一種3d打印機、專用水平運動機構以及3d打印機水平移動方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了3D打印機及3D打印機水平移動方法，3D打印機包括有機架、安裝于所述機架的水平運動機構以及安裝于所述水平運動機構上的打印機頭，其特征是，所述水平運動機構包括平行設置的Y軸第一滑桿和Y軸第二滑桿、設置在每根Y軸滑桿上的Y軸滑座、設置在兩個Y軸滑座之間的X軸滑桿、設置在X軸滑桿上的X軸滑座以及同步帶傳動機構；所述打印機頭設置在所述X軸滑座上；所述同步帶傳動機構包括：四個導向輪、主動輪、從動輪、電機以及水平同步帶，所述水平同步帶的一端部固接于X軸滑座的一側，另一端依次繞接于第二導向輪、Y軸第二主動輪、Y軸第二從動輪、第四導向輪、第三導向輪、Y軸第一從動輪、Y軸第一主動輪以及第一導向輪后固接于所述X軸滑座的另一側。
【專利說明】
一種3D打印機、專用水平運動機構以及3D打印機水平移動方法
技術領域
[0001 ]本發(fā)明涉及3D打印技術領域，具體地說是一種一種3D打印機、專用水平運動機構以及3D打印機水平移動方法。
【背景技術】
[0002]3D打印技術作為第三次工業(yè)革命的標志性技術，引領著未來全球制造業(yè)的發(fā)展。目前市場上的3D打印機大多通過在機架上設置多根滑軌來保證Y、Y、Z軸驅(qū)動系統(tǒng)能夠正常工作，這種結構的3D打印機配件繁多，組裝復雜，組件間的配合難以達到設計要求，不僅導致故障率高，占用空間大，而且打印速度和打印精度不夠理想，維護成本也較高。
[0003]現(xiàn)有3D打印機Z軸方向運動多采用絲杠帶動打印平臺升降的方式來實現(xiàn)，不僅結構復雜，且絲杠作為中心穩(wěn)定平衡桿的同時，兼顧傳送升降動力，使得打印穩(wěn)定性難以保障。
[0004]對比文件《一種彩色3D打印機機頭三維運動裝置》(公開號:203637189U)中描述了一種Χ、γ方向運動組件，其中X方向運動組件由一條連有運動滑塊的同步帶環(huán)繞一對輪組構成，并由單電機驅(qū)動完成運動滑塊在X方向的運動，Y方向運動組件由對稱設置的兩套同步帶輪組來帶動X方向運動組件在Y方向上移動，且由一個電機通過電機同步帶驅(qū)動一傳動軸，傳動軸兩端安裝有帶動Y方向同步帶的主動輪。該裝置中共使用了四條同步帶，不僅安裝繁瑣，松緊不好控制，運動時容易錯位，而且增加了維護困難和成本，例如，僅一條Y方向電機同步帶斷裂就要將機器整體拆開更換;Y方向運動組件的兩條同步帶單獨拉動，安裝時不好掌握兩端平衡，安裝和運動時一旦同步帶錯牙，X方向運動組件就會傾斜而無法正常打印;Y方向運動組件通過傳動軸傳輸電機動力，使得打印精度受機架制作精度影響較大;X方向運動組件的電機位于一端，使X方向兩端重量不平衡，容易引發(fā)同步帶錯位傾斜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的就是提供一種3D打印機、專用水平運動機構以及3D打印機水平移動方法，以解決現(xiàn)有3D打印機結構復雜，安裝繁瑣，打印穩(wěn)定性和精度不理想的問題。
[0006]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的:一種3D打印機，包括有機架、安裝于所述機架的水平運動機構以及安裝于所述水平運動機構上的打印機頭，所述水平運動機構包括平行設置的Y軸第一滑桿和Y軸第二滑桿、設置在每根Y軸滑桿上的Y軸滑座、設置在兩個Y軸滑座之間的X軸滑桿、設置在X軸滑桿上的X軸滑座以及同步帶傳動機構;所述打印機頭設置在所述X軸滑座上；所述同步帶傳動機構包括:
在Y軸第一滑桿設置的第一 Y軸滑座上安裝的第一導向輪和第三導向輪；
在Y軸第二滑桿設置的第二 Y軸滑座上安裝的第二導向輪和第四導向輪；
設置在Y軸第一滑桿一端的Y軸第一主動輪和另一端的Y軸第一從動輪；
設置在Y軸第二滑桿一端的Y軸第二主動輪和另一端的Y軸第二從動輪； 驅(qū)動所述Y軸第一主動輪的Y軸第一電機；
驅(qū)動所述Y軸第二主動輪的Y軸第二電機;以及
水平同步帶，所述水平同步帶的一端部固接于X軸滑座的一側，另一端依次繞接于第二導向輪、Y軸第二主動輪、Y軸第二從動輪、第四導向輪、第三導向輪、Y軸第一從動輪、Y軸第一主動輪以及第一導向輪后固接于所述X軸滑座的另一側。
[0007]在上述技術方案下，本發(fā)明可以這樣實現(xiàn):
所述X軸滑桿為兩個。
[0008]所述導向輪為光輪，所述主動輪為齒輪，所述水平同步帶為齒帶。
[0009 ] 3D打印機水平移動方法，包括以下步驟:
a.按如下結構設計水平運動機構:
所述水平運動機構包括平行設置的Y軸第一滑桿和Y軸第二滑桿、設置在每根Y軸滑桿上的Y軸滑座、設置在兩個Y軸滑座之間的X軸滑桿、設置在X軸滑桿上的X軸滑座以及同步帶傳動機構;所述打印機頭設置在所述X軸滑座上；所述同步帶傳動機構包括:
在Y軸第一滑桿設置的第一 Y軸滑座上安裝的第一導向輪和第三導向輪；
在Y軸第二滑桿設置的第二 Y軸滑座上安裝的第二導向輪和第四導向輪；
設置在Y軸第一滑桿一端的Y軸第一主動輪和另一端的Y軸第一從動輪；
設置在Y軸第二滑桿一端的Y軸第二主動輪和另一端的Y軸第二從動輪；
驅(qū)動所述Y軸第一主動輪的Y軸第一電機；
驅(qū)動所述Y軸第二主動輪的Y軸第二電機;以及
水平同步帶，所述水平同步帶的一端部固接于X軸滑座的一側，另一端依次繞接于第二導向輪、Y軸第二主動輪、Y軸第二從動輪、第四導向輪、第三導向輪、Y軸第一從動輪、Y軸第一主動輪以及第一導向輪后固接于所述X軸滑座的另一側。
[0010]b.控制Y軸第一電機和Y軸第二電機的轉(zhuǎn)動方向、啟閉以實現(xiàn)打印機頭在水平面上到達任意位置。
[0011]本發(fā)明的水平運動機構，結構大大簡化，僅用一條水平同步帶聯(lián)動輪組的方式就能使打印機頭完成水平面的所有運動，不僅安裝方便，而且聯(lián)動精密不易錯位;X軸上沒有電機，不會產(chǎn)生因電機對單端施重而引起的X軸錯位傾斜;打印時，兩個Y軸電機轉(zhuǎn)向與啟閉相互配合，實現(xiàn)水平方位的移動。由于組件較少，使得打印速度和穩(wěn)定性大大提升，同時避免出現(xiàn)單電機驅(qū)動時兩端不平衡，易錯位的情況，另外，機架制作精度對打印精度的影響也較小。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明的結構示意圖。
[0013]圖2是本發(fā)明的打印機頭沿X軸方向的運動示意圖。
[0014]圖3是本發(fā)明的打印機對沿Y軸方向的運動示意圖。
[0015]圖中:1、機架，2、打印機頭，3、水平同步帶，4、Y軸第一電機，5、Y軸第一主動輪，6、Y軸第一從動輪，7、Υ軸第一滑桿，8、Υ軸第一滑座，9Α、第一導向輪，9Β、第三導向輪，10、Χ軸滑桿，11、乂軸滑座，12、2軸電機，13、絲杠，14、2軸支撐桿，15、打印平臺，24、￥軸第二電機，25、￥軸第二主動輪，26、Y軸第二從動輪，27、Y軸第二滑桿，28、Y軸第二滑座，29Α、第二導向輪，29B、第四導向輪。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖對本發(fā)明進行進一步說明，但該說明不對本發(fā)明構成任何限制。
[0017]如圖1所示，本發(fā)明包括機架I，水平運動機構，豎直運動機構以及安裝在水平運動機構上的打印機頭2。水平運動機構以及豎直運動機構安裝于機架I上。
[0018]圖1、圖2、圖3所示，對稱設置的Y軸第一滑桿7和Y軸第二滑桿27分別固定于機架上。Y軸第一滑桿7上安裝有Y軸第一電機4，Y軸第一主動輪5，Y軸第一從動輪6，和Y軸第一滑座8。￥軸第二滑桿27上安裝有Y軸第二電機24，Υ軸第二主動輪25，Υ軸第二從動輪26和Y軸第二滑座28。其中，Y軸第一主動輪5和Y軸第一從動輪6分別位于Y軸第一滑桿7的兩端，Y軸第一主動輪5與Y軸第一電機4的輸出端相連，所述Y軸第一滑座8套裝在Y軸第一滑桿7上，所述Y軸第一滑座8上固定安裝有沿Y軸方向上自第一主動輪5向第一從動輪6方向排列的第一導向輪9Α和第三導向輪9Β3軸第二主動輪25和Y軸第二從動輪26分別位于Y軸第二滑桿27的兩端，Y軸第二主動輪25與Y軸第二電機24的輸出端相連，所述Y軸第二滑座28套裝在Y軸第二滑桿27上，Y軸第二滑座28上固定安裝有沿Y軸方向上自第二主動輪25向第二從動輪26方向排列的第二導向輪29Α和第四導向輪29Β。
[0019]圖1所示，本發(fā)明包括一根或兩根X軸滑桿10，套裝在X軸滑桿上的X軸滑座11以及安裝在X軸滑座11上的打印機頭2。通常情況下，X軸滑桿10設置兩根為宜。X軸滑桿10的一端固定在Y軸第一滑座8上，另一端固定在Y軸第二滑座28上。
[0020]圖2、圖3所示，水平同步帶3的一端部接于X軸滑座11的右側，再依次繞過第一導向輪9Α、Υ軸第一主動輪5、Υ軸第一從動輪6、第三導向輪9Β、第四導向輪29Β、Υ軸第二從動輪26、Υ軸第二主動輪25以及第二導向輪29Α后接于X軸滑座11的左側，從而形成“H”型環(huán)繞。經(jīng)如此“H”型環(huán)繞的水平同步帶3，在第一電機4和第二電機24的不同轉(zhuǎn)動形式的配合下，帶動X軸滑座11完成沿X軸、沿Y軸以及同時沿X軸和Y軸方向的移動，從而實現(xiàn)3D打印機在水平方向運動的各種需求。
[0021]上述皮帶輪中，各主動輪選用齒輪，同時，水平同步帶選用齒帶，由此保證3D打印的精確控制。而各導向輪和從動輪可以選用光輪。
[0022]豎直運動機構為Z軸方向的運動機構，既可以利用圖1所示的絲杠帶動打印平臺的方式實現(xiàn)，也可以利用現(xiàn)有技術中任何已知的實現(xiàn)方式來實現(xiàn)。圖1所示，豎直運動機構結構包括Z軸電機12，與Z軸電機12相連的絲杠13，Ζ軸支撐桿14以及沿絲杠13和Z軸支撐桿14上下移動的打印平臺15，所述Z軸支撐桿14和Z軸電機12固定連接在機架I上。所述Z軸支撐桿14為若干根相互平行的光軸，優(yōu)選三根，所述打印平臺15通過軸套件安裝在光軸上并在絲杠13的帶動下沿光軸上下移動，從而完成Z軸方向的打印功能。
[0023]圖2所示，當Y軸第一電機4和Y軸第二電機24同向轉(zhuǎn)動時，水平同步帶3的運動方向如圖2中所示帶動X軸滑座11完成X軸方向的移動動作，且X軸滑座11即打印機頭在X軸的移動方向與Y軸第一電機4和Y軸第二電機24的轉(zhuǎn)動方向一致，在此過程中Y軸第一滑座8、Υ軸第二滑座28均不移動，X軸滑座11在Y軸方向上不產(chǎn)生位移。即當兩個電機順時針方向轉(zhuǎn)動時，X軸滑座11向左移動(參考圖2 )，Y軸方向的位置不動;反之，當兩個電機逆時針方向轉(zhuǎn)動(未圖示)時，X軸滑座11向右移動，Y軸方向的位置不動。
[0024]圖3所示，當Y軸第一電機4和Y軸第二電機24相向或相背轉(zhuǎn)動時，水平同步帶3的運動方向如圖3中所示帶動X軸滑座11完成沿Y軸方向的移動動作，具體來說，當兩個Y軸電機4相向轉(zhuǎn)動時，X軸滑座11隨X軸滑桿10沿Y軸移動，移動方向為遠離電機方向(參考圖3);反之，當兩個Y軸電機4相背轉(zhuǎn)動時(未圖示)，X軸滑座11隨X軸滑桿10沿Y軸同步運動，運動方向為趨近電機方向。在此過程中X軸滑座11在X軸方向上不移動。
[0025]當Y軸第一電機4和Y軸第二電機24中一個轉(zhuǎn)動，同時另一個不動時，X軸滑座11在水平同步帶3的帶動下，沿X軸滑桿移動;而與此同時，X軸滑桿又沿Y軸方向移動。具體地，當某一電機順時針方向轉(zhuǎn)動，另一電機不動時，X軸滑座11沿X軸滑桿的移動方向以及X軸滑桿沿Y軸移動的方向，均是朝向遠離所述的旋轉(zhuǎn)的那一電機的方向。而當某一電機逆時針方向轉(zhuǎn)動，另一電機不動時，X軸滑座11沿X軸滑桿的移動方向以及X軸滑桿沿Y軸移動的方向，均是朝向趨近所述的旋轉(zhuǎn)的那一電機的方向。由此，通過選擇哪一電機轉(zhuǎn)動且控制其轉(zhuǎn)動方向，可以實現(xiàn)X軸滑座11向各斜向的移動。
[0026]當位于右側的Y軸第一電機4順時針方向轉(zhuǎn)動而Y軸第二電機24關閉即Y軸第二主動輪靜止時，X軸滑座11在水平同步帶3的帶動下，既沿X軸向左移動，同時，水平同步帶3帶動Y軸第一滑座8、Y軸第二滑座28(X軸滑桿10及其承載的X軸滑座11也同步)沿Y軸方向向遠離電機的方向移動。由此實現(xiàn)了X軸滑座11的以斜向且向遠離電機的方向移動。
[0027]當位于右側的Y軸第一電機4逆時針方向轉(zhuǎn)動而Y軸第二電機24關閉即Y軸第二主動輪靜止時，X軸滑座11在水平同步帶3的帶動下，既沿X軸向右移動，同時，水平同步帶3帶動Y軸第一滑座8、Y軸第二滑座28(X軸滑桿10及其承載的X軸滑座11也同步)沿Y軸方向向趨近電機的方向移動。由此實現(xiàn)了 X軸滑座11的以斜向且向趨近電機的移動。
[0028]因此，控制Y軸第一電機、Y軸第二電機的轉(zhuǎn)向與啟閉就可以實現(xiàn)X軸滑座在水平面上到達任意位置。
【主權項】
1.一種3D打印機，包括有機架、安裝于所述機架的水平運動機構、以及安裝于所述水平運動機構上的打印機頭，其特征是，所述水平運動機構包括平行設置的Y軸第一滑桿和Y軸第二滑桿、設置在每根Y軸滑桿上的Y軸滑座、設置在兩個Y軸滑座之間的X軸滑桿、設置在X軸滑桿上的X軸滑座以及同步帶傳動機構;所述打印機頭設置在所述X軸滑座上；所述同步帶傳動機構包括: 在Y軸第一滑桿設置的第一 Y軸滑座上安裝的第一導向輪和第三導向輪； 在Y軸第二滑桿設置的第二 Y軸滑座上安裝的第二導向輪和第四導向輪； 設置在Y軸第一滑桿一端的Y軸第一主動輪和另一端的Y軸第一從動輪； 設置在Y軸第二滑桿一端的Y軸第二主動輪和另一端的Y軸第二從動輪； 驅(qū)動所述Y軸第一主動輪的Y軸第一電機； 驅(qū)動所述Y軸第二主動輪的Y軸第二電機；以及 水平同步帶，所述水平同步帶的一端部固接于X軸滑座的一側，另一端依次繞接于第二導向輪、Y軸第二主動輪、Y軸第二從動輪、第四導向輪、第三導向輪、Y軸第一從動輪、Y軸第一主動輪以及第一導向輪后固接于所述X軸滑座的另一側。2.根據(jù)權利要求1所述的3D打印機，其特征在于，所述X軸滑桿為兩個。3.根據(jù)權利要求1所述的3D打印機，其特征在于，所述導向輪為光輪，所述主動輪為齒輪，所述水平同步帶為齒帶。4.一種3D打印機用水平運動機構，其特征是，所述水平運動機構包括平行設置的Y軸第一滑桿和Y軸第二滑桿、設置在每根Y軸滑桿上的Y軸滑座、設置在兩個Y軸滑座之間的X軸滑桿、設置在X軸滑桿上的X軸滑座以及同步帶傳動機構;所述打印機頭設置在所述X軸滑座上；所述同步帶傳動機構包括: 在Y軸第一滑桿設置的第一 Y軸滑座上安裝的第一導向輪和第三導向輪； 在Y軸第二滑桿設置的第二 Y軸滑座上安裝的第二導向輪和第四導向輪； 設置在Y軸第一滑桿一端的Y軸第一主動輪和另一端的Y軸第一從動輪； 設置在Y軸第二滑桿一端的Y軸第二主動輪和另一端的Y軸第二從動輪； 驅(qū)動所述Y軸第一主動輪的Y軸第一電機； 驅(qū)動所述Y軸第二主動輪的Y軸第二電機；以及 水平同步帶，所述水平同步帶的一端部固接于X軸滑座的一側，另一端依次繞接于第二導向輪、Y軸第二主動輪、Y軸第二從動輪、第四導向輪、第三導向輪、Y軸第一從動輪、Y軸第一主動輪以及第一導向輪后固接于所述X軸滑座的另一側。5.根據(jù)權利要求4所述的3D打印機用水平運動機構，其特征在于，所述X軸滑桿為兩個。6.根據(jù)權利要求4所述的3D打印機用水平運動機構，其特征在于，所述導向輪為光輪，所述主動輪為齒輪，所述水平同步帶為齒帶。7.一種3D打印機水平移動方法，其特征在于，包括以下步驟: a.按如下結構設計水平運動機構: 所述水平運動機構包括平行設置的Y軸第一滑桿和Y軸第二滑桿、設置在每根Y軸滑桿上的Y軸滑座、設置在兩個Y軸滑座之間的X軸滑桿、設置在X軸滑桿上的X軸滑座以及同步帶傳動機構;所述打印機頭設置在所述X軸滑座上；所述同步帶傳動機構包括: 在Y軸第一滑桿設置的第一 Y軸滑座上安裝的第一導向輪和第三導向輪； 在Y軸第二滑桿設置的第二 Y軸滑座上安裝的第二導向輪和第四導向輪； 設置在Y軸第一滑桿一端的Y軸第一主動輪和另一端的Y軸第一從動輪； 設置在Y軸第二滑桿一端的Y軸第二主動輪和另一端的Y軸第二從動輪； 驅(qū)動所述Y軸第一主動輪的Y軸第一電機； 驅(qū)動所述Y軸第二主動輪的Y軸第二電機；以及 水平同步帶，所述水平同步帶的一端部固接于X軸滑座的一側，另一端依次繞接于第二導向輪、Y軸第二主動輪、Y軸第二從動輪、第四導向輪、第三導向輪、Y軸第一從動輪、Y軸第一主動輪以及第一導向輪后固接于所述X軸滑座的另一側； b.控制Y軸第一電機和Y軸第二電機的轉(zhuǎn)動方向、啟閉以實現(xiàn)打印機頭在水平面上到達任意位置。
【文檔編號】B29C67/00GK105922599SQ201610542458
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年7月12日
【發(fā)明人】田野
【申請人】河北大艾智能科技股份有限公司