一种桌面3d打印的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种桌面式3D打印机，包括：机架、X轴运动机构、Z轴运动机构以及Y轴运动机构，所述机架为龙门式结构，其中：所述X轴运动机构固定在所述机架的底板上，并安装有可沿X轴方向运动的成型基板；所述Z轴运动机构包括两个相同的可提供Z轴方向运动的运动模块，所述两个运动模块分别安装在所述机架的左侧板和右侧板上；所述Y轴运动机构安装于所述Z轴运动机构上，所述Y轴运动机构上安装有进丝机构，所述进丝机构用于推进丝料进给并对丝料进行加热挤出。由于本实用新型的桌面式3D打印机将机架设计成龙门式，既能为整机提供稳定可靠的支撑又大大简化了结构，从而降低了制造成本，同时提高了机器的可操作性和可维护性。
【专利说明】一种桌面3D打印机
【技术领域】
[0001]本实用新型属于3D打印【技术领域】，更具体地，涉及一种桌面3D打印机。
【背景技术】
[0002]3D打印技术是一种采用逐点或逐层成型方法制造物理模型、模具和零件的先进制造技术；是综合材料科学、CAD\CAM、数控和激光等先进技术于一体的新型制造技术。3D打印技术是基于离散/堆积的成型思想，将计算机上构建的零件三维CAD模型沿高度方向分层切片，得到每层截面信息，然后输出到快速成型设备上逐层扫描填充，再沿高度方向上粘结叠加，逐步形成三维实体零件。与传统机械加工中“减材料”的工艺相比，3D打印技术能从CAD模型生产出零件原型，缩短了新产品设计和开发周期，是制造【技术领域】的一次重大突破。
[0003]3D打印技术起源于美国，以极高的柔性和应用范围获得制造业和学术界的积极响应，很快发展到日本、欧洲和我国。三维打印技术在不需要任何刀具、模具及工装卡具的情况下，可实现任意复杂形状新产品样件的快速制造。用三维打印技术制造出的模型或样件可直接用于新产品设计验证、功能检验、外观验证、工程分析、市场订货等、非常有利于优化产品设计，从而大大提高新产品开发的一次成功率，提高产品的市场竞争力，缩短研发周期，降低研发成本。
[0004]目前，3D打印技术已有十多种工艺，按照成型能源的不同，可分为激光加工和非激光加工两大类，其中典型的有:激光固化造型(补充英文全称，SLA)、选择性激光烧结(SLS)、分层实体制造(L0M)、熔融沉积制造(FDM)、三维立体打印(3DP)。
[0005]其中，前三种(即:SLA、SLS和L0M)存在的共同问题是:
[0006](I)机器成本高，这些3D打印机都必须配备激光器，以及高性能的数控系统，因此机器成本高；
[0007](2)运行成本高，这些3D打印机都要求特定性能的成型材料，因此运行成本高；
[0008](3)操作维护复杂，环境友好性差，这些3D打印机的结构较复杂、体积较大、对环境有一定的污染，因此，不便于操作维护，不适合于家庭及办公室使用。
[0009]后两种(即3DP)3D打印机和前三种3D打印机相比，在成形件的大小、精度和强度等方面，可能有所差别，但是，他们不必配置昂贵的激光器，结构较简单，外形小巧，对环境无污染，因此成本较低，特别适合于家庭及办公室使用，成为3D打印机的一种发展方向。
[0010]熔融沉积制造(Fused Deposition Modeling,FDM)3D打印机采用丝状材料(如ABS塑料丝)作为加工物，用加热器将其加热到熔融状态，通过送丝机构从喷头挤出细丝材料，加热喷头在计算机的控制下，根据三维模型的截面轮廓数据作X-Y平面运动，逐层选择性融覆形成三维实体。熔融沉积制造3D打印工艺由于其独特的技术原理，比较适合于家庭、办公用品以及模具行业新产品开发，另外还被广泛用于医学、医疗、考古等三维实体模型制造，具有很强的应用前景。[0011]现有的典型FDM3D打印机受材料特性及软硬件技术难度的影响大多存在机器结构不够稳定、成型精度不高、成型速度低、成本高昂等问题，限制了其进一步推广使用。
实用新型内容
[0012]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种桌面3D打印机，其结构精巧、成本低、噪音小、成型精度高、操作简单、维护方便，尤其适合在家庭和办公室中使用，便于推广。
[0013]本实用新型提供了一种桌面式3D打印机，包括:机架、X轴运动机构、Z轴运动机构以及Y轴运动机构，所述机架为龙门式结构，其中:
[0014]所述X轴运动机构固定在所述机架的底板上，并安装有可沿X轴方向运动的成型基板；
[0015]所述Z轴运动机构包括两个相同的可提供Z轴方向运动的运动模块，所述两个运动模块分别安装在所述机架的左侧板和右侧板上；
[0016]所述Y轴运动机构安装于所述Z轴运动机构上，所述Y轴运动机构上安装有进丝机构，所述进丝机构用于推进丝料进给并对丝料进行加热挤出。
[0017]具体地，所述机架包括一块底板、左侧板、顶板、右侧板，形成龙门式结构。
[0018]优选地，所述X轴运动机构垂直于Y轴运动机构和Z轴运动机构安装在所述机架的底板上，所述X轴运动机构包括X轴底板，X轴步进电机、X轴齿形同步带、X轴同步轮、两根X轴圆导轨、四个X轴导轨滑块，所述X轴步进电机和X轴同步轮分别安装在所述X轴底板的两侧，所述X轴齿形同步带安装在所述X轴步进电机和X轴同步轮上，所述X轴底板的两侧还安装有X轴导轨支架，所述X轴导轨支架上安装有X轴圆导轨，X轴工作平台通过X轴导轨滑块安装在所述X轴圆导轨上，所述X轴工作平台通过X轴压块与所述X轴齿形同步带固定连接，所述成型基板通过螺柱安装在X轴工作平台上。
[0019]优选地，所述Z轴运动机构中可提供Z轴方向运动的模块包括Z轴步进电机、丝杆以及Z轴圆导轨，所述丝杆以及Z轴圆导轨分别通过丝杆上支座和丝杆下支座固定在所述机架的两侧板上，所述Z轴步进电机通过Z轴电机支座固定在所述机架的两侧板上，所述丝杆的下端通过连轴器与所述Z轴步进电机连接，所述运动模块还包括丝杆螺母以及Z轴导轨滑套。
[0020]优选地，所述Y轴运动机构包括Y向托板两个、Y轴圆导轨两根、Y轴步进电机、Y轴齿形同步带、Y轴同步轮、Y轴工作平台以及Y轴齿形同步带压块，所述两个Y向托板通过两个丝杆螺母和两个Z轴导轨滑套分别固定在Z轴运动机构上，所述Y轴步进电机和Y轴同步轮分别安装在两个Y向托板上，所述Y轴齿形同步带安装在Y轴步进电机和Y轴同步轮上，所述两根Y轴圆导轨通过八个Y轴圆导轨压块固定在两Y轴托板之间，所述Y轴工作平台安装在四个套在Y轴圆导轨上的Y轴导轨滑块上，Y轴工作平台同时还通过Y轴齿形同步带压块与Y轴齿形同步带固连。
[0021]优选地，所述进丝机构包括进丝电机支架、两个丝料导管、加热块、两个喷嘴、两个进丝电机、两个进丝齿轮、两个进丝滚轮、两个进丝滚轮支架以及两个风扇、加热棒、两个热电偶，所述进丝电机支架安装在Y轴工作平台上面，所述丝料导管一端与进丝电机支架连接一端与加热块连接，所述喷嘴安装在加热块的下面，所述进丝电机和进丝滚轮支架均安装在进丝电机支架上，所述进丝齿轮安装在进丝电机轴上，所述进丝滚轮安装在进丝滚轮支架上，所述风扇安装在进丝电机支架上正对着进丝齿轮和进丝滚轮，所述加热棒和热电偶均安装在加热块里面。
[0022]优选地，所述联轴器为刚性联轴器，或者柔性联轴器。
[0023]优选地，所述丝杆为滚珠丝杆。
[0024]优选地，所述螺柱上套有压簧。
[0025]总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下优点:
[0026]1、由于本实用新型的桌面式3D打印机将机架设计成龙门式，既能为整机提供稳定可靠的支撑又大大简化了结构，从而降低了制造成本，同时提高了机器的可操作性和可维护性。
[0027]2、由于本实用新型的桌面式3D打印机Z轴运动机构采用双边滚珠丝杆驱动，使竖直方向承载能力增加而且运动更加平稳，同时滚珠丝杆相比于滑动丝杆还能提高运动精度降低噪声。
[0028]3、由于本实用新型的桌面式3D打印机Y轴运动机构和X轴运动机构均采用双边支撑，避免了目前普遍采用的单臂悬身结构，提高了系统的刚度和稳定性。
[0029]4、由于本实用新型的桌面式3D打印机Z轴运动机构中连接电机轴与滚珠丝杆的联轴器采用柔性联轴器，相比于刚性联轴器能补偿轴向和径向的制造误差，提高运动精度。
[0030]5、由于本实用新型的桌面式3D打印机X轴运动机构中固定成型基本的螺柱上套有压簧，可方便的通过螺柱调节成型基板的水平，使成型精度提高。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1是本实用新型的桌面式3D打印机实施例的三维示意图；
[0032]图2是本实用新型的桌面式3D打印机实施例的主视图；
[0033]图3是本实用新型的桌面式3D打印机实施例的机架结构示意图；
[0034]图4是本实用新型的桌面式3D打印机实施例的X向运动机构结构示意图；
[0035]图5是本实用新型的桌面式3D打印机实施例的Z向运动机构结构示意图；
[0036]图6是本实用新型的桌面式3D打印机实施例的Y向运动机构结构示意图；
[0037]图7是本实用新型的桌面式3D打印机实施例的进丝机构结构示意图。
【具体实施方式】
[0038]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0039]如图1和图2所示，本实用新型的桌面式3D打印机由机架1、X轴运动机构2、Z轴运动机构3、Y轴运动机构4、进丝机构5以及控制系统组成。
[0040]如图3所示，本实用新型的桌面式3D打印机的机架I由底板l_a、顶板l_c以及左侧板l_b、右侧板Ι-c组成龙门式框架结构，为整机提供稳定的支撑。[0041]如图4所示，，本实用新型的桌面式3D打印机的X轴运动机构2通过X轴底板纵向垂直安装在机架底板l_a上，两个X轴导轨支架2-a —前一后安装在X轴底板2_d上，对X轴工作平台2-h及其上的成型基板2-1起双边支撑作用。X轴工作平台2-h通过X轴压块2-j与X轴齿形同步带2-c固定连接，同时X轴工作平台2-h还与X轴导轨滑块2-e固定连接，当X轴步进电机2-b转动时带动X轴齿形同步带2-c转动，X轴工作平台2-h及其上的成型基板2-1在X轴齿形同步带2-c的牵引并由X轴圆导轨2-f导向下做前后运动。成型基板2-1通过套有压簧的螺柱2-k固定在X轴工作平台2-h上，通过调节压簧使成型基板2-1水平。工作时从喷嘴5-d喷出的丝料在成型基板2-1上堆积成型。
[0042]如图5所示，本实用新型的桌面式3D打印机的Z轴运动机构3由对称布置在机架左侧板l_b和机架右侧板Ι-d上的相同两部分构成。Z轴步进电机3-a通过Z轴电机支座3-h固定在机架侧板上,丝杆3-c和Z轴圆导轨3-e两端也固定在机架侧板上，Z轴步进电机3-a和丝杆3-c通过联轴器3-b连接，两个Y轴托板4-a分别同时和丝杆螺母3_e、Z轴圆导轨滑套3-g固定连接，当Z轴步进电机3-a转动时通过联轴器3-b带动丝杆3_c转动，Y轴托板4-a在丝杆螺母3-e的牵引和Z轴圆导轨滑套3-g的导向作用下做上下运动，安装在Y轴运动机构4上的进丝机构5连同一起做上下运动。
[0043]如图6所示，本实用新型的桌面式3D打印机的Y轴运动机构4安装在Z轴运动机构3上。Y轴步进电机4-1和Y轴同步轮4-f分别安装在左右Y轴托板4-a上，Y轴工作平台4-c通过Y轴齿形同步带压块4-h与Y轴齿形同步带4-g固定连接,Y轴工作平台4-c同时还与Y轴圆导轨滑块4-d连接。当Y轴步进电机4-1转动并带动Y轴齿形同步带4-g转动时，Y轴工作平台4-c在Y轴齿形同步带4-g的牵引和Y轴圆导轨4-b的导向作用下做左右运动。安装在Y轴工作平台4-c上的进丝机构5随同做左右运动。
[0044]如图7所示，本实用新型的桌面式3D打印机的进丝机构5有两套相同的结构对称的安装在进丝电机支架5-a上，可分别喷不同颜色的打印丝材或一个喷打印丝材一个喷支撑材料。工作时，进丝电机5-h转动时带动电机轴上的进丝齿轮5-g转动，卡在进丝齿轮5-g和进丝滚轮5-f之间的丝料在进丝齿轮5-g转矩的驱动下，进入丝料导管5-b中，丝料导管5-b下端安装在加热块5-d中，在加热棒的作用下丝料导管5-b中的丝料融化，融化的丝料在后续丝料的推动下进入喷嘴5-d，并从喷嘴5-d中喷出在成型基板2-1堆积成型。
[0045]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种桌面式3D打印机，其特征在于，包括:机架(1)、X轴运动机构(2)、Z轴运动机构(3)以及Y轴运动机构(4)，所述机架(1)为龙门式结构，其中: 所述X轴运动机构(2)固定在所述机架(1)的底板(Ι-a)上，并安装有可沿X轴方向运动的成型基板(2-1)； 所述Z轴运动机构(3)包括两个相同的可提供Z轴方向运动的运动模块，所述两个运动模块分别安装在所述机架(1)的左侧板(Ι-b)和右侧板(Ι-d)上； 所述Y轴运动机构(4)安装于所述Z轴运动机构(3)上，所述Y轴运动机构(4)上安装有进丝机构(5)，所述进丝机构(5)用于推进丝料进给并对丝料进行加热挤出。
2.如权利要求1所述的桌面式3D打印机，其特征在于，所述机架(1)包括一块底板(l_a)、左侧板(Ι-b)、顶板(Ι-c )、右侧板(Ι-d)，形成龙门式结构。
3.如权利要求1或2所述的桌面式3D打印机，其特征在于，所述X轴运动机构(2)垂直于Y轴运动机构(4)和Z轴运动机构(3)安装在所述机架(1)的底板(Ι-a)上，所述X轴运动机构(2 )包括X轴底板(2-d)，X轴步进电机(2-g)、X轴齿形同步带(2-c )、X轴同步轮(2-b)、X轴圆导轨(2-f )两根、四个X轴导轨滑块(2-e)，所述X轴步进电机(2_g)和X轴同步轮(2-b)分别安装在所述X轴底板(2-d)的两侧，所述X轴齿形同步带(2-c)安装在所述X轴步进电机(2-g)和X轴同步轮(2-b)上，所述X轴底板(2-d)的两侧还安装有X轴导轨支架(2-a)，所述X轴导轨支架(2-a)上安装有X轴圆导轨(2_f )，X轴工作平台(2_h)通过X轴导轨滑块(2-e)安装在所述X轴圆导轨(2-f)上，所述X轴工作平台(2-h)通过X轴压块(2-j )与所述X轴齿形同步带(2-c)固定连接，所述成型基板(2-1 )通过螺柱(2-k)安装在X轴工作平台(2-h )上。
4.如权利要求1至3任一项所述的桌面式3D打印机，其特征在于，所述Z轴运动机构(3)中可提供Z轴方向运动的模块包括Z轴步进电机(3-a)、丝杆(3-c)以及Z轴圆导轨(3-e)，所述丝杆(3-c)以及Z轴圆导轨(3-e)分别通过丝杆上支座(3_d)和丝杆下支座(3-h)固定在所述机架(1)的两侧板上，所述Z轴步进电机(3-a)通过Z轴电机支座(3-1)固定在所述机架(1)的两侧板上，所述丝杆(3-c )的下端通过连轴器(3-b )与所述Z轴步进电机(3-a)连接，所述运动模块还包括丝杆螺母(3-f)以及Z轴导轨滑套(3-g)。
5.如权利要求1至4任一项所述的桌面式3D打印机，其特征在于，所述Y轴运动机构(4)包括Y向托板(4-a)两个、Y轴圆导轨(4-b)两根、Y轴步进电机(4-1)、Y轴齿形同步带(4-g)、Y轴同步轮(4-f)、Y轴工作平台(4-c)以及Y轴齿形同步带压块(4-h)，所述两个Y向托板(4-a)通过两个丝杆螺母(3-f)和两个Z轴导轨滑套(3-g)分别固定在Z轴运动机构(3 )上，所述Y轴步进电机(4-1 )和Y轴同步轮(4-f )分别安装在两个Y向托板(4-a)上，所述Y轴齿形同步带(4-g)安装在Y轴步进电机(4-1)和Y轴同步轮(4-f )上，所述两根Y轴圆导轨(4_b)通过八个Y轴圆导轨压块(4_e)固定在两Y轴托板(4-a)之间,所述Y轴工作平台(4-c)安装在四个套在Y轴圆导轨(4-b)上的Y轴导轨滑块(4-d)上，Y轴工作平台(4-c)同时还通过Y轴齿形同步带压块(4-h)与Y轴齿形同步带(4-g)固连。
6.如权利要求1至5任一项所述的桌面式3D打印机，其特征在于，所述进丝机构(5)包括进丝电机支架(5_a)、两个丝料导管(5_b)、加热块(5-c)、两个喷嘴(5_d)、两个进丝电机(5-h)、两个进丝齿轮(5-g)、两个进丝滚轮(5-f)、两个进丝滚轮支架(5-e)以及两个风扇、加热棒、两个热电偶，所述进丝电机支架(5-a)安装在Y轴工作平台(4-c)上面，所述丝料导管(5-b) —端与进丝电机支架(5-a)连接一端与加热块(5-c)连接,所述喷嘴(5-d)安装在加热块(5-c)的下面,所述进丝电机(5-h)和进丝滚轮支架(5-e)均安装在进丝电机支架(5-a)上，所述进丝齿轮(5-g)安装在进丝电机(5-h)轴上，所述进丝滚轮(5-f)安装在进丝滚轮支架(5-e)上，所述风扇安装在进丝电机支架(5-a)上正对着进丝齿轮(5_g)和进丝滚轮(5-f)，所述加热棒和热电偶均安装在加热块(5-c)里面。
7.如权利要求4所述的桌面式3D打印机，其特征在于，所述联轴器(3-b)为刚性联轴器，或者柔性联轴器。
8.如权利要求4所述的桌面式3D打印机，其特征在于，所述丝杆(3-c)为滚珠丝杆。
9.如权利 要求3所述的桌面式3D打印机，其特征在于，所螺柱(2-k)上套有压簧。
【文档编号】B29C67/00GK203580138SQ201320711843
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年11月12日 优先权日:2013年11月12日
【发明者】张鸿海, 舒霞云, 许剑峰, 罗浩, 何龙, 江福祥 申请人:华中科技大学