[发明专利]一种基于熔融沉积原理的四轴联动3D打印装置

说明书

技术领域

本发明属于3D打印制造领域，涉及一种基于熔融沉积原理的四轴联动3D打印装置。

背景技术

近年来，3D打印制造技术作为一种新兴的制造成型技术，具有成型周期短、易于成型复杂多样的空间结构、便于个性化制造、节省材料和操作简单等诸多优点，发展十分迅速。凭借其“增材制造”的独特优势，在航空航天、模具制造和生物医疗工程等领域具有广阔的应用前景，特别适用于医疗器械个性化制造。但是，传统的3D打印装置只有XYZ三个方向的平动，在打印成型气管和管支架这类管网状结构时需添加大量辅助支撑材料，不仅降低了成型效率，而且去支撑材料工序繁琐，会造成表面质量和尺寸精度下降。为了克服上述问题，需要对3D打印机运动机构进行改进，在已有的笛卡尔式三轴运动基础上增加A轴运动，实现四整机四轴联动；提供一种以整圈连续旋转的A轴表面作为成型平台，打印过程中无需添加任何支撑结构的3D打印装置，对成型打印各类管网状支架结构具有重要意义。

发明内容

本发明为克服现有技术的缺陷，发明一种是基于熔融沉积技术的四轴联动3D打印装置，打印装置以整圈连续旋转的A轴表面作为成型平台，其打印工作区域采用可拆卸轴套方式。能够十分方便制备出复杂管网状支架结构，省去打印时添加大量辅助支撑结构及后期去除处理等复杂操作过程，节省了打印材料，从而能有效提高了试件打印的管网状支架结构的成型率和表面质量。

本发明采用的技术方案是一种基于熔融沉积原理的四轴联动3D打印装置，其特征是，打印装置由机架4、打印喷头组件、控制组件、X轴驱动组件、Y轴驱动组件、Z轴驱动组件和A轴驱动组件组成；

所述打印喷头组件包括挤出步进电机10、挤出头15、固定架14、散热风扇16和两根直线导轨22；挤出头15内部装有加热棒和温度传感器；固定架14外部两端装有散热风扇16，内部垂直布有两个滑动轴承，装在两根直线导轨上22；导轨两端分别固定在X、Y轴的滑块13上；为减轻打印喷头装置重量，挤出步进电机10装在了机架4后侧面，为挤出头15送料；

所述控制组件包括主控板、旋转按钮1、显示屏2和SD卡槽3；主控板装在机架4底部，旋转按钮1和显示屏2装在机架4正面下侧；

所述X轴驱动组件包括X向步进电机18、a同步带齿轮25、a同步齿带24、b同步带齿轮25、b同步齿带26、传动直线导轨11和滑块13，所述X向步进电机18安装在机架4上，a同步带齿轮25安装在X向步进电机18的电机轴上，传动直线导轨11的一端装有b同步带齿轮25，a同步带齿轮25和b同步带齿轮25通过a同步齿带24连接；两根传动直线导轨11在同一平面内平行X向放置，传动直线导轨11两端均装有b同步带齿轮25；两根直线导轨之间通过位于两端的两根b同步带26连接；两根b同步带26上都固定有滑块13；

所述Y轴驱动组件包括Y向步进电机12、a同步带齿轮25、a同步齿带24、b同步带齿轮25、b同步齿带26、传动直线导轨11和滑块13，其各部件间装配关系与X轴驱动组件相同；

所述Z轴驱动组件包括Z向步进电机27、两根Z轴19、Z向丝杆17、升降平台20及Z向丝母；Z向步进电机27通过螺栓固定在机架4底部，与Z向丝杆17一端相连接，升降平台20内装有Z向丝母套装在Z向丝杆17上，升降平台20与Z轴19滑动连接，Z轴19安装在机架4上；两根Z轴19与Z向丝杆17相平行且均竖直布置；

所述A轴驱动组件中，A轴步进电机8通过若干均布紧固螺钉连接到A轴电机支架7上，通过联轴器9与A轴5一端连接，为整个A轴装置的旋转提供动力；A轴5一端与带座轴承6配合，并采用轴肩定位；A轴5外部与轴套28配合，为方便实现不同内径支架的成型制造，轴套28为内径相同，但外径不同有一系列尺寸供选择；A轴5内部装有加热棒31和热敏电阻传感器32；滑环33固定在A轴5另一端内部，将轴内加热电路导线引出与控制组件连接；平板21与升降平台20之间部有三个弹簧29，调平螺钉30穿过弹簧29连接平板21和升降平台20，用于调节平板21的水平度；A轴电机支架7和带座轴承6通过内六角螺栓固定在平板21上。