一种多关节柔性臂3D打印机制造技术

本实用新型专利技术公开了一种多关节柔性臂3D打印机，包括框架、安装在框架内的柔性打印臂和安装在柔性打印臂上的打印头组件，柔性打印臂固定在框架的顶端，框架的底端设有打印平台；柔性打印臂包括底座、至少两个关节和指部，底座与关节之间、相邻关节之间以及关节与指部之间转动连接，且连接处均设有无刷电机和角度传感器，打印头组件在柔性打印臂的带动下移动。无刷电机调节底座与关节之间、相邻关节之间以及关节与指部之间的转动角度，使指部可在多个平面上运动，不仅可以带动打印头组件在水平方向和竖直方向上移动，在打印需添加支撑的部位时，还可带动打印头组件倾斜，在已打印部位与需添加支撑的部位的相接面上进行倾斜打印，无需添加支撑。

A multi joint flexible arm 3D printer

The utility model discloses a multi-joint flexible arm 3D printer, which comprises a frame, a flexible printing arm mounted in the frame and a printing head assembly mounted on the flexible printing arm. The flexible printing arm is fixed at the top of the frame, and a printing platform is arranged at the bottom of the frame; the flexible printing arm comprises a base, at least two joints and fingers. The base and the joint, the adjacent joints and the joint and the finger are rotated and connected, and a brushless motor and an angle sensor are arranged at the joints. The printing head assembly moves under the driving of a flexible printing arm. The brushless motor adjusts the rotation angle between the base and joint, adjacent joints and between the joints and fingers, so that the finger can move in multiple planes. It can not only drive the printer head assembly to move horizontally and vertically, but also drive the printer head assembly to tilt when the supporting parts need to be added to the printer. The printed part is tilted and printed on the joining surface where the support needs to be added without adding support.

【技术实现步骤摘要】
一种多关节柔性臂3D打印机
本技术属于3D打印机
，具体涉及一种多关节柔性臂3D打印机。
技术介绍
随着3D打印技术的不断发展，使得桌面级3D打印机得到前所未有的推广应用。桌面级3D打印机的主要结构类型有XYZ型和Delta型，XYZ型3D打印机打印速度较慢，效率有待提高；Delta型3D打印机工作空间比较小，可打印零件尺寸受到局限。同时现有的绝大多数熔融沉积型3D打印机是在垂直方向上逐层堆积打印成型，受限于复杂零件外形，有些突出悬空的结构，如果不加支撑无法打印，而打印完成后去除零件支撑非常麻烦，且极易影响零件成型精度。
技术实现思路
为解决上述问题，本技术提出了一种多关节柔性臂3D打印机，打印复杂零件时无需添加支撑。本技术的具体技术方案如下：一种多关节柔性臂3D打印机，包括框架、安装在框架内的柔性打印臂和安装在柔性打印臂上的打印头组件，柔性打印臂固定在框架的顶端，框架的底端设有打印平台；所述柔性打印臂包括依次连接的底座、至少两个关节和指部，底座与关节之间、关节与关节之间以及关节与指部之间转动连接，且连接处均设有无刷电机和角度传感器，无刷电机用于调节底座与关节之间、相邻关节之间以及关节与指部之间的转动角度，角度传感器用于测量转动角度，底座与框架的顶端固定，打印头组件与指部固定，打印头组件在柔性打印臂的带动下进行打印；框架的顶端安装有控制盒和挤出机，控制盒内设有控制板，控制板通过导线与所有无刷电机和角度传感器连接，挤出机通过材料输送管与打印头组件连接。进一步，所述关节包括圆柱形节体，节体的两端面分别设有第一安装脚和第二安装脚，第二安装脚与下一个关节的第一安装脚通过转轴连接，无刷电机驱动转轴转动调节两相邻关节之间的转动角度，所述第一安装脚和第二安装脚均由两个相同的支脚构成，支脚上均设有用于穿设转轴的安装通孔，同一关节的第一安装脚上的两个安装通孔所在的直线与第二安装脚上的两个安装通孔所在的直线均与节体的径向平行且两直线具有夹角。进一步，所述夹角为90度。进一步，所述节体内设有贯穿其两端面的通道，用于布置材料输送管和导线。进一步，所述框架为封闭式框架，封闭式框架的一面设有打印门，关闭打印门形成封闭的打印空间。进一步，所述打印门由透明材质制成。进一步，所述指部上还安装有摄像头，控制盒上设有触摸显示屏，摄像头和触摸显示屏连接控制板。本技术的有益效果：采用无刷电机将底座、至少两个关节和指部依次连接起来构成柔性臂，可通过无刷电机调节底座与关节之间、相邻关节之间以及关节与指部之间的转动角度，该柔性臂具有多个自由度且指部可在多个平面上运动，柔性臂不仅可以带动打印头组件在水平方向和竖直方向上移动，还可以带动打印头组件倾斜，使得打印头组件可以在倾斜平面上进行平行于该平面的方向和垂直于该平面的方向上移动，不局限于水平平面。在打印需要添加支撑的部位时，可控制打印头组件倾斜，以已打印部位与需添加支撑的部位的相接面为基准面，在该基准面上进行倾斜打印，无需添加支撑，打印方便。附图说明图1是本技术的结构示意图。图2是本技术的关节的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本技术作进一步的解释说明。如图1所示，本技术实施例提出一种多关节柔性臂3D打印机，包括框架1、安装在框架1内的柔性打印臂2和安装在柔性打印臂2上的打印头组件3。柔性打印臂2固定在框架1的顶端，框架1的底端设有打印平台12。所述柔性打印臂2包括底座21、至少两个关节22和指部23，底座与关节之间、关节与关节之间以及关节与指部之间转动连接，且连接处均设有无刷电机24和角度传感器(图中未示出)，无刷电机用于调节底座与关节之间、相邻关节之间和关节与指部之间的转动角度，角度传感器用于测量转动角度，底座21与框架1的顶端固定，打印头组件3与指部23固定，打印头组件在柔性打印臂的带动下进行打印。框架的顶端安装有控制盒4、挤出机5和缠绕有打印材料的绕线盘6，控制盒4内设有控制板(图中未示出)，控制板通过导线与所有无刷电机和角度传感器连接，挤出机5通过材料输送管51与打印头组件3连接。其中控制板可采用正点原子阿波罗STM32F429IGT开发板进行设计，电机驱动可采用通用的电子调速器，无刷电机可采用带编码器的PM2804无刷电机，控制板产生PWM信号通过电子调速器控制无刷电机的启停和转速。本实施例提供的多关节柔性臂3D打印机，采用无刷电机将底座、至少一个关节和指部依次连接构成柔性打印臂，利用无刷电机调节底座与关节之间、相邻关节之间以及关节与指部之间的转动角度，该柔性打印臂具有多个自由度且指部可在多个平面上运动，柔性打印臂不仅可以带动打印头组件在水平方向和垂直方向上移动，还可以带动打印头组件倾斜，使得打印头组件可以在倾斜平面上进行平行于该平面的方向上和垂直于该平面的方向上的移动，不局限于水平平面。同时随着关节个数的增多，指部可运行的平面增多。打印复杂零件时，对容易打印的部位控制打印头组件垂直向下，柔性打印臂带动打印头组件在水平方向和竖直方向上移动进行打印，对需要添加支撑的部位控制打印头组件倾斜，以已打印部位与需要添加支撑的部位的相接面为基准面，在平行于该基准面的方向和垂直于该基准面的方向上进行倾斜打印，无需添加支撑。优选，所述关节22包括圆柱形节体221，节体的两端面分别设有第一安装脚222和第二安装脚223，第二安装脚与下一个关节的第一安装脚通过转轴连接，无刷电机驱动转轴转动调节两相邻关节之间的转动角度，所述第一安装脚222和第二安装脚223均由两个相同的支脚构成，支脚上均设有用于穿设转轴的安装通孔224，同一关节的第一安装脚上的两个安装通孔所在的直线与第二安装脚上的两个安装通孔所在的直线均与节体的径向平行且两直线具有夹角。本实施例提供的多关节柔性臂3D打印机，底座的下端面设有第二安装脚，指部的上端面设有第一安装脚，设有两个关节时，第一关节的第一安装脚与底座的第二安装脚通过转轴连接，第二关节的第二安装脚与指部的第一安装脚通过转轴连接，设有两个以上关节时，第一关节的第一安装脚与底座的第二安装脚通过转轴连接，第二关节的第二安装脚与第三关节的第一安装脚通过转轴连接，依次类推，最后一个关节的第二安装脚与指部的第一安装脚通过转轴连接。同一关节的第一安装脚与第二安装脚的两个安装通孔所在的直线具有夹角，即同一关节的两端的转轴不在同一平面内，故第一关节仅有一个转动平面，第一关节处于该转动平面内的任意一个位置，对应第二关节就具有一个转动平面，且第二关节的所有转动平面均与第一关节的转动平面之间具有上述夹角，依次类推，关节越多，位于最末端的指部的转动平面越多，从而运动范围越大，可打印零件尺寸越大。优选，所述夹角为90度，相邻关节的转动平面之间垂直，便于打印路径的规划和无刷电机的控制。优选，所述节体内设有贯穿其两端面的通道，用于布置材料输送管和导线。优选，所述框架1为封闭式框架，封闭式框架的一面设有打印门13，关闭打印门形成封闭的打印空间，便于加设温控调节系统，减小温度对打印精度的影响。优选，所述指部上还安装有摄像头(图中未示出)，控制盒4上设有触摸显示屏42，摄像头和触摸显示屏连接控制板，打印过程中可通过摄像头进行拍摄并通过触摸显示屏显示，方便对打印过程本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多关节柔性臂3D打印机，其特征在于，包括框架(1)、安装在框架(1)内的柔性打印臂(2)和安装在柔性打印臂(2)上的打印头组件(3)，柔性打印臂(2)固定在框架(1)的顶端，框架(1)的底端设有打印平台(12)；所述柔性打印臂(2)包括依次连接的底座(21)、至少两个关节(22)和指部(23)，底座与关节之间、相邻关节之间以及关节与指部之间转动连接，且连接处均设有无刷电机(24)和角度传感器，无刷电机用于调节底座与关节之间、相邻关节之间以及关节与指部之间的转动角度，角度传感器用于测量上述转动角度，底座(21)与框架(1)的顶端固定，打印头组件(3)与指部(23)固定，打印头组件在柔性打印臂的带动下进行打印；框架(1)的顶端安装有控制盒(4)和挤出机(5)，控制盒内设有控制板，控制板通过导线与所有无刷电机和角度传感器连接，挤出机(5)通过材料输送管(51)与打印头组件(3)连接。

【技术特征摘要】
1.一种多关节柔性臂3D打印机，其特征在于，包括框架(1)、安装在框架(1)内的柔性打印臂(2)和安装在柔性打印臂(2)上的打印头组件(3)，柔性打印臂(2)固定在框架(1)的顶端，框架(1)的底端设有打印平台(12)；所述柔性打印臂(2)包括依次连接的底座(21)、至少两个关节(22)和指部(23)，底座与关节之间、相邻关节之间以及关节与指部之间转动连接，且连接处均设有无刷电机(24)和角度传感器，无刷电机用于调节底座与关节之间、相邻关节之间以及关节与指部之间的转动角度，角度传感器用于测量上述转动角度，底座(21)与框架(1)的顶端固定，打印头组件(3)与指部(23)固定，打印头组件在柔性打印臂的带动下进行打印；框架(1)的顶端安装有控制盒(4)和挤出机(5)，控制盒内设有控制板，控制板通过导线与所有无刷电机和角度传感器连接，挤出机(5)通过材料输送管(51)与打印头组件(3)连接。2.根据权利要求1所述的多关节柔性臂3D打印机，其特征在于，所述关节(22)包括圆柱形节体(221)，节体的两端面分别设有第一安装脚(222)和第二安装脚(223)...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁伟，程岩，
申请(专利权)人：江苏信息职业技术学院，
类型：新型
国别省市：江苏,32