本發(fā)明涉及3D打印機(jī)，特別涉及一種單塔旋轉(zhuǎn)臂3D打印機(jī)，在一個垂直豎立的立柱上設(shè)置一個固定打印頭的支撐臂，支撐臂通過驅(qū)動機(jī)構(gòu)沿立柱上下運(yùn)動，立柱或支撐臂還可以做圓周運(yùn)動實(shí)現(xiàn)3D打印。

背景技術(shù)：
3D打印機(jī)可以做X、Y、Z三軸運(yùn)動，通過3D打印機(jī)可以實(shí)現(xiàn)物體的立體結(jié)構(gòu)的成型，作為3D打印機(jī)的結(jié)構(gòu)目前主要是框架結(jié)構(gòu)或者是龍門結(jié)構(gòu)，其中框架結(jié)構(gòu)的3D打印機(jī)也被稱作是并聯(lián)臂結(jié)構(gòu)；龍門結(jié)構(gòu)的3d打印機(jī)，其打印平臺可以是固定不動的，也可以是配合打印頭進(jìn)行移動的，打印平臺的大小受限制于xyz方向移動的軌道的長度。并聯(lián)臂3D打印機(jī)的打印平臺要放置在三組吊臂運(yùn)行的軌道所圈定的空間內(nèi)。因此，上述結(jié)構(gòu)的打印機(jī)受到結(jié)構(gòu)的限制其打印平臺相對固定，可擴(kuò)展范圍小。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提出一種單塔旋轉(zhuǎn)臂3D打印機(jī)技術(shù)方案，在一個垂直豎立的立柱上獨(dú)立設(shè)置一個固定打印頭的支撐臂，支撐臂通過驅(qū)動機(jī)構(gòu)沿立柱上下運(yùn)動，立柱或支撐臂還可以做圓周運(yùn)動實(shí)現(xiàn)3D打印。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種單塔旋轉(zhuǎn)臂3D打印機(jī)，包括帶有打印頭的打印臂，其中，所述打印機(jī)還包括一個安裝在支撐架上的立柱，一個連接件與立柱滑動連接，所述打印臂固定在連接件上，在所述立柱上設(shè)置有第一驅(qū)動裝置，所述第一驅(qū)動裝置用于帶動打印臂沿立柱上下行走；在所述連接件上設(shè)置有一個驅(qū)動電機(jī)，所述驅(qū)動電機(jī)通過打印臂帶動打印頭移動；一個第二驅(qū)動裝置帶動打印臂做垂直于立柱的旋轉(zhuǎn)。方案進(jìn)一步是：所述第一驅(qū)動裝置是皮帶傳動裝置，所述皮帶傳動裝置平行于所述立柱設(shè)置，包括沿立柱上下設(shè)置的皮帶輪，一個皮帶套在皮帶輪上；所述連接件用一個連接夾與皮帶固定連接，一個電機(jī)驅(qū)動皮帶輪轉(zhuǎn)動，皮帶帶動打印臂沿立柱上下行走。方案進(jìn)一步是：所述第一驅(qū)動裝置是螺桿傳動裝置，所述螺桿傳動裝置平行于所述立柱設(shè)置，包括平行于所述立柱設(shè)置的一個外螺紋立桿，外螺紋立桿上設(shè)置有與其嚙合的螺母，所述連接件用一個連接夾與螺母固定連接，一個電機(jī)驅(qū)動外螺紋立桿轉(zhuǎn)動，螺母帶動打印臂沿立柱上下行走。方案進(jìn)一步是：所述第一驅(qū)動裝置是齒條傳動裝置，所述齒條傳動裝置平行于所述立柱設(shè)置，包括沿立柱上下設(shè)置的齒條，一個齒輪與齒條嚙合并轉(zhuǎn)動固定在所述連接件上，一個電機(jī)驅(qū)動齒輪轉(zhuǎn)動，齒輪帶動打印臂沿立柱上下行走。方案進(jìn)一步是：所述打印臂是一個由兩組相對設(shè)置的邊桿相互鉸接形成的平行四邊形連桿，其中一組稱為第一組，另一組稱為第二組，第一組的一條邊桿連接打印頭，第一組的另一條邊桿和連接件連接為一體，并且所述第一組另一條邊桿與第二組連接的兩個鉸接軸連線與立柱呈30度至60夾角設(shè)置，在連接件上設(shè)置有一個轉(zhuǎn)軸，所述轉(zhuǎn)軸與邊桿軸向呈90度角設(shè)置，并且所述轉(zhuǎn)軸與第二組的一條邊桿在鉸接軸處固定連接，所述驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)軸通過與之連接的所述第二組的一條邊桿帶動平行四邊形連桿以轉(zhuǎn)軸為中心變換形狀，進(jìn)而帶動打印頭以轉(zhuǎn)軸為中心做弧線運(yùn)動。方案進(jìn)一步是：所述打印頭的打印嘴軸線與所述立柱軸線平行。方案進(jìn)一步是：所述打印臂是由多組平行四邊形連桿對接組成，平行四邊形連桿的四個連接端是鉸接，四個連接端相對的兩個連接端之間設(shè)置有可伸縮聯(lián)動推桿；多組平行四邊形連桿的最內(nèi)端一組連接在連接件上，最外端一組連接打印頭，所述驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動四邊形連桿的可伸縮聯(lián)動推桿，可伸縮聯(lián)動推桿帶動平行四邊形連桿展開與收縮，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)打印頭相對于所述立柱的前后移動。方案進(jìn)一步是：所述打印臂是螺紋驅(qū)動伸縮桿，包括一個外螺紋螺桿，所述打印頭設(shè)置在螺桿的前端，外螺紋螺桿上設(shè)置有與其嚙合的螺母，螺母與連接件轉(zhuǎn)動配合連接，所述驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動螺母轉(zhuǎn)動，螺母帶動螺桿前后移動，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)打印頭相對于所述立柱的前后移動。方案進(jìn)一步是：所述第二驅(qū)動裝置是齒輪傳動裝置，包括電機(jī)、一個主動齒輪和與之嚙合的從動齒輪，從動齒輪的齒輪軸是所述立柱的延伸軸，電機(jī)驅(qū)動主動齒輪轉(zhuǎn)動，從動齒輪帶動立柱轉(zhuǎn)動，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)打印臂以立柱為中心旋轉(zhuǎn)。方案進(jìn)一步是：所述第二驅(qū)動裝置是皮帶傳動裝置，包括電機(jī)、一個主動皮帶輪和從動皮帶輪，從動皮帶輪的皮帶軸是所述立柱的延伸軸，電機(jī)驅(qū)動主動皮帶輪轉(zhuǎn)動，從動皮帶輪帶動立柱轉(zhuǎn)動，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)打印臂以立柱為中心旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：1.使3D打印機(jī)擺脫了框架和龍門式結(jié)構(gòu)，從而便于擴(kuò)大打印空間，通過增加單塔高度和旋轉(zhuǎn)臂長度的方式即可以方便的增大打印空間。2.可折疊的懸臂，在機(jī)器不使用時，可以方便折疊，靠攏單塔，從而減小體積，節(jié)省空間，無論是小型的家用機(jī)還是大型的工業(yè)機(jī)，都方便運(yùn)輸。3.單塔式旋轉(zhuǎn)臂3D打印機(jī)可以在已有的物體上進(jìn)行打印，由于單塔旋轉(zhuǎn)臂結(jié)構(gòu)的無框架優(yōu)勢，可以使3D打印機(jī)不再局限于固定的打印平臺上完成打?。槐热缯f在底面上放置了一個石凳，由于單塔懸臂機(jī)既方便移動，又有旋轉(zhuǎn)臂，可以將機(jī)器放置于石凳旁，通過打印頭上攜帶的自調(diào)平探針探測石凳平面，然后在石凳上面進(jìn)行打印。4.降低了制作成本。由于單塔旋轉(zhuǎn)臂設(shè)計(jì)，不再需要框架，比以往的打印機(jī)減少了3/4至2/3的結(jié)構(gòu)制作費(fèi)用。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作一詳細(xì)描述。附圖說明圖1為本發(fā)明第一驅(qū)動裝置的第一優(yōu)選方案結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明第一驅(qū)動裝置的第二優(yōu)選方案結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明第一驅(qū)動裝置的第三優(yōu)選方案結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明打印臂第一優(yōu)選方案結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明打印臂第二優(yōu)選方案結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明打印臂第三優(yōu)選方案結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本發(fā)明第二驅(qū)動裝置的齒輪傳動結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為本發(fā)明第二驅(qū)動裝置的皮帶傳動結(jié)構(gòu)示意圖；圖9為本發(fā)明幾個優(yōu)選方案組合的整體打印機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式本實(shí)施例所展示的是一種單塔旋轉(zhuǎn)臂3D打印機(jī)，與傳統(tǒng)3D打印機(jī)相同，打印機(jī)帶有打印頭的供料系統(tǒng)，根據(jù)需要打印頭上攜帶自調(diào)平探針，本實(shí)施例打印機(jī)結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的打印機(jī)有了本質(zhì)的區(qū)別，不是框架結(jié)構(gòu)也不是龍門結(jié)構(gòu)，如圖1所示，打印機(jī)包括帶有打印頭1的打印臂2，其中，所述打印機(jī)還包括一個安裝在支撐架3上的立柱4，所述支撐架包括一個底座301和頂板302，立柱固定在底座和頂板上，底座和頂板之間還有加強(qiáng)支撐架結(jié)構(gòu)的輔助支撐柱303；立柱上設(shè)置有導(dǎo)軌401，一個連接件5通過導(dǎo)軌與立柱滑動連接，所述打印臂獨(dú)立固定在連接件上,在所述立柱上設(shè)置有第一驅(qū)動裝置6：所述第一驅(qū)動裝置用于帶動打印臂沿立柱上下行走；在所述連接件上設(shè)置有一個驅(qū)動電機(jī)7：所述驅(qū)動電機(jī)通過驅(qū)動打印臂帶動打印頭移動；一個第二驅(qū)動裝置8帶動打印臂做垂直于立柱的旋轉(zhuǎn)，本實(shí)施例是帶動打印臂以立柱為中心旋轉(zhuǎn)；所述第一驅(qū)動裝置實(shí)現(xiàn)打印頭的Z坐標(biāo)運(yùn)動，至少是由所述驅(qū)動電機(jī)和第二驅(qū)動裝置通過打印驅(qū)動程序配合控制實(shí)現(xiàn)打印頭的X、Y坐標(biāo)運(yùn)動；當(dāng)然，本實(shí)施例3D打印機(jī)還包括有驅(qū)動第一驅(qū)動裝置、驅(qū)動電機(jī)、第二驅(qū)動裝置帶動打印臂做X、Y、Z三軸運(yùn)動的驅(qū)動電路和與計(jì)算機(jī)連接的接口電路，這些電路都是一種已知的常規(guī)設(shè)計(jì)電路。實(shí)施例中，作為第一驅(qū)動裝置有多種方案可以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動打印臂沿立柱上下行走；本實(shí)施例選擇了三種優(yōu)選方案，其中：第一優(yōu)選方案：如圖1所示，所述第一驅(qū)動裝置是平行于所述立柱設(shè)置的皮帶傳動裝置，包括沿立柱上下設(shè)置的皮帶輪601和602，一個皮帶603套在皮帶輪上；所述連接件用一個連接夾604與皮帶固定連接，一個電機(jī)605驅(qū)動皮帶輪轉(zhuǎn)動，皮帶帶動打印臂沿立柱上下行走。其中所述的皮帶輪601和602通過固定在立柱上的上支架8和下支架9固定在立柱上，所述的皮帶是齒形皮帶，電機(jī)是步進(jìn)電機(jī)，當(dāng)選擇的皮帶不是齒形皮帶方式時，其電機(jī)將是帶有光電碼盤的伺服電機(jī)。第二優(yōu)選方案：如圖2所示，所述第一驅(qū)動裝置是平行于所述立柱設(shè)置的螺桿傳動裝置，包括平行于所述立柱設(shè)置的一個外螺紋立桿606，外螺紋立桿上設(shè)置有與其嚙合的螺母607，所述連接件用一個連接夾與螺母固定連接，一個步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)605通過一套傘齒輪608驅(qū)動外螺紋立桿轉(zhuǎn)動，螺母帶動打印臂沿立柱上下行走。第三優(yōu)選方案：如圖3所示，所述第一驅(qū)動裝置是平行于所述立柱設(shè)置的齒條傳動裝置，包括沿立柱上下設(shè)置的齒條609，一個齒輪610與齒條嚙合轉(zhuǎn)動固定在所述連接件上，一個設(shè)置在連接件上的步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)605通過蝸桿驅(qū)動齒輪轉(zhuǎn)動，齒輪帶動打印臂沿立柱上下行走。如上所述驅(qū)動電機(jī)安裝在連接件上驅(qū)動打印臂動作帶動打印頭移動。作為打印臂結(jié)構(gòu)有多種方案可以實(shí)現(xiàn)；本實(shí)施例選擇了三種優(yōu)選方案，其中：第一優(yōu)選方案：如圖4所示，所述打印臂是一個由兩組相對設(shè)置的邊桿相互鉸接形成的平行四邊形連桿，其中一組稱為第一組，所述第一組如圖中所示的兩條短邊201、202，另一組稱為第二組如圖中所示的兩條長邊203、204，當(dāng)然第一組、第二組的選擇是可以調(diào)換的。本實(shí)施例中第一組的一條邊桿如圖中一條短邊202連接打印頭1，第一組的另一條邊桿如圖中的另一條短邊201和連接件5連接為一體，并且所述第一組另一條邊桿與第二組連接的兩個鉸接軸連線與立柱4呈30度至60夾角A設(shè)置，最佳角度是45度；在連接件上設(shè)置有一個轉(zhuǎn)軸501，轉(zhuǎn)軸501與其中一個鉸接軸同軸，即所述轉(zhuǎn)軸與邊桿軸向呈90度角設(shè)置，也就是所述轉(zhuǎn)軸與第二組的一條邊桿在鉸接軸處固定連接，所述驅(qū)動電機(jī)通過皮帶輪701減速驅(qū)動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，所述轉(zhuǎn)軸通過與之連接的所述第二組的一條邊桿203轉(zhuǎn)動帶動平行四邊形連桿以轉(zhuǎn)軸為中心變換形狀，進(jìn)而帶動打印頭以轉(zhuǎn)軸為中心做弧線運(yùn)動；驅(qū)動電機(jī)、所述第一驅(qū)動裝置、第二驅(qū)動裝置三者配合控制實(shí)現(xiàn)打印頭X、Y坐標(biāo)移動，當(dāng)打印頭在一條短邊上安裝并且固定打印頭軸向方向后，此種結(jié)構(gòu)可以保證所述打印頭軸向始終朝向一個方向；作為一個優(yōu)選方案，本實(shí)施例打印頭軸向固定方向是與立軸平行的方向，即所述打印頭的打印嘴軸線與所述立柱軸線平行，驅(qū)動電機(jī)可以是步進(jìn)電機(jī)或者伺服電機(jī)。第二優(yōu)選方案：如圖5所示，所述打印臂是由多組平行四邊形連桿205對接組成，平行四邊形連桿的四個連接端是鉸接，四個連接端相對的兩個連接端之間設(shè)置有可伸縮聯(lián)動推桿206，多組可伸縮聯(lián)動推桿對接；多組平行四邊形連桿的最內(nèi)端一組連接在連接件上，最外端一組連接打印頭，所述驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動最內(nèi)端一組四邊形連桿的可伸縮聯(lián)動推桿，多組可伸縮聯(lián)動推桿相互帶動實(shí)現(xiàn)各組平行四邊形連桿展開與收縮，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)打印頭相對于所述立柱的前后移動，其中的驅(qū)動電機(jī)是直線伺服電機(jī)，驅(qū)動電機(jī)與所述第二驅(qū)動裝置二者配合控制實(shí)現(xiàn)打印頭的X、Y坐標(biāo)移動。第三優(yōu)選方案：如圖6所示，所述打印臂是螺紋驅(qū)動伸縮桿，包括一個外螺紋螺桿207，所述打印頭設(shè)置在螺桿的前端，外螺紋螺桿上設(shè)置有與其嚙合的螺母208，螺母與連接件轉(zhuǎn)動配合連接，螺母的外圓也設(shè)置有齒牙，所述驅(qū)動電機(jī)通過齒輪209驅(qū)動螺母轉(zhuǎn)動，螺母帶動螺桿前后移動，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)打印頭相對于所述立柱的前后移動，驅(qū)動電機(jī)與所述第二驅(qū)動裝置二者配合控制實(shí)現(xiàn)打印頭的X、Y坐標(biāo)移動，驅(qū)動電機(jī)可以是步進(jìn)電機(jī)或者伺服電機(jī)。實(shí)施例中：作為第二驅(qū)動裝置也同樣有多種方式選擇，本實(shí)施例選擇了兩種優(yōu)選方案：第一優(yōu)選方案：如圖7所示，所述第二驅(qū)動裝置是齒輪傳動裝置，包括固定在支撐架3底座上的驅(qū)動電機(jī)801、一個主動齒輪802和與之嚙合的從動齒輪803，從動齒輪的齒輪軸是所述立柱的延伸軸，驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動主動齒輪轉(zhuǎn)動，從動齒輪帶動立柱轉(zhuǎn)動，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)打印臂以立柱為中心旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動電機(jī)可以是步進(jìn)電機(jī)或者伺服電機(jī)。第二選方案：如圖8所示，所述第二驅(qū)動裝置是皮帶傳動裝置，包括驅(qū)動電機(jī)801、一個主動皮帶輪804和從動皮帶輪805，從動皮帶輪的皮帶軸是所述立柱的延伸軸，驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動主動皮帶輪轉(zhuǎn)動，從動皮帶輪帶動立柱轉(zhuǎn)動，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)打印臂以立柱為中心旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動電機(jī)可以是步進(jìn)電機(jī)或者伺服電機(jī)。上述兩種方案都是采用驅(qū)動立柱轉(zhuǎn)動的方式帶動打印臂轉(zhuǎn)動，這些適用于小型的打印機(jī)，當(dāng)打印機(jī)達(dá)到一定體積后可以通過轉(zhuǎn)動底座的方式帶動打印臂轉(zhuǎn)動，因此第二驅(qū)動裝置8不僅僅是帶動打印臂圍繞立柱旋轉(zhuǎn)，如上兩個所述的方案，也可以通過轉(zhuǎn)動底座的方式帶動打印臂轉(zhuǎn)動。所以，所述第二驅(qū)動裝置8帶動打印臂做垂直于立柱的旋轉(zhuǎn)包含了除所述兩種方案的另外驅(qū)動結(jié)構(gòu)形式。圖9示意了組合上述實(shí)施例第一驅(qū)動裝置為第一優(yōu)選方案、打印臂為第一優(yōu)選方案、第二驅(qū)動裝置為第一優(yōu)選方案的整體打印機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖，此種結(jié)構(gòu)是一種小型打印機(jī)的優(yōu)選結(jié)構(gòu)。上述實(shí)施例3D打印機(jī)擺脫了框架和龍門式結(jié)構(gòu)，從而便于擴(kuò)大打印空間，通過增加單塔高度和旋轉(zhuǎn)臂長度的方式即可以方便的增大打印空間。打印臂可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)成可折疊的，在機(jī)器不使用時，可以方便折疊，靠攏單塔，從而減小體積，節(jié)省空間，可以根據(jù)需要選擇上述不同的優(yōu)選方案組成打印機(jī)，無論是小型的家用機(jī)還是大型的工業(yè)機(jī)，都方便運(yùn)輸。實(shí)施例單塔式旋轉(zhuǎn)臂3D打印機(jī)可以在已有的物體上進(jìn)行打印，由于單塔旋轉(zhuǎn)臂結(jié)構(gòu)的無框架優(yōu)勢，可以使3D打印機(jī)不再局限于固定的打印平臺上完成打?。槐热缯f在底面上放置了一個石凳，由于單塔懸臂機(jī)方便移動，可以將機(jī)器放置于石凳旁，通過打印頭上攜帶的自調(diào)平探針探測石凳平面，然后在石凳上面進(jìn)行打印。