一種基于熔融沉積成型技術(shù)的3D打印機(jī)制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種基于熔融沉積成型技術(shù)的3D打印機(jī)，屬于3D打印技術(shù)領(lǐng)域，可簡(jiǎn)化打印機(jī)噴嘴結(jié)構(gòu)、提高打印效率以及打印穩(wěn)定性。所述的基于熔融沉積成型技術(shù)的3D打印機(jī)，包括打印機(jī)噴嘴和設(shè)置于打印機(jī)噴嘴下方的打印平臺(tái)，還包括平臺(tái)移動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述打印機(jī)噴嘴固定設(shè)置，所述打印平臺(tái)安裝在所述平臺(tái)移動(dòng)機(jī)構(gòu)上，所述平臺(tái)移動(dòng)機(jī)構(gòu)可使所述打印平臺(tái)分別沿X方向、Y方向和Z方向往復(fù)移動(dòng)，其中X方向、Y方向和Z方向分別為三維笛卡爾坐標(biāo)系中三個(gè)坐標(biāo)軸所對(duì)應(yīng)方向。本發(fā)明專利技術(shù)實(shí)現(xiàn)了僅由打印平臺(tái)的三維復(fù)合移動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)3D打印過程所需的相對(duì)移動(dòng)，可有效解決在打印時(shí)擠出物料不穩(wěn)定的問題，進(jìn)而提高打印質(zhì)量和打印速率。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種基于熔融沉積成型技術(shù)的3D打印機(jī)
本專利技術(shù)涉及3D打印
，尤其涉及一種基于熔融沉積成型技術(shù)的3D打印機(jī)。
技術(shù)介紹
3D打印技術(shù)是近30年來(lái)快速發(fā)展的先進(jìn)制造技術(shù)，通過CAD設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采用材料逐層累加的方法制造實(shí)體的技術(shù)，是一種低維構(gòu)建的材料累加制造方法，其特點(diǎn)是：自由界面，層層疊加。熔融沉積成型技術(shù)(FusedDepositionModeling，簡(jiǎn)稱FDM技術(shù))，是應(yīng)用最廣泛的3D打印技術(shù)之一，由美國(guó)學(xué)者ScotCrump于1988年提出并研制成功。早期的熔融沉積成型的3D打印機(jī)主要由儲(chǔ)絲筒、送絲機(jī)構(gòu)、加熱噴嘴、工作臺(tái)、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)等幾個(gè)主要部分組成。工作時(shí)，首先將儲(chǔ)絲筒中的絲狀熱塑性材料(例如直徑為1.75mm的絲條)通過送絲機(jī)構(gòu)的機(jī)械壓力將絲條壓入噴嘴中，絲條在噴嘴內(nèi)被加熱至熔融態(tài)，然后根據(jù)計(jì)算機(jī)的切片軟件計(jì)算的每一個(gè)打印片層的截面輪廓信息，并將信息輸送給控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)控制噴嘴按照一定的路徑運(yùn)動(dòng)并進(jìn)行填充打印，處于熔融態(tài)的物料呈細(xì)絲狀從打印機(jī)噴嘴中按指定位置擠出堆積；一層打印完畢后，打印平臺(tái)下降一個(gè)層厚的高度，之后進(jìn)行后一層的打印，后一層打印物料與前一層粘結(jié)后凝固，如此反復(fù)直至形成整個(gè)待打印的三維實(shí)體。現(xiàn)有基于熔融沉積成型技術(shù)的3D打印機(jī)為了實(shí)現(xiàn)上述打印目的，其在整個(gè)打印過程中，通常是設(shè)置打印機(jī)噴嘴相對(duì)打印平臺(tái)做一維或者二維運(yùn)動(dòng)，同時(shí)打印平臺(tái)也需要做相應(yīng)的移動(dòng)，以使打印機(jī)噴嘴和打印平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)復(fù)合為三維運(yùn)動(dòng)。另外，目前主流的熔融沉積技術(shù)采用的絲條一般是熱塑性材料，如ABS、PLA、PC、尼龍等絲條材料，其操作簡(jiǎn)單，成型速度相比于其它3D打印技術(shù)(如激光燒結(jié)技術(shù)、光固化技術(shù)等)較快；然而熔融沉積成型技術(shù)的絲條成本較高，絲條價(jià)格往往是原料成本的3倍甚至更多，而且由于在打印過程中，需要不斷地移動(dòng)打印機(jī)噴嘴，因此需要絲條具有較好的壓縮模量和較好的熔體流動(dòng)性，這樣在送絲機(jī)構(gòu)牽引和驅(qū)動(dòng)作用下才不會(huì)發(fā)生斷絲和彎曲現(xiàn)象，因此對(duì)于一些柔軟材料的使用受到較大限制。為了簡(jiǎn)化成型工藝，降低耗材成本，擴(kuò)大熔融沉積成型技術(shù)材料的適用范圍，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開始研發(fā)螺桿式熔融沉積成型設(shè)備，如上海富力奇公司生產(chǎn)的TSJ系列快速成型機(jī)以及美國(guó)Sculpity研發(fā)的David熔融沉積成型設(shè)備。螺桿式熔融沉積成型往往采用強(qiáng)制加料形式，其物料塑化效果好，而且可以使用顆粒物料，大大擴(kuò)展了熔融沉積成型的原料適用范圍，使得熔融沉積成型耗材成本大大降低。然而，現(xiàn)有的螺桿式快速成型機(jī)在進(jìn)行打印建造過程中打印機(jī)噴嘴往往需要做沿Z軸方向和X軸方向的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)三維打印目的，還需要打印平臺(tái)做沿Y軸方向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，因而導(dǎo)致此類打印機(jī)噴嘴結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，重量較大，且運(yùn)動(dòng)速度較慢，這在一定程度上限制了整體的打印速度，進(jìn)而導(dǎo)致打印效率較低；此外，打印過程中噴嘴的移動(dòng)還會(huì)導(dǎo)致擠出不穩(wěn)定。目前，對(duì)于此類問題還沒有相關(guān)研究給出了一種切實(shí)可行的方案。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)解決的技術(shù)問題是提供一種可簡(jiǎn)化打印機(jī)噴嘴結(jié)構(gòu)、提高打印效率以及打印穩(wěn)定性的一種基于熔融沉積成型技術(shù)的3D打印機(jī)。本專利技術(shù)為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種基于熔融沉積成型技術(shù)的3D打印機(jī)，包括打印機(jī)噴嘴和設(shè)置于打印機(jī)噴嘴下方的打印平臺(tái)，還包括平臺(tái)移動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述打印機(jī)噴嘴固定設(shè)置，所述打印平臺(tái)安裝在所述平臺(tái)移動(dòng)機(jī)構(gòu)上，所述平臺(tái)移動(dòng)機(jī)構(gòu)可使所述打印平臺(tái)分別沿X方向、Y方向和Z方向往復(fù)移動(dòng)，其中X方向、Y方向和Z方向分別為三維笛卡爾坐標(biāo)系中三個(gè)坐標(biāo)軸所對(duì)應(yīng)方向。進(jìn)一步的是：所述平臺(tái)移動(dòng)機(jī)構(gòu)包括X方向移動(dòng)機(jī)構(gòu)、Y方向移動(dòng)機(jī)構(gòu)和Z方向移動(dòng)機(jī)構(gòu)；所述X方向移動(dòng)機(jī)構(gòu)包括X方向滑座、X方向滑桿和X方向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述X方向滑座安裝在所述X方向滑桿上，所述X方向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可驅(qū)動(dòng)所述X方向滑座沿X方向滑桿往復(fù)移動(dòng)；所述Y方向移動(dòng)機(jī)構(gòu)包括Y方向滑座、Y方向滑桿和Y方向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述Y方向滑座安裝在所述Y方向滑桿上，所述Y方向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可驅(qū)動(dòng)所述Y方向滑座沿Y方向滑桿往復(fù)移動(dòng)；所述Z方向移動(dòng)機(jī)構(gòu)包括Z方向安裝座、Z方向滑座、Z方向絲桿和Z方向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述Z方向安裝座固定設(shè)置，所述Z方向絲桿安裝在所述Z方向安裝座上，所述Z方向滑座安裝在所述Z方向絲桿上并且與Z方向絲桿螺紋配合，所述Z方向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可驅(qū)動(dòng)所述Z方向絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)；所述打印平臺(tái)安裝在X方向滑座上，所述X方向移動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在所述Y方向滑座上，所述Y方向移動(dòng)機(jī)構(gòu)安轉(zhuǎn)在所述Z方向滑座上。進(jìn)一步的是：所述Z方向安裝座設(shè)置有兩個(gè)，在每個(gè)Z方向安裝座內(nèi)分別設(shè)置有一根Z方向絲桿，與每一根Z方向絲桿對(duì)應(yīng)設(shè)置有一Z方向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，兩根Z方向絲桿相互平行設(shè)置，所述Z方向滑座設(shè)置在兩個(gè)Z方向安裝座之間，并且Z方向滑座的兩側(cè)分別安裝到對(duì)應(yīng)側(cè)的Z方向絲桿上并且與Z方向絲桿螺紋配合。進(jìn)一步的是：所述X方向滑桿有兩根，并且兩根X方向滑桿平行設(shè)置；所述Y方向滑桿有兩根，并且兩根Y方向滑桿平行設(shè)置。進(jìn)一步的是：所述X方向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括安裝在X方向滑座上的驅(qū)動(dòng)電機(jī)、摩擦輪和傳動(dòng)蝸桿，所述傳動(dòng)蝸桿的一端與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸傳動(dòng)連接，所述傳動(dòng)蝸桿與摩擦輪為渦輪蝸桿傳動(dòng)連接；在摩擦輪的外周設(shè)置有內(nèi)凹的夾槽，所述夾槽扣接在對(duì)應(yīng)的X方向滑桿上并與X方向滑桿的表面為緊配合。進(jìn)一步的是：在X方向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中設(shè)置有兩個(gè)呈鏡像對(duì)稱設(shè)置的摩擦輪，兩個(gè)摩擦輪均設(shè)置在兩根X方向滑桿之間，并且兩個(gè)摩擦輪分別與兩根X方向滑桿一一對(duì)應(yīng)，所述傳動(dòng)蝸桿設(shè)置在兩個(gè)摩擦輪之間，并且傳動(dòng)蝸桿同時(shí)與兩個(gè)摩擦輪為渦輪蝸桿配合。進(jìn)一步的是：在所述夾槽的底部設(shè)置有與傳動(dòng)蝸桿對(duì)應(yīng)配合的渦齒，位于渦齒兩側(cè)的夾槽內(nèi)壁面為夾緊環(huán)帶，所述夾緊環(huán)帶與對(duì)應(yīng)的X方向滑桿的表面為緊配合。進(jìn)一步的是：所述Y方向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與X方向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)一致。進(jìn)一步的是：還包括X方向測(cè)距機(jī)構(gòu)和Y方向測(cè)距機(jī)構(gòu)，所述X方向測(cè)距機(jī)構(gòu)包括X方向同步皮帶和第一轉(zhuǎn)角測(cè)量?jī)x，所述X方向同步皮帶套在所述第一轉(zhuǎn)角測(cè)量?jī)x上，所述X方向同步皮帶從X方向滑座的正下方穿過，并且位于X方向滑座正下方的X方向同步皮帶通過卡扣與X方向滑座固定連接；所述Y方向測(cè)距機(jī)構(gòu)包括Y方向同步皮帶和第二轉(zhuǎn)角測(cè)量?jī)x，所述Y方向同步皮帶套在所述第二轉(zhuǎn)角測(cè)量?jī)x上，所述Y方向同步皮帶從Y方向滑座的正下方穿過，并且位于Y方向滑座正下方的Y方向同步皮帶通過卡扣與Y方向滑座固定連接。進(jìn)一步的是：還包括控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)分別與第一轉(zhuǎn)角測(cè)量?jī)x和第二轉(zhuǎn)角測(cè)量?jī)x信號(hào)連通；當(dāng)在X方向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、Y方向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和Z方向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)內(nèi)分別設(shè)置有驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)，各驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用伺服電機(jī)，并且所述控制系統(tǒng)分別與各驅(qū)動(dòng)電機(jī)信號(hào)連通并可控制各驅(qū)動(dòng)電機(jī)的啟停。本專利技術(shù)的有益效果是：本專利技術(shù)固定打印機(jī)噴嘴，同時(shí)通過設(shè)置打印平臺(tái)可分別沿X、Y和Z方向做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了僅由打印平臺(tái)的三維復(fù)合移動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)3D打印過程所需的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，加快了熔融沉積成型的打印速度；此外，在3D打印過程中，由于打印噴嘴固定不動(dòng)，因此可以有效地解決因打印噴嘴運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致的擠出不穩(wěn)定問題，使得打印過程更加順利平穩(wěn)，提高了最終打印制品的質(zhì)量；另外，本專利技術(shù)中設(shè)置的測(cè)距機(jī)構(gòu)可以有效提高運(yùn)動(dòng)的精準(zhǔn)性，從而提高打印制品的精確度。附圖說明圖1為本專利技術(shù)所述的一種基于熔融沉積成型技術(shù)的3D打印機(jī)的打印平臺(tái)部分的本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于熔融沉積成型技術(shù)的3D打印機(jī)，包括打印機(jī)噴嘴(1)和設(shè)置于打印機(jī)噴嘴(1)下方的打印平臺(tái)(2)，其特征在于：還包括平臺(tái)移動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述打印機(jī)噴嘴(1)固定設(shè)置，所述打印平臺(tái)(2)安裝在所述平臺(tái)移動(dòng)機(jī)構(gòu)上，所述平臺(tái)移動(dòng)機(jī)構(gòu)可使所述打印平臺(tái)(2)分別沿X方向、Y方向和Z方向往復(fù)移動(dòng)，其中X方向、Y方向和Z方向分別為三維笛卡爾坐標(biāo)系中三個(gè)坐標(biāo)軸所對(duì)應(yīng)方向。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于熔融沉積成型技術(shù)的3D打印機(jī)，包括打印機(jī)噴嘴(1)和設(shè)置于打印機(jī)噴嘴(1)下方的打印平臺(tái)(2)，其特征在于：還包括平臺(tái)移動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述打印機(jī)噴嘴(1)固定設(shè)置，所述打印平臺(tái)(2)安裝在所述平臺(tái)移動(dòng)機(jī)構(gòu)上，所述平臺(tái)移動(dòng)機(jī)構(gòu)可使所述打印平臺(tái)(2)分別沿X方向、Y方向和Z方向往復(fù)移動(dòng)，其中X方向、Y方向和Z方向分別為三維笛卡爾坐標(biāo)系中三個(gè)坐標(biāo)軸所對(duì)應(yīng)方向。2.如權(quán)利要求1所述的一種基于熔融沉積成型技術(shù)的3D打印機(jī)，其特征在于：所述平臺(tái)移動(dòng)機(jī)構(gòu)包括X方向移動(dòng)機(jī)構(gòu)、Y方向移動(dòng)機(jī)構(gòu)和Z方向移動(dòng)機(jī)構(gòu)；所述X方向移動(dòng)機(jī)構(gòu)包括X方向滑座(3)、X方向滑桿(4)和X方向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(5)，所述X方向滑座(3)安裝在所述X方向滑桿(4)上，所述X方向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(5)可驅(qū)動(dòng)所述X方向滑座(3)沿X方向滑桿(4)往復(fù)移動(dòng)；所述Y方向移動(dòng)機(jī)構(gòu)包括Y方向滑座(6)、Y方向滑桿(7)和Y方向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(8)，所述Y方向滑座(6)安裝在所述Y方向滑桿(7)上，所述Y方向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(8)可驅(qū)動(dòng)所述Y方向滑座(6)沿Y方向滑桿(7)往復(fù)移動(dòng)；所述Z方向移動(dòng)機(jī)構(gòu)包括Z方向安裝座(9)、Z方向滑座(10)、Z方向絲桿(11)和Z方向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(12)，所述Z方向安裝座(9)固定設(shè)置，所述Z方向絲桿(11)安裝在所述Z方向安裝座(9)上，所述Z方向滑座(10)安裝在所述Z方向絲桿(11)上并且與Z方向絲桿(11)螺紋配合，所述Z方向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(12)可驅(qū)動(dòng)所述Z方向絲桿(11)轉(zhuǎn)動(dòng)；所述打印平臺(tái)(2)安裝在X方向滑座(3)上，所述X方向移動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在所述Y方向滑座(6)上，所述Y方向移動(dòng)機(jī)構(gòu)安轉(zhuǎn)在所述Z方向滑座(10)上。3.如權(quán)利要求2所述的一種基于熔融沉積成型技術(shù)的3D打印機(jī)，其特征在于：所述Z方向安裝座(9)設(shè)置有兩個(gè)，在每個(gè)Z方向安裝座(9)內(nèi)分別設(shè)置有一根Z方向絲桿(11)，與每一根Z方向絲桿(11)對(duì)應(yīng)設(shè)置有一Z方向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(12)，兩根Z方向絲桿(11)相互平行設(shè)置，所述Z方向滑座(10)設(shè)置在兩個(gè)Z方向安裝座(9)之間，并且Z方向滑座(10)的兩側(cè)分別安裝到對(duì)應(yīng)側(cè)的Z方向絲桿(11)上并且與Z方向絲桿(11)螺紋配合。4.如權(quán)利要求3所述的一種基于熔融沉積成型技術(shù)的3D打印機(jī)，其特征在于：所述X方向滑桿(4)有兩根，并且兩根X方向滑桿(4)平行設(shè)置；所述Y方向滑桿(7)有兩根，并且兩根Y方向滑桿(7)平行設(shè)置。5.如權(quán)利要求4所述的一種基于熔融沉積成型技術(shù)的3D打印機(jī)，其特征在于：所述X方向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(5)包括安裝在X方向滑座(3)上...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王琪，陳剛，陳寧，張杰，李莉，徐祥，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：四川大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：四川,51