一種旋轉式3d打印機的制作方法
【專利摘要】一種旋轉式3D打印機，屬于熔融堆積快速成型設備。包括底座，其上設載物臺；打印頭平臺驅動機構，設在底座上；打印頭，設在打印頭平臺驅動機構上，打印頭平臺驅動機構包括直線電機座、直線電機、旋轉電機座、旋轉電機、旋轉臂和打印頭平臺水平移動電機，直線電機座固定在底座上，直線電機設在直線電機座朝向旋轉臂的一側，旋轉電機座固定在直線電機上，旋轉電機固定在旋轉電機座上，旋轉電機軸與旋轉臂朝向直線電機的一端固定，旋轉臂的另一端對應載物臺的上方，打印頭平臺水平移動電機設在旋轉臂朝向載物臺的一側，打印頭固定在打印頭平臺水平移動電機上。提高打印速度；空間利用率高；打印高精度的零件；能精確控制半徑、角度和高度。
【專利說明】
一種旋轉式3D打印機[0001 ]本申請是名稱為:旋轉式3D打印機、申請日為:2014年11月21日、申請?zhí)枮? 201410674487.1的發(fā)明專利申請的分案申請。
技術領域
[0002]本發(fā)明屬于熔融堆積快速成型設備技術領域，具體涉及一種旋轉式3D打印機?！颈尘凹夹g】
[0003]由于3D打印綜合了數字建模技術、機電控制技術、信息技術、材料科學與化學等諸方面的前沿技術知識，使大規(guī)格的個性化生產成為可能并且引領著全球制造業(yè)經濟的重大變革，因而廣泛受到人們的關注。3D打印機是3D打印的核心設備，其是以數字模型文件為基礎運用耗材(耗材如:粉末狀金屬材料、塑料、陶瓷、砂之類的可粘合材料)通過逐層打印的方式構建物體，即在計算機的控制下根據工件的三維模型直接成形三維實體，無需傳統(tǒng)的加工機床之類的裝備及其工裝模具、工裝夾具等。
[0004]打印噴頭是3D打印機中用于輸出耗材的部件，其與打印平臺之間的關系需滿足X、 Y和Z三個方向的自由度的運動要求。公知的3D打印機大都使用旋轉步進電機加上同步帶使打印噴頭實現(xiàn)X、Y和Z三個方向的運動，這種結構形式的3D打印機存在以下欠缺:其一、零部件數目多，結構復雜，空間利用率低;其二、控制精度相對較低并且打印速度慢，影響構建物體的效率。
[0005]在公開的中國專利文獻中可見諸關于3D打印機的技術信息，如發(fā)明專利申請公布號CN103317726A推薦有“3D打印機的噴頭傳動機構及具有該機構的3D打印機”，該專利申請方案的噴頭傳動機構由電機、傳動輪和傳動帶(同步帶)構成，具體可參見該專利申請的說明書第0025至0029段。又如授權公告號CN203485190U提供有“一種基于并聯(lián)機構的3D打印機”，該專利方案由于采用了伺服電機(說明書第0016段)，因而不僅體積大，而且對打印噴頭的空間位置控制的可靠性低。進而如發(fā)明專利申請公布號CN103862679A介紹有“3D打印機”，該專利申請在其說明書第0004段中對前述CN103317726A作了評價，并且其提供的技術方案(說明書第0006至0012段)克服了CN103317726A的弊端，但是由于該專利申請方案使用了步進電機驅使打印噴頭動作，因而對打印噴頭的控制精度以及驅使打印噴頭運動的速度均難以達到業(yè)界期望的效果。
[0006]鑒于上述已有技術存在的不足，本
【申請人】作了有益的設計，并且形成了下面將要介紹的技術方案。
【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明的任務在于提供一種有助于顯著提高打印速度而藉以滿足工業(yè)化批量生產要求、有利于顯著減少零部件的數目而藉以使結構趨于緊湊并且提高空間利用率、有益于保障打印精度而藉以滿足對精密部件的打印要求、有便于變傳統(tǒng)的笛卡兒坐標運動平臺模式為極坐標運動模式而藉以滿足對空間打印的嚴苛要求的旋轉式3D打印機。
[0008]本發(fā)明的任務是這樣來完成的，一種旋轉式3D打印機，包括一底座，在該底座上并且位于底座朝向上的一側設置有一用于承載打印物的載物臺；一打印頭平臺驅動機構，該打印頭平臺驅動機構設置在所述的底座上;一打印頭，該打印頭在對應于所述載物臺的上方的位置設置在打印頭平臺驅動機構上，特征在于:所述的打印頭平臺驅動機構包括直線電機座、直線電機、旋轉電機座、旋轉電機、旋轉臂和打印頭平臺水平移動電機，直線電機座以縱向狀態(tài)固定在所述底座上，直線電機設置在直線電機座朝向旋轉臂的一側，旋轉電機座固定在直線電機上，旋轉電機固定在旋轉電機座上，并且該旋轉電機的旋轉電機軸與旋轉臂朝向直線電機的一端固定連接，而旋轉臂的另一端以水平懸臂狀態(tài)對應于所述載物臺的上方，打印頭平臺水平移動電機設置在旋轉臂朝向載物臺的一側，所述的打印頭通過打印頭平臺固定在打印頭平臺水平移動電機上。
[0009]在本發(fā)明的一個具體的實施例中，所述的直線電機包括一組直線電機定子、直線電機動子和一對直線電機導軌，一組直線電機定子沿著所述直線電機座的高度方向自上而下間隔固定于直線電機座朝向所述旋轉臂的一側，直線電機動子在與所述的一組直線電機定子相配合的狀態(tài)下與一對直線電機導軌滑動配合，而一對直線電機導軌彼此縱向并行并且在分別對應于一組直線電機定子的兩側的位置與所述直線電機座固定，所述的旋轉電機座與直線電機動子朝向所述旋轉臂的一側固定。
[0010]在本發(fā)明的另一個具體的實施例中，在所述的直線電機動子上并且在對應于所述的一對直線電機導軌的位置固定有直線電機動子滑塊，該直線電機動子滑塊與一對直線電機導軌滑動配合。
[0011]在本發(fā)明的又一個具體的實施例中，所述的一組直線電機定子為磁鐵。
[0012]在本發(fā)明的再一個具體的實施例中，所述的打印頭水平移動電機包括一組水平移動電機定子、水平移動電機動子和一對水平移動電機導軌，一組水平移動電機定子沿著所述旋轉臂朝向所述載物臺的一側的長度方向間隔固定于旋轉臂上，水平移動電機動子在與一組水平移動電機定子相配合的狀態(tài)下與一對水平移動電機導軌滑動配合，而一對水平移動電機導軌彼此橫向并行并且在分別對應于一組水平移動電機定子的兩側的位置與旋轉臂固定，所述打印頭平臺攜所述打印頭與所述水平移動電機動子朝向所述載物臺的一側固定。
[0013]在本發(fā)明的還有一個具體的實施例中，在所述的水平移動電機動子上并且在對應于所述的一對水平移動電機導軌的位置固定有水平移動電機動子滑塊，該水平移動電機動子滑塊與一對水平移動電機導軌滑動配合。
[0014]在本發(fā)明的更而一個具體的實施例中，所述的一組水平移動電機定子為磁鐵。
[0015]在本發(fā)明的進而一個具體的實施例中，在所述打印頭平臺背對所述水平移動電機動子的一側并且在對應于所述打印頭的位置固定有一風扇。
[0016]在本發(fā)明的又更而一個具體的實施例中，所述的風扇為壓電噴射風扇或葉片式風扇。
[0017]在本發(fā)明的又進而一個具體的實施例中，在所述的打印頭上設置有電加熱器，并且在電加熱器上設置有電加熱棒和溫度傳感器。
[0018]本發(fā)明提供的技術方案的技術效果之一，由于采用了結構合理的打印頭平臺驅動機構，從而摒棄了已有技術中通過同步帶傳動使打印頭平臺運動的模式，并且離極坐標原點越近，速度越快，于是十分有助于提高打印速度而得以滿足工業(yè)化批量生產要求;之二， 由于整體結構簡練，因而空間利用率得以顯著提高;之三，由于旋轉臂可在直線電機的控制下作上下運動，同時可由旋轉電機控制其旋轉運動，因而十分有利于打印高精度的零件;之四，由于整體結構表現(xiàn)為極坐標系模式，因而能精確地控制半徑、角度和高度而藉以滿足3D 打印的嚴苛要求。【附圖說明】[〇〇19]圖1為本發(fā)明的實施例結構圖。【具體實施方式】
[0020]為了使專利局的審查員尤其是公眾能夠更加清楚地理解本發(fā)明的技術實質和有益效果，
【申請人】將在下面以實施例的方式作詳細說明，但是對實施例的描述均不是對本發(fā)明方案的限制，任何依據本發(fā)明構思所作出的僅僅為形式上的而非實質性的等效變換都應視為本發(fā)明的技術方案范疇。[0021 ]請參見圖1，在圖1中示出了本發(fā)明旋轉式3D打印機的結構體系的一底座1，在該底座1上并且位于底座1朝向上的一側設置有一用于承載打印物的載物臺11，該載物臺11亦稱打印平臺，作為優(yōu)選地方案還可在底座1的底部設置底座騰空凸緣12;—打印頭平臺驅動機構2,該打印頭平臺驅動機構2設置在前所述的底座1上;一打印頭3,該打印頭3在對應于所述載物臺11的上方的位置設置在打印頭平臺驅動機構2上。[〇〇22]作為本發(fā)明提供的技術方案的技術要點:前述的打印頭平臺驅動機構2的結構體系包括:直線電機座21、直線電機22、旋轉電機座23、旋轉電機24、旋轉臂25和打印頭平臺水平移動電機26,直線電機座21以縱向狀態(tài)固定在前述底座1朝向上的一側，直線電機22設置在直線電機座21朝向旋轉臂25的一側即朝向載物臺11的一側，旋轉電機座23固定在直線電機22上，旋轉電機24由旋轉電機固定螺釘242固定在旋轉電機座23上，并且該旋轉電機24的旋轉電機軸241與旋轉臂25朝向直線電機22的一端固定連接，而旋轉臂25的另一端以水平懸臂狀態(tài)對應于載物臺11的上方，打印頭平臺水平移動電機26設置在旋轉臂25朝向載物臺 11的一側，前述的打印頭3通過打印頭平臺31固定在打印頭平臺水平移動電機26上。
[0023]繼續(xù)見圖1，前述的直線電機21包括一組直線電機定子221、直線電機動子222和一對直線電機導軌223,一組直線電機定子221沿著所述直線電機座21的高度方向自上而下 (也可以稱自下而上)間隔固定于直線電機座21朝向旋轉臂25的一側，直線電機動子222在與一組直線電機定子221相配合的狀態(tài)下與一對直線電機導軌223滑動配合，而一對直線電機導軌223彼此縱向并行并且在分別對應于一組直線電機定子221的兩側的位置采用固定螺釘2231與直線電機座21固定，前述的旋轉電機座23采用旋轉電機座螺釘231與直線電機動子222朝向旋轉臂25的一側固定。在前述的直線電機動子222上并且在對應于一對直線電機導軌223的位置固定有直線電機動子滑塊2221( —對)，該直線電機動子滑塊2221與一對直線電機導軌223滑動配合。
[0024]通過上述說明，毫無疑問可以確定前述的一組直線電機定子221為磁鐵。
[0025]仍見圖1，前述的打印頭水平移動電機26包括一組水平移動電機定子261、水平移動電機動子262和一對水平移動電機導軌263,一組水平移動電機定子261沿著旋轉臂25朝向前述載物臺11的一側(即圖示狀態(tài)朝向下的一側)的長度方向間隔固定于旋轉臂25上，水平移動電機動子262在與一組水平移動電機定子261相配合的狀態(tài)下與一對水平移動電機導軌263滑動配合，而一對水平移動電機導軌263彼此橫向并行并且在分別對應于一組水平移動電機定子261的兩側的位置采用螺釘(圖中未示出)與旋轉臂25固定，前述打印頭平臺 31連同打印頭3與水平移動電機動子262朝向載物臺11的一側固定。
[0026]由圖1所示，在前述的水平移動電機動子262上并且在對應于前述的一對水平移動電機導軌263的位置固定有水平移動電機動子滑塊2621，該水平移動電機動子滑塊2621與一對水平移動電機導軌263滑動配合。[〇〇27] 通過上述說明，毫無疑問可以確定前述的一組水平移動電機定子261為磁鐵。
[0028]進而由圖1所示，在前述打印頭平臺31背對前述水平移動電機動子262的一側并且在對應于所述打印頭3的一側的位置固定有一風扇311，具體是:風扇311與風扇座3111固定，而且風扇座3111通過風扇座螺釘31111與打印頭平臺31固定。[〇〇29]在本實施例中，前述的風扇311為壓電噴射風扇。
[0030]由于壓電噴射風扇使用的是雙壓電原理，因而可將其稱為“雙壓電冷卻噴射風扇”，又由于雙壓電冷卻噴射風扇屬于散熱器范疇，因而可以將其理解為一個向電子設備噴射高速空氣的微流風箱。這種壓電噴射風扇是由美國通用電氣GE公司率先推出的，簡稱DCJ (全稱:DualPiezoelectrucCoolingJets)，厚度僅為4mm，功耗相對于軸承葉片式風扇可減少一倍以上，但散熱效率提高了十倍以上，可用于下一代超薄型平板電腦和超薄型筆記本電腦中。本申請的發(fā)明人將其應用于3D打印機，經實驗證明對于加快熔融材料的固化速度具有良好的積極意義。
【申請人】需要說明的是:如果將葉片式風扇(即軸承葉片式風扇)替代壓電噴射風扇，則應當視為等同替換。
[0031]圖1中還示出了設置在前述的打印頭3上的電加熱器32,并且在電加熱器32上設置有電加熱棒321和溫度傳感器322。[〇〇32]在實施打印時，按設定的程序，由直線電機22使旋轉臂25上下運動，由旋轉電機24 使旋轉臂25作旋轉運動，由打印頭水平移動電機26使打印頭3水平運動，從而由打印頭3在載物臺11上打印出所需的零件。[〇〇33]綜上所述，本發(fā)明提供的技術方案克服了已有技術中的欠缺，完成了發(fā)明任務，客觀地體現(xiàn)了
【申請人】在上面的技術效果欄中載述的技術效果，不失為是一個極致的技術方案。
【主權項】
1.一種旋轉式3D打印機，包括一底座(1)，在該底座(1)上并且位于底座(1)朝向上的一 側設置有一用于承載打印物的載物臺(11); 一打印頭平臺驅動機構(2)，該打印頭平臺驅動 機構(2)設置在所述的底座(1)上;一打印頭(3)，該打印頭(3)在對應于所述載物臺(11)的 上方的位置設置在打印頭平臺驅動機構(2)上，其特征在于:所述的打印頭平臺驅動機構 (2)包括直線電機座(21)、直線電機(22)、旋轉電機座(23)、旋轉電機(24)、旋轉臂(25)和打 印頭平臺水平移動電機(26)，直線電機座(21)以縱向狀態(tài)固定在所述底座(1)上，直線電機 (22)設置在直線電機座(21)朝向旋轉臂(25)的一側，旋轉電機座(23)固定在直線電機(22) 上，旋轉電機(24)固定在旋轉電機座(23)上，并且該旋轉電機(24)的旋轉電機軸(241)與旋 轉臂(25)朝向直線電機(22)的一端固定連接，而旋轉臂(25)的另一端以水平懸臂狀態(tài)對應 于所述載物臺(11)的上方，打印頭平臺水平移動電機(26)設置在旋轉臂(25)朝向載物臺 (11)的一側，所述的打印頭(3)通過打印頭平臺(31)固定在打印頭平臺水平移動電機(26) 上;所述的直線電機(21)包括一組直線電機定子(221)、直線電機動子(222)和一對直線電 機導軌(223)，一組直線電機定子(221)沿著所述直線電機座(21)的高度方向自上而下間隔 固定于直線電機座(21)朝向所述旋轉臂(25)的一側，直線電機動子(222)在與所述的一組 直線電機定子(221)相配合的狀態(tài)下與一對直線電機導軌(223)滑動配合，而一對直線電機 導軌(223)彼此縱向并行并且在分別對應于一組直線電機定子(221)的兩側的位置與所述 直線電機座(21)固定，所述的旋轉電機座(23)與直線電機動子(222)朝向所述旋轉臂(25) 的一側固定;所述的直線電機動子(222)上并且在對應于所述的一對直線電機導軌(223)的 位置固定有直線電機動子滑塊(2221)，該直線電機動子滑塊(2221)與一對直線電機導軌 (223)滑動配合;所述的一組直線電機定子(221)為磁鐵。2.—種旋轉式3D打印機，包括一底座(1 )，在該底座(1)上并且位于底座(1)朝向上的一 側設置有一用于承載打印物的載物臺(11); 一打印頭平臺驅動機構(2)，該打印頭平臺驅動 機構(2)設置在所述的底座(1)上;一打印頭(3)，該打印頭(3)在對應于所述載物臺(11)的 上方的位置設置在打印頭平臺驅動機構(2)上，其特征在于:所述的打印頭平臺驅動機構 (2)包括直線電機座(21)、直線電機(22)、旋轉電機座(23)、旋轉電機(24)、旋轉臂(25)和打 印頭平臺水平移動電機(26)，直線電機座(21)以縱向狀態(tài)固定在所述底座(1)上，直線電機 (22)設置在直線電機座(21)朝向旋轉臂(25)的一側，旋轉電機座(23)固定在直線電機(22) 上，旋轉電機(24)固定在旋轉電機座(23)上，并且該旋轉電機(24)的旋轉電機軸(241)與旋 轉臂(25)朝向直線電機(22)的一端固定連接，而旋轉臂(25)的另一端以水平懸臂狀態(tài)對應 于所述載物臺(11)的上方，打印頭平臺水平移動電機(26)設置在旋轉臂(25)朝向載物臺 (11)的一側，所述的打印頭(3)通過打印頭平臺(31)固定在打印頭平臺水平移動電機(26) 上;所述的打印頭平臺水平移動電機(26)包括一組水平移動電機定子(261)、水平移動電機 動子(262)和一對水平移動電機導軌(263)，一組水平移動電機定子(261)沿著所述旋轉臂 (25)朝向所述載物臺(11)的一側的長度方向間隔固定于旋轉臂(25)上，水平移動電機動子 (262)在與一組水平移動電機定子(261)相配合的狀態(tài)下與一對水平移動電機導軌(263)滑 動配合，而一對水平移動電機導軌(263)彼此橫向并行并且在分別對應于一組水平移動電 機定子(261)的兩側的位置與旋轉臂(25)固定，所述打印頭平臺(31)攜所述打印頭(3)與所 述水平移動電機動子(262)朝向所述載物臺(11)的一側固定；所述的水平移動電機動子 (262)上并且在對應于所述的一對水平移動電機導軌(263)的位置固定有水平移動電機動子滑塊(2621)，該水平移動電機動子滑塊(2621)與一對水平移動電機導軌(263)滑動配合； 所述的一組水平移動電機定子(261)為磁鐵。3.根據權利要求2所述的一種旋轉式3D打印機，其特征在于所述打印頭平臺(31)背對 所述水平移動電機動子(262)的一側并且在對應于所述打印頭(3)的位置固定有一風扇 (311)〇4.根據權利要求3所述的一種旋轉式3D打印機，其特征在于所述的風扇(311)為壓電噴 射風扇或葉片式風扇。5.根據權利要求1至權利要求4任意一項所述的旋轉式3D打印機，其特征在于在所述的 打印頭(3)上設置有電加熱器(32)，并且在電加熱器(32)上設置有電加熱棒(321)和溫度傳 感器(322)。
【文檔編號】B29C67/00GK105984150SQ201610522824
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2014年11月21日
【發(fā)明人】王肇
【申請人】王笑梅