3D印表機的製作方法

2023-12-10 19:26:22 2

本發明涉及3D列印領域，尤其涉及一種3D印表機。

背景技術：

3D印表機即快速成形技術的一種機器，它是一種數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層列印的方式來構造物體的技術。運用三維印表機列印模型，無需傳統的切削加工工具機和工模具，在計算機的控制下根據工件的三維模型可直接成形三維實體。

列印噴嘴是3D印表機中用於輸出耗材的部件，在列印過程中要求列印噴嘴能夠在空間內任意移動以應對不同的外部輪廓面的工件。現有的3D印表機的列印噴頭傳動機構大多是運用了傳統的三軸聯動工具機的傳動機構，即分別設置沿X、Y、Z三個方向的移動軸，在每一個移動軸的軸向上均設置有一個驅動單元，在列印時列印噴嘴便能夠沿這三個方向移動。這種三軸聯動的傳動機構結構複雜、佔用空間較大，並且在列印過程中列印噴嘴可到達的範圍受到X、Y、Z三個方向的移動軸的長度限制，可列印物體的最大尺寸與三根移動軸的長度成正比，因此想要增加印表機的列印範圍，其移動軸所需的成本便會很高。

技術實現要素：

本發明提供一種3D印表機，以解決現有3D印表機無法兼顧列印範圍與印表機成本的問題。

為達到上述目的，本發明提供一種3D印表機，其包括底座、列印噴頭組件、豎向位移機構和水平位移機構，以所述底座的中心為原點建立坐標軸，所述豎向位移機構沿Z向設置於所述底座上，所述列印噴頭組件與所述豎向位移機構連接，所述水平位移機構包括兩個X向位移機構和兩個Y向位移機構，所述兩個X向位移機構沿Y向分別設置於所述底座的兩側，所述兩個Y向位移機構沿X向分別設置於所述底座的另外兩側。

進一步的，所述兩個X向位移機構均包括滾輪、輪軸和電機，其中，兩個所述電機均設置於所述底座的下底面上，兩個所述滾輪沿Y向分別設置於所述底座相對的兩側，且兩個所述滾輪均朝向X向滾動，兩個所述輪軸均沿Y向設置，其一端與對應的電機連接，另一端與對應的滾輪連接。

進一步的，所述兩個Y向位移機構均包括滾輪、輪軸和電機，其中，兩個所述電機均設置於所述底座的下底面上，兩個所述滾輪沿X向分別設置於所述底座相對的兩側，且兩個所述滾輪均朝向Y向滾動，兩個所述輪軸均沿X向設置，其一端與對應的電機連接，另一端與對應的滾輪連接。

進一步的，所述滾輪包括主動輪和若干從動輪，所述主動輪的輪轂的側面與對應的輪軸的另一端相連，所述若干從動輪沿所述主動輪的周向設置於所述主動輪中，所述從動輪的徑向與所述主動輪外圓周的切線方向相垂直。

進一步的，所述豎向位移機構包括螺杆、噴嘴連接杆和電機，所述電機設置於所述底座的下底面上，所述螺杆沿Z向設置，其一端穿過所述底座與所述電機連接，所述噴嘴連接杆的一端與所述螺杆螺紋連接。

進一步的，所述3D印表機還包括電控箱，所述電控箱設置於所述底座中，所述電機均與所述電控箱電信連接，所述電控箱通過USB接口與控制系統電信連接。

進一步的，所述3D印表機還包括電機支架，所述電機支架設置於所述底座的下底面上，所述電機設置於所述電機支架中。

進一步的，所述豎向位移機構還包括導杆、頂蓋和墊塊，所述墊塊設置於所述底座上，所述螺杆穿過所述墊塊，所述頂蓋設置於所述螺杆上，所述導杆沿Z向設置，其一端與所述頂蓋連接，另一端穿過所述噴嘴連接杆的一端與所述墊塊連接。

進一步的，所述導杆的數量為三根，三根所述導杆繞所述螺杆等角度間隔設置。

進一步的，所述3D印表機還包括局部角度調整架，所述局部角度調整架的一端具有轉塊，所述轉塊設置於所述底座上，並能夠繞其自身的中心轉動，所述墊塊設置於所述轉塊上，所述螺杆穿過所述轉塊，所述局部角度調整架的另一端具有調整塊，所述底座上靠近所述調整塊的位置以所述轉塊的中心為圓心開設有一弧形凹槽，所述調整塊位於所述弧形凹槽中，所述弧形凹槽沿所述轉塊徑向上的長度與所述調整塊的大小相匹配。

進一步的，所述3D印表機還包括支撐架，所述支撐架設置於所述局部角度調整架上，所述噴嘴連接杆設置於所述支撐架上。

進一步的，所述列印噴頭組件包括列印噴嘴和噴嘴夾具，所述噴嘴夾具通過噴嘴連接杆與所述豎向位移機構連接，所述噴嘴夾具固定所述列印噴嘴。

進一步的，所述3D印表機還包括料盤和料盤架，所述料盤架設置於所述底座上，所述料盤設置於所述料盤架上，所述料盤與所述列印噴嘴通過輸料管道連接。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

本發明提供的3D印表機在列印時可通過兩個X向位移機構或兩個Y向位移機構同時動作，帶動底座及其上方的列印噴頭組件沿X向或Y向移動，還可通過單個X向位移機構或Y向位移機構的動作，帶動底座及其上方的列印噴頭組件能夠以另一X向位移機構或Y向位移機構為圓心轉動，以達到調節前進方向的目的，從而使該3D印表機能夠移動到平面內的任意位置，因此本發明提供的3D印表機其平面列印範圍在理論上是無限的，而在實際應用中，相對於同體積的現有印表機而言其列印範圍上的優勢也是相當明顯的，在降低了成本的同時還提高了空間利用率。

附圖說明

下面結合附圖對本發明作進一步說明：

圖1為本發明實施例提供的3D印表機的結構示意圖；

圖2為本發明實施例提供的3D印表機的分解結構示意圖；

圖3為本發明實施例提供的3D印表機中滾輪的結構示意圖。

在圖1至3中，

1：底座；2：滾輪；21：主動輪；22：從動輪；3：輪軸；4：電機；5：螺杆；6：噴嘴連接杆；7：電控箱；71：USB接口；8：電機支架；9：導杆；10：頂蓋；11：墊塊；12：局部角度調整架；13：轉塊；14：調整塊；15：弧形凹槽；16：支撐架；17：列印噴嘴；18：噴嘴夾具；19：料盤；20：料盤架。

具體實施方式

以下結合附圖和具體實施例對本發明提出的3D印表機作進一步詳細說明。根據下面說明和權利要求書，本發明的優點和特徵將更清楚。需說明的是，附圖均採用非常簡化的形式且均使用非精準的比率，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。

本發明的核心思想在於，提供一種3D印表機，其在列印時可通過兩個X向位移機構或兩個Y向位移機構同時動作，帶動底座及其上方的列印噴頭組件沿X向或Y向移動，還可通過單個X向位移機構或Y向位移機構的動作，帶動底座及其上方的列印噴頭組件能夠以另一X向位移機構或Y向位移機構為圓心轉動，以達到調節前進方向的目的，從而使該3D印表機能夠移動到平面內的任意位置，因此本發明提供的3D印表機其平面列印範圍在理論上是無限的，而在實際應用中，相對於同體積的現有印表機而言其列印範圍上的優勢也是相當明顯的，在降低了成本的同時還提高了空間利用率。

請參考圖1至3，圖1為本發明實施例提供的3D印表機的結構示意圖；圖2為本發明實施例提供的3D印表機的分解結構示意圖；圖3為本發明實施例提供的3D印表機中滾輪的結構示意圖。

如圖1和圖2所示，本發明實施例提供一種3D印表機，其包括底座1、列印噴頭組件、豎向位移機構和水平位移機構，以所述底座1的中心為原點建立坐標軸，即所述坐標軸的原點隨著底座1的中心位置的移動而隨時改變，所述豎向位移機構沿Z向設置於所述底座1上，所述列印噴頭組件與所述豎向位移機構連接，所述水平位移機構包括兩個X向位移機構和兩個Y向位移機構，所述兩個X向位移機構沿Y向分別設置於所述底座1的兩側，所述兩個Y向位移機構沿X向分別設置於所述底座1的另外兩側。

本發明實施例提供的3D印表機在列印時可通過兩個X向位移機構或兩個Y向位移機構同時動作，帶動底座1及其上方的列印噴頭組件沿X向或Y向移動，還可通過單個X向位移機構或Y向位移機構的動作，帶動底座1及其上方的列印噴頭組件能夠以另一X向位移機構或Y向位移機構為圓心轉動，以達到調節前進方向的目的，從而使該3D印表機能夠移動到平面內的任意位置，因此本發明提供的3D印表機其平面列印範圍在理論上是無限的，而在實際應用中，相對於同體積的現有印表機而言其列印範圍上的優勢也是相當明顯的，在降低了成本的同時還提高了空間利用率。

進一步的，所述兩個X向位移機構均包括滾輪2、輪軸3和電機4，其中，兩個所述電機4均設置於所述底座1的下底面上，兩個所述滾輪2沿Y向分別設置於所述底座1相對的兩側，且兩個所述滾輪2均朝向X向滾動，兩個所述輪軸3均沿Y向設置，其一端與對應的電機4連接，另一端與對應的滾輪2連接。

進一步的，所述兩個Y向位移機構均包括滾輪2、輪軸3和電機4，其中，兩個所述電機4均設置於所述底座1的下底面上，兩個所述滾輪2沿X向分別設置於所述底座1相對的兩側，且兩個所述滾輪2均朝向Y向滾動，兩個所述輪軸3均沿X向設置，其一端與對應的電機4連接，另一端與對應的滾輪2連接。

上述X向位移機構和Y向位移機構的結構是一致的，其滾輪2滾動方向的不同，使其能夠帶動底座1及其上方的列印噴頭組件沿X向和Y向移動。同時，所述X向位移機構和Y向位移機構中輪軸3都分別通過不同的電機4以驅動，使該3D印表機實現了旋轉的功能，以達到調節該3D印表機前進方向的目的。

進一步的，如圖3所示，所述滾輪2包括主動輪21和若干從動輪22，所述主動輪21的輪轂的側面與對應的輪軸3的另一端相連，所述若干從動輪22沿所述主動輪21的周向設置於所述主動輪21中，所述從動輪22的徑向與所述主動輪21外圓周的切線方向相垂直。當X向位移機構中的主動輪21滾動時，Y向位移機構中的從動輪22滾動，使Y向位移機構中的主動輪21摩擦力不會成為前進的阻礙，類似的，當Y向位移機構中的主動輪21滾動時，X向位移機構中的從動輪22滾動，使X向位移機構中的主動輪21摩擦力不會成為前進的阻礙。前進時主動輪21與地面的滑動摩擦變為滾動摩擦，大大減小了摩擦力，使該3D印表機的移動更為平滑。優選的，所述若干從動輪22可密布於所述主動輪21上，以增加其滾動摩擦的面積。

進一步的，所述豎向位移機構包括螺杆5、噴嘴連接杆6和電機(圖中未示)，所述電機設置於所述底座1的下底面上，所述螺杆5沿Z向設置，其一端穿過所述底座1與所述電機連接，所述噴嘴連接杆6的一端與所述螺杆5螺紋連接。通過該豎向位移機構中電機的動作，帶動螺杆5旋轉，進而使與螺杆5螺紋連接的噴嘴連接杆6能夠沿Z向升降，增加了與之連接的列印噴頭組件在豎向上的列印範圍。

進一步的，所述3D印表機還包括電控箱7，所述電控箱7設置於所述底座1中，所述X向位移機構、Y向位移機構中的電機4以及豎向位移機構中的電機均與所述電控箱7電信連接，所述電控箱7通過USB接口71與控制系統電信連接。在該3D印表機列印時，工作人員可將控制系統通過USB接口71連接電控箱7，以調節各電機的轉速，從而精確控制X向位移機構、Y向位移機構和豎向位移機構工作實現該3D印表機平面及豎向的精確位移。

進一步的，所述3D印表機還包括電機支架8，所述電機支架8設置於所述底座1的下底面上，所述X向位移機構、Y向位移機構中的電機4和豎向位移機構中的電機均設置於所述電機支架8中，增加了電機工作的穩定性。

進一步的，所述豎向位移機構還包括導杆9、頂蓋10和墊塊11，所述墊塊11設置於所述底座1上，所述螺杆5穿過所述墊塊11，所述頂蓋10設置於所述螺杆5上，所述導杆9沿Z向設置，其一端與所述頂蓋10連接，另一端穿過所述噴嘴連接杆6的一端與所述墊塊11連接。該導杆9的結構設計使得噴嘴連接杆6在螺杆5旋轉時僅能夠沿Z向設置的導杆9進行升降，增加了列印噴頭組件Z向移動及工作的穩定性。

進一步的，所述導杆9的數量為三根，三根所述導杆9繞所述螺杆5等角度間隔設置，以最大限度地增加列印噴頭組件Z向移動及工作的穩定性。

進一步的，所述3D印表機還包括局部角度調整架12，所述局部角度調整架12的一端具有轉塊13，所述轉塊13設置於所述底座1上，並能夠繞其自身的中心轉動，所述墊塊11設置於所述轉塊13上，所述螺杆5穿過所述轉塊13，所述局部角度調整架12的另一端具有調整塊14，所述底座1上靠近所述調整塊14的位置以所述轉塊13的中心為圓心開設有一弧形凹槽15，所述調整塊14位於所述弧形凹槽15中，所述弧形凹槽15沿所述轉塊13徑向上的長度與所述調整塊14的大小相匹配。當列印噴頭組件需要進行角度的微調整時，旋轉轉塊13，轉塊13會帶動其上方的墊塊11、導杆9及頂蓋10整體一起轉動，進而帶動噴嘴連接杆6以轉塊13為圓心轉動，實現列印噴頭組件列印角度的微調整，同時調整塊14也在弧形凹槽15中移動，噴嘴連接杆6的轉動範圍受到弧形凹槽15範圍的限制。

進一步的，所述3D印表機還包括支撐架16，所述支撐架16設置於所述局部角度調整架12上，所述噴嘴連接杆6設置於所述支撐架16上。所述支撐架16用於支撐噴嘴連接杆6的主體部位，以使其在移動或工作時不會抖動，增加列印噴頭組件移動及列印時的穩定性。

進一步的，所述列印噴頭組件包括列印噴嘴17和噴嘴夾具18，所述噴嘴夾具18通過噴嘴連接杆6與所述豎向位移機構連接，所述噴嘴夾具18固定所述列印噴嘴17，以增加列印噴嘴17在移動及工作時的穩定性。

進一步的，所述3D印表機還包括料盤19和料盤架20，所述料盤架20設置於所述底座1上，所述料盤19設置於所述料盤架20上，所述料盤19與所述列印噴嘴17通過輸料管道(圖中未示)連接，所述料盤19用於為列印噴嘴17輸料，以實現小體積3D印表機的列印功能。

顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些改動和變型屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。