技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于3D打印快速成型和3D打印機(jī)工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種立柱式冗余并聯(lián)3D打印機(jī)。

背景技術(shù)：

目前，3D打印是新型快速成型制造技術(shù)（RP），以累加方法實(shí)現(xiàn)模型的快速成型技術(shù)，是制造技術(shù)領(lǐng)域的一項(xiàng)重大突破。它能克服傳統(tǒng)機(jī)械加工無(wú)法實(shí)現(xiàn)的特殊結(jié)構(gòu)障礙，可以實(shí)現(xiàn)任意復(fù)雜結(jié)構(gòu)部件的簡(jiǎn)單化生產(chǎn)，可以自動(dòng)、直接、精確地將將設(shè)計(jì)思想從CAD模型，轉(zhuǎn)化為具有一定功能的模型或器件。

3D打印機(jī)，即快速成形技術(shù)的一種機(jī)器，它是一種數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用特殊蠟材、粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)。常常在模具制造、工業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域被用于制造模型或者用于一些產(chǎn)品的直接制造，意味著這項(xiàng)技術(shù)正在普及。

FDM 3D打印機(jī)原理是運(yùn)用PLA,ABS材料通過(guò)熔化塑料絲，將塑料擠出噴頭進(jìn)行打印的三維打印機(jī)，而現(xiàn)階段傳統(tǒng)的FDM 3D打印機(jī)是基于X,Y,Z坐標(biāo)系的三維打印機(jī)，在打印工藝上對(duì)邊緣為圓角、弧線的模型處理精度不高，在打印速度上時(shí)間也比較久。而目前普通的并聯(lián)3D打印機(jī)都是采用3個(gè)立柱軸，一旦某個(gè)軸發(fā)生故障，便無(wú)法工作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服背景技術(shù)的不足, 本發(fā)明提供一種立柱式冗余并聯(lián)3D打印機(jī)，解決了對(duì)邊角為圓角、圓弧的打印精度不高，打印速度較低等方面的不足，同時(shí)為了能夠滿足快速成型的需求，本發(fā)明還可以在某個(gè)軸出現(xiàn)故障時(shí)，仍能夠?qū)崿F(xiàn)多方位的功能，對(duì)快速成型制造技術(shù)的普及應(yīng)用具有重要的影響。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

一種立柱式冗余并聯(lián)3D打印機(jī)，包括成型臺(tái)和滾珠絲桿，成型臺(tái)四個(gè)角豎直并聯(lián)設(shè)置有四根高度一致的滾珠絲桿，四根滾珠絲桿頂端通過(guò)連接件連接；每根滾珠絲桿上均設(shè)置有滑塊，每根滾珠絲桿底端均設(shè)置有傳動(dòng)電機(jī)；每個(gè)滑塊鉸接有連桿，連桿另一端鉸接打印噴嘴，打印噴嘴通過(guò)軟管連接送絲機(jī)。在傳動(dòng)電機(jī)的帶動(dòng)下，滑塊在滾珠絲桿上上下運(yùn)動(dòng)，滾珠絲桿上的滑塊帶動(dòng)噴嘴運(yùn)動(dòng)，噴嘴移動(dòng)速度比傳統(tǒng)3D打印機(jī)的移動(dòng)速度快，不僅可以在打印過(guò)程中更好的提高打印的效率，而且在處理邊緣為圓弧的模型時(shí)的打印精度得到極大的提高，打印的穩(wěn)定性較高，精度較好，機(jī)器輕便。

優(yōu)選的，所述的每個(gè)滑塊鉸接兩根連桿，連桿為鈦合金制成，提高打印穩(wěn)定性，使精度更高，機(jī)器更輕便。

優(yōu)選的，所述的成型臺(tái)為梯形狀，梯形上底的長(zhǎng)度小于下底的長(zhǎng)度，上底兩個(gè)角上豎直并聯(lián)設(shè)置的滾珠絲桿相隔距離近，下底兩根豎直并聯(lián)設(shè)置的滾珠絲桿相隔距離遠(yuǎn)。上底兩個(gè)角上豎直設(shè)置的兩根滾珠絲桿底端設(shè)置的傳動(dòng)電機(jī)為同步的傳動(dòng)電機(jī)，相比于傳統(tǒng)3D打印機(jī)依照X,Y,Z坐標(biāo)系打印技術(shù)，本發(fā)明為四軸并聯(lián)立柱式冗余3D立體打印技術(shù)，該技術(shù)即使上底兩個(gè)角上豎直設(shè)置的兩根滾珠絲桿某一根出現(xiàn)故障，仍能繼續(xù)工作。下底兩根豎直并聯(lián)設(shè)置的滾珠絲桿上設(shè)置有開(kāi)合門(mén)，使3D打印機(jī)內(nèi)部與外界環(huán)境隔離，保證內(nèi)部恒溫，提高打印的精度，并且通過(guò)開(kāi)合門(mén)方便取出在成型臺(tái)上的物件。

優(yōu)選的，所述的軟管為耐高溫軟管，避免成型材料溫度過(guò)高燙傷軟管。

優(yōu)選的，所述的送絲機(jī)輸送的成型材料為熱塑性材料，包括ABS、PLA等絲狀材料，經(jīng)過(guò)加熱后經(jīng)過(guò)打印噴嘴擠出，然后在常溫下空氣中迅速固化，按每層的切面圖，逐層累計(jì)打印，最終完成成型件。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：

（1）本發(fā)明采用了封閉性的結(jié)構(gòu)使其具有高剛性和高速化的優(yōu)點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)負(fù)荷流線短，而負(fù)荷分解的拉、壓力由四只連柱同時(shí)承受。根據(jù)材料力學(xué)來(lái)說(shuō)，在外力一定時(shí)，懸臂量的應(yīng)力與變形都最大，兩端插入次之，再來(lái)是兩端簡(jiǎn)支撐，其次是受壓的二力結(jié)構(gòu)，因?yàn)槭箲?yīng)力與變形都最小的是受張力的二力結(jié)構(gòu)，故其擁有高剛性，其剛度重量比高于傳統(tǒng)的并聯(lián)機(jī)構(gòu)；

（2）本發(fā)明的四立柱式并聯(lián)機(jī)構(gòu)慣性低，如果結(jié)構(gòu)所承受的力因慣性導(dǎo)致改變方向，(介于張力與壓力之間)，兩力構(gòu)件將會(huì)是最節(jié)省材料的結(jié)構(gòu)，而它的移動(dòng)件重量減至最低且同時(shí)由四個(gè)致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，因此機(jī)器很容易高速化，且擁有低慣性；

（3）本發(fā)明由于其為四立柱式并聯(lián)機(jī)構(gòu)組成，四個(gè)可伸縮滾珠絲桿都單獨(dú)對(duì)平臺(tái)的位置和姿態(tài)起作用，因而不存在串聯(lián)機(jī)構(gòu)（xyz構(gòu)架）的幾何誤差累積和放大的現(xiàn)象，甚至還有平均化效果，故它具有高精度的優(yōu)點(diǎn)，在處理邊緣為圓弧的模型時(shí)的精度較高，即使某一個(gè)滾珠絲桿出現(xiàn)故障，仍能繼續(xù)工作。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中符號(hào)說(shuō)明：1、成型臺(tái)；2、滾珠絲桿；3、連接件；4、滑塊；5、連桿；6、打印噴嘴；7、軟管；8、送絲機(jī)；9、傳動(dòng)電機(jī)。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明：

一種立柱式冗余并聯(lián)3D打印機(jī)，包括成型臺(tái)1和滾珠絲桿2，成型臺(tái)1四個(gè)角豎直并聯(lián)設(shè)置有四根高度一致的滾珠絲桿2，四根滾珠絲桿2頂端通過(guò)連接件3連接；每根滾珠絲桿2上均設(shè)置有滑塊4，每根滾珠絲桿2底端均設(shè)置有傳動(dòng)電機(jī)9；每個(gè)滑塊4鉸接有連桿5，連桿5另一端鉸接打印噴嘴6，打印噴嘴6通過(guò)軟管7連接送絲機(jī)8。

為了提高打印穩(wěn)定性，使精度更高，機(jī)器更輕便，所述的每個(gè)滑塊4鉸接兩根連桿5，連桿5為鈦合金制成。

為了使上底兩個(gè)角上豎直并聯(lián)設(shè)置的兩根滾珠絲桿2某一根出現(xiàn)故障后仍能繼續(xù)工作，同時(shí)使3D打印機(jī)內(nèi)部與外界環(huán)境隔離，保證內(nèi)部恒溫，提高打印的精度，并且方便放入和取出在成型臺(tái)1上的物件，所述的成型臺(tái)1為梯形狀，梯形上底的長(zhǎng)度小于下底的長(zhǎng)度，梯形上底兩個(gè)角上豎直設(shè)置的兩根滾珠絲桿2底端設(shè)置的傳動(dòng)電機(jī)9為同步的傳動(dòng)電機(jī)。

為了避免成型材料溫度過(guò)高燙傷軟管7，所述的軟管7為耐高溫軟管7。

為了使經(jīng)過(guò)加熱后經(jīng)過(guò)打印噴嘴6擠出的材料在常溫下空氣中迅速固化，所述的送絲機(jī)8輸送的成型材料為熱塑性材料，如：ABS、PLA等絲狀材料。

具體使用方法：

通過(guò)計(jì)算機(jī)建模軟件建模，如果有現(xiàn)成的模型也可以，比如動(dòng)物模型、人物或者微縮建筑等等。先通過(guò)計(jì)算機(jī)建模軟件建模，再將建成的三維模型切片，從而指導(dǎo)打印機(jī)逐層打印。設(shè)計(jì)軟件和打印機(jī)之間協(xié)作的標(biāo)準(zhǔn)文件格式是STL文件格式。一個(gè)STL文件使用三角面來(lái)近似模擬物體的表面，分層切片后通過(guò)SD卡把它拷貝到3D打印機(jī)中，進(jìn)行打印設(shè)置后，打印機(jī)就可以把它們打印出來(lái)。3D打印機(jī)的工作原理和傳統(tǒng)打印機(jī)基本一樣，都是由控制組件、機(jī)械組件、打印頭、耗材和介質(zhì)等架構(gòu)組成的，打印原理是一樣的。3D打印機(jī)主要是在打印前在電腦上設(shè)計(jì)了一個(gè)完整的三維立體模型，然后再進(jìn)行打印輸出。3D打印與激光成型技術(shù)一樣，采用了分層加工、疊加成型來(lái)完成3D實(shí)體打印。開(kāi)機(jī)后，各個(gè)滑塊4復(fù)位。根據(jù)三維模型的切片數(shù)據(jù)，通過(guò)滑塊4在滾珠絲桿2上做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，滑塊4的往復(fù)運(yùn)動(dòng)通過(guò)鈦合金連桿5傳遞到打印噴嘴6上，于是打印噴嘴6在成型臺(tái)1上走出所需的運(yùn)動(dòng)軌跡。在計(jì)算機(jī)的控制下，運(yùn)動(dòng)軌跡形成所需的二維圖形。與此同時(shí)，在送絲機(jī)8的作用下，將打印絲材送入到打印噴嘴6中，3D 打印機(jī)所運(yùn)用的ABS、PLA的材料，經(jīng)過(guò)打印噴嘴6加熱后擠出，然后在常溫下空氣中迅速固化，按每層的切面圖，逐層累計(jì)打印，最終完成成型件。

最后應(yīng)說(shuō)明的是：顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。