过第一大锥齿轮架302固定在托架3上，大锥齿轮12上连接有两个第二大锥齿轮架1201，第二大锥齿轮架1201用以安装第二内锥齿轮18；小锥齿轮13在第二步进电机14的带动下，带动大锥齿轮12做旋转运动，通过第二大锥齿轮架1201带动整个内锥齿轮机构旋转，进而通过支撑杆15带动球头结构10绕X轴旋转；
两个第二内锥齿轮18之间安装有第三步进电机19，第三步进电机19和一个第二内锥齿轮18连接，带动该第二内锥齿轮18旋转；另一个第二内锥齿轮18侧安装有步进电机托盘20，步进电机托盘20与第二大锥齿轮架1201固连，用于安放第三步进电机19；
第二内锥齿轮18和第一内锥齿轮16啮合；
当第三步进电机19输出动力时，与之相连的第二内锥齿轮18将动力传送到两侧第一内锥齿轮16上，通过与球头结构10固连的支撑杆15，带动球头结构10绕Y轴旋转；通过在一定角度范围内绕X轴和绕Y轴自由旋转的组合，实现球头结构10向任意方向倾斜一定角度(该角度与球头结构10的圆心角有关)。
参照图8，在打印过程中，当遇到需改变零件构建方向的情况时，先打印出与该构建方向垂直的平面结构，作为基底，再旋转球头结构10并上下移动托架3，调整构建方向位于竖直方向，此时基底平面与铺粉平面重合，然后沿竖直方向继续进行零件的打印。
本发明的工作原理为：
在粉末床打印过程中，当遇到需改变零件构建方向的情况时，先沿该方向进行少量结构的打印，作为基底；再通过旋转机构带动球头结构10朝某一方向倾斜一定的角度，将构建方向调为竖直方向。在此以一个例子进行说明：如图8所示，在打印过程中，零件的构建方向变为与a轴呈80°夹角方向，此时先打印出一个垂直于构建方向的斜面结构作为基底，再通过旋转机构，带动球头结构10绕垂直于纸面的轴逆时针旋转10°，即可将构建方向调整至竖直方向；通过第一步进电机6和螺母23调整托架3做上下运动，使基底平面与铺粉平面重合，然后沿竖直方向继续进行零件的打印，即可实现粉末床设备的无支撑打印。
在球头结构10旋转过程中，受挤压侧的粉末通过球头结构10上的粉循环孔1001进入粉循环腔1004内，而后再在后续的打印过程中，通过粉循环孔1001排出至储粉板2或非挤压侧中；当打印完成后，需将机架2上表面残余的粉末通过清理槽101扫入储粉板2中，最后对储粉板2中的粉末进行过筛等操作，以实现粉末的循环利用。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种可实现无支撑打印的粉末床基板旋转装置，包括机架(1)，其特征在于：机架(1)底部和机架底板(7)连接，机架(1)内部4个角位置分布安装有1个丝杠，两个对角为第一丝杠(4)，两个对角为第二丝杠(9)，第一丝杠(4)底部通过联轴器(5)和第一步进电机(6)连接，第二丝杠(9)底部直接插在机架底板(7)上，能够自由旋转；4个丝杠上连接有托架(3)，机架(1)中部和储粉板(2)连接，托架(3)穿过储粉板(2)，托架(3)的顶部通过旋转结构和球头结构(10)连接，球头结构(10)上连接有打印基板(22)；
所述的机架(1)底部开有螺钉孔(104)，使机架(1)与机架底板(7)通过第一螺钉(8)连接；
机架(1)下部设有托架槽(105)，托架槽(105)用以放置托架(3)，托架槽(105)内的四周安装有托架导轨(103)，托架导轨(103)与托架滑块(301)配合；
机架(1)内部设计有第一丝杠孔(102)，第一丝杠孔(102)用于定位第一丝杠(4)和第二丝杠(9)；
机架(1)的中部设有储粉板槽(106)，储粉板槽(106)两侧设有储粉板导轨(107)，储粉板(2)两侧设有储粉板导轨槽(201)，储粉板槽(106)用以放置储粉板(2)，储粉板导轨(107)与储粉板导轨槽(201)配合；
机架(1)上部两侧开有清理槽(101)，清理槽(101)下端与储粉板(2)相通；机架(1)上部中间设有球头槽(108)，球头槽(108)为圆柱体结构，用于和球头结构(10)配合，起密封作用；
所述的托架(3)中间圆柱体为中空结构，托架(3)上端内嵌有旋转机构的第二步进电机(14)，第二步进电机(14)和小锥齿轮(13)连接，用以驱动小锥齿轮(13)；
托架(3)中间圆柱体下部开有激振器布置孔(303)，用于布置激振器(17)；
托架(3)通过四周布置的螺母(23)与第一丝杠(4)和第二丝杠(9)配合；
所述的球头结构(10)为一双层球壳结构，与球头槽(108)表面形成密封；在球壳外侧开有多个粉循环孔(1001)，粉循环孔(1001)均指向球壳上端；两层球壳之间设计有一个连通的粉循环腔(1004)，在球头结构(10)旋转时，将受挤压侧的粉末及时循环排出；球头结构(10)上端设计有内嵌式基板槽(1002)，内嵌式基板槽(1002)用以放置打印基板(22)；球头结构(10)内开有两个支撑杆槽(1003)，支撑杆槽(1003)用以和支撑杆(15)连接；球头结构(10)采用3D打印技术进行加工；
所述的旋转机构为类差速器结构，包括大锥齿轮(12)、小锥齿轮(13)、第二步进电机(14)、第一内锥齿轮(16)、第二内锥齿轮(18)、第三步进电机(19)和步进电机托盘(20)，其中两个第一内锥齿轮(16)通过支撑杆(15)与球头结构(10)相连接，且一个支撑杆(15)与支撑杆槽(1003)固连，另一个与支撑杆槽(1003)之间能够自由旋转；
和小锥齿轮(13)啮合的大锥齿轮(12)通过第一大锥齿轮架(302)固定在托架(3)上，大锥齿轮(12)上连接有两个第二大锥齿轮架(1201)，第二大锥齿轮架(1201)用以安装第二内锥齿轮(18)；小锥齿轮(13)在第二步进电机(14)的带动下，带动大锥齿轮(12)做旋转运动，通过第二大锥齿轮架(1201)带动整个内锥齿轮机构旋转，进而通过支撑杆(15)带动球头结构(10)绕X轴旋转；
两个第二内锥齿轮(18)之间安装有第三步进电机(19)，第三步进电机(19)和一个第二内锥齿轮(18)连接，带动该第二内锥齿轮(18)旋转；另一个第二内锥齿轮(18)侧安装有步进电机托盘(20)，步进电机托盘(20)与第二大锥齿轮架(1201)固连，用于安放第三步进电机(19)；
第二内锥齿轮(18)和第一内锥齿轮(16)啮合；
当第三步进电机(19)输出动力时，与之相连的第二内锥齿轮(18)将动力传送到两侧第一内锥齿轮(16)上，通过与球头结构(10)固连的支撑杆(15)，带动球头结构(10)绕Y轴旋转；通过在一定角度范围内绕X轴和绕Y轴自由旋转的组合，实现球头结构10向任意方向倾斜一定角度。
2.根据权利要求1所述的一种可实现无支撑打印的粉末床基板旋转装置，其特征在于：所述的机架底板(7)下方设有可调节底座(701)。
3.根据权利要求1所述的一种可实现无支撑打印的粉末床基板旋转装置，其特征在于：所述的储粉板(2)上设计有球型拉手(202)。
4.根据权利要求1所述的一种可实现无支撑打印的粉末床基板旋转装置，其特征在于：在打印过程中，当遇到需改变零件构建方向的情况时，先打印出与该构建方向垂直的平面结构，作为基底，再旋转球头结构(10)并上下移动托架(3)，调整构建方向位于竖直方向，此时基底平面与铺粉平面重合，然后沿竖直方向继续进行零件的打印。
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