立柱中部行走异形矩形管支撑电动转换雕刻/3D打印机的制作方法

立柱中部行走异形矩形管支撑电动转换雕刻/3d打印机
技术领域
1.本发明涉及钣金工艺中的折弯技术和注塑/或3d打印成型技术领域，特别涉及立柱中部行走异形矩形管支撑电动转换雕刻/3d打印机。


背景技术：

2.随着社会的不断发展，3d打印技术得到了越来越广泛地应用，当下许多中小学也已将3d打印列入了选修课程。而相对3d打印机，更具技术含量的雕刻机，因其玩味足也备受玩家青睐。因此，对雕刻/3d打印机的关注和运用理应成为必然，有望在未来得到推广。
3.目前，市场上存在有将3d打印、激光雕刻合并的产品；但并没有将机械雕刻、激光雕刻和3d打印这三种功能合并的设备。究其原因，雕刻机设计需要考虑虽为软金属但在切割时也可能有大的受力问题，所以大多使用厚实的铝合金件制作，使成本居高不下，难以推广；如果用铁件处理，由于重量问题，很难形成桌面工作系统。因此，希望能有一种创新的雕刻/3d打印一体机，自动转动，且易于上手；这样在中小学选修课包括家用，一机多用，是很理想方式，能起到带领学生从小建立对技术的兴趣和家用的乐趣。


技术实现要素：

4.鉴于上述问题，本发明的目的旨在用钣金工艺中的折弯技术和注塑/或3d打印成型技术用于《立柱中部行走异形矩形管支撑电动转换雕刻/3d打印机》，在满足结构强度的基础上，结合机械雕刻功能、3d打印功能和激光雕刻功能，可方便快速切换，在很大限度上解决使用方便性问题包括生产工艺问题和降低成本问题。关键是作为桌面工作系统，低加工条件，也为个人day制作提供了便捷条件和可选方案；毕竟注塑/或3d打印和铁件板材折弯技术简单，加工条件和技术要求低，易于获得包括个人制作。
5.根据本发明提供的立柱中部行走异形矩形管支撑电动转换雕刻/3d打印机，其特征在于，所述雕刻/3d打印包括：立柱，两侧布置，用于所述雕刻/3d打印的行走机构支撑；底座组，与所述立柱动态连接，用于所述雕刻/3d打印机的上部行走机构支撑；底座组中水槽机构部分，上方放置工作t型锲口工作平台，用于工件的安装工件；在内支撑立板内侧下方前端放置蓄水槽，用于形成冷却液水循环系统；雕刻/3d打印集成装置，与立柱相连的行走组连接，用于对加工位置的移动；以及底座组中的纵向移动机构、立柱中的垂直移动机构和上部横向移动机构连接，形成可移动的拱型（h型）结构；其中上部行走机构与主轴电机和/3d打印头和/或激光头集成件的连接，形成必备的三维加工条件。
6.优选地，所述的雕刻/3d打印机，其特征在于，所述行走工作组件包括：x（横向移动）轴行走组，用于所述加工位置在x轴方向上的移动；y（纵向移动）轴行走组，用于所述加工位置在y轴方向上的移动；以及
z（垂直移动）轴行走组，用于所述加工位置在z轴方向上的移动。
7.优选地，所述的雕刻/3d打印机，其特征在于，所述x轴行走组包括：x轴步进电机，用于驱动所述x轴行走组；其中x轴支撑光轴，与y轴滑台的连接，提供支撑；以及x轴丝杠，与x轴步进电机相连接，用于加工位置在x轴方向上的移动；其中所述x轴步进电机驱动所述x轴丝杠转动，通过x轴滑台径向约束的螺母带动所述x轴滑台运动，以实现所述加工位置上的相连的雕刻/3d打印集成装置在x轴方向上的移动。
8.优选地，所述的雕刻/3d打印机，其特征在于，所述y轴行走组包括：y轴步进电机，用于驱动所述y轴行走组；y轴支撑光轴，与底座组内支撑端盖相连，提供支撑；以及y轴丝杠，与y轴步进电机相连接，用于所述加工位置在y轴方向上的移动；其中所述y轴步进电机驱动所述y轴丝杠转动，通过y轴滑台径向约束的螺母带动所述y轴滑台运动，以实现所述加工位置上的主轴步进电机在y轴方向上的移动。
9.优选地，所述的雕刻/3d打印机，其特征在于，所述z轴行走组包括：z轴步进电机，用于驱动所述z轴行走组；z轴支撑光轴，下部与y轴滑台连接和上部与z轴丝杆轴承座连接，提供支撑；以及z轴丝杆，下部通过y轴滑台与步进步进电机的连接和上部通过z轴丝杆轴承座连接，提供驱动和动态支撑；其中所述z轴步进电机驱动所述z轴丝杠转动，通过z轴滑台对丝杆螺母的约束，带动所述雕刻/3d打印集成装置的上下移动，以实现雕刻和3d打印包括激光打印操作。
10.优选地，所述的雕刻/3d打印机，其特征在于，所述雕刻/3d打印包括：所述底座组中的水槽机构,位于所述底座组的上部和所述x轴行走组的下方，用于收集和/或排出冷却液，以形成水循环系统。
11.优选地，所述的雕刻/3d打印机，其特征在于，所述底座组还包括：在所述底座组下方，有水槽基座形成的内部空间，用于设计成可容纳开关电源、控制电路、驱动电路、水循环系统、定制变频系统等，组成一线（usb驱动信号和电源输入组合）工作系统。
12.根据本发明实施例的雕刻/3d打印机，三轴行走工作组之间的连接关系让运动部件得到很好的整合，提高了空间利用率，并且加大了x、y、z三个方向行走距离-即可控范围最大限度得到优化。
13.进一步，主要构件大都使用板材经剪切/或激光切割、折弯即可制得，工艺简单，材料选择范围大，制作便利，成本大为下降。
14.进一步，用注塑/或3d打印成型技术很好解决了蓄水槽制作问题，以实现流畅的蓄水空间，便于形成有效的水循环系统；蓄水槽与水槽基座之间良好支撑和贴合面，在涂硅胶的情况下可以很好的解决冷却液渗漏问题。
15.进一步，在水槽基座和两侧挡板结合所形成的断面前后面，用注塑/或3d打印成型件，可以很好的起到断面遮挡、防锈和外观装饰效果。
附图说明
16.通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：图1为根据本发明实施例的雕刻/3d打印整装在雕刻状态时的外形特征示意图；图2为根据本发明实施例的雕刻/3d打印整装在3d打印时的外形特征示意图；图3为根据本发明实施例的雕刻/3d打印的底座组钣金件分解示意图；图4为根据本发明实施例的雕刻/3d打印的前后盖体分解示意图；图5为根据本发明实施例的雕刻/3d打印的立柱结构示意图；图6为根据本发明实施例的雕刻/3d打印z轴滑台组结构示意图；图7为根据本发明实施例的雕刻/3d打印y轴滑台组装备示意图；图8为根据本发明实施例的雕刻/3d打印x轴滑台组结构示意图；图9为根据本发明实施例的雕刻/3d打印x轴滑台外延夹板组结构示意图；图10为根据本发明实施例的雕刻/3d打印行走机构装备示意图；图11为根据本发明实施例的雕刻/3d打印集成座结构示意图；图12为根据本发明实施例的雕刻/3d打印集成转换装置局部剖视装备示意图。
具体实施方式
17.以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分尽量按比例绘制例如以t型槽口工作台、步进电机、直线轴承等宽度方向尺寸为基准，按比例绘制；如进一步细化，有尺寸标注，可以用来指导生产。此外，在图中可能未显示出某些公知的部分。
18.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如部件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。
19.应当理解，在描述部件的结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且，如果将部件翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”。
20.行走组定义：x轴行走组移动，表示为x轴方向横向（左右）移动；y轴行走组移动，表示为y轴方向纵向（前后）移动；z轴行走组移动，表示为z轴方向竖直（上下）移动。
21.方向定义：以底座组俯视矩形长轴方向为纵轴，远视觉点为前部；以底座组俯视矩形短轴方向为横轴，近视觉点为后部。
22.图1为根据本发明实施例的雕刻/3d打印整装在雕刻状态时的外形特征示意图；如图1所示，它包括：底座组（内含状异形矩形管基座11、水槽基座12、形矩形管和水槽基座立面封条13、内支撑立板14和15、前后封面16和17、t型槽口工作平台18、y轴行走组8等）、立柱2（内含z轴行走组9）、雕刻/3d打印集成装置3（包括x轴外延夹板31/78、雕刻/3d打印集成座32、主轴电机33、3d打印头34、散热风机35、步进电机36、小齿轮37等）、x轴行走组上封盖4（内含x行走组7和雕刻/3d打印集成装置等）、塑料立柱封盖5。
23.底座组1作为基础件，放置雕刻/3d打印机底部中心位置，用于雕刻/3d打印机立柱行走的整体结构的支撑。立柱2作为基础的移动件，行走在底座组中部两侧，用于雕刻/3d打印机的立柱行走包括连接的雕刻/3d打印集成装置等，以完成雕刻和3d打印操作。x轴行走组上封盖4，嵌入在立柱内侧上部的两x轴滑台外延夹板上，型似拱型（h型）结构。在底座组形成的内部空间内，放置有两y轴行走组8（图中未显示，见图10）；由y轴支撑光轴提供行走支撑，由y轴丝杆提供驱动和动态支撑；由y轴滑台底端引出，连接于立柱，用于形成立柱y轴方向行走；在底座两侧立柱内放置有z轴行走组9（图中未显示，见图11），由z轴支撑光轴提供支撑，由轴丝杆提供驱动和动态支撑，由z轴滑台立柱内后角部引出，连接于x轴行走组7（图中未显示，见图10）。在上封盖下的x轴行走组中，由x轴支撑光轴提供支撑，由轴丝杆提供驱动和动态支撑，用于连接形成x轴行走组移动包括雕刻/3d打印集成装置，以实现雕刻/或3d打印等功能；在底座中部空间可以放置开关电源、控制电路、驱动电路、水循环系统、定制变频系统等，组成一线（usb驱动信号和电源输入组合）工作系统。
24.底座组中的水槽机构、与底座组一起组成为一体结构，用于形成冷却液的水循环和放置t型槽口工作上的工件放置功能；在平台上方有3d打印时的玻璃电热工作台的嵌入，用于3d打印操作。
25.底座组中的状异形矩形管基座（图中未指示，见图3），用于整体结构的支撑；在“b”状体的臂上和水槽基座有立面封条13（图中未指示，见图4），用于状异形矩形管和水槽基座的端面铁件防锈蚀包括美饰作用；同时在立面封条的下端有“l”状延伸，用于线束和水管拖链组的支撑；前后面上有注塑/或3d打印封面16和17（图中未指示），用于铁件的端面锈蚀的保护和装饰，详见图4。立柱顶端有塑料立柱封盖5，用于立柱端面的保护和装饰。
26.图2为根据本发明实施例的雕刻/3d打印整装在3d打印时的外形特征示意图；由图2可见，在雕刻/3d打印时，需要将雕刻/3d打印集成装置电动转换，即处于横置状；同时在t型锲口工作平台上放置3d打印玻璃电热平台，以完成3d打印所需的操作条件。
27.图3为根据本发明实施例的雕刻/3d打印的底座组钣金件分解示意图；由图3可见，是由状异形矩形管11、水槽基座12、异形矩形管和水槽基座立面封条13组成。
28.状异形矩形管11，是用壁厚例如2mm镀锌材板切割料经折弯技术制成，如以图显的背面的为基座面，切割料下部向前、向上、向后三次折弯，在下部形成有开口的“b”状矩形管；预留的开口用于y轴滑台延伸板引出，连接立柱，用于形成立柱的y轴方向移动；“b”状的长臂与水槽基座立板同高，用于与水槽基座焊接为一体。而水槽基座12是用壁厚例如3mm镀锌材板切割料制成，切割料两侧向上折弯成“u”状，放置在中心位置，两侧与状异形矩形管焊为一体，来提升结构强度；在平面前后端有切割，除用于内支撑立板嵌入后形成稳固的支撑外；还留有适当向下流水的间隙，用于由立板结构与异形矩形管和水槽基座搭建成蓄水槽（参见图4），完成冷却液注入和流淌；在蓄水槽上嵌入有出水硬管，以连接软管，以完成冷却液的水循循环。在异形矩形管和水槽基座立面上有装饰立面封条13，是用壁厚例如1mm镀锌材板切割料折弯和褶边操作形成；上部褶边处理，用于异形矩形管和水槽基座立面的端面的装饰，以形成端面的防锈蚀处理；下部向外向上折弯，形成“l”状结构，用于形成线束和水管的拖链槽座体，以完成线束和水管的移动。
29.由图可见，所属构件是用板材经切割，折弯包括褶边操作形成；显示出工艺简单、可靠、成本低等特点。
状臂（其中，中间为大孔），用于x轴步进电机凸缘嵌入或x轴联轴节通过，以完成x轴行走组的设置。
37.由图可见，z轴滑台，是用依靠模钳工技术和加热塑形技术完成包括热塑型方式制成和注塑/或3d打印件的轴滚珠丝杆螺母/轴直线轴承承载体一次成型；工艺简单，安装方便，成本可控。
38.图7为根据本发明实施例的雕刻/3d打印y轴滑台装备示意图；如图7所示，它包括：y轴滚珠丝杆螺母84、y轴直线轴承86、y轴滑台87（包括向上的外延托板）、z轴步进电机91组成，行走在底座组底座中部。
39.在前段下部有注塑/或3d打印形成的y轴滚珠丝杆螺母84和y轴直线轴承包裹座体，用于涂胶插入y轴滚珠轴承螺母84和y轴直线轴承86，完成固定；在后端有螺丝固定预留例如6mm缝隙的外延托板（包括滑台包裹座体与异形矩形底座上平面之间2mm间隙，异形矩形底座上平面与外延托板之间2mm间隙），保证在异形矩形管之间无障碍行走；外延托板上，前部有向上的锥形沉孔，用于步进电机、z轴支撑光轴和立柱底端插入的固定；中部横向两侧有切槽，用于立轴嵌入，以加强连接的稳定性。
40.由图可见，注塑/或3d打印件形成的y轴滚珠丝杆螺母和y轴支撑光轴包裹座体一次成型，外加外延托板，形成安装方便，成本控制的目的。
41.图8为根据本发明实施例的雕刻/3d打印x轴滑台装备示意图；如图9所示，它包括：x轴丝杆螺母74、x轴直线轴承76、x轴滑台77，z滑台外延腹板78，用于x轴行走包括连接的雕刻/3d打印集成装置，在上部立柱间的横向移动。
42.x轴滑台，是用注塑/或3d打印技术制作；中部涂胶嵌入x轴滚珠丝杆螺母；两侧有涂胶嵌入的直线轴承，在两侧的直线轴承有端面突出状，用于两侧x轴外延夹板31（参见图10）的定位和夹持；在纵向两侧有4个通心孔，用于外延夹板螺丝夹持，以形成固定结构。
43.由图可见，x轴滑台用注塑/或3d打印一次成型，在强度有保障情况下，满足了安装便利和工艺简化的作用。
44.图9为根据本发明实施例的雕刻/3d打印x轴外延夹板组结构示意图；如图9所示，夹板31夹持在x轴滑台两侧，用于连接雕刻/3d打印集成装置，实现电动转换，以完成雕刻和3d打印等操作。
45.夹板是由厚板材例如4mm镀锌板加工；在夹板面上有钻铣孔d31，用于连接雕刻/3d打印集成座转换的旋转中心；有通孔钻铣沉孔a31、用于x轴支撑光轴通过和用于x轴直线轴承封面、固定和定位；有通孔b31，用于x轴滚珠丝杆通过；在上中部有4个通孔c31，用于螺丝在x轴滑台上夹板的固定；在外延夹板的前段有以d31为轴心的开齿e31，用于以齿轮传动的方式，实现雕刻/3d打印集成装置的电动转换。
46.图10为根据本发明实施例的雕刻/3d打印行走机构装备示意图；如图10所示，行走组所连接的雕刻/3d打印集成装置，用于对加工件的位置移动以及形成必备的加工条件。z轴行走组包括：z轴步进电机91、z轴丝杆联轴节92、z轴滚珠丝杆93、z轴滚珠丝杆螺母94、z轴支撑光轴95、z轴直线轴承96、z轴滑台97、z轴丝杆轴端轴承座98、轴承99。由z轴步进电机提供旋转动力，通过联轴节传递给z轴滚珠丝杆；而z轴滚珠丝杆螺母固定在z轴滑台上，由于z轴滑台的径向约束，就转换z轴方向移动；进一步，如果z轴丝杆下部通过连接固定在y轴滑台上的步进电机和上部通过、z轴丝杆轴端轴承座上包括立柱的支撑，形成动态驱动和动
态支撑；就完成了z轴行走组移动功能-即z轴行走组（包括雕刻/3d打印集成装置）的上下移动。
47.在y轴行走组包括有：y轴步进电机81、y轴联轴节82、y轴滚珠丝杆83、y轴滚珠丝杆螺母84、y轴支撑光轴85、y轴直线轴承86、y轴滑台87、y轴丝杆轴端轴承座88、轴承89。由y轴步进电机提供旋转动力，传递到y轴联轴节上，再传递给y轴滚珠丝杆上；而y轴滚珠丝杆螺母固定在y滑台上，由于径向约束，就转换成y滑台延y轴方向移动；进一步，如果y轴丝杆前部通过连接固定在前内支撑立板上的步进电机和后部通过丝杆轴端轴承固定在后内支撑立板上，就形成动态驱动和动态支撑；再有，如果y轴支撑是由y轴支撑光轴承担，当固定于y轴滑台的直线轴承承担了连接滑台的上的立柱的负荷，就形成了y轴行走组移动功能-即y轴行走组（包括雕刻/3d打印集成装置）的纵向移动。
48.在x轴行走组包括有：x轴步进电机71、x轴联轴节72、x轴滚珠丝杆73、x轴滚珠丝杆螺母74（图中未显示）、x轴支撑光轴75、x轴直线轴承76（图中未显示）、x轴滑块77、z轴滑台外延腹板78。由x轴步进电机提供旋转动力，传递到x轴联轴节上，再传递给x轴滚珠丝杆，而x轴滚珠丝杆螺母固定在x轴滑台上，由于径向约束，就转换成x轴滑台延x轴方向移动；再有，如果x轴支撑是由y轴支撑光轴承担，当固定于x轴滑台的直线轴承承担了连接滑台的上的雕刻装置的负荷，就形成了x轴行走组移动-即雕刻/3d打印集成装置横向移动。
49.进一步，y轴行走组承载了整个立柱移动包括z轴和x轴行走组的移动，而z行走组承载了x轴行走组的移动，这种复合运动造就了雕刻/3d打印集成装置运动，实现了雕刻/或3d打印/或激光雕刻的操作。图11为根据本发明实施例的雕刻/3d打印集成座结构示意图；如图11所示，集成座是用来完成主轴电机、转换步进电机、3d打印头包括激光头在集成座上的安装和固定；集成座放置在x轴外延夹板外侧，是由厚板材例如4mm镀锌板经切割、折弯、钻铣、焊接等工艺完成，结构强度有保证。如果以前表面为基本面，激光切割料两侧向后向内折弯，用以下部以形成封闭柱体；底部四周向内折弯，形成下平面；在中心和四周有孔，用于主轴电机的螺丝固定。在中部折弯形成凸缘结构；在两侧有孔d32，用于穿入雕刻/ 3d打印双头输出步进电机安装孔内，而步进电机后背涂胶与凸缘靠背粘接，以形成有效的连接和固定。在两侧上方有连接雕刻/3d打印转换的旋转中心孔a42；前侧上方面上有3d打印头固定孔b42和电加热管和温度传感器线路通线孔c42，用于线路连接。可选的，折弯形成的接缝，可焊接处理，用于结构强度提升。
50.由图可见，由于集成座所用材料的壁厚问题，易用靠模的方式/或加热塑变方式，钳工操作制成，来满足了有结构强度和安装便利的要求。可选的，折弯形成的接缝，焊接处理，用于结构强度提升。
51.图12为根据本发明实施例的雕刻/3d打印集成转换装置局部剖视装备示意图；图为横置3d打印状局部剖视，假设x轴滑台77固定，双输出轴步进电机36通过横向插入轴销固定在雕刻/3d打印集成座上，形成径向约束；同时，打印集成座凸缘涂胶粘接步进电机侧面上，形成防轴向约束，以防步进电机轴向窜动；如果步进电机转动，步进电机两轴头上的小齿37以轴线a1转动，因与集成座上的大齿轮是啮合关系，会造成小齿轮转动时，带的步进电机延轴线x转动，并形成集成座转动-即所连接在基座上的步进电机、3d打印机构、水管等的一起转动，以形成工作方式的转换。在整体机构上，它包括：x轴外延夹板31、雕刻/3d打印集
成座32、主轴电机33、3d打印头34、散热风机35、步进电机36、x轴滚珠丝杆螺母74、x轴直线轴承76、x轴滑台77。明显，如果转换到雕刻状态，步进电机顺时针转动，带的集成座包括连接其上的工作部件，旋转到垂直位置，来满足雕刻操作的需求。
52.综上所述，一种立板型水槽浮动丝杆支撑电动转换雕刻3d打印机，是建立在用料少简单、技术要求低、加工简单易行、机构设置可靠等特点，对家用桌面工作系统的设置带来的大的帮助。关键是简单的工作系统，便于雕刻和3d打印等随意切换，可以实现中小学生上手快，产生学习兴趣；同时，结构简单，主件容易获得，也为个人day制作提供了条件。
53.应当说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
54.依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例尽可能按实例详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。