增材制造构建平台
技术领域
本实用新型属于增材制造技术领域,具体地来说,是一种增材制造构建平台。
背景技术
增材制造(Additive Manufacturing,AM)俗称3D打印,是融合了计算机辅助设计、材料加工与成形技术、以数字模型文件为基础,通过软件与数控***将专用的金属材料、非金属材料以及医用生物材料,按照挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积,制造出实体物品的制造技术。
其中,选择性激光烧结(Selective Laser Sintering)是一种重要的增材制造方法。其原理在于,激光束根据分层截面信息进行有选择地对粉末材料逐层烧结,全部烧结完成后去除多余的粉末,以得到所需的零件。
为了保证逐层烧结,需要提供一种具有渐进式构建结构的构建平台。同时,在渐进式构建过程,粉末材料容易侵入构建平台的构建室,造成污染破坏。目前,仍缺乏满足要求的构建平台。
实用新型内容
为了克服现有技术的不足,本实用新型提供了一种增材制造构建平台,可实现粉末材料的渐进式构建,同时避免粉末材料于渐进过程进入构建室造成的污染。
本实用新型的目的通过以下技术方案来实现:
一种增材制造构建平台,包括:
外壳体,具有构建室,所述构建室具有用于与加工室连通的开口端,所述加工室用于使粉末材料激光成型;
工作台,设置于所述构建室内,具有沿远离所述加工室的方向依次设置的打印构建板与密封元件,所述打印构建板用于承载所述粉末材料,所述密封元件与所述构建室的内壁具有过盈配合关系;
升降底座,用于驱动所述工作台滑动地通过所述开口端进出所述加工室。
作为上述技术方案的改进,所述工作台包括运动基座,所述密封元件为环形密封件,所述环形密封件设置于所述运动基座的外周侧,所述运动基座用于承载所述打印构建板。
作为上述技术方案的进一步改进,所述运动基座具有冷却通道,所述冷却通道贯穿所述运动基座以导流冷却介质。
作为上述技术方案的进一步改进,所述环形密封件与所述运动基座的外周面之间设有弹性元件,所述弹性元件的弹性力垂直于所述运动基座的外周面并使所述环形密封件远离所述运动基座。
作为上述技术方案的进一步改进,所述环形密封件包括层叠分布的填料密封层与粘附密封层。
作为上述技术方案的进一步改进,所述工作台具有密封容腔,所述密封容腔内设置加热器,所述加热器用于加热所述打印构建板。
作为上述技术方案的进一步改进,所述加热器与所述打印构建板连接,所述加热器与所述密封容腔的内壁之间具有第一隔绝气隙。
作为上述技术方案的进一步改进,所述加热器与所述打印构建板之间设置温控面板,所述温控面板用于自所述加热器向所述打印构建板定向导热。
作为上述技术方案的进一步改进,所述密封容腔与所述打印构建板之间具有第二隔绝气隙,所述第二隔绝气隙环布于所述加热器接近所述打印构建板的一端之外周侧。
作为上述技术方案的进一步改进,所述升降底座包括底座本体与设置于所述底座本体上的升降装置,所述底座本体用于承载所述外壳体,所述升降装置包括用于驱动所述工作台实现升降运动的复数个直线运动机构,所述复数个直线运动机构相互平行地连接于所述工作台。
本实用新型的有益效果是:
通过设置外壳体、工作台与升降底座,以密封元件与构建室的内壁形成过盈配合关系,以升降底座驱动工作台实现渐进式升降,从而实现打印构建板上的粉末材料的渐进式构建,并具有良好的密封性,从而避免粉末材料进入构建室而造成污染,兼具同步清洁能力而保证加工洁净度。
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂,下文特举较佳实施例,并配合所附附图,作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本实用新型实施例提供的增材制造构建平台的轴测结构图;
图2是本实用新型实施例提供的增材制造构建平台的工作台的轴测结构图;
图3是本实用新型实施例提供的增材制造构建平台的工作台的俯视结构图;
图4是图3中增材制造构建平台的工作台的A-A剖视结构图;
图5是图4中增材制造构建平台的工作台的局部放大结构图;
图6是本实用新型实施例3提供的增材制造构建平台的工作台的运动基座的透视结构图;
图7是本实用新型实施例4提供的增材制造构建平台的定向加热器的分解结构图
图8是本实用新型实施例4提供的增材制造构建平台的定向加热器的安装结构图
图9是本实用新型实施例5提供的增材制造构建平台的主视结构图;
图10是本实用新型实施例5提供的增材制造构建平台的升降底座的中空连接件的轴测结构图。
主要元件符号说明:
1000-增材制造构建平台,0100-外壳体,0110-构建室,0200-工作台,0201-打印构建板,0202-第一隔绝气隙,0210-温控面板,0211-环形槽,0220-第一环形密封件,0230-运动基座,0231-基体底板,0231a-第一冷却通道,0232-环形侧板,0232a-环形台阶,0232b-第二冷却通道,0233-安装环槽,0240-环形弹性件,0250-密封容腔,0260-第二隔绝气隙,0270-第二环形密封件,0271-填料密封层,0272-粘附密封层,0280-环形填充件,0290-弹性元件,0291-V型弹簧片,0292-异形弹簧片,0293-承载背件,0300-定向加热器,0310-定向加热单元,0311-隔热保持架,0311a-容纳腔,0311b-第一开口,0312-发热元件,0320-加热器壳体,0330-第三隔绝气隙,0340-承载件,0400-升降底座,0410-底座本体,0411-支撑底板,0412-支撑顶板,0412a-开口部,0413-直立支撑件,0420-升降装置,0421-直线运动机构,0421a-传动螺杆,0421b-传动螺母,0421c-直立导向件,0421d-导向运动件,0421e-中空连接件,0421e1-中空腔,0421f-位置反馈单元,0422-驱动源,0423-齿轮箱。
具体实施方式
为了便于理解本实用新型,下面将参照相关附图对增材制造构建平台进行更全面的描述。附图中给出了增材制造构建平台的优选实施例。但是,增材制造构建平台可以通过许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施例。相反地,提供这些实施例的目的是使对增材制造构建平台的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是,当元件被称为“固定于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反,当元件被称作“直接在”另一元件“上”时,不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在增材制造构建平台的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例1
请参阅图1,本实施例公开一种增材制造构建平台1000,包括外壳体0100、工作台0200与升降底座0400,用于实现粉末材料的渐进式构建,同时避免粉末材料于渐进过程进入构建室0110而造成污染。
外壳体0100具有构建室0110,构建室0110具有用于与加工室连通的开口端。其中,加工室用于使粉末材料激光成型,具有所需的成型环境,是选择性激光烧结的成型场所。外壳体0100可为独立的构件,亦可与升降底座0400形成一体结构。例如,外壳体0100可以是两端开口的筒体结构。
工作台0200设置于构建室0110内,具有沿远离加工室的方向依次设置的打印构建板0201与密封元件。其中,打印构建板0201用于承载粉末材料,从而限定增材制造的打印表面。密封元件与构建室0110的内壁具有过盈配合关系,形成对构建室0110的密封,避免粉末材料落入其中。
请结合参阅图2~5,示范性地,密封元件为环形密封件(即第二环形密封件0270)。第二环形密封件0270包括层叠分布的填料密封层0271与粘附密封层0272,并套设于工作台0200的外周侧。进一步地,工作台0200至少包括运动基座0230,运动基座0230设置于升降底座0400上,用于承载打印构建板0201。对应地,第二环形密封件0270设置于运动基座0230的外周侧。
其中,填料密封层0271由填充物填充而成,填充物包括毛毡、盘根等类型。粘附密封层0272由具有粘附能力的材料制成,包括弹性无孔材料(诸如聚氨酯材料)等类型,并具有一定的弹性变形能力。示范性地,填料密封层0271的厚度大于粘附密封层0272,优选地,填料密封层0271与粘附密封层0272的厚度比范围为4:1~7:1。
进一步地,填料密封层0271表面具有孔隙,用于吸附捕捉粉末颗粒而提供对外壳体0100的内壁的清洁功能,进一步保证构建室0110内的洁净度。特别是,当第二环形密封件0270随运动基座0230于外壳体0100内滑动时,擦拭清洁作用更为显著。补充说明,粘附密封层0272由弹性无孔材料(如聚氨酯)制成,表面无孔而防止粉末颗粒与气体通过。
示范性地,第二环形密封件0270与运动基座0230的外周面之间设有弹性元件0290。弹性元件0290的弹性力垂直于运动基座0230的外周面,并使环形密封件远离运动基座0230。弹性元件0290的作用在于,进一步增加第二环形密封件0270与构建室0110的内壁面之间的挤压紧密度,保证良好的密封性。
升降底座0400用于驱动工作台0200滑动地通过开口端进出加工室,实现工作台0200的渐进式升降。升降底座0400的类型众多,包括滑台、气缸等不同类型。
实施例2
请结合参阅图1~5,在实施例1的基础上,本实施例公开工作台0200的一种具体结构。其中,工作台0200具有密封容腔0250,密封容腔0250内设置加热器,加热器用于加热打印构建板0201。应当理解,密封容腔0250保持密封,具有良好的气密性。
示范性地,加热器与打印构建板0201连接,加热器与密封容腔0250的内壁之间具有第一隔绝气隙0202。加热器与密封容腔0250之间由于第一隔绝气隙0202的存在,相互之间不发生热交换,从而保证加热器仅向打印构建板0201传递热量。
进一步地,密封容腔0250与打印构建板0201之间具有第二隔绝气隙0260,第二隔绝气隙0260环布于加热器接近打印构建板0201的一端之外周侧。在第一隔绝气隙0202与第二隔绝气隙0260的共同作用下,密封容腔0250与打印构建板0201之间的热交换被有效阻断,从而保证热量单向地自加热器流向打印构建板0201,进而传递至打印构建板0201的打印表面,保证打印构建板0201于加工过程的温度环境保持于理想范围。
示范性地,加热器与打印构建板0201之间设置温控面板0210,温控面板0210用于自加热器向打印构建板0201定向导热。换言之,加热器、温控面板0210与打印构建板0201依次层叠。相应地,第二隔绝气隙0260位于密封容腔0250与温控面板0210之间,并环布于加热器接近温控面板0210的一端之外周侧。
实施例3
请结合参阅图1~5,在实施例2的基础上,本实施例进一步公开工作台0200的一种具体结构,包括打印构建板0201、温控面板0210、运动基座0230、第一环形密封件0220与环形弹性件0240。其中,打印构建板0201位于温控面板0210远离运动基座0230的一侧表面,温控面板0210与运动基座0230并不直接接触,而由第一环形密封件0220与环形弹性件0240进行连接。
温控面板0210远离打印构建板0201的一侧表面设有环形槽0211。环形槽0211的作用在于,用以增加温控面板0210与第一环形密封件0220之间的压合紧密度。特别地,在温控面板0210为金属件时,其刚度较大而不易变形,环形槽0211对于密封性的改善作用更为显著。
环形槽0211的环形路径与截面形状根据实际需要而定,并与第一环形密封件0220相匹配。示范性地,环形槽0211为具有矩形路径的半圆形环槽,环绕于密封容腔0250的外侧。
第一环形密封件0220沿其环形的轴向至少部分地嵌入安装于环形槽0211内,二者完全匹配。示范性地,第一环形密封件0220与环形槽0211之间形成过盈配合,进一步增强嵌接紧密度与密封良性。第一环形密封件0220可采用多种材料制成,示范性地,其由玻璃纤维线作为填充物制成。
第一环形密封件0220的环形路径根据密封容腔0250的形状而定,示范性地,为矩形环。第一环形密封件0220的截面形状根据实际应用而定,示范性地,其具有圆形截面。可以理解,在圆形截面条件下,环形槽0211应当具有半圆形截面,第一环形密封件0220仅部分地嵌入于环形槽0211内,从而具有突出于环形槽0211外的凸出端。
温控面板0210与运动基座0230相对设置且互不接触,运动基座0230上接近温控面板0210的一侧表面设有环形弹性件0240。环形弹性件0240沿其环形的轴向与第一环形密封件0220紧密压合,以使温控面板0210与运动基座0230之间形成相互连通的密封容腔0250与第二隔绝气隙0260。其中,第二隔绝气隙0260环布于密封容腔0250的周侧。
可以理解,第一环形密封件0220与运动基座0230不发生直接接触,环形弹性件0240与温控面板0210不发生直接接触。当温控面板0210与运动基座0230相对压合时,第一环形密封件0220与环形弹性件0240压合变形而紧密结合,使温控面板0210与运动基座0230相对的表面之间形成第二隔绝气隙0260。
可以理解,环形弹性件0240与第一环形密封件0220具有一致的环形路径。环形弹性件0240可采用多种结构形式,即如板状结构、块体结构等。示范性地,环形弹性件0240具有环形板体结构,并具有理想的变形能力,从而以变形作用力而保证其与第一环形密封件0220的紧密结合。
可以理解,密封容腔0250可单独设置于温控面板0210或运动基座0230上,亦可由分设于温控面板0210与运动基座0230上的腔体拼接而成。无论何种情形,第二隔绝气隙0260均位于温控面板0210与运动基座0230之间,避免后二者发生直接接触,进一步增强密封效果与温度可控性。
补充说明,温控面板0210、第一环形密封件0220、环形弹性件0240与运动基座0230应形成紧密锁定,避免发生松动移位。示范性地,密封结构包括用于锁紧温控面板0210与运动基座0230的紧固件,紧固件贯穿第二隔绝气隙0260。紧固件可以是螺纹紧固件、连接销等类型,使温控面板0210与运动基座0230分别自两侧相对拉紧而使第一环形密封件0220与环形弹性件0240压合到位。
示范性地,运动基座0230接近温控面板0210的一侧表面设有环形台阶0232a,环形弹性件0240于环形台阶0232a上形成悬臂式安装结构。换言之,环形弹性件0240内侧固定于环形台阶0232a上,外侧凸出于运动基座0230的外周侧之外。
示范性地,运动基座0230包括基体底板0231与设于基体底板0231上的环形侧板0232,环形侧板0232包围形成密封容腔0250或其部分腔体。其中,基体底板0231位于环形侧板0232远离温控面板0210的一端,形成密封结构的一侧底板。进一步地,环形侧板0232接近温控面板0210的一端端面设有前述的环形台阶0232a。
示范性地,运动基座0230的外周侧设有安装环槽0233,安装环槽0233内设置第二环形密封件0270。其中,环形弹性件0240远离第一环形密封件0220的一端端面与第二环形密封件0270紧密压合。示范性地,环形弹性件0240与第二环形密封件0270之间尚设有环形填充件0280,用于连接前二者而实现前二者的紧密压合。在前述环形弹性件0240具有悬臂安装结构的情形下,环形填充件0280与环形弹性件0240的突出部下表面紧密压合。
其中,安装环槽0233与第一环形密封件0220的环形路径一致。示范性地,安装环槽0233由环形侧板0232的外周侧与基体底板0231包围而成,至少具有位于基体底板0231上的槽体下侧面以及位于环形侧板0232上的槽体底面。另一种示范,安装环槽0233可单独设置于环形侧板0232的外周侧。
其中,第二环形密封件0270具有与第一环形密封件0220一致的环形路径,并可采用多种结构形式。其中,环形填充件0280具有与第一环形密封件0220一致的环形路径。示范性地,环形填充件0280为填料垫板,其填充物包括毛毡、盘根等类型。
在前述结构下,第二环形密封件0270、环形填充件0280与环形弹性件0240形成层叠分布。当温控面板0210与运动基座0230锁紧时,二者之间的锁紧作用力一方面经“环形台阶0232a-环形弹性件0240-第一环形密封件0220-环形槽0211”的路径作用,另一方面经“安装环槽0233的下侧面-第二环形密封件0270-环形填充件0280-环形弹性件0240-第一环形密封件0220-环形槽0211”的路径作用,形成双重锁紧压合作用,使环形弹性件0240-第一环形密封件0220-环形槽0211之间的压合更为紧密,进一步增强结构的密封良性。
示范性地,第二环形密封件0270接近安装环槽0233的一侧表面(即第二环形密封件0270接近密封容腔0250的一侧表面)设有承载背件0293。示范性地,承载背件0293可为矩形板件或环形板件。当承载背件0293为矩形板件时,安装环槽0233的底面可进一步凹陷而形成多个容纳槽,用于一一对应地安装承载背件0293。
进一步地,弹性元件0290包括V型弹簧片0291与异形弹簧片0292。其中,V型弹簧片0291两端连接安装环槽0233的底面与承载背件0293,于后二者之间传递弹性作用力。示范性地,V型弹簧片0291的开口朝向安装环槽0233的下侧面。
异形弹簧片0292包括直板段与设于直板段一端的钩状端部,异形弹簧片0292的直板段***于承载背件0293中,异形弹簧片0292的钩状端部作用于环形填充件0280上。
在前述结构下,安装环槽0233挤压V型弹簧片0291,V型弹簧片0291弹性变形而作用于承载背件0293。承载背件0293将弹性作用力传递于异形弹簧片0292,使异形弹簧片0292的钩状端部输出弹性变形力而挤压环形填充件0280。承载背件0293并将弹性作用力传递于第二环形密封件0270,使环形填充件0280与第二环形密封件0270一并滑动地顶紧外壳体0100,实现较佳的密封连接。
运动基座0230的温升变形对第二环形密封件0270的密封性能亦有影响,应当进行冷却处理而保证运动基座0230处于理想的温度区间内。请结合参阅图4与图6,示范性地,运动基座0230具有冷却通道,冷却通道贯穿运动基座0230以导流冷却介质。
其中,冷却介质是起冷却作用的低温流体,如冷却空气、冷却水等类型。冷却介质流经冷却通道,吸收运动基座0230及密封容腔0250的热量,实现对运动基座0230的冷却保温,避免因温度变动而导致第二环形密封件0270的密封效率发生衰减。
示范性地,基体底板0231蜿蜒镂空而形成冷却通道(即第一冷却通道0231a)。第一冷却通道0231a弯曲分布,并于内壁及弯曲处保持连续圆滑,保证冷却介质的流动平顺。
示范性地,第一冷却通道0231a具有蛇形线构造。蛇形线是一种特殊曲线,由多个U形连续正反向连接而成,使第一冷却通道0231a紧密地分布于基体底板0231上,保证对基体底板0231各个位置的冷却作用。可以理解,第一冷却通道0231a的数量可为一至复数个。
示范性地,环形侧板0232沿其环形轮廓镂空而形成冷却通道(即第二冷却通道0232b)。第二冷却通道0232b环设于环形侧板0232上,遍及环形侧板0232的各个壁面,形成对密封容腔0250的环绕式冷却。可以理解,第二冷却通道0232b的数量可为一至复数个。
实施例4
请结合参阅图7~8,本实施例公开一种加热器的一种具体结构。示范性地,加热器为定向加热器0300,进一步增强定向加热作用。定向加热器0300包括至少一个定向加热单元0310,用于提供具有方向控制的定向加热方式。以下对定向加热器0300的具体构造进行详细介绍。
定向加热单元0310包括隔热保持架0311与发热元件0312,隔热保持架0311一侧开口(即第一开口0311b)而形成至少一个容纳腔0311a,容纳腔0311a用于容纳发热元件0312。第一开口0311b的设置方向根据所需的发热方向而定,使容纳腔0311a内的热量定向散发。
隔热保持架0311由绝热材料制成,具有良好的隔热能力。绝热材料又称热绝缘材料,是指能阻滞热流传递的材料,常见地包括多孔材料(如泡沫材料等)、热反射材料(如金、银、镍、铝箔或镀金属的聚酯、聚酰亚胺薄膜等)、真空材料(材料内部真空)等类型。
可以理解,隔热保持架0311的封闭端不发生热传导,仅于开口端发生热交换。具体在本实施例中,发热元件0312发生的热量仅通过第一开口0311b向外传导,实现定向加热。
示范性地,容纳腔0311a为复数个并相互平行分布,容纳腔0311a与发热元件0312一一对应地设置。其中,第一开口0311b与容纳腔0311a一一对应,使任一容纳腔0311a具有受控的发热方向。补充说明,复数个容纳腔0311a的第一开口0311b保持开口方向一致,形成定向的共同发热。隔热保持架0311一侧表面形成均匀导热的辐射面,保证定向加热的作用均匀。
其中,发热元件0312用于将其他类型的能量转换为热能并对外传递。发热元件0312种类众多,示范性地,发热元件0312为电热元件。电热元件用于将电能转换为热能,常见地,包括电热合金、PTC发热体、微波加热装置、电磁感应热装置等类型。在一个极简的实施例中,发热元件0312可为电阻丝等电阻加热件。
示范性地,定向加热器0300还包括加热器壳体0320,加热器壳体0320用于容纳定向加热单元0310,加热器壳体0320与定向加热单元0310同向同侧开口。换言之,加热器壳体0320一侧开口,并与第一开口0311b的方向一致。相应地,加热器壳体0320对定向加热单元0310形成除第一开口0311b外的其他方向的隔热保护,进一步增加定向加热器0300的方向可控性。此外,加热器壳体0320并起到对定向加热单元0310的结构保护。
加热器壳体0320对定向加热单元0310的隔热保护可通过多种方式实现。例如,加热器壳体0320可采用绝热材料制成,实现对热流传递的阻滞。示范性地,加热器壳体0320与隔热保持架0311之间具有第三隔绝气隙0330,用于隔绝二者之间的热传导。第三隔绝气隙0330避免加热器壳体0320与定向加热单元0310直接接触,或至少减少二者之间的接触面积,从而减少乃至隔绝二者之间发生热传递。
第三隔绝气隙0330的实现方式众多。例如,加热器壳体0320与隔热保持架0311之间具有安装间隙,其中充溢气体(可以是空气或其类型气体)。又如,第三隔绝气隙0330中可形成真空,进一步增强隔热效果。
示范性地,加热器壳体0320与隔热保持架0311之间设有至少一个承载件0340,用于实现加热器壳体0320与隔热保持架0311的悬置而形成第三隔绝气隙0330。示范性地,承载件0340为复数个并共同承载隔热保持架0311。
示范性地,承载件0340可沿加热器壳体0320与隔热保持架0311的连接线发生弹性变形,从而实现隔热保持架0311于加热器壳体0320内的适应性调节。承载件0340的制造材料众多,示范性地,可由绝缘材料制成并具有良好的弹性变形能力。
实施例5
请结合参阅图9,本实施例公开一种升降底座0400的具体结构。该升降底座0400包括底座本体0410与升降装置0420,底座本体0410提供承载支撑,升降装置0420用于驱动工作台0200升降。以下对升降底座0400的主要构造进行具体介绍。
示范性地,底座本体0410包括支撑底板0411、支撑顶板0412与直立支撑件0413。其中,支撑底板0411与支撑顶板0412相对设置。支撑底板0411用于与地面连接,支撑顶板0412用于承载外壳体0100或加工室。直立支撑件0413直立设置,下端支撑于支撑底板0411上,上端则与支撑顶板0412固定连接,三者形成一体固定的可靠结构。示范性地,支撑顶板0412具有沿铅垂方向开设的开口部0412a,工作台0200可直线运动地通过开口部0412a,进一步增加工作台0200的运动行程。
示范性地,支撑顶板0412与直立支撑件0413形成外壳体0100的主体结构。相应地,支撑底板0411、支撑顶板0412与直立支撑件0413包围而成构建室0110,开口部0412a即为构建室0110的开口端,并与加工室连通。在此,支撑顶板0412用于承载加工室,直立支撑件0413的内侧壁面形成构建室0110的内壁。
升降装置0420设置于底座本体0410上,用于驱动工作台0200升降运动。升降装置0420包括复数个直线运动机构0421,用于驱动同一工作台0200实现升降运动。复数个直线运动机构0421相互平行设置,并均与工作台0200固定连接。可以理解,任一直线运动机构0421均可实现直线往复运动。
在前述结构下,复数个直线运动机构0421具有相同的运动方向。复数个直线运动机构0421同步运行,使工作台0200受到分布式驱动作用力,避免集中式驱动存在的偏移与侧翻风险。进一步地,复数个直线运动机构0421均匀地与工作台0200连接,使驱动力分布更为均匀。
应当理解,复数个直线运动机构0421具有同步运动特性,以保证工作台0200的升降运动平稳。示范性地,复数个直线运动机构0421由同一驱动源0422驱动。
换言之,复数个直线运动机构0421的动力输入端均与同一驱动源0422的动力输出端连接。其中,驱动源0422用于输出源动力,其形式包括电动机、液压马达等不同类型。当驱动源0422输出源动力时,该源动力同时传递至各个直线运动机构0421,从而保证运动传递的同步性,避免发生运动干涉。
其中,驱动源0422的同步驱动可通过多种方式实现,如行星轮系、同步带结构等类型。示范性地,驱动源0422为双出轴电机,双出轴电机的输出端与直线运动机构0421一一对应地连接。顾名思义,双出轴电机具有两个输出轴,从而形成双输出端。任一输出端与一个直线运动机构0421的动力输入端连接,实现同步的动力输出。
示范性地,双出轴电机的输出端与直线运动机构0421垂直设置。例如,双出轴电机的输出轴轴向水平,而直线运动机构0421的运动方向保持铅垂,从而实现垂直设置结构。双出轴电机的两个输出轴对称地分居两端,使直线运动机构0421对称地分居双出轴电机的两侧,进一步保证工作台0200受到的驱动力均匀分布。
其中,双出轴电机的输出端与直线运动机构0421的动力输入端通过锥齿轮组连接。锥齿轮组包括轴向垂直并相互啮合的主动锥齿轮与从动锥齿轮,主动锥齿轮与双出轴电机的输出端固定连接,从动锥齿轮与直线运动机构0421的动力输入端固定连接,实现动力传递方向的变换。示范性地,锥齿轮组以齿轮箱0423的形式实现。
直线运动机构0421的结构形式众多,包括直线轴承、齿轮齿条等不同类型。示范性地,直线运动机构0421包括传动螺杆0421a与传动螺母0421b,传动螺母0421b可螺旋旋转地保持于传动螺杆0421a上。可以理解,传动螺杆0421a的外表面与传动螺母0421b的内表面匹配设置螺旋槽,形成螺旋配合关系。
其中,传动螺杆0421a轴向铅垂并与驱动源0422连接,传动螺母0421b与工作台0200固定连接。在前述驱动源0422为双出轴电机的实施方式中,传动螺杆0421a一端与双出轴电机的输出端固定连接。进一步地,传动螺杆0421a一端与从动锥齿轮固定连接。
在驱动源0422的驱动下,传动螺杆0421a旋转而驱动传动螺母0421b运动。由于复数个直线运动机构0421的传动螺母0421b分别与工作台0200固定连接,传动螺母0421b的旋转自由度受到约束,传动螺杆0421a的旋转运动转换为传动螺母0421b的直线运动。由此,复数个传动螺母0421b同步驱动工作台0200,使工作台0200沿铅垂方向往复运动而实现铅垂升降。
示范性地,直线运动机构0421还包括直立导向件0421c与导向运动件0421d,用于约束工作台0200的运动方向,并消除传动螺杆0421a与传动螺母0421b之间的传动间隙误差,实现精确导向。
其中,直立导向件0421c设置于底座本体0410上。可以理解,直立导向件0421c即可设置于支撑底板0411上,亦可设置于直立支撑件0413上。直立导向件0421c的实现形式众多,包括直线导轨、直线滑块等类型。
导向运动件0421d可沿铅垂方向滑动地保持于直立导向件0421c上,导向运动件0421d与传动螺母0421b固定连接。导向运动件0421d的实现形式众多,包括直线滑块、直线导轨等类型。示范性地,直立导向件0421c与导向运动件0421d一者为直线导轨,另一者为直线滑块,形成直线运动导向配合。
当传动螺杆0421a与传动螺母0421b发生螺旋传动时,导向运动件0421d随传动螺母0421b具有螺旋运动趋势。由于直立导向件0421c的运动约束,导向运动件0421d失去旋转自由度,仅具有直线运动自由度,从而保证运动方向的精确控制。可以理解,通过调节直立导向件0421c与导向运动件0421d之间的配合间隙,可实现对导向精度的有效控制。
请参阅图10,示范性地,直线运动机构0421还包括中空连接件0421e,中空连接件0421e用于固定连接工作台0200与传动螺母0421b,中空连接件0421e具有用于容纳传动螺杆0421a的中空腔0421e1。
换言之,中空连接件0421e的上端与工作台0200固定连接,下端与传动螺母0421b固定连接。同时,中空连接件0421e的下端沿铅垂方向开口而形成中空腔0421e1。示范性地,中空连接件0421e为管件。
可以理解,传动螺杆0421a另一端固定连接于驱动源0422,另一端悬置于中空腔0421e1内,形成固定-悬臂的安装结构。当传动螺杆0421a旋转时,传动螺母0421b驱动中空连接件0421e升降运动,使传动螺杆0421a于中空腔0421e1内发生与中空连接件0421e的相对运动。
示范性地,直线运动机构0421还包括用于定位测量的位置反馈单元0421f。位置反馈单元0421f用于测量工作台0200的运动位置,从而实现精确的位置反馈控制,提高定位精度。位置反馈单元0421f的实现方式众多,包括光栅尺、位移传感器、行程开关、磁环等不同类型。
在这里示出和描述的所有示例中,任何具体值应被解释为仅仅是示例性的,而不是作为限制,因此,示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。
应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本实用新型范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本实用新型的保护范围。因此,本实用新型的保护范围应以所附权利要求为准。