3d印表機數控定位系統的製作方法

2023-11-30 12:19:56 2

3d印表機數控定位系統的製作方法
【專利摘要】3D印表機數控定位系統，本發明屬3D印表機數控定位系統的一個【技術領域】。為了消除滑動導軌磨損對列印精度的影響，本發明採取了如下技術措施：在搖臂10的一端安裝有工作檯驅動電機11和半蝸輪2，工作檯驅動電機11的轉軸上安裝有工作檯3，工作檯驅動電機11可驅動工作檯3轉動，搖臂10的另一端活動安裝在Z軸導軌9或鉸接在支架1上，支架1上安裝有搖臂驅動電機12，搖臂驅動電機12的轉軸上裝有蝸杆13，蝸杆13與半蝸輪2齒合在一起等；這樣做的好處是：由於本發明採用了磨損小精度高的轉動替代導軌的滑動即取消了滑動導軌機構，消除了滑動磨損所帶來的不良影響。同時也大大簡化了結構、提高了定位精度，降低了生產成本和提高了可靠性。
【專利說明】3D印表機數控定位系統

【技術領域】
[0001]本發明屬3D印表機數控定位系統的一個【技術領域】。

【背景技術】
[0002]市售的一般的熱熔堆積類3D印表機，由於結構相對簡單，耗材價廉等原因而發展較快。熱熔堆積類3D印表機主要運用了熱熔堆積等成形技術，使計算機上虛擬的三維圖像變成了現實的立體模型。這一類的3D印表機主要由X軸、Y軸和Z軸，三軸數控定位系統、控制電路和噴頭等組成。三軸數控定位系統根據切片軟體產生的數字切片列印數據和指令，不斷地改變噴咀與模型或工作檯之間的水平位置和相對高度，配合噴頭的動作就能實現熱熔材料的堆積成形。在這個過程中，X軸和Y軸數控定位系統的運動最頻繁，而且運動量也最大，同時它對列印精度的影響也最大。所以它是3D印表機中最重要的組成部份。
[0003]然而，現有技術下的這類3D印表機的三軸數控定位系統中，使用的都是直線滑動導軌。在3D列印過程中，X軸和Y軸不斷配合動作，才能形成模型中的各條曲線或直線。也就是說，3D列印過程中的各條曲線或直線的產生，都要導軌與滑臺之間產生滑動磨擦才能實現。本領域的技術人員都知道，滑動導軌不但對零件的材質、加工精度和安裝精度的要求非常苛刻，而且最令人頭痛的是它在使用過程中會產生嚴重磨擦磨損，這種磨損是它的結構所造成的。由於它的磨擦行程的幅度大，而且各部件都直接暴露在空氣中，使這種情況雪上加霜。在這樣的工作環境下，導軌上的潤滑劑極容易吸附空氣中的灰塵，這樣更加速了導軌的磨損。導軌的磨損影響最大的是三軸定位系統的定位和重複定位精度，它的表現為列印出來的平面表面粗糙。嚴重時，列印出來的模型的幾何形狀和尺寸也受影響。所以滑動導軌的使用，間接影響了列印精度和縮短了 3D印表機的使用壽命。另一方面，在設計和製造3D印表機的過程中，滑動導軌的長度必須要大於X軸和Y軸的工作行程，這樣就要求支撐導軌的支架更大更強。它必然導致使3D印表機的整機結構非常龐大。而面對龐大的結構，為保證剛度又不得不增加構件的厚度。這樣就大大增整機的重量。


【發明內容】

[0004]為了簡化3D印表機的X軸和Y軸數控定位系統的結構、消除滑動導軌磨損對列印精度的影響，延長3D印表機的使用壽命，本發明採取了如下技術措施:在搖臂10的一端安裝有工作檯驅動電機11和半蝸輪2，工作檯驅動電機11的轉軸上安裝有工作檯3，工作檯驅動電機11可驅動工作檯3轉動，搖臂10的另一端活動安裝在Z軸導軌9或鉸接在支架I上，支架I上安裝有搖臂驅動電機12，搖臂驅動電機12的轉軸上裝有蝸杆13，蝸杆13與半蝸輪2齒合在一起，搖臂驅動電機12通過蝸杆13可驅動半蝸輪2、搖臂10、工作檯驅動電機11和工作檯3 —起擺動；工作檯驅動電機11和搖臂驅動電機12連接各自的電機控制器，電機控制器連接計算機，搖臂10和支架I上裝有復位微動開關或復位傳感器用於工作檯3和搖臂10的位置檢測，復位微動開關或復位傳感器連接計算機。
[0005]這樣做的好處是:本發明把3D印表機工作時，運動最頻繁、運動量最大的X軸和Y軸的數控定位系統，由使用滑動導軌機構來實現3D印表機的水平面的數控定位。改為通過工作檯3的旋轉和搖臂12的平擺機構，來實現3D印表機的水平面的數控定位。由於本發明採用了磨損小，定位精度高的轉動替代導軌的直線滑動(即取消了滑動導軌機構)，消除了導軌滑動磨損所帶來的不良影響。同時也大大簡化了結構、提高了定位精度，降低了生產成本和提高了可靠性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1是本發明結構示意圖(前側俯視面圖)。
[0007]圖2是本發明結構示意圖(後側面俯視圖)。
[0008]圖中:支架1、半蝸輪2、工作檯3、噴頭4、耗材5、噴頭支架6、Z軸驅動電機7、Z軸螺杆8、Z軸導軌9、搖臂10、工作檯驅動電機11、搖臂驅動電機12、蝸杆13。

【具體實施方式】
[0009]現有技術下的熱熔堆積類3D印表機的三軸(X軸、Y軸、Z軸)數控定位系統，幾乎都採用了直線滑動導軌。在技術上，直線導軌的長度要大於工作行程，而且各導軌之間必須是相互垂直。因此，這類3D印表機的主體結構大都為箱式，體積龐大而且笨重。在3D印表機過程中，驅動X軸和驅動Y軸的步進電機在計算機的控制下不斷配合動作，形成模型斷層中的各條曲線或直線，即一個切片。因此它們的工作量大，磨損也嚴重。而Z軸只有層高有增加時才有動作，而且它的最大行程就是模型的高度。它列印一個模型才行走一次行程，所以Z軸的磨損是非常小的，它對3D印表機的精度和使用壽命的影響相對小得多。可以適當忽略。在3D印表機工作過程中，運動最頻繁和運動量是最大的是X軸和Y軸。而且在整個印表機結構中，為了安置X軸和Y軸的滑動導軌，往往要把3D印表機做成箱式結構。這就使3D印表機的結構更加複雜，同時為保證剛度不得不大大增加材厚度，使3D印表機的重量大大增加。所以在3D印表機的數控定位系統中，取代滑動導軌結構對3D印表機有著重大的意義。
[0010]本發明的工作原理:為了簡化現有3D印表機X軸和Y軸構成的平面數控定位系統的結構、消除滑動導軌磨損對列印精度的影響和延長3D印表機的使用壽命。本發明主要採取了利用工作檯的旋轉和搖臂的水平搖擺，兩者的相互配合來替代X軸和Y軸的直線運動，把模型數字切片的直線或曲線展現在噴頭的噴嘴前面，實現3D列印。其具體結構是把搖臂10的一端鉸接在支架I或活動安裝在Z軸導軌9上(這裡所述的活動安裝是指搖臂10可圍繞Z軸導軌9擺動(轉動)的安裝結構)，兩者其效果是一樣的。鉸接或活動安裝，在這裡是給搖臂10作為擺動的圓心，這樣就可以將原來需要導軌的滑動來完成的任務，部份變為由搖臂10的擺動旋轉來完成。這就可以大大減小磨損、提高定位精度而且還能減小驅動功率，即減小步進電機(本申請述的電機均為步進電機或帶減速機構的的步進電機)的負載。搖臂10的另一端裝有工作檯驅動電機11和半蝸輪2，工作檯驅動電機11的轉軸上裝有工作檯2。工作檯驅動電機11可帶動工作檯3轉動。工作檯3的旋轉運動在一定條件下可替代X軸或Y軸運動。搖臂10可帶著半蝸輪2、工作檯驅動電機11、和工作檯3—起水平擺動。這一擺動能在噴頭4水平不動的前提下，配合工作檯3轉動，使工作檯3上任意一個水平點移到噴頭4的下方、使工作檯3上無盲點；也就是說，工作檯驅動電機11、搖臂驅動電機12在計算機的控制下，可使工作檯3上任意何一個水平點都能移到噴頭4的下方，完全替代了 X軸和Y軸滑動導軌的作用。
[0011]本發明的工作過程是:當使用者打開3D印表機電源後，計算機系統復位開始工作，跟著計算機通過電機控制器指令工作檯驅動電機11驅動工作檯3向著微動開關或復位傳感器的方向旋轉，當工作檯3的一個特定點觸及微動開關或復位傳感器時，微動開關或復位傳感器向計算機發出工作檯3到位信號。接著計算機向工作檯驅動電機11發出停機指令，工作檯3停止在工作的起點，復位成功。跟著計算機也通過電機控制器指令搖臂驅動電機12，通過蝸杆13驅動半蝸輪2和驅動搖臂10等一起向著微動開關或復位傳感器的方向旋轉。當搖臂10上的特定點觸及微動開關或復位傳感器時,微動開關或復位傳感器向計算機發出搖臂10到位信號。計算機向搖臂驅動電機12發出停機指令，搖臂10停止在工作起點的位置上，搖臂10復位成功。全系統的復位結果是使工作檯3上設定的工作起點對齊噴頭4的噴咀，齊噴頭4的噴咀距工作檯3有合適的高度。全系統復位完成後，計算機就可根據使用者輸入的模型切片數據，通過電機控制器驅動工作檯驅動電機11、搖臂驅動電機12配合動作，完成X軸和Y軸方向的移動定位任務。
[0012]當3D印表機列印完一層切片後，計算機就會通過電機控制器控制Z軸電機7通過Z軸螺杆8驅動裝在Z軸導軌上並與Z軸螺杆8螺紋連接在一起的噴頭支架6上升，為列印下一個切片做準備。如此循環就可列印全個模型。
【權利要求】
1.3D印表機數控定位系統，主要包括支架(I)、半蝸輪(2 )、工作檯(3 )、搖臂(10 )、工作檯驅動電機(11)、搖臂驅動電機(12)、蝸杆(13)，其特徵在於:在搖臂(10)的一端安裝有工作檯驅動電機(11)和半蝸輪(2 )，工作檯驅動電機(11)的轉軸上安裝有工作檯(3 )，工作檯驅動電機(11)可驅動工作檯(3 )轉動，搖臂(10 )的另一端活動安裝在Z軸導軌(9 )或鉸接在支架(I)上，支架(I)上安裝有搖臂驅動電機(12)，搖臂驅動電機(12)的轉軸上裝有蝸杆(13)，蝸杆(13)與半蝸輪(2)齒合在一起，搖臂驅動電機(12)通過蝸杆(13)可驅動半蝸輪(2)、搖臂(10)、工作檯驅動電機11和工作檯(3) —起擺動；工作檯驅動電機(11)和搖臂驅動電機(12)連接各自的電機控制器，電機控制器連接計算機，搖臂(10)和支架(I)上裝有復位微動開關或復位傳感器用於工作檯(3)和搖臂(10)的位置檢測，復位微動開關或復位傳感器連接計算機。
【文檔編號】B29C67/00GK104325645SQ201410682913
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月24日 優先權日:2014年11月24日
【發明者】胡曉聰, 胡達廣 申請人:胡達廣