一種3d打印機(jī)用高精度工作臺(tái)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于3D打印領(lǐng)域，尤其是涉及一種3D打印機(jī)用高精度工作臺(tái)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]打印機(jī)是快速成型技術(shù)的一種，集計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、材料技術(shù)等眾多當(dāng)代高新技術(shù)為一體，具有巨大的應(yīng)用潛能和廣闊的市場(chǎng)前景。
[0003]現(xiàn)有的3D打印機(jī)主要采用笛卡爾坐標(biāo)系，通過控制X、Y、Z三個(gè)方向的機(jī)械傳動(dòng)，使噴頭和工作平臺(tái)在預(yù)定軌跡下配合運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的逐層累積打印。噴頭是3D打印機(jī)的關(guān)鍵部位，在打印過程中要求噴頭與工作臺(tái)配合，完成X、Y、Z方向的運(yùn)動(dòng)，以打印出不同外部輪廓的工件。所以只有保證噴頭與工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)軌跡精度，才能進(jìn)一步提高打印工件的質(zhì)量。
[0004]根據(jù)現(xiàn)有3D打印機(jī)三個(gè)運(yùn)動(dòng)方向的傳動(dòng)方式，可以分為三類:絲桿傳動(dòng)、絲桿-帶聯(lián)合傳動(dòng)、帶傳動(dòng)。其中帶傳動(dòng)精度低，慣量大，且工作時(shí)產(chǎn)生較大的振動(dòng)，大大影響了產(chǎn)品的精度；與帶傳動(dòng)相比，絲桿傳動(dòng)在精度上略有提高，但是其不能避免傳動(dòng)部件之間摩擦力的影響，不利于運(yùn)動(dòng)精度的進(jìn)一步提高和長(zhǎng)期保持。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的是:提供一種精度高，無接觸支承和導(dǎo)向，且消除了摩擦、磨損的3D打印機(jī)用高精度工作臺(tái)系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種3D打印機(jī)用高精度工作臺(tái)系統(tǒng)，包括主體支架，工作臺(tái)，噴頭，驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)的Z向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，以及驅(qū)動(dòng)噴頭做水平面運(yùn)動(dòng)的X、Y向微動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述X向微動(dòng)機(jī)構(gòu)包括X向長(zhǎng)定子直線電機(jī)和X軸滑塊，所述X向長(zhǎng)定子直線電機(jī)包括兩平行設(shè)于主體支架上的X向基座，兩分別固定于兩X向基座上的X向定子鐵芯，以及兩分別固定于X軸滑塊底部?jī)啥?、且與兩X向定子鐵芯分別上下設(shè)置的X軸懸浮動(dòng)子，在所述X向基座外側(cè)設(shè)有X向長(zhǎng)光柵傳感器，在所述X軸滑塊底部?jī)啥嗽O(shè)有X向位移傳感器；所述Y向微動(dòng)機(jī)構(gòu)包括Y向長(zhǎng)定子直線電機(jī)和Y軸滑塊，所述Y向長(zhǎng)定子直線電機(jī)包括固定于X軸滑塊上的Y向定子鐵芯，以及固定于Y軸滑塊底部、且與Y向定子鐵芯上下設(shè)置的Y軸懸浮動(dòng)子，在所述X軸滑塊外側(cè)設(shè)有Y向長(zhǎng)光柵傳感器，在所述Y軸滑塊底部設(shè)有Y向位移傳感器，所述噴頭固定于所述Y軸滑塊上。
[0007]作為優(yōu)選的技術(shù)方案，在所述X軸滑塊兩端、且靠近兩X向基座一側(cè)設(shè)有X軸導(dǎo)向電磁鐵，該X軸導(dǎo)向電磁鐵通電后與X向定子鐵芯產(chǎn)生斥力，在兩端X軸導(dǎo)向電磁鐵作用下，通過調(diào)節(jié)X軸導(dǎo)向電磁鐵的電流，使兩側(cè)的導(dǎo)向氣隙相等，從而實(shí)現(xiàn)無接觸導(dǎo)向。
[0008]作為優(yōu)選的技術(shù)方案，在所述Y軸滑塊兩端、且靠近X軸滑塊一側(cè)設(shè)有Y軸導(dǎo)向電磁鐵，該Y軸導(dǎo)向電磁鐵通電后與Y向定子鐵芯產(chǎn)生斥力，在兩端Y軸導(dǎo)向電磁鐵作用下，通過調(diào)節(jié)Y軸導(dǎo)向電磁鐵的電流，使兩側(cè)的導(dǎo)向氣隙相等，從而實(shí)現(xiàn)無接觸導(dǎo)向。
[0009]作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述Z向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括設(shè)于主體支架上的固定座，設(shè)于所述固定座上的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，與所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出端連接的絲桿，套裝于所述絲桿上的滾珠螺母，以及與所述滾珠螺母固定連接的Z軸滑塊，所述Z軸滑塊通過兩工作臺(tái)支架與所述工作臺(tái)固定連接。
[0010]作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述Z向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)還包括兩設(shè)于所述固定座上的導(dǎo)向桿，兩導(dǎo)向桿與所述絲桿的頂端均固定于主體支架上，同時(shí)所述Z軸滑塊上設(shè)有兩分別供兩導(dǎo)向桿穿過的導(dǎo)向孔。
[0011]本發(fā)明的工作原理如下:
(I)X向微動(dòng)機(jī)構(gòu):在X向定子鐵芯內(nèi)部的定子繞組中通入三相交流電時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)移動(dòng)的磁場(chǎng)，該移動(dòng)磁場(chǎng)切割X軸懸浮動(dòng)子內(nèi)的勵(lì)磁繞組，從而在勵(lì)磁繞組(即在X軸懸浮動(dòng)子中)產(chǎn)生感應(yīng)電流。載流的X軸懸浮動(dòng)子在X向定子鐵芯移動(dòng)磁場(chǎng)的作用下，一方面產(chǎn)生電磁拉力，驅(qū)動(dòng)X軸懸浮動(dòng)子運(yùn)動(dòng)，且X軸懸浮動(dòng)子運(yùn)動(dòng)方向與移動(dòng)磁場(chǎng)方向相同，同時(shí)X軸懸浮動(dòng)子帶動(dòng)X軸滑塊沿X軸運(yùn)動(dòng)，X向長(zhǎng)光柵傳感器將測(cè)量X軸滑塊所得的位移數(shù)據(jù)反饋給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)通過改變勵(lì)磁繞組電流而改變磁拉力的大小，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)給量的控制；另一方面產(chǎn)生磁懸浮力(即斥力)，即X軸懸浮動(dòng)子與X向定子鐵芯之間產(chǎn)生磁懸浮，氣隙中產(chǎn)生磁場(chǎng)，其大小由給定懸浮高度決定，將給定懸浮高度與X向位移傳感器測(cè)量所得的高度信號(hào)分別反饋給控制系統(tǒng)，然后控制系統(tǒng)通過改變勵(lì)磁繞組電流，對(duì)氣隙進(jìn)行調(diào)節(jié)，使兩側(cè)X軸懸浮動(dòng)子均穩(wěn)定在給定高度，從而使X軸滑塊可以在給定高度平穩(wěn)的運(yùn)行。
[0012](2) Y向微動(dòng)機(jī)構(gòu):在Y向定子鐵芯內(nèi)部的定子繞組中通入三相交流電時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)移動(dòng)的磁場(chǎng)，該移動(dòng)磁場(chǎng)切割Y軸懸浮動(dòng)子內(nèi)的勵(lì)磁繞組，從而在勵(lì)磁繞組(即在Y軸懸浮動(dòng)子中)產(chǎn)生感應(yīng)電流。載流的Y軸懸浮動(dòng)子在Y向定子鐵芯移動(dòng)磁場(chǎng)的作用下，一方面產(chǎn)生電磁拉力，驅(qū)動(dòng)Y軸懸浮動(dòng)子運(yùn)動(dòng)，且Y軸懸浮動(dòng)子運(yùn)動(dòng)方向與移動(dòng)磁場(chǎng)方向相同，同時(shí)Y軸懸浮動(dòng)子帶動(dòng)Y軸滑塊沿Y軸運(yùn)動(dòng)，Y向長(zhǎng)光柵傳感器將測(cè)量Y軸滑塊所得的位移數(shù)據(jù)反饋給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)通過改變勵(lì)磁繞組電流而改變磁拉力的大小，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)給量的控制；另一方面產(chǎn)生磁懸浮力(即斥力)，即Y軸懸浮動(dòng)子與Y向定子鐵芯之間產(chǎn)生磁懸浮，氣隙中產(chǎn)生磁場(chǎng)，其大小由給定懸浮高度決定，將給定懸浮高度與Y向位移傳感器測(cè)量所得的高度信號(hào)分別反饋給控制系統(tǒng)，然后控制系統(tǒng)通過改變Y軸懸浮動(dòng)子內(nèi)部的勵(lì)磁繞組電流，對(duì)氣隙進(jìn)行調(diào)節(jié)，使勵(lì)磁繞組穩(wěn)定在給定高度，從而使Y軸滑塊可以在給定高度平穩(wěn)的運(yùn)行。
[0013](3) Z向傳動(dòng)機(jī)構(gòu):首先驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，隨后絲桿上的滾珠螺母在Z向直線運(yùn)動(dòng)并帶動(dòng)Z軸滑塊運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)工作臺(tái)上下直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)微量進(jìn)給，由于在噴頭打印完一層后，工作臺(tái)進(jìn)給一個(gè)層厚的量，故Z軸方向的運(yùn)動(dòng)量小，且運(yùn)動(dòng)頻率較低，所以利用絲桿、滾珠螺母?jìng)鲃?dòng)即可滿足所需的高精度需求。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
1.本發(fā)明的噴頭在X、Y向微動(dòng)機(jī)構(gòu)作用下，采用非接觸式的磁懸浮驅(qū)動(dòng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了無接觸支承和導(dǎo)向，使力在氣隙中產(chǎn)生，消除了摩擦、磨損對(duì)運(yùn)動(dòng)精度造成的影響，易于實(shí)現(xiàn)大范圍高精度的微運(yùn)動(dòng)；
2.本發(fā)明的X、Y向微動(dòng)機(jī)構(gòu)中，X向運(yùn)動(dòng)不會(huì)引起Y向運(yùn)動(dòng)上的氣隙變化，而Y向運(yùn)動(dòng)上的擾動(dòng)也不會(huì)對(duì)X向運(yùn)動(dòng)的氣隙產(chǎn)生影響，所以單方向的平動(dòng)不會(huì)引起另一方向上力的變化，因此可以近似認(rèn)為各個(gè)方向互不影響，從而便于對(duì)X、Y向分開獨(dú)立控制；
3.本發(fā)明的Z向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ髋_(tái)Z向的直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)完成運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳遞，傳動(dòng)效率高，故障壽命長(zhǎng)，不易發(fā)生故障，通過滾珠螺母和絲桿的調(diào)整預(yù)緊，可以得到很高的定位精度和重復(fù)定位精度，并可提高軸向剛度；在工作時(shí)，工作臺(tái)只需要在Z軸進(jìn)行微量的Z向移動(dòng)(位移量即為層厚)，運(yùn)動(dòng)量小，減少了振動(dòng)，不僅可以最大化打印面積，而且提高了工作時(shí)的穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0015]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
圖1為本發(fā)明3D打印機(jī)用高精度工作臺(tái)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；