本發(fā)明涉及3D打印設備領域，具體為多向3D打印機裝置。

背景技術：

目前使用的3D打印多采用單向分層熔融沉積技術，即打印噴頭姿態(tài)固定，沿著垂直于打印噴頭方向將三維實體分割成若干平面，逐層增加材料來獲得最終產品，這種方法具有軌跡規(guī)劃簡單、制造速度較快、成本低等優(yōu)點。但這種通過單向分層3D方式打印生成的三維實體上與打印噴頭不垂直的表面會出現(xiàn)不光滑的臺階形狀，從而影響產品的表面光潔度和精度，導致打印制造的產品表面質量比較差，往往需要后續(xù)的打磨、拋光等步驟，因此無法滿足一次性加工成型的要求，加工效率低。

另外，目前3D打印設備也在零件的修補方面展現(xiàn)了很好的應用，但在已有部分上增加材料的過程中，固定姿態(tài)的3D打印設備會遇到打印頭與工件干涉的情況，使打印難以進行。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明提供了多向3D打印機裝置，其能解決現(xiàn)有3D打印機采用的單向分層打印方式時因打印噴頭與打印面不垂直而存在的產品表面光潔度差、加工效率低的問題以及零件修補時打印噴頭與零件的干涉問題。

其技術方案為，

多向3D打印機裝置，其包括機架、打印噴頭和供料裝置，所述供料裝置安裝于所述機架上，其特征在于：其還包括線性平移驅動機構、旋轉驅動機構、打印動平臺和驅動動平臺，所述打印動平臺下部通過自旋轉驅動機構安裝有所述打印噴頭，上部分別通過第一打印臂機構、第二打印臂機構與所述驅動動平臺豎向可調連接，所述機架頂部的一縱梁底部設有沿縱向布置的一組所述線性平移驅動機構，與該縱梁一端垂直固接的橫梁底部設有沿橫向布置的一組所述線性平移驅動機構、另一端垂直固接的橫梁上設置有所述旋轉驅動機構，所述驅動動平臺分別通過橫移支鏈結構、縱移支鏈結構以及移動部件結構分別與所述沿橫向布置的線性平移驅動機構、沿縱向布置的線性平移驅動機構、以及旋轉驅動機構連接。

進一步的，所述線性平移驅動機構包括滾珠絲杠裝置、驅動電機和移動平臺基座，所述驅動電機輸出端通過第一聯(lián)軸器與所述滾珠絲杠裝置同軸連接，所述移動平臺基座安裝于所述滾珠絲杠裝置上并能沿所述滾珠絲杠裝置直線平移。

更進一步的，所述滾珠絲杠裝置包括絲杠軸、絲杠螺母，所述絲杠軸的兩端分別通過深溝球軸承安裝于軸承座內，所述絲杠螺母配合安裝于所述絲杠軸上，所述絲杠軸的上、下兩側分別平行分設有光桿，所述光桿的兩端分別與所述軸承座固接，所述移動平臺基座分別通過直線軸承與所述光桿連接，并且所述移動平臺基座與所述絲杠螺母連接，所述驅動電機包括同軸連接的伺服電機和減速機，所述減速機的輸出端通過所述第一聯(lián)軸器與所述絲杠軸的伸出端軸接。

進一步的，所述旋轉驅動機構包括旋轉驅動電機和連接軸，所述旋轉驅動電機的輸出端與所述連接軸之間通過第二聯(lián)軸器軸接，所述移動部件結構與所述連接軸連接。

進一步的，所述驅動動平臺與所述沿橫向布置的線性平移機構、沿縱向布置的線性平移驅動機構、以及旋轉驅動機構對應的一側端部分別安裝有第一連接座、第二連接座、第三連接座，所述橫移支鏈結構與所述第一連接座、縱移支鏈結構與所述第二連接座、移動部件結構與所述第三連接座分別可轉動連接。

更進一步的，所述橫移支鏈結構包括第一連桿、第二連桿和第一連接板，所述第二連桿呈L形，所述第一連桿與第二連桿之間、第二連桿與第一連接板之間分別通過第一銷軸、第二銷軸可轉動連接，所述第一連桿的上端與所述橫向布置的線性平移驅動機構的移動平臺基座通過第三銷軸可轉動連接，所述第一連接板的下端通過第四銷軸可轉動地連接于所述驅動動平臺的第一連接座上。

更進一步的，所述縱移支鏈結構包括第三連桿和第四連桿，所述第四連桿呈L形，所述第三連桿和第四連桿之間通過第五銷軸可轉動連接，所述第三連桿的上端與所述縱向布置的線性平移驅動機構的移動平臺基座通過第六銷軸可轉動連接，所述第四連桿的底端通過第七銷軸與所述第二連接座可轉動連接。

更進一步的，所述移動部件結構包括第五連桿、第二連接板、滑塊和水平滑桿，所述第五連桿上端與所述連接軸固接、下端與所述第二連接板通過第八銷軸可轉動連接，所述滑塊滑動安裝于所述水平滑桿上，所述第二連接板的下部固設有沿縱向布置的第一支架，所述水平滑桿兩端安裝于所述第一支架上，所述第三連接座固裝于所述驅動動平臺的縱向后端，所述滑塊與所述第三連接座之間通過支撐架連接。

進一步的，所述打印動平臺的橫向兩端分別安裝有第四連接座和第五連接座，所述50第一打印臂機構包括第六連桿和第七連桿，所述第六連桿的上端通過所述第七銷軸與所述第二連接座可轉動連接、下端通過第九銷軸與所述第七連桿上端可轉動連接，所述第七連桿下端通過第十銷軸安裝于所述第四連接座，所述第二打印臂機構包括豎向設置的氣缸，所述氣缸頂部固接于所述驅動動平臺底部、底部推桿端與所述第五連接座固接。

進一步的，所述自旋轉驅動機構包括步進電機，所述打印動平臺底部的橫向一端通過第二支架固裝有所述步進電機、橫向另一端設置有支板，所述打印噴頭橫向兩端分別安裝有第一末端軸和第二末端軸，所述第一末端軸與所述步進電機輸出端軸接，所述第二末端軸安裝于所述支板。

本發(fā)明的有益效果在于：其打印噴頭通過自旋轉機構安裝于打印動平臺下部，自旋轉機構能夠驅動打印噴頭實現(xiàn)自心旋轉；同時，其通過橫向、縱向設置的線性平移驅動機構以及旋轉驅動機構并配合相對應的橫移支鏈結構、縱移支鏈結構以及移動部件結構實現(xiàn)驅動動平臺在橫向、縱向的線性平移以及在豎向平面內的轉動，而又由于驅動動平臺與打印動平臺之間通過第一打印臂機構、第二打印臂機構豎向可調連接，從而實現(xiàn)驅動動平臺與打印動平臺之間的相對豎向移動，既而帶動打印噴頭實現(xiàn)整體的橫向、縱向、豎向的平移以及在豎向平面內的轉動；最終實現(xiàn)打印噴頭的五自由度調節(jié)，以達到有效改善傳統(tǒng)單向3D打印過程中的臺階現(xiàn)象和干涉問題，提高打印產品的表面質量以及打印實體結構的力學性能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明多向3D打印機裝置的立體示意圖；

圖2為本發(fā)明多向3D打印機裝置的俯視結構示意圖；

圖3為圖2的A-A向結構示意圖；

圖4為圖2的左視結構示意圖多向3D打印機裝置中；

圖5為本發(fā)明中線性平移驅動機構的結構示意圖；

附圖標記：Ⅰ-打印動平臺，Ⅱ-驅動動平臺，Ⅲ-打印噴頭，Ⅳ-供料裝置，10-機架，11-縱梁，12-橫梁，13-橫梁， 20-旋轉驅動機構，21-旋轉驅動電機，22-連接軸，23-第二聯(lián)軸器，24-第三連接座，30-自旋轉驅動機構，31-步進電機，32-第二支架，33-支板，34-第一末端軸，35-第二末端軸，36-第三聯(lián)軸器，40a-線性平移驅動機構，41a-滾珠絲杠裝置，411-絲杠軸，412-絲杠螺母，413-深溝球軸承，414-軸承座，415-光桿，416-直線軸承，42a-驅動電機，421-伺服電機，422-減速機，43a-移動平臺基座，44a-第一聯(lián)軸器， 40b-線性平移驅動機構，41b-滾珠絲杠裝置，42b-驅動電機，43b-移動平臺基座， 44b-第一聯(lián)軸器，50-第一打印臂機構，51-第六連桿，52-第七連桿，53-第九銷軸，54-第十銷軸，55-第四連接座，60-第二打印臂機構，61-氣缸，62-第五連接座，70-橫移支鏈結構，71-第一連桿，72-第二連桿，73-第一連接板，74-第一銷軸，75-第二銷軸，76-第三銷軸，77-第四銷軸，78-第一連接座，80-縱移支鏈結構，81-第三連桿，82-第四連桿，83-第五銷軸，84-第六銷軸，85-第七銷軸，86-第二連接座，90-移動部件結構，91-第五連桿，92-第二連接板，93-滑塊，94-水平滑桿，95-第八銷軸，96-第一支架，97-支撐架。

具體實施方式

見圖1～圖4，本發(fā)明多向3D打印機裝置，其包括機架10、打印噴頭Ⅲ、供料裝置Ⅳ、線性平移驅動機構、旋轉驅動機構20、打印動平臺Ⅰ和驅動動平臺Ⅱ，供料裝置Ⅳ安裝于機架10上，打印動平臺Ⅰ下部通過自旋轉驅動機構30安裝有打印噴頭Ⅲ，上部分別通過第一打印臂機構50、第二打印臂機構60與驅動動平臺Ⅱ豎向可調連接，機架10頂部的一縱梁11底部設有沿縱向布置的一組線性平移驅動機構40a，與該縱梁11一端垂直固接的橫梁12底部設有沿橫向布置的一組所述線性平移驅動機構40b、另一端垂直固接的橫梁13上設置有旋轉驅動機構20，驅動動平臺Ⅱ分別通過橫移支鏈結構70、縱移支鏈結構80以及移動部件結構90分別與沿橫向布置的線性平移驅動機構40b、沿縱向布置的線性平移驅動機構40a、以及旋轉驅動機構20連接。

線性平移驅動機構40a、40b結構相同，下面以線性平移驅動機構40a為例描述下具體結構，見圖5，其包括滾珠絲杠裝置41a、驅動電機42a和移動平臺基座43a，驅動電機42a輸出端通過第一聯(lián)軸器44a與滾珠絲杠裝置41a同軸連接，移動平臺基座43a安裝于滾珠絲杠裝置41a上并能沿滾珠絲杠裝置41a直線平移；其中滾珠絲杠裝置41a包括絲杠軸411、絲杠螺母412，絲杠軸411的兩端分別通過深溝球軸承413安裝于軸承座414內，絲杠螺母412配合安裝于絲杠軸411上，絲杠軸411的上、下兩側分別平行分設有光桿415，光桿415的兩端分別與軸承座414固接，移動平臺基座43a分別通過直線軸承416與光桿415連接，并且移動平臺基座43a與絲杠螺母412連接，驅動電機42a包括同軸連接的伺服電機421和減速機422，減速機422的輸出端通過第一聯(lián)軸器44a與絲杠軸411的伸出端軸接；伺服電機421轉動并經減速機422減速后通過第一聯(lián)軸器44a驅動滾珠絲杠裝置41a的絲杠軸411轉動，絲杠軸411驅動絲杠螺母412帶動移動平臺基座43a一起沿縱向直線平移，在其直線平移過程中與移動平臺基座43a裝配在一起的直線軸承416沿光桿415同步平移從而起到有效導向作用。

旋轉驅動機構20包括旋轉驅動電機21和連接軸22，旋轉驅動電機21的輸出端與連接軸22之間通過第二聯(lián)軸器23軸接，移動部件結構90與連接軸22連接。

驅動動平臺Ⅱ與沿橫向布置的線性平移機構40b、沿縱向布置的線性平移驅動機構40a、以及旋轉驅動機構20對應的一側端部分別安裝有第一連接座78、第二連接座86、第三連接座24，橫移支鏈結構70與第一連接座78、縱移支鏈結構80與第二連接座86、移動部件結構90與第三連接座24分別可轉動連接。

橫移支鏈結構70包括第一連桿71、第二連桿72和第一連接板73，第二連桿72呈L形，第一連桿71與第二連桿72之間、第二連桿72與第一連接板73之間分別通過第一銷軸74、第二銷軸75可轉動連接，第一連桿71的上端與橫向布置的線性平移驅動機構40b的移動平臺基座43b通過第三銷軸76可轉動連接，第一連接板73的下端通過第四銷軸77可轉動地連接于驅動動平臺Ⅱ的第一連接座78上。

縱移支鏈結構80包括第三連桿81和第四連桿82，第四連桿82呈L形，第三連桿81和第四連桿82之間通過第五銷軸83可轉動連接，第三連桿81的上端與縱向布置的線性平移驅動機構40a的移動平臺基座43a通過第六銷軸84可轉動連接，第四連桿82的底端通過第七銷軸85與第二連接座86可轉動連接。

移動部件結構90包括第五連桿91、第二連接板92、滑塊93和水平滑桿94，第五連桿91上端與連接軸22固接、下端與第二連接板92通過第八銷軸95可轉動連接，滑塊93滑動安裝于水平滑桿94上，第二連接板92的下部固設有沿縱向布置的第一支架96，水平滑桿94兩端安裝于第一支架96上，第三連接座24固裝于驅動動平臺Ⅱ的縱向后端，滑塊93與第三連接座24之間通過支撐架97連接。

打印動平臺Ⅰ的橫向兩端分別安裝有第四連接座55和第五連接座62，第一打印臂機構50包括第六連桿51和第七連桿52，第六連桿51的上端通過第七銷軸85與第二連接座86可轉動連接、下端通過第九銷軸53與第七連桿52上端可轉動連接，第七連桿52下端通過第十銷軸54安裝于第四連接座55，第二打印臂機構60包括豎向設置的氣缸61，氣缸61頂部固接于驅動動平臺Ⅱ底部、底部推桿端與第五連接座62固接。

自旋轉驅動機構30包括步進電機31，打印動平臺Ⅰ底部的橫向一端通過第二支架32固裝有步進電機31、橫向另一端設置有支板33，打印噴頭Ⅲ橫向兩端分別安裝有第一末端軸34和第二末端軸35，第一末端軸34通過第三聯(lián)軸器36與步進電機31輸出端軸接，第二末端軸35安裝于支板33；步進電機31通過第一末端軸34驅動打印噴頭Ⅲ同步轉動。

下面具體描述一下本發(fā)明裝置對打印噴頭Ⅲ進行五自由度調節(jié)的過程：

1、縱向平移（即Y向平移）：線性平移驅動機構40a的驅動電機42a轉動通過第一聯(lián)軸器44a驅動滾珠絲杠裝置41a動作從而滾珠絲杠裝置41a帶動移動平臺基座43a沿縱向平移，移動平臺基座43a通過縱移支鏈結構80帶動驅動動平臺Ⅱ縱向平移，同時驅動動平臺Ⅱ通過第一連接座78帶動橫移支鏈機構70的第一連接板73、第二連桿72、第一連桿71分別繞第二銷軸75、第一銷軸74、第三銷軸76做相對轉動，以及通過第三連接座24和支撐架97帶動移動部件結構90的滑塊93沿第一支架96同步縱向平移，并且由于驅動動平臺Ⅱ底部通過第一打印臂結構50、第二打印臂結構60與打印動平臺Ⅰ連接，因而驅動動平臺Ⅱ縱向平移的同時帶動打印動平臺Ⅰ以及安裝于打印動平臺Ⅰ下部的打印噴頭Ⅲ縱向平移；

2、橫向平移（即X向平移）：線性平移驅動機構40b的驅動電機42b轉動并通過第一聯(lián)軸器44b驅動滾珠絲杠裝置41b動作從而滾珠絲杠裝置41b帶動移動平臺基座43b沿橫向平移，移動平臺基座43b通過橫移支鏈結構70帶動驅動動平臺Ⅱ橫向平移，驅動動平臺Ⅱ通過第二連接座86推動縱移支鏈結構80的第四連桿82、第三連桿81分別繞第七銷軸85、第五銷軸83、第六銷軸84轉動，以及通過第三連接座24帶動整個移動部件結構90繞連接軸22轉動從而適應驅動動平臺Ⅱ的橫向平移，驅動動平臺Ⅱ橫向平移的同時通過其下部的第一打印臂結構50、第二打印臂結構60帶動打印動平臺Ⅰ以及打印噴頭Ⅲ同步橫向平移；

3、豎向平移（即Z向平移）：第二打印臂結構60的豎向布置的氣缸61動作，從而推動或拉動打印動平臺Ⅰ的第五連接座62一端豎向移動，同時打印動平臺Ⅰ拉動或推動第四連接座55以使得第一打印臂結構50的第七連桿52、第六連桿51繞第十銷軸54、第九銷軸53、第七銷軸85相對轉動從而達到打印動平臺Ⅰ整體豎向平移的目的，打印動平臺Ⅰ整體豎向移動也就帶動了打印噴頭Ⅲ同步豎向移動；

4、橫豎向平面內的轉動（即X-Z平面內轉動）：旋轉驅動電機21轉動，通過第二聯(lián)軸器23帶動連接軸22轉動，連接軸22驅動移動部件結構90的第五連桿91轉動，從而由第五連桿91帶動整個移動部件結構90以及驅動動平臺Ⅱ轉動，再由驅動動平臺Ⅱ通過第一打印臂結構50、第二打印臂結構60帶動打印動平臺Ⅰ以及打印噴頭Ⅲ同步同向轉動。

5、縱豎向平面內的轉動（即Y-Z平面內轉動）：由自旋轉驅動結構30的步進電機31轉動并通過第三聯(lián)軸器36帶動第一末端軸34轉動，從而驅動打印噴頭Ⅲ同步轉動。