[发明专利]配动量平衡组件的FDM成型法及其3D打印机

摘要

配动量平衡组件的FDM成型法及其3D打印机，属于机械技术。在丝杠传输运动系统中加装同步动量平衡组件，被同一电机所驱动的丝杠都被分为顺时针螺旋段及逆时针螺旋段，分别约束2个正交滑块永远是同步比例运动，运动矢量的方向相反，其速度、位移及加速度的数值比例恒定；或配选时动量平衡组件方法，含有独立的驱动电机、机械驱动系统及支撑部件来支撑及驱动平面运动的滑块来抵偿挤出机总成的惯性力，选时指的是惯性力作用效应时间窗口的选择，加速度较小的时候，由于对机体的震动不大，可以忽略而不用去平衡它，上述2种方法都可以有效的消除机器的振动。

主权项

1.配动量平衡组件的FDM成型法；涉及到FDM‑3D打印机基本构造为：送料机构，运载挤出机总成的2维或3维运动的机械装置，即：水平X轴Y轴运动及垂直Z轴驱动，或挤出机总成的垂直方向保持静止，由Z轴方向的运动由一个独立的载物平台的升降完成；还有保持上述运动构建的结构壳体等；还有支持机械系统运动的电子控制系统等；工作情况如下：在电子系统的控制下，根据产品零件的截面轮廓信息，挤出机总成作X‑Y平面运动，载物工作台调整高度，打印开始时工作台平面位于热熔喷头喷口位置，热塑性丝状材料由供丝机构送至热熔喷头，并在喷头中加热和熔化成半液态，然后被挤压出来，有选择性的涂覆在工作台上，快速冷却后形成一层大约0.2—8mm厚的薄片轮廓；一层截面成型完成后工作台下降一定高度，再进行下一层的熔覆，好像一层层"画出"截面及轮廓，如此循环，最终形成三维产品零件；打印过程中，打印头在平面上的位移以及配合打印平台上下位移会形成一个三维空间，打印头和打印平台根据生成的路径进行打印，打印头完成一个平面上的打印任务后，打印平台自动下降一层，打印头继续打印，循环往复直至成品的完成；或者不使用Z轴电机驱动打印物件平台升降，打印物件平台保持Z轴方向静止，使用Z轴电机驱动挤出机总成上下移动；或者利用3根垂直丝杠驱动3个垂直移动的滑块，3个滑块都与挤出机总成进行铰轴链接，通过算法(3个滑块的Z轴方向的位置坐标来决定挤出机总成的3维空间位置)而同样达到三维位移寻址的目的；其特征就在于：配同步动量平衡组件方法：同步动量平衡组件不是1个独立运动的机械组件，实际上是1个正交滑块组件，只能与挤出机总成一起安装在2类XOY平面位置寻址的机械构造中，来形成对整机较小的冲击合力及力矩：一种是单侧丝杠驱动正交光轴构造，另一种是双侧丝杠同步驱动正交光轴构造；在这2种构造中：被同一电机所驱动的丝杠都被分为顺时针螺旋段及逆时针螺旋段，丝杠的顺时针螺旋段及逆时针螺旋段分别驱动各自段的1个丝杠姆，共有4个丝杠姆；2个顺时针螺旋段的丝杠姆运动同步且同速度，2个逆时针螺旋段的丝杠姆运动也同步且也同速度，在任意时刻下，2对丝杠姆都是直线运动且运动方向相反，带动各自的光轴来驱动正交滑块运动，每个正交滑块都是在各自的方形的扫描区域内作平面运动；上述2个正交滑块永远是同步比例运动，运动矢量的方向相反，其速度、位移及加速度的数值比例恒定，仅仅取决于丝杠螺纹的导成比值，导成越大该数值越大；选择约束在较大导成交叉光轴上的正交滑块用于安装挤出机总成较为合适，并将约束在较小导成交叉光轴上的正交滑块用于安装同步动量平衡组件，同步动量平衡组件的质量要大于的挤出机总成质量，比例与丝杠导程成反比；这样才能尽可能多的抵消惯性力及抑制震动，但残余的力偶无法消除，通过降低力偶较大的铺层区域的运动加速度能尽可能减低力偶的影响；上述丝杠的驱动方式完全可以被皮带的驱动来代替：通用做法是将丝杠用导轨取代后，增加皮带牵引即可，但结构将增加复杂度，皮带传输的线性度也差；或配选时动量平衡组件方法，该方法是：选时动量平衡组件是1个独立的机械组件，含有独立的驱动电机、机械驱动系统及支撑部件来支撑及驱动平面运动的滑块，也是通过该滑块的反向运动来抵偿挤出机总成的惯性力，来形成对整机较小的冲击合力及力矩；在选时动量平衡组件中设置1个或2个独立运动的滑块，滑块的滑动方向相互正交，分别用于抵消X或Y方向运动震动；滑块在电机或液压、气动的驱动下，在滑轨、滑槽、轮轨或铰轴的约束下，沿着直线或曲线往复平面运动；总之，相当于1个1维或2维的驱动平台，平台上固定由一定的重物；上述选时动量平衡组件与机器结构的安装方式为：将选时动量平衡组件固定安装在X方向运动构件上或Y方向运动构件上；或是将2个选时动量平衡组件反别安装在X方向运动构件上和Y方向运动构件上，分别用于抵消挤出机总成的X方向和Y方向的惯性力及力矩；所谓选时指的是在电机拖动滑块的瞬间开启选时动量平衡组件的惯性力作用效应时间窗口的选择，该时间窗口选择在挤出机总成的加速度较大的时候开启，加速度较小的时候，由于对机体的震动不大，可以忽略而不用去平衡它，由于选时动量平衡组件中滑块的位移范围有限，也不可能完成实时同步追踪抵消挤出机总成的惯性力；此时选时动量平衡组件中的驱动电机也就开启并拖动滑块加速运动，整个选时动量平衡组件将产生反向惯性力；控制滑块的加速度方向就决定着该惯性力的方向，当该惯性力的方向与X或Y方向运动构件加速度的方向相同时，就能起到抵消机器整体震动的目的，当一个抵消惯性力的过程结束时，滑块要被进行小的加速度的回位状态，以备下一次的抵消之用，周而复始。