3D打印机打印头导向机构的制作方法

2021-02-23 22:02:36|

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3d打印机打印头导向机构
技术领域
[0001]
本发明涉及3d打印技术领域，具体涉及一种3d打印机打印头导向机构。

背景技术：

[0002]
3d打印技术是快速成型技术中的一种，它通过在计算机建模软件中建立三维数字模型文件，再将模型进行切片处理，使用打印机进行逐层堆叠将模型实体构造出来，其堆叠所用材料包括粉末状的金属或塑料。由于其精密化、智能化等优点，三维打印技术已经普遍用于航空航天、生物医疗、国防军工、工业制造等领域。三维打印机的喷头对于三维打印的成型质量有着至关重要的影响，由于喷头在驱动机构的驱动下需要在导轨上进行往复运动实现三维打印，喷头引导装置又直接影响着三维打印的质量好坏。如专利文献1公开了一种3d打印机的喷头引导装置，其为了提高喷头的稳定性和流畅性，解决现有喷头通过单导轨进行引导而产生的摩擦力较大的问题，在滚球5的外周加入了若干个滚球8，从而减少喷头安装块2与喷头引导滑轨之间的摩擦，提高喷头引导装置的流畅性和稳定性，该文献的重点都是在于如何减小滚轮与滑轨之间的摩擦从而使得滑动顺畅，并没有考虑到，喷头执行的是由切片处理后传递来的数据信息，喷头需要严格配合驱动机构的动作以精确实现打印，使用气缸、活塞、齿轮齿条、螺纹副等传动，其传动机构中存在配合间隙，过于顺畅的导轨滑动配合关系可能会放大该配合间隙所产生的影响，如喷头超前驱动机构的动作而在导轨上滑动，又如，当外界产生某种刺激时，可能会导致喷头又脱离驱动机构而自行滑动，由于3d打印其涉及到高精度、高质量领域，这种配合间隙的存在在某些高精度打印件的打印情况下是不允许存在的；又如专利文献2公开了一种多功能高精准3d打印机，其打印头通过升降导轨进行引导动作，升降导轨位于定位面两侧的端面作为引导面并沿导轨方向设置导槽，升降座两侧分别转动设置定位轮，定位轮滑移设置于导槽，定位轮与导槽配合实现两侧对称横向定位，两者配合实现稳定定位，使升降座精准升降，该定位滑轮仅仅考虑到了在垂直滑轨方向上限定打印机的动作，实现精准打印，其也和专利文献1提到的导向机构类似，其没有考虑到沿着滑轨的方向上，打印头如何精准的配合驱动机构进行动作，完成精准的打印作业；最后专利文献3公开了一种具有限速功能的稳定性好的液压叉车，其在支撑轮4上设置了减速机构，该减速机构通过气缸和曲柄机构联合使用达到了可调节支撑轮4的最大转速的目的，实现对液压叉车的限速功能，但是该减速机构仅仅能够在支撑轮4超过一定速度后才起作用，并不是在叉车实时动作过程中一直起到限速作用，且该限速机构所起到的作用是保证叉车运行安全，并不会涉及到保证运行精度的任何技术问题。
[0003]
[专利文献1] cn108044928a；[专利文献2] cn106426937b；[专利文件3] cn110668360a。
[0004]
综上所述，现有技术的3d打印机，均未考虑到打印头如何实时精准与驱动机构同步，如何实现打印头实时跟踪模型切片处理后传递来的数据信息，也没有考虑到在驱动机构传递到打印头终端的过程中，传动机构中存在配合间隙，导致打印头不能实时跟踪模型
切片数据信息，影响打印质量的问题，虽然传动机构中配合间隙可以通过提高生产传动机构如螺杆、齿条的加工精度以解决该问题，但是其势必会增加生产成本，同时高精度配件的维护保养也是后续生产中需要考虑的。而本申请提供的一种3d打印机打印头导向机构，在打印头滑动机构的导轮上设置了限速机构，通过限制滚轮的滚动实现了打印头能够实时跟踪动力机构而不会发生偏差，从而能够得到精度较高的3d打印产品。

技术实现要素：

[0005]
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种技术方案，一种3d打印机打印头导向机构，其包括：水平导杆和滑动座，打印头通过滑动座滑动设置于水平导杆上，滑动座通过驱动机构滑动设置于水平导杆上，水平导杆包括两平行设置的后水平导杆和前水平导杆，滑动座通过4个滚轮滑动设置于前水平导杆和后水平导杆之间，滚轮和滑动座之间均设置有限速机构，两滚轮通过曲柄杆轴连接，曲柄杆轴设置有两个，平行转动设置于滑动座的端部，曲柄杆轴包括第一末端轴、第二偏心轴、第三主体轴、第四偏心轴、第五末端轴，第一末端轴、第三主体轴和第五末端轴同心设置，第二偏心轴、第三主体轴和第四偏心轴平行设置，且第二偏心轴的轴线、第四偏心轴的轴线沿第三主体轴的轴线呈中心对称，第一末端轴和第二偏心轴之间通过第一联杆连接，第二偏心轴与第三主体轴之间通过第二联杆连接，第三主体轴和第四偏心轴之间通过第三联杆连接，第四偏心轴和第五末端轴之间通过第四联杆连接，且第一联杆、第二联杆、第三联杆和第四联杆之间相互平行，且均垂直于第三主体轴。
[0006]
优选的，限速机构包括左边的限速机构和右边的限速机构，左边的限速机构包括第一滑动套和第一活塞，第一滑动套滑动套设于第二偏心轴上，第一活塞的一端固定连接第一滑动套，第一活塞的另一端铰接设置于滑动座上，右边的限速机构包括第二滑套和第二活塞，第二滑套滑动套设于第四偏心轴上，第二活塞的一端固定连接第二滑套，第二活塞的另一端铰接设置于滑动座上；第一活塞和第二活塞均包括活塞杆、活塞和缸筒，位于活塞上部分的缸筒形成上腔体，位于活塞下部分的缸筒形成下腔体，在第一活塞的上腔体的上端形成有排气口a，在第一活塞的下腔体的下侧设置有排气口b，第二活塞的上腔体的上端形成排气口c，在第二活塞的下腔体的下侧设置有排气口d，排气口a和c之间通过通气管一连接，排气口b和d之间通过通气管二连接。
[0007]
优选的，在通气管一和通气管二上均设置有节流阀。
[0008]
优选的，滑动座包括壳体和导向底板，壳体设置于导向底板上，且导向底板两端滑动设置于前水平导杆和后水平导杆之间。
[0009]
优选的，前水平导杆和后水平导杆均包括c型导轨和l型导轨，滚轮贴合设置于c型导轨内部，且c型导轨的下端面为粗糙表面；l型导轨固定设置于c型导轨下端，且导向底板贴合设置于l型导轨内。
[0010]
优选的，c型导轨侧部与滚轮侧部之间具有一定间隙，在滚轮的两侧均设置有弹性膜结构，弹性膜结构包括上半圆弹性膜和下半圆弹性膜，弹性膜结构使用能够进行伸缩膨胀的弹性膜制作，且由第一活塞或第二活塞控制进行收缩或膨胀。
[0011]
优选的，滚轮两侧上端均设置有上半圆弹性膜、两侧下端均设置有下半圆弹性膜，滚轮的内侧上端设置有通气道一、下端设置有通气道二，通气道一分别连通滚轮左右两侧
的上半圆弹性膜，通气道二分别连通滚轮左右两侧的下半圆弹性膜，曲柄杆轴的两端均设置有与通气道二联通的通气道三、与通气道一联通的通气道四，位于曲柄杆轴左端的通气道三的出气口位于第一末端轴上，且出气口处套设有通气环一，通气环一的充气口连接于排气口a；位于曲柄杆轴左端的通气道四的出气口位于第三主体轴的左端，且出气口处套设有通气环二，通气环二的充气口连接于排气口b；位于曲柄杆轴右端的通气道三的出气口位于第三主体轴的右端，且出气口处套设有通气环三，通气环的充气口连接于排气口c；位于曲柄杆轴右端的通气道四的出气口位于第五末端轴上，且出气口处套设有通气环四，通气环四的充气口连接于排气口d。
[0012]
优选的，通气环一、通气环二、通气环三和通气环四结构相同，均包括密封环体和充气口，密封环体能够套设于轴的外端，且能够相对于轴进行滑动密封。
[0013]
优选的，在轴上位于通气环的两端设置有限位块；优选的，充气口和各排气口均通过气管进行连接。
[0014]
本发明的有益效果为：1）、本发明在打印头导向机构的导轮上设置了限速机构，该限速机构使用活塞和曲杆结合的方式实现了对滚轮的被动限速功能，从而消除了传动机构中存在的配合间隙的问题，使得打印头能够精准的跟随三维切片数据进行三维打印，同时也使得打印头可以使用液压油缸等不精确的驱动机构进行驱动滑移，结合限速机构，从而共同完成精确的三维打印作业，使得驱动机构仅单独提供驱动力，使用带限速机构的导向机构来完成精确定位，这样相比于使用精密的滚珠丝杠驱动来说，节省了生产和维护成本；2）、进一步地，打印头设置于导向座上，导向座滑动设置于两导杆之间，且包括4个滚轮，每个滚轮处均设置了一限速机构，两个滚轮之间的限速机构相互连接，两限速机构的旋转相位角相差180
°
，从而使得一限速机构的活塞杆在伸出时，另外一限速机构的活塞杆处于缩回状态，两活塞的上腔体之间通过通气管一相互连接，两活塞的下腔体之间通过通气管二相互连接，在通气管一和通气管二上均设置有开度可以调节的节流阀，通过调节节流阀可以控制活塞的阻尼力大小，进一步增大了限速机构的可调节性；3）、进一步地，在滚轮两侧均设置有能够控制其膨胀或缩回的弹性膜结构，且在每个滚轮一侧的弹性膜结构包括两个分别独立的上半圆弹性膜和下半圆弹性膜，弹性膜选择使用具有弹性的膜结构，通过控制弹性膜的碰撞或缩回，能够进一步增大滚轮与导轨之间的摩擦力，从而能够更好的对滚轮进行限速，同时，两侧边的弹性膜结构能够进一步提高设备的抗震能力，在设备受到意外冲击力时也不会对打印头产生致命伤害；4）、进一步地，在滚轮和曲柄杆轴内均设置有通气道，并且在通气道出口外套设有一包括密封环体的通气环结构，通过内部设置的通气道以及能够绕轴转动的通气环，使得活塞内的气体能够输出供给弹性膜结构，从而使得弹性膜的膨胀或缩回与活塞相适应，而不需要额外设置任何驱动结构，同时该供气结构的设置也不会受到曲轴旋转的影响，创新性的提供了一种全新供气方式；5）、进一步地，位于左边的第一活塞的上腔体与通气环二连接，从而使得，第一活塞的上腔体同时连接左边滚轮左右两侧的上半圆弹性膜，位于左边的第一活塞的下腔体与通气环一连接，使得第一活塞的下腔体同时连接左边滚轮左右两侧的下半圆弹性膜；位于右边的第二活塞的上腔体与通气环三连接，使得第二活塞的上腔体同时连接右边滚轮左右两侧
的下半圆弹性膜，位于右边的第二活塞的下腔体与通气环四连接，使得第二活塞的下腔体同时连接右边滚轮左右两侧的上半圆弹性膜，此种结构的设置，使得滑动座在滑动时每边的滚轮都有弹性膜膨胀，且能够相互相互抵消，保证滑动座运行平稳；6）、进一步地，为了保证滑动座滑动稳定，使得水平导杆结构包括了用于引导滚轮的c型导轨和用于引导导向底板的l型导轨，l型导轨主要用于承受力，c型导轨主要用于限制滚轮的移动速度，通过该导杆结构的设置，进一步提高了设备的稳定性和可操作性。
附图说明
[0015]
图1为本发明的3d打印机结构示意图；图2为本发明的水平导杆的俯视图；图3为图2的a-a视图；图4为本发明的两活塞连接示意图；图5为图3的b放大示意图；图6为图3的c放大示意图；图7为滚轮结构示意图；图8为图7的d-d视图。
[0016]
标号说明1、打印头；2、摄像头；3、横向导座；4、竖直导柱；5、水平导杆；6、打印平台；7、三维打印件；8、后水平导杆；9、前水平导杆；10、滑动座；11、滚轮；12、限速机构；13、导向底板；14、壳体；15、曲柄杆轴；16、第一末端轴；17、第二偏心轴；18、第三主体轴；19、第四偏心轴；20、第五末端轴；21、第一联杆；22、第二联杆；23、第三联杆；24、第四联杆；25、第一滑动套；26、第二滑动套；27、第一活塞；28、第二活塞；29、活塞杆；30、缸筒；31、活塞；32、上半圆弹性膜；33、下半圆弹性膜；34、通气道一；35、通气道二；36、通气道三；37、通气道四；38、通气环一；39、通气环二；40、通气环三；41、通气环四；42、密封环体；43、充气口；44、上腔体；45、下腔体；46、通气管一；47、通气管二；48、节流阀；49、c型导轨；50、l型导轨。
具体实施方式
[0017]
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。
[0018]
如图1所示，本发明的3d打印机包括：打印头1、摄像头2、横向导座3、竖直导柱4、水平导杆5和打印平台6，摄像头2固定设置于打印头1上，用于采集三维打印件7的图像数据，在判断出三维打印件7打印完成后，停止打印头1的打印。打印头1通过滑动座10滑动设置于水平导杆5上，能够沿水平导杆5左右滑动，水平导杆5两端各滑动设置一竖直导柱4，水平导杆5能够沿竖直导柱4做上下升降运动，两竖直导柱4的下端均各设置一横向导座3，且能够沿着横向导座3做前后运动，打印平台6位于两横向导座3之间，在进行三维打印时，打印头1的喷嘴喷出粉末状金属或可粘合塑料等材料，在打印平台6上形成三维打印件7。此处，打印头1的具体结构可以为现有的任何三维打印头结构，驱动水平导杆5上下滑动、竖直导柱4前后滑动、打印头1左右水平滑动的驱动机构可以为现有的任何电机、丝杆、油缸、伸缩缸结构，可以提供滑动动力即可，还包括类似如滚轮、滑块导轨机构，可以为其进行导向即可，其
并不是本申请的重点，且该种结构在本领域中为比较常见结构，因此，此处不再赘述。
[0019]
如图2-4所述，打印头1通过挖孔或者通过额外设置一安装座然后固定道滑动座10上的方式固定于滑动座10上，驱动机构如油缸、伸缩缸可以一端连接于滑动座10上，另外一端固定于水平导杆5上实现打印头1的滑动，驱动机构如丝杆则可以穿过滑动座10或者在滑动座10上设置一螺纹座配合丝杆，从而实现打印头1的滑动，驱动机构不是本申请的重点，因此此处不再赘述。水平导杆5包括两平行设置的后水平导杆8和前水平导杆9，滑动座10通过4个滚轮11滑动设置于前水平导杆9和后水平导杆8之间，滚轮11和滑动座10之间均设置有限速机构12，两滚轮11通过曲柄杆轴15连接，曲柄杆轴15设置有两个，平行转动设置于滑动座10的端部。曲柄杆轴15包括第一末端轴16、第二偏心轴17、第三主体轴18、第四偏心轴19、第五末端轴20，第一末端轴16、第三主体轴18和第五末端轴20同心设置，第二偏心轴17、第三主体轴18和第四偏心轴19平行设置，且第二偏心轴17的轴线、第四偏心轴19的轴线沿第三主体轴18的轴线呈中心对称，第一末端轴16和第二偏心轴17之间通过第一联杆21连接，第二偏心轴17与第三主体轴18之间通过第二联杆22连接，第三主体轴18和第四偏心轴19之间通过第三联杆23连接，第四偏心轴19和第五末端轴20之间通过第四联杆24连接，且第一联杆21、第二联杆22、第三联杆23和第四联杆24之间相互平行，且均垂直于第三主体轴18。左边的限速机构12包括第一滑动套25和第一活塞27，第一滑动套25滑动套设于第二偏心轴17上，第一活塞27的一端固定连接第一滑动套25，第一活塞27的另一端铰接设置于滑动座10上。右边的限速机构12包括第二滑套26和第二活塞28，第二滑套26滑动套设于第四偏心轴19上，第二活塞28的一端固定连接第二滑套26，第二活塞28的另一端铰接设置于滑动座10上。第一活塞27和第二活塞28均包括活塞杆29、活塞31和缸筒30，位于活塞31上部分的缸筒形成上腔体44，位于活塞31下部分的缸筒形成下腔体45，在第一活塞27的上腔体44的上端形成有排气口a，在第一活塞27的下腔体45的下侧设置有排气口b，第二活塞28的上腔体44的上端形成排气口c，在第二活塞28的下腔体45的下侧设置有排气口d，排气口a和c之间通过通气管一46连接，排气口b和d之间通过通气管二47连接。优选地，为了能够调节气体流量大小，从而改变活塞的阻尼大小，在通气管一46和通气管二47上均设置有节流阀48。通过上述限速机构的设置，使得滑动座10在进行滑动时，滚轮11总能够通过第一活塞27和第二活塞28来进行减速，进而保证了滑动座10能够由驱动机构精确的控制以进行滑动。
[0020]
优选地，滑动座10包括壳体14和导向底板13，壳体14设置于导向底板13上，且导向底板13两端滑动设置于前水平导杆9和后水平导杆8之间。
[0021]
优选地，前水平导杆9和后水平导杆8均包括c型导轨49和l型导轨50，滚轮11贴合设置于c型导轨49内部，且c型导轨49的下端面为粗糙表面，从而滑动座10在c型导轨49内滑动时，能够带动滚轮11转动，进而能够驱动第一活塞27和第二活塞28动作，从而起到更好的减速效果。l型导轨50固定设置于c型导轨49下端，且导向底板13贴合设置于l型导轨50内。
[0022]
进一步的，如图5-8所示，为了进一步的增大减速效果，c型导轨侧部与滚轮11侧部之间具有一定间隙，在滚轮11的两侧均设置有弹性膜结构，弹性膜结构包括上半圆弹性膜32和下半圆弹性膜33，弹性膜结构使用能够进行伸缩膨胀的弹性膜制作，且由第一活塞27或第二活塞28控制进行收缩或膨胀。
[0023]
进一步地，滚轮11两侧上端均设置有上半圆弹性膜32、两侧下端均设置有下半圆弹性膜33，滚轮11的内侧上端设置有通气道一34、下端设置有通气道二35，通气道一34分别
连通滚轮11左右两侧的上半圆弹性膜32，通气道二35分别连通滚轮11左右两侧的下半圆弹性膜33，曲柄杆轴15的两端均设置有与通气道二35联通的通气道三36、与通气道一34联通的通气道四37，位于曲柄杆轴15左端的通气道三36的出气口位于第一末端轴16上，且出气口处套设有通气环一38，通气环一38的充气口43连接于排气口b；位于曲柄杆轴15左端的通气道四37的出气口位于第三主体轴18的左端，且出气口处套设有通气环二39，通气环二39的充气口43连接于排气口a；位于曲柄杆轴15右端的通气道三36的出气口位于第三主体轴18的右端，且出气口处套设有通气环三40，通气环40的充气口43连接于排气口c；位于曲柄杆轴15右端的通气道四37的出气口位于第五末端轴20上，且出气口处套设有通气环四41，通气环四41的充气口43连接于排气口d。
[0024]
进一步地，通气环一38、通气环二39、通气环三40和通气环四41结构相同，均包括密封环体42和充气口43，密封环体42能够套设于轴的外端，且能够相对于轴进行滑动密封。充气口43和各排气口均通过气管进行连接。
[0025]
进一步地，为了保证各通气环不会滑出出气口，在轴上位于通气环的两端设置有限位块，以进一步保证设备运行安全。
[0026]
本发明的3d打印机的工作过程为：读取待打印的产品的三维模型，然后驱动驱动机构进行动作，带动打印头沿着水平导轨5进行左右滑动，滑动的滑动座10动作，带动滚轮11沿着c型导轨滚动，从而带动第二偏心轴和第四偏心轴沿着第三主体轴18的轴线转动，驱动第一活塞27和第二活塞28进行异步的伸出和缩回动作，从而将带动活塞上下滑动，推动缸筒内的气体通过排气口进出，从而达到减缓打印头滑动速度，保证打印头不受传动机构间隙影响而解决其不能同步打印数据的问题，同时，进一步的，在滚轮的左右两侧设置有与活塞气缸同步动作的弹性膜结构，通过弹性膜抵靠c型导轨侧壁来进一步增强减缓打印头滑动速度的目的。同时，两个活塞之间是通过通气管连接的，通气管上设置节流阀，通过控制节流阀的开度可以改变气缸的阻尼。在打印头运行到位后，打印头与驱动机构之间的传动机构的间隙也得到了消除，然后打印头喷头开始动作，喷出金属粉末或塑料流体，从而打印出想要的三维打印件，摄像头实时监测打印平台，在打印平台上的三维打印件打印完成后，自动停止工作。
[0027]
通过以上描述可知，本申请的3d打印机打印头导向机构，将打印头设置于滑动座上，且滑动座夹设于两水平导杆之间，通过滚轮、导向底板滑动设置于水平导杆内，且导向底板起主要支撑作用，滚轮仅仅是为了限制滑动座的滑动速度而设置的，且在滚轮与滑动座之间设置了限速机构，从而保证打印头能够实时、精确的跟随驱动机构动作，消除了传动机构间隙的问题，同时，使用气缸作为具体的限位机构，结构简单、结构新颖。

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