独臂3D打印机的制作方法

独臂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，是涉及一种独臂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，传动装置所占的大量空间造成了空间浪费。
3.因此，传统的三轴联动的3d打印机传动机构复杂、平稳性差且占用场地体积大、传动装置空间浪费大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打印机传动机构复杂、平稳性差且占用场地体积大、传动装置空间浪费大的技术问题，提出一种独臂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：提供一种独臂3d打印机，包括底座组件，还包括设于底座组件上的可驱动一打印平台水平移动的第一驱动装置，设于底座组件上且驱动第三驱动装置升降的第二驱动装置，第三驱动装置驱动打印喷头组件沿与打印平台相垂直的方向水平移动。
6.进一步地，还包括：设于底座组件上的一对第一支撑固定件，连接于一对第一支撑固定件之间的第一支撑引导杆；打印平台通过滑块与第一支撑引导杆可活动地连接；
7.第一驱动装置包括：第一电机组件、安装在第一电机组件和该对第一支撑固定件之间的第一传动机构，打印平台安装在第一电机组件上，第一电机组件开启时在该对第一支撑固定件之间移动。
8.进一步地，第一电机组件包括：电机固定支架，设于电机固定支架上的第一驱动电机；
9.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，设于电机固定支架上的至少一个第一从动轮，设于一对第一支撑固定件之间且对应套设于第一主动轮和第一从动轮的第一同步带，第一驱动电机驱动第一主动轮和第一从动轮沿着第一同步带移动。
10.进一步地，第一从动轮设有一对，且该对第一从动轮对应设于第一主动轮的两侧，第一主动轮为齿轮，第一同步带为一面带齿与第一主动轮配合的齿带，第一同步带的另一面为与一对第一从动轮配合的光滑面。
11.进一步地，第一同步带的两端对应固定于一对第一支撑固定件上，第一同步带为
弹性材料制成。
12.进一步地，第二驱动装置包括：设于第一驱动装置上的第二驱动电机，与该第二驱动电机连接并驱动第三驱动装置升降的第二传动机构。
13.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，从底座组件向上延伸并穿过第三驱动装置的升降组件的第二支撑导向杆，该第二支撑导向杆远离底座组件的一端设有第二从动轮，第二同步带穿过升降组件且对应套设于第二主动轮、第二从动轮上，第二主动轮驱动第二同步带带动升降组件升降。
14.进一步地，第三驱动装置包括：设于升降组件中的第三驱动电机，与该第三驱动电机连接并驱动打印喷头组件移动的第三传动机构。
15.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第三主动轮，水平延伸并穿过打印喷头组件的第三支撑导向杆，该第三支撑导向杆远离打印喷头组件的一端设有第三从动轮，第三同步带穿过打印喷头组件且对应套设于第三主动轮、第三从动轮上，第三驱动电机驱动第三同步带带动打印喷头组件移动。
16.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；
17.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；
18.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。
19.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
20.本实用新型提供的独臂3d打印机，y轴电机采用电机驱动主动轮沿固定同步带移动配合从动轮引导的与打印平台同步移动的方式，即打印物件随打印平台在y轴电机的带动下沿y轴方向运动，更好的利用传动空间，使y轴方向上的传动机构体积减小、空间利用率提高，从而使独臂3d打印机装置本身外观体积变得小巧；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；同时以上x、z轴方向上的驱动装置配合打印平台及其承载的物料与y轴电机在y轴方向上的同步驱动装置实现三轴联动，以及打印喷头组件的进退料驱动装置实现打印耗材的进退料，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
21.图1为本实用新型提供的独臂3d打印机的一种实施例的整体装配示意图；
22.图2为本实用新型提供的独臂3d打印机的一种实施例的整体装配侧视图；
23.图3为本实用新型提供的独臂3d打印机的一种实施例的爆炸结构示意图；
24.图4为本实用新型提供的独臂3d打印机的一种实施例的部分装配示意图；
25.图5为本实用新型提供的独臂3d打印机的一种实施例的底座组件和第一驱动装置的立体结构示意图；
26.图6为本实用新型提供的独臂3d打印机的一种实施例的底座组件和第一驱动装置的装配正视图；
27.图7为本实用新型提供的独臂3d打印机的一种实施例的第二驱动装置的结构与运动示意图；
28.图8为本实用新型提供的独臂3d打印机的一种实施例的第三驱动装置的运动示意图；
29.图9为本实用新型提供的独臂3d打印机的一种实施例的第四驱动装置的运动示意图；
30.图10为本实用新型提供的独臂3d打印机的一种实施例的打印喷头组件的运动示意图。
31.其中，图中各附图主要标记：
[0032]1‑
底座组件；11
‑
底座壳体；12
‑
tf插卡口；13
‑
电源按键；14
‑
进退料拨动开关；15
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打印按键；16
‑
第一支撑固定件；17
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第一同步带；18
‑
第一支撑引导杆；19
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安装槽；2
‑
第一驱动装置；21
‑
打印平台；211
‑
水平调节螺丝；212
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弹簧；22
‑
第一驱动电机；23
‑
电机固定支架；24
‑
第一主动轮；25
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第一从动轮；26
‑
滑块；3
‑
第二驱动装置；31
‑
安装座；32
‑
第二驱动电机；33
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第二主动轮；34
‑
第二导向杆；35
‑
第二从动轮；36
‑
第二同步带；37
‑
第二支撑固定件；4
‑
第三驱动装置；41
‑
升降组件；42
‑
第三驱动电机；43
‑
打印喷头组件；44
‑
第三主动轮；45
‑
第三从动轮；46
‑
第三导向杆；47
‑
第三同步带；48
‑
第三支撑固定件；5
‑
第四驱动装置；511
‑
转轴支架；512
‑
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
[0033]
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
‑
10及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。
[0034]
请一并参阅图1、3
‑
5，本实用新型提供的独臂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上的可驱动一打印平台21水平移动（将其平移方向设为3d打印机的y轴方向）的第一驱动装置2，设于底座组件1上且驱动第三驱动装置4升降（将其升降方向设为3d打印机的z轴方向）的第二驱动装置3，第三驱动装置4驱动打印喷头组件43沿与打印平台21相垂直的方向水平移动（将其平移方向设为3d打印机的x轴方向）。该打印平台21优选为设有间隔设置的上层板和水平设置的下层板，上层板和下层板之间通过水平调节螺丝211连接，且上层板和下层板之间的水平调节螺丝211的螺杆上套设有弹簧212，在水平调节螺丝211的旋转进退调节和弹簧212的压缩或复位作用的配合下，可调节上层板相对下层板的倾斜角度，以实现对上层板及打印平台21的水平调节。
[0035]
作为优选的实施方式，本实用新型提供的独臂3d打印机还包括：设于底座组件1上的一对第一支撑固定件16，该对第一支撑固定件16优选为通过螺纹紧固件设于底座组件1的上表面；连接于一对第一支撑固定件16之间的第一同步带17和第一支撑引导杆18；第一同步带17的两端对应固定于一对第一支撑固定件16的中部位置上，第一同步带17为弹性材料制成；第一支撑引导杆18优选为设有一对，该对第一支撑引导杆18设于一对第一支撑固
定件16的对应两端之间，以设于一对第一支撑固定件16的对应中部位置之间的第一同步带17为中心呈对称设置。第一支撑引导杆18上设有滑块26，打印平台21于滑块26上方通过螺栓或螺钉与滑块26相连接，即打印平台21通过滑块26与第一支撑引导杆18可活动地连接。
[0036]
第一驱动装置2包括：第一电机组件，安装在第一电机组件和一对第一支撑固定件16之间的第一传动机构，打印平台21安装在第一电机组件上，第一电机组件开启时在该对第一支撑固定件之间移动。
[0037]
设于第一同步带17上的第一电机组件，与该第一电机组件连接并驱动打印平台21沿第一同步带17移动的第一传动机构。
[0038]
第一电机组件包括：电机固定支架23，设于电机固定支架23上的第一驱动电机22，第一驱动电机22的输出轴竖直向上设置；第一传动机构包括：与第一驱动电机22的输出轴连接并与第一同步带17配合的第一主动轮24，设于电机固定支架23上且对应设于第一主动轮24两侧并与第一同步带17对应配合的一对第一从动轮25，即第一同步带17设于一对第一支撑固定件16之间且对应套设于第一主动轮24和一对第一从动轮25上。作为优选的实施方式，第一主动轮24为齿轮，第一同步带17为一面带齿与第一主动轮24配合的齿带，第一同步带17的另一面为与一对第一从动轮25配合的光滑面；电机固定支架23通过螺钉或螺栓与打印平台21相连接，第一驱动电机22驱动第一主动轮24沿着第一同步带17移动并带动一对第一从动轮25和打印平台21沿着第一同步带17同步移动，并带动滑块26沿第一支撑引导杆18同步移动。
[0039]
如图4、6
‑
7所示，当第一驱动电机22顺时针转动时，第一驱动电机22驱动第一主动轮24沿着第一同步带17向右移动并带动一对第一从动轮25和打印平台沿着第一同步带17同步向右移动，并带动滑块26沿第一支撑引导杆18同步向右移动；当第一驱动电机22逆时针时针转动时，第一驱动电机22驱动第一主动轮24沿着第一同步带17向左移动并带动一对第一从动轮25和打印平台沿着第一同步带17同步向左移动，并带动滑块26沿第一支撑引导杆18同步向左移动。
[0040]
第二驱动装置3包括设于底座组件1的底座壳体11上的安装座31中的第二驱动电机32，安装座31可通过螺纹紧固件设于底座壳体11上的安装槽19。与该第二驱动电机32连接并驱动第三驱动装置4升降（即驱动第三驱动装置4沿独臂3d打印机的z轴方向平移）的第一传动机构。
[0041]
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32的输出轴连接的第二主动轮33，第二驱动电机32的输出轴沿独臂3d打印机的z轴方向设置，从第二驱动电机32的安装座31向上延伸并穿过第三驱动装置4的升降组件41的第二导向杆34；该第二导向杆34远离安装座31的一端固定连接于第二支撑固定件37，该第二支撑固定件37设有第二从动轮35，第二同步带36套设连接于第二主动轮33和第二从动轮35之间且与第二主动轮33和第二从动轮35对应啮合，在第二主动轮33和第二从动轮35之间还设有第三驱动装置4的升降组件41，第二主动轮33驱动第二同步带36带动升降组件41沿第二导向杆34升降；第二同步带36和第二主动轮33、第二从动轮35以及升降组件41的具体连接如下：第二同步带36绕过第二主动轮33并向第二从动轮35的方向延伸，从升降组件41面向第二主动轮33的一端穿入后进入一个通道，从升降组件41面向第二从动轮35的一端穿出，再绕过第二从动轮35并向第二主动轮33的方向延伸，再度从升降组件41面向第二从动轮35的一端穿入后进入另一
个通道，并从升降组件41面向第二主动轮33的一端再度穿出，最后回到第二主动轮33完成传动循环；第二同步带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，第二同步带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，在第二主动轮33驱动第二同步带36绕第二从动轮35和第二主动轮33循环转动时，第二同步带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，同时第二同步带36可自由穿过升降组件41的另一个通道完成在第二主动轮33和第二从动轮35之间的循环传送。
[0042]
第三驱动装置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中的第三驱动电机42，与该第三驱动电机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沿独臂3d打印机的x轴方向平移）的第三传动机构。
[0043]
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42的输出轴连接的第三主动轮44，第三驱动电机42的输出轴沿独臂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的第三导向杆46；该第三导向杆46远离升降组件41的一端固定连接于第三支撑固定件48，该第三支撑固定件48设有第三从动轮45，第三同步带47套设连接于第三主动轮44和第三从动轮45之间且与第三主动轮44和第三从动轮45对应啮合，在第三主动轮44和第三从动轮45之间还设有打印喷头组件43，第三主动轮44驱动第三同步带47带动打印喷头组件43沿第三导向杆46水平移动；第三同步带47和第三主动轮44、第三从动轮45以及升降组件41的具体连接如下：第三同步带47绕过第三主动轮44并向第三从动轮45的方向延伸，从打印喷头组件43面向第三主动轮44的一端穿入后进入一个通道，从打印喷头组件43面向第三从动轮45的一端穿出，再绕过第三从动轮45并向第三主动轮44的方向延伸，再度从打印喷头组件43面向第三从动轮45的一端穿入后进入另一个通道，并从打印喷头组件43面向第三主动轮44的一端再度穿出，最后回到第三主动轮44完成传动循环；第三同步带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，第三同步带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，在第三主动轮44驱动第三同步带47绕第三从动轮45和第三主动轮44循环转动时，第三同步带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，同时第三同步带47可自由穿过打印喷头组件43的另一个通道完成在第三主动轮44和第三从动轮45之间的循环传送。
[0044]
作为优选的实施方式，第二主动轮33、第二从动轮35、第三主动轮44、第三从动轮45均为齿轮，第二同步带36、第三同步带47均为齿条同步带。
[0045]
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）。
[0046]
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，该转轴机构包括：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转轴端板513（优选为圆形），一转轴（图中未示出）穿过一对转轴端板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。
[0047]
作为优选的实施方式，转轴机构还包括耗材松紧柄（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tf插卡口12、电源按键13、进退料拨动开关14、打印按键15、usb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，第二驱动电机32、第三驱动电机42、第一驱动电机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。
[0048]
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，点击打印按键15，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，然后将进退料拨动开关14拨至进料端档位，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。
[0049]
打印退料时，将进退料拨动开关14拨至退料端档位，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。
[0050]
作为优选的实施方式，第二驱动电机32、第三驱动电机42、第一驱动电机22、第四驱动电机52均为步进电机。如图4所示，当第二驱动电机32顺时针旋转（正转）时，驱动第二同步带36带动升降组件41向上抬升；当第二驱动电机32逆时针旋转（反转）时，驱动第二同步带36带动升降组件41向下降落。由于升降组件41与第二同步带36相固定的通道可以是任意一侧的，所以也可以是当第二驱动电机32顺时针旋转（正转）时，驱动第二同步带36带动升降组件41向下降落；当第二驱动电机32逆时针旋转（反转）时，驱动第二同步带36带动升降组件41向上抬升。如图5所示，基于与图4的第二驱动装置3同样的原理，当第三驱动电机42正反转时，将驱动第三同步带47带动打印喷头组件43向左或向右水平移动。
[0051]
本实用新型提供的独臂3d打印机，y轴电机采用电机驱动主动轮沿固定同步带移动配合从动轮引导的与打印平台同步移动的方式，即打印物件随打印平台在y轴电机的带动下沿y轴方向运动，更好的利用传动空间，使y轴方向上的传动机构体积减小、空间利用率提高，从而使独臂3d打印机装置本身外观体积变得小巧；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；同时以上x、z轴方向上的驱动装置配合打印平台及其承载的物料与y轴电机在y轴方向上的同步驱动装置实现三轴联动，以及打印喷头组件的进退料驱动装置实现打印耗材的进退料，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。
[0052]
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。