本發(fā)明涉及3D打印機技術領域，特別是涉及一種基于FDM的3D打印機構及其打印機和打印方法。

背景技術：

熔融沉積成型技術(Fused Deposition Molding，F(xiàn)DM)是由斯科特·克倫普于1989年發(fā)明的快速成型技術。在1992年其本人創(chuàng)立了Stratasys公司，賣出了第一臺FDM型3D打印機，打開了FDM型3D打印機商業(yè)化的大門。

FDM技術是用塑料絲材，如ABS或者PLA，作為打印原料，用一個加熱模塊將塑料絲材融化成粘性體，通過打印噴頭將打印耗材涂鋪在模型截面的輪廓軌跡和填充軌跡上，繼而形成所打印的產品模型。

FDM技術由于其體積小巧，操作簡單，價格低廉，基本無污染等特性，在3D打印領域有著廣泛的應用，也是目前為止最適合做家庭桌面級別應用的技術，有望未來將基于FDM的3D打印機帶入千家萬戶。傳統(tǒng)的3D打印機的運動機構都是基于笛卡爾坐標系設計的，其非常適用于打印直線或平面較多的模型。然而基于FDM技術和笛卡爾坐標系的3D打印機存在一定的缺陷，如打印速度較慢、打印精度較低等問題。特別是在打印旋轉體模型時，旋轉體模型的截面形狀大部分都為圓形或由弧形構成，這時傳統(tǒng)的基于笛卡爾坐標系的3D打印機打印出的模型棱角感十分嚴重，往往需要進行后期修飾，難以滿足旋轉體模型對表面粗糙度的要求。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種適合打印旋轉體模型的基于FDM的3D打印機構及其打印機和打印方法，以解決上述現(xiàn)有技術存在的問題，提高打印出的旋轉體模型的表面粗糙度。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

本發(fā)明提供了一種基于FDM的3D打印機構，包括立柱、懸臂、打印噴頭滑塊、打印基板和轉臺，所述打印基板設置在所述轉臺上；所述立柱設置在所述轉臺一側，所述懸臂一端設置在所述立柱上，且所述懸臂能夠在所述立柱上沿豎直方向移動；所述打印噴頭滑塊設置在所述懸臂上，且所述打印噴頭能夠在所述懸臂上沿水平方向移動；所述打印噴頭滑塊用于安裝打印噴頭，所述打印噴頭擠出口的移動軌跡在所述打印基板上的投影線貫穿所述打印基板的旋轉中心點。

優(yōu)選地，所述立柱上設有導軌，所述懸臂通過一滑塊與所述導軌連接，所述立柱上設有第一絲杠傳動機構，所述滑塊與所述第一絲杠傳動機構的滑座連接。

優(yōu)選地，所述懸臂上設有第二絲杠傳動機構，所述打印噴頭滑塊與所述第二絲杠傳動機構的滑座連接。

優(yōu)選地，所述打印基板與所述轉臺可拆卸連接。

優(yōu)選地，還包括底座，所述立柱和所述轉臺均設置在所述底座上。

優(yōu)選地，所述轉臺的轉軸與一伺服電機傳動連接。

本發(fā)明還提供了一種基于FDM的3D打印機，包括送絲機構、加熱機構、打印噴頭和控制機構，還包括上述技術方案中任一項所述的基于FDM的3D打印機構。

本發(fā)明還提供了一種基于FDM的3D打印方法，使用了上述技術方案中任一項所述的基于FDM的3D打印機構進行打印，打印基板的旋轉中心線為θ軸，打印噴頭滑塊的運動軌跡為ρ軸，懸臂的運動軌跡為Z軸，所述打印基板的旋轉中心點為ρ軸和Z軸的零點，θ軸、ρ軸和Z軸構建出了一個柱坐標系；打印時模型繞θ軸旋轉，打印噴頭沿ρ軸和/或Z軸運動。

優(yōu)選地，打印噴頭的擠絲速度恒定，模型的旋轉速度與打印噴頭所處的ρ軸的位置坐標值成反比；打印噴頭沿ρ軸和Z軸的運動速度為恒定值。

優(yōu)選地，切片軟件產生的G代碼基于θ軸、ρ軸和Z軸構建出的柱坐標系，填充方式為使用圓弧曲線填充。

本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術取得了以下技術效果：本發(fā)明的基于FDM的3D打印機構及其打印機和打印方法是基于柱坐標系而設計出的。在打印的過程中，模型隨打印基板繞θ軸旋轉，打印噴頭沿ρ軸和Z軸運動，實現(xiàn)了以圓弧曲線填充的方式將模型逐漸打印出來。由于在打印旋轉體模型的單層截面時，切片軟件產生的G代碼，都是使用ρ軸和θ軸進行插補，并且填充路徑都是以圓弧曲線的形式進行填充，而圓弧曲線主要是借由模型的旋轉而產生的，并不像傳統(tǒng)的基于笛卡爾坐標系的3D打印機一樣模型固定不定，而需要使打印噴頭同時沿X軸和Y軸移動以模擬圓弧曲線。因此，本發(fā)明能夠提高模型表面的打印粗糙度和打印速度，特別適合打印空心造型或者是經過抽殼處理的旋轉體模型。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明基于FDM的3D打印機構的結構示意圖；

其中：1-立柱，2-導軌，3-滑塊，4-打印噴頭滑塊，5-懸臂，6-打印基板，7-轉臺，8-底座。

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

本發(fā)明的目的是提供一種適合打印旋轉體模型的基于FDM的3D打印機構及其打印機和打印方法，以解決上述現(xiàn)有技術存在的問題，提高打印出的旋轉體模型的表面粗糙度。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。

實施例1：如圖1所示，本實施例提供了一種基于FDM的3D打印機構，包括立柱1、懸臂5、打印噴頭滑塊4、打印基板6、轉臺7和底座8，所述立柱1和所述轉臺7均設置在所述底座8上，所述轉臺7的轉軸與一伺服電機傳動連接，所述打印基板6設置在所述轉臺7上，且所述打印基板6與所述轉臺7可拆卸連接。所述立柱1設置在所述轉臺7一側，所述立柱1上設有導軌2，所述懸臂5通過一滑塊3與所述導軌2連接，所述立柱1上設有第一絲杠傳動機構，所述滑塊3與所述第一絲杠傳動機構的滑座連接。所述打印噴頭滑塊4設置在所述懸臂5上，所述懸臂5上設有第二絲杠傳動機構，所述打印噴頭滑塊4與所述第二絲杠傳動機構的滑座連接。所述打印噴頭滑塊4用于安裝打印噴頭，所述打印噴頭擠出口的移動軌跡在所述打印基板6上的投影線貫穿所述打印基板6的旋轉中心點，所述旋轉中心點指所述打印基板6上平面的旋轉中心點，當所述打印基板6的形心與旋轉中心線重合時，打印基板6的上平面的中心點即所述打印基板6的旋轉中心點。

需要說明的是：所述懸臂5和所述立柱1之間除絲杠傳動之外，也可以采用同步帶傳動、鏈傳動或齒條傳動，凡是使所述懸臂5能夠可控地在所述立柱1上沿豎直方向移動的傳動形式均可。所述打印噴頭滑塊4與所述懸臂5之間除絲杠傳動之外，也可以采用同步帶傳動、鏈傳動或齒條傳動，凡是使所述打印噴頭滑塊4能夠可控地在所述懸臂5上沿水平方向移動的傳動形式均可。

本實施例還提供了一種基于FDM的3D打印機，包括送絲機構、加熱機構、打印噴頭和控制機構，還包括本實施例中所述的基于FDM的3D打印機構。所述送絲機構將打印耗材輸送至加熱機構中融化，然后輸送至打印噴頭被擠出，被擠出的打印耗材快速冷卻并逐漸堆積，隨著所述打印基板6的旋轉和打印噴頭的移動構筑出打印模型。

本發(fā)明還提供了一種基于FDM的3D打印方法，使用了本實施例中所述的基于FDM的3D打印機構進行打印，打印基板6的旋轉中心線為θ軸，打印噴頭滑塊4的運動軌跡為ρ軸，懸臂5的運動軌跡為Z軸，所述打印基板6的旋轉中心點為ρ軸和Z軸的零點，θ軸、ρ軸和Z軸構建出了一個柱坐標系；打印時模型繞θ軸旋轉，打印噴頭沿ρ軸和/或Z軸運動。

為使保證打印質量，需配合打印耗材的冷卻速度使打印噴頭的擠絲速度恒定，使模型的旋轉速度與打印噴頭所處的ρ軸的位置坐標值成反比，打印噴頭沿ρ軸和Z軸的運動速度為恒定值。切片軟件產生的G代碼應基于本實施的θ軸、ρ軸和Z軸構建出的柱坐標系，并使用圓弧曲線填充的方式進行填充。

可以理解的是：以上打印方法并不是3D打印過程的全部步驟，在執(zhí)行上述打印方法之前，還需要進行模型掃描或將立體模型輸入切片軟件以生成G代碼，切片軟件將生成的G代碼傳送至控制機構，控制機構通過控制擠絲速度、轉臺7的轉速、打印噴頭滑塊4的位移等參數(shù)來進行3D打印。而模型掃描、立體模型輸入、切片軟件及控制機構均為本領域技術人員的熟知的常規(guī)技術手段。

本實施例的基于FDM的3D打印機構及其打印機和打印方法是基于柱坐標系而設計出的。在打印的過程中，模型隨打印基板6繞θ軸旋轉，打印噴頭沿ρ軸和Z軸運動，實現(xiàn)了以圓弧曲線填充的方式將模型逐漸打印出來。由于在打印旋轉體模型的單層截面時，切片軟件產生的G代碼，都是使用ρ軸和θ軸進行插補的，并且填充路徑都是以圓弧曲線的形式進行填充，而圓弧曲線主要是借由模型的旋轉而產生的，并不像傳統(tǒng)的基于笛卡爾坐標系的3D打印機一樣模型固定不定，而需要使打印噴頭同時沿X軸和Y軸移動以模擬圓弧曲線。因此，本實施例能夠提高模型表面的打印粗糙度和打印速度，特別適合打印空心造型或者是經過抽殼處理的旋轉體模型。

本說明書中應用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據本發(fā)明的思想，在具體實施方式及應用范圍上均會有改變之處。綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發(fā)明的限制。