极坐标3D打印机的制作方法

极坐标3d打印机
技术领域
1.本实用新型涉及快速成型制造技术领域，更具体地说，是涉及一种极坐标3d打印机。


背景技术：

2.目前，市面上的3d打印机，其打印喷头组件在x、y、z轴三个方向上都是采用传统的纵横结构的驱动装置，通过三个电机带动三个方向上的传动机构驱动打印喷头组件在x、y、z三个方向上平移，以实现将打印喷头的打印路径覆盖3d打印机的预设空间坐标的目的。传统的3d打印机在x、y、z轴三个方向上均为通过丝杠传动驱动打印喷头在该方向上进行平移，但丝杠传动尤其是在z轴方向上的传动存在平稳性差、机构相对复杂的缺陷；此外，此类传统的三轴联动的3d打印机需要提供相对厚重的机壳，占用场地体积空间较大；在打印具有回转体结构的产品时，此类传统的三轴联动的3d打印机由于是靠x、y两个方向上的传动机构驱动打印喷头组件在x、y轴两个方向上做相互直线插补运动，以阶梯形的运动轨迹去接近目标产品的圆形轮廓运动轨迹，即使用此类3d打印机打印具有回转体结构的产品时无法实现真正的圆形轮廓运动轨迹打印，只能打印出近似于圆形的运动轨迹，打印精度低。
3.因此，传统的三轴联动的3d打印机占用场地体积空间较大以及在打印具有回转体结构的产品时打印精度低是本领域亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

4.本实用新型为了解决现有的传统的三轴联动的3d打印机占用场地体积空间较大以及在打印具有回转体结构的产品时打印精度低的技术问题，提出一种极坐标3d打印机。
5.为解决技术问题，本实用新型采用的技术方案是：提供一种极坐标3d打印机，包括底座组件，还包括设于底座组件上的可360度旋转的第三驱动装置，设于底座组件上的驱动第二驱动装置升降的第一驱动装置，第二驱动装置驱动打印喷头组件水平移动。
6.进一步地，第三驱动装置包括设于底座组件上的第三驱动电机，与该第三驱动电机连接并驱动一打印平台旋转的第三传动机构。
7.进一步地，第三传动机构包括：与第三驱动电机的输出轴连接的传动轴，该从动轴的一端连接于打印平台。
8.进一步地，第一驱动装置包括设于底座组件的第一驱动电机，与该第一驱动电机连接并驱动第二驱动装置升降的第一传动机构。
9.进一步地，第一传动机构包括：与第一驱动电机的输出轴连接的第一主动轮，从第一驱动电机的安装座向上延伸并穿过第二驱动装置的升降组件的第一导向杆，该第一导向杆远离安装座的一端设有第一从动轮，第一同步带穿过升降组件且与第一主动轮、第一从动轮对应啮合，第一主动轮驱动第一同步带带动升降组件沿第一导向杆升降。
10.进一步地，第二驱动装置包括：设于升降组件中的第二驱动电机，与该第二驱动电机连接并驱动打印喷头组件移动的第二传动机构。
11.进一步地，第二传动机构包括：与第二驱动电机的输出轴连接的第二主动轮，从升降组件向水平方向延伸并穿过打印喷头组件的第二导向杆，该第二导向杆远离打印喷头组件的一端设有第二从动轮，第二同步带穿过打印喷头组件且与第二主动轮、第二从动轮对应啮合，第二驱动电机驱动第二同步带带动打印喷头组件沿第二导向杆移动。
12.进一步地，还包括驱动打印耗材进入或退出打印喷头组件的第四驱动装置。
13.进一步地，第四驱动装置包括：设于打印喷头组件中的第四驱动电机，与该第四驱动电机连接并驱动打印耗材进入或退出打印喷头组件的第四传动机构。
14.进一步地，第四传动机构包括：设于底座组件上的转轴机构，第四驱动电机驱动第四传动机构将打印耗材从转轴机构送入打印喷头组件的进料口，或者将打印耗材从打印喷头组件中经进料口退回转轴机构。
15.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
16.本实用新型提供的极坐标3d打印机，其打印喷头组件在x、z轴方向上均采用同步带传动方式实现打印喷头组件在该方向上的平移，比起传统的3d打印机在z轴方向上采用丝杠传动，同步带配合导向杆的传动方式传动更加平稳，且结构相对简单；在x、z轴方向上的驱动装置采用模组化设置，在一个模组中包含了电机驱动机构和同步带、导向杆传动机构，装配更加方便，传动平稳性进一步提高；利用可360度水平旋转的打印平台，即打印平台沿3d打印机的z轴方向做定轴旋转，以极坐标y轴取代传统的直角坐标y轴，在打印具有回转体结构的产品时，可以实现真正的圆形轮廓运动轨迹打印，打印精度高；同时以上x、z轴方向上的驱动装置配合打印平台的y轴极坐标驱动装置以及打印喷头组件的进退料驱动装置，使得整个3d打印机整体体积得到减小，无需提供厚重的机壳，节省了占用场地的空间。
附图说明
17.图1为本实用新型提供的极坐标3d打印机的实施例的整体装配示意图；
18.图2为本实用新型提供的极坐标3d打印机的实施例的部分装配示意图；
19.图3为本实用新型提供的极坐标3d打印机的实施例的爆炸结构示意图。
20.图4为本实用新型提供的极坐标3d打印机的实施例的第一驱动装置的结构与运动示意图；
21.图5为本实用新型提供的极坐标3d打印机的实施例的第二驱动装置的结构与运动示意图；
22.图6为本实用新型提供的极坐标3d打印机的实施例的第三驱动装置的结构与运动示意图；
23.图7为本实用新型提供的极坐标3d打印机的实施例的打印喷头组件的结构与运动示意图。
24.其中，图中各附图主要标记：
[0025]1‑
底座组件；11
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底座壳体；12
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进料按键；13
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启动按键；14
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退料按键；2
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第三驱动装置；21
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打印平台；22
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第三驱动电机；3
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第一驱动装置；31
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安装座；32
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第一驱动电机；33
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第一主动轮；34
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第一导向杆；35
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第一从动轮；36
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第一同步带；37
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第一连接座；4
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第二驱动装置；41
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升降组件；42
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第二驱动电机；43
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打印喷头组件；44
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第二主动轮；45
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第二从动轮；46
‑
第二导向杆；47
‑
第二同步带；48
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第二连接座；5
‑
第四驱动装置；51
‑
转轴机构；511转轴
支架；512
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打印耗材；513
‑
转轴端板；52
‑
第四驱动电机；53
‑
进料口；54
‑
出料口；55打印喷头；6
‑
线管。
具体实施方式
[0026]
为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图1
‑
7及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。
[0027]
请一并参阅图1
‑
7，本实用新型提供的极坐标3d打印机，包括底座组件1，底座组件1包括内部元器件及外部的底座壳体11。还包括设于底座组件1的底座壳体11上的驱动第二驱动装置4升降的第一驱动装置3，第一驱动装置3包括设于底座壳体11上的安装座31中的第一驱动电机32，与该第一驱动电机32连接并驱动第二驱动装置4升降（即驱动第二驱动装置4沿3d打印机的z轴方向平移）的第一传动机构。
[0028]
作为一种优选的实施例，第一传动机构包括：与第一驱动电机32的输出轴连接的第一主动轮33，第一驱动电机32的输出轴沿3d打印机的z轴方向设置，从第一驱动电机32的安装座31向上延伸并穿过第二驱动装置4的升降组件41的第一导向杆34；该第一导向杆34远离安装座31的一端固定连接于第一连接座37，该第一连接座37设有第一从动轮35，第一同步带36套设连接于第一主动轮33和第一从动轮35之间且与第一主动轮33和第一从动轮35对应啮合，在第一主动轮33和第一从动轮35之间还设有第二驱动装置4的升降组件41，第一主动轮33驱动第一同步带36带动升降组件41沿第一导向杆34升降；第一同步带36和第一主动轮33、第一从动轮35以及升降组件41的具体连接如下：第一同步带36绕过第一主动轮33并向第一从动轮35的方向延伸，从升降组件41面向第一主动轮33的一端穿入后进入一个通道，从升降组件41面向第一从动轮35的一端穿出，再绕过第一从动轮35并向第一主动轮33的方向延伸，再度从升降组件41面向第一从动轮35的一端穿入后进入另一个通道，并从升降组件41面向第一主动轮33的一端再度穿出，最后回到第一主动轮33完成传动循环；第一同步带36在穿过升降组件41的其中一个通道中与升降组件41固定连接，第一同步带36在穿过升降组件41的另一个通道中时可自由在该通道中运动，因此，在第一主动轮33驱动第一同步带36绕第一从动轮35和第一主动轮33循环转动时，第一同步带36通过在其穿过升降组件41的一个通道中与升降组件41相固定而带动升降组件41与之同步运动，同时第一同步带36可自由穿过升降组件41的另一个通道完成在第一主动轮33和第一从动轮35之间的循环传送。
[0029]
第二驱动装置4用于驱动打印喷头组件43水平移动，包括：设于升降组件41中的第二驱动电机42，与该第二驱动电机42连接并驱动打印喷头组件43移动（即驱动打印喷头组件43沿3d打印机的x轴方向平移）的第二传动机构。
[0030]
作为一种优选的实施例，第二传动机构包括：与第二驱动电机42的输出轴连接的第二主动轮44，第二驱动电机42的输出轴沿3d打印机的x轴方向设置，从升降组件41中水平向外延伸并穿过打印喷头组件43的升降组件41的第二导向杆46；该第二导向杆46远离升降组件41的一端固定连接于第二连接座48，该第二连接座48设有第二从动轮45，第二同步带47套设连接于第二主动轮44和第二从动轮45之间且与第二主动轮44和第二从动轮45对应啮合，在第二主动轮44和第二从动轮45之间还设有打印喷头组件43，第二主动轮44驱动第二同步带47带动打印喷头组件43沿第二导向杆46水平移动；第二同步带47和第二主动轮
44、第二从动轮45以及升降组件41的具体连接如下：第二同步带47绕过第二主动轮44并向第二从动轮45的方向延伸，从打印喷头组件43面向第二主动轮44的一端穿入后进入一个通道，从打印喷头组件43面向第二从动轮45的一端穿出，再绕过第二从动轮45并向第二主动轮44的方向延伸，再度从打印喷头组件43面向第二从动轮45的一端穿入后进入另一个通道，并从打印喷头组件43面向第二主动轮44的一端再度穿出，最后回到第二主动轮44完成传动循环；第二同步带47在穿过打印喷头组件43的其中一个通道中与打印喷头组件43固定连接，第二同步带47在穿过打印喷头组件43的另一个通道中时可自由在该通道中运动，因此，在第二主动轮44驱动第二同步带47绕第二从动轮45和第二主动轮44循环转动时，第二同步带47通过在其穿过打印喷头组件43的一个通道中与打印喷头组件43相固定而带动打印喷头组件43与之同步运动，同时第二同步带47可自由穿过打印喷头组件43的另一个通道完成在第二主动轮44和第二从动轮45之间的循环传送。
[0031]
作为优选的实施方式，第一主动轮33、第一从动轮35、第二主动轮44、第二从动轮45均为齿轮，第一同步带36、第二同步带47均为齿条同步带。
[0032]
还包括设于底座上的可360度旋转的第三驱动装置2，第三驱动装置2包括设于底座组件1的底座壳体11上的第三驱动电机22，与该第三驱动电机22连接并驱动一打印平台21旋转（即驱动打印平台21沿3d打印机的z轴方向做定轴旋转，即以极坐标y轴取代直角坐标y轴）的第三传动机构。
[0033]
作为一种优选的实施例，第三传动机构包括：与第三驱动电机22的输出轴连接的传动轴（图中未示出），该传动轴的一端连接于打印平台21。作为优选地实施方式，还包括设置在底座壳体11上的滚珠轴承，打印平台21通过传动轴设于滚珠轴承上，传动轴在第三驱动电机22的驱动下带动打印平台21绕滚珠轴承做定轴转动。
[0034]
还包括驱动打印耗材512进入或退出打印喷头组件43的第四驱动装置5。打印耗材512优选为受热熔融的塑料、颜料等材料制成的线材。第四驱动装置5包括：设于打印喷头组件43中的第四驱动电机52，与该第四驱动电机52连接并驱动打印耗材512进入或退出打印喷头组件43的第四传动机构（图中未示出）。
[0035]
作为一种优选的实施例，第四传动机构包括：设于底座壳体11上的转轴机构51，该转轴机构51包括：设于底座壳体11上的一对转轴支架511，该对转轴支架511的相对内侧对应设有一对圆形转轴端板513，一转轴（图中未示出）穿过一对圆形转轴端板513可转动地连接在一对转轴支架511之间，打印耗材512缠绕在转轴上，转轴向一个方向旋转时可实现将打印耗材512收纳到转轴上，向另一个方向旋转时则可实现将打印耗材512从转轴放出。
[0036]
作为优选的实施方式，转轴机构51还包括耗材松紧柄（图中未示出），打印喷头组件43包括设于打印喷头组件43的打印喷头55处的加热装置，底座组件1还包括设于底座壳体11中的中控主板，设于底座壳体11表面并与中控主板电连接的进料按键12、启动按键13、退料按键14、电源接口、usb接口、tf接口等功能按键和接口，打印喷头组件43中的第四驱动电机52和加热装置通过线管6，第一驱动电机32、第二驱动电机42、第三驱动电机22以导线汇入线管6，最后线管6穿过底座壳体11与中控主板电连接。
[0037]
打印进料时，由设于打印喷头组件43中的第四驱动电机52驱动打印耗材512从转轴放出并送入打印喷头组件43的进料口53，手动按住转轴机构51的耗材松紧柄把打印耗材512通入进料口53并一直往前送，直到打印耗材512被送入打印喷头55处，点击启动按键13，
此时位于打印喷头55附近的打印耗材512被设于该处的加热装置加热熔融，然后点击进料按键12，第四驱动电机52会向一个方向转动并驱动第四传动机构继续往前送料，由于第四驱动电机52一直驱动第四传动机构将后面的打印耗材512挤入，从而实现将打印喷头55处的加热熔融的材料从打印喷头55的出料口54挤出，达到连续送料的目的。
[0038]
打印退料时，点击退料按键14，第四驱动电机52向另一个方向转动并驱动第四传动机构往后退料，将打印耗材512从打印喷头组件43中经进料口53退回并收纳到转轴上。
[0039]
作为优选的实施方式，第一驱动电机32、第二驱动电机42、第三驱动电机22、第四驱动电机52均为步进电机。如图4所示，当第一驱动电机32顺时针旋转（正转）时，驱动第一同步带36带动升降组件41向上抬升；当第一驱动电机32逆时针旋转（反转）时，驱动第一同步带36带动升降组件41向下降落。由于升降组件41与第一同步带36相固定的通道可以是任意一侧的，所以也可以是当第一驱动电机32顺时针旋转（正转）时，驱动第一同步带36带动升降组件41向下降落；当第一驱动电机32逆时针旋转（反转）时，驱动第一同步带36带动升降组件41向上抬升。如图5所示，基于与图4的第一驱动装置3同样的原理，当第二驱动电机42正反转时，将驱动第二同步带47带动打印喷头组件43向左或向右水平移动。
[0040]
如图6所示，当第三驱动电机22顺时针转动时，将驱动传动轴一同顺时针转动，从而带动打印平台21做同步的顺时针定轴转动；当第三驱动电机22逆时针转动时，将驱动传动轴一同逆时针转动，从而带动打印平台21做同步逆时针定轴转动。
[0041]
本实用新型提供的极坐标3d打印机，其打印喷头组件在x、z轴方向上均采用同步带传动方式实现打印喷头组件在该方向上的平移，比起传统的3d打印机在z轴方向上采用丝杠传动，同步带配合导向杆的传动方式传动更加平稳，且结构相对简单；在x、z轴方向上的驱动装置采用模组化设置，在一个模组中包含了电机驱动机构和同步带、导向杆传动机构，装配更加方便，传动平稳性进一步提高；利用可360度水平旋转的打印平台，即打印平台沿3d打印机的z轴方向做定轴旋转，以极坐标y轴取代传统的直角坐标y轴，在打印具有回转体结构的产品时，可以实现真正的圆形轮廓运动轨迹打印，打印精度高；同时以上x、z轴方向上的驱动装置配合打印平台的y轴极坐标驱动装置以及打印喷头组件的进退料驱动装置，使得整个3d打印机整体体积得到减小，无需提供厚重的机壳，节省了占用场地的空间。
[0042]
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。