[实用新型]一种3D打印设备

说明书

技术领域

本发明实施例涉及3D打印技术领域，具体涉及一种3D打印设备。

背景技术

本部分向读者介绍可能与本发明的各个方面相关的背景技术，相信能够向读者提供有用的背景信息，从而有助于读者更好地理解本发明的各个方面。因此，可以理解，本部分的说明是用于上述目的，而并非构成对现有技术的承认。

3D打印机又称三维打印机(3DP)，是一种累积制造技术，即快速成形技术的一种机器，它是一种数字模型文件为基础，运用特殊蜡材、粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过打印一层层的粘合材料来制造三维的物体。现阶段三维打印机被用来制造产品。逐层打印的方式来构造物体的技术。它能克服传统机械加工无法实现的特殊结构障碍。可以实现任意复杂结构部件的简单化生产。3D打印机的原理是把数据和原料放进3D打印机中，机器会按照程序把产品一层层造出来。3D打印机与传统打印机最大的区别在于它使用的“墨水”是实实在在的原材料，堆叠薄层的形式有多种多样，可用于打印的介质种类多样，从繁多的塑料到金属、陶瓷以及橡胶类物质。有些打印机还能结合不同介质，令打印出来的物体一头坚硬而另一头柔软。

现有的3D打印技术分为，热熔塑胶基础技术FDM、激光烧结成型技术及光固化液态树脂选择区域固化成型技术。3D打印机为了精确控制打印头位置，通常必须使用步进电机为其提供动力，目前常见步进电机一般步进角多在1.8度左右，精度更高的约0.9度也很多，步进电机通过带动同步轮转动进而带动同步带运动，同步带就会将其转换为带上部件的直线运动或是带动从动轮转动，而实际生产中，同步带多是尼龙夹层橡胶复合材料，各种同步带均具有一定的弹性和伸长率，同步带的弹性会在步进电机动力变化时候吸收其动能，进而损失精度，当0.9度步进电机搭配20齿2GT同步轮时候，理论上步进电机每步转动0.9度可以带动相关同步带上直线运动的部件行走0.1mm，这要求当皮带总长超过20公分时候，在打印机上的弹性伸长率不能超过0.5％，当皮带弹性模量不够大时候，实验多数3D打印机由于皮带弹性问题会损失掉这部分传动精度，如果要提高其精度，必须将打印速度放置到足够慢。

当设备运转时候，由于电机会产生振动，当设备重心相对放置平面较高的时候，如果设备较轻，电机产生的针对就会对设备产生相对较大的干扰，最终影响到设备工作精度，要想降低这种影响，通常一种做法是增加设备紧固件，增加设备重量，但这种做法最终会影响到设备的平稳。

在工业设备中，当设备结构部件在设备上朝向一个方向运动后，转换方向朝相反方向运动时候，由于部件加工精度等原因，通常不会立即反方向运动，而是在相关电机反转一定角度之后才会发生真正的反向运动，这个现象叫做回向间隙，回向间隙会出现在各类加工设备的机械结构中，比如机床、雕刻机、3D打印机等，回向间隙会直接损失设备相关的工作精度，但一般可以通过优化其控制软件减小间隙带来的影响，但目前常见的3D打印机由于其X、Y轴结构不一样，导致相关控制电机的载荷不一样，进而导致其工作时候相关轴移动的回向间隙、弹性误差等都不一样，由于变量太多，如果希望通过软件减小相关误差就十分麻烦。

步进电机一般外壳为硅钢、铁等，包裹铜制励磁线圈，中心为永磁钢转子，一般3D打印机结构中，几个步进电机的重量要占据40％以上，结构比较精简提及比较小的结构中电机还有可能占据整机60％的重量，由于FDM 3D打印机是依靠打印头和被打印工件的相对运动逐层成型的，整个成型过程中对运动精度要求较高，所以对整个打印机稳定性要求也比较高，步进电机在向外提供转动动力时候，自身也会收到反向转动力作用。常见3D打印机通常会忽视电机收到反作用力带来的影响，当打印工件结构比较复杂，电机运动方向频繁改变时候，电机收到反作用力波动比较大，对安装部位带来的振动就比较大，这种振动会沿着打印机结构通过振动波的形式传动到工件成型平台和打印头，尤其当打印机重心较高时候，很容易进一步放大这种振动带来的影响，振动波会导致打印头在一定程度上偏离预定打印路线，走直线时候有波纹，画圆圈时候变成椭圆，这种情况在很多3D打印机上尤为常见。

目前主流的FDM 3D打印机基本上需要至少4个步进电机实现打印挤出头在相对打印工件的X Y Z方向的移动以及耗材的挤出，多个电机通常安装在不同位置，通过同步带等进行传动，不同位置的电机通常会占用到额外的用户桌面空间，布置不整齐也会影响到设备的美观性，而且通常目前市场上的3D打印机不会把其需要的所有电机安装在最底部，较高的电机安装位置会影响到设备的稳定性。

发明内容

要解决的技术问题是如何提3D打印机的稳定性。