一种三维打印装置及其打印平台系统制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种三维打印装置及其打印平台系统，属于快速成型技术领域。三维打印装置包括控制单元、机架及安装在机架上且受控制单元控制的打印头及打印平台系统，打印平台系统包括安装座、驱动系统及打印平台，打印头相对安装座可做三维空间移动；驱动系统包括通过转轴安装在安装座上的转台，驱动转台绕转轴转动的旋转驱动器，可沿横向滑动地安装在转台上的滑台，及驱动滑台在横向上做二维平面移动的横向驱动器；打印平台通过用于调整打印平台姿态的调姿机构安装在滑台上。通过在三维打印装置中设置上述打印平台系统，可有效地提高三曲形件的打印质量，其可广泛地应用于快速成形制造领域。

A three dimensional printing device and its printing platform system

The invention relates to a three dimensional printing device and a printing platform system, which belong to the technical field of rapid prototyping. Three-dimensional printing device includes a control unit, a frame and a rack mounted and controlled by the control unit of the printing head and printing system, printing platform system includes a mounting seat, driving system and printing platform, the print head relative to the mounting seat can be three-dimensional movement; drive system includes a turntable mounted on the mounting seat through a rotary shaft, drive turntable the rotary actuator can rotate around the rotating shaft, transversely slidably mounted on the turntable on the slide, and slide the transverse drive drive planar movement in the transverse direction; the print platform used by posture adjusting mechanism to adjust the print platform is installed on the sliding table. By setting up the printing platform system in the three-dimensional printing device, the printing quality of the three curved parts can be effectively improved, and it can be widely applied in the field of rapid prototyping manufacturing.

【技术实现步骤摘要】
一种三维打印装置及其打印平台系统
本专利技术涉及快速成型
，具体地说，涉及一种能有效地提高曲形件打印质量的三维打印装置及用于构建该三维打印装置的打印平台系统。
技术介绍
三维打印技术以产品的数字模型为基础，通过对数字模型进行切片分层，及依据切片分层结果逐层叠加材料的方法来成形出三维物体，即目标产品。相比于传统制造模式，三维打印可以成形出复杂度更高的产品。现有三维打印装置以相互正交的X-Y-Z三轴驱动为主，对于数字模型每层切片层根据该切片层求取近似轮廓，利用打印头在X-Y方向上的平动实现轮廓以及内部支撑的打印。对于内外表面具有曲面或曲线外形特征的曲形件，在打印其曲形结构边界时，由于打印控制方法本身采用直线逼近方法，尽管打印步长可以设置得很小，但与原设计模型间仍存有一定误差。此外，由于设置了初始位置之后不能更改，在高度方向上会出现一定厚度的“阶梯效应”，导致曲形件的三维打印精度难以显著提升。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种三维打印装置，以提高曲形件的打印质量；本专利技术的另一目的是提供一种用于构建上述三维打印装置的打印平台系统。为了实现上述目的，本专利技术提供的三维打印装置包括控制单元、机架及安装在机架上且受控制单元控制的打印头及打印平台系统，打印平台系统包括安装座、驱动系统及打印平台，打印头相对安装座可做三维空间移动；驱动系统包括通过转轴安装在安装座上的转台，驱动转台绕转轴转动的旋转驱动器，可沿横向滑动地安装在转台上的滑台，及驱动滑台在横向上做二维平面移动的横向驱动器；打印平台通过调姿机构安装在滑台上，调姿机构用于调整打印平台的姿态。在打印过程中，通过结合打印平台转动运动与横向上的二维平面移动及打印头相对安装座在横向上的移动，以使从打印头挤出的成型材料在打印平台上成型各种曲形结构，以可更好地打印出质量更高的曲形件。此外，通过调姿机构调整打印平台的姿态以匹配三维模型的切片层高度方向，有效地减少打印出的三维物体上出现“阶梯效应”，进一步提高曲形件的打印质量；且可调整打印平台的支撑方向，以改变三维物体上的打印方向，有效地减少部分结构由于在固定方向上打印而需打印支撑结构的问题，以减少成型材料的消耗量及提高三维物体表面的平整度。一个具体的方案为旋转驱动器包括固设在安装座上的伺服电机，与伺服电机的转子轴传动连接的主动锥齿轮，及套装在转轴上且与主动锥齿轮配合传动的从动锥齿轮；从动锥齿轮与安装座间安装有推力球轴承，转台固设在从动锥齿轮上，主动锥齿轮与从动锥齿轮的传动比大于1。采用该结构的旋转驱动器，可有效地提高旋转驱动的平稳性。另一个具体的方案为横向驱动器包括输出第一横向位移的第一直线位移输出装置及输出第二横向位移的第二直线位移输出装置，第一横向位移与第二横向位移相正交，第一直线位移输出装置的定子安装在转台上，第二直线位移输出装置的定子安装在第一直线位移输出装置的动子上，第二直线位移输出装置的动子构成滑台。再一个具体的方案为调姿机构包括三根沿竖向布置地固设在滑台上的伸缩杆，第一根伸缩杆的伸缩端通过铰链与打印平台的底面连接，第二根伸缩杆的伸缩端通过球形头与打印平台的底面连接，第三根伸缩杆的伸缩端通过导轨滑块机构与打印平台的底面连接；导轨滑块机构的直线导轨与滑块中，一者与打印平台的底面固定连接，另一者与第三根伸缩杆的伸缩端铰接；三根伸缩杆的固定端点构成正三角形结构，导轨滑块机构中的直线导轨的长度方向指向正三角形结构的中心。通过三根伸缩杆的伸缩移动及打印平台绕转轴的转动运动，以实现其各种姿态的调整。一个优选的方案为打印平台上固设有用于检测打印平台的姿态的陀螺仪，陀螺仪向控制单元输出姿态检测信号，控制单元基于姿态检测信号向调姿机构输出调姿控制信号；用于驱动打印头在横向上做二维移动的行走机构通过升降机构安装在机架上。另一个优选的方案为控制单元包括处理器与存储器，存储器存储有计算机程序，计算机程序被所述处理器执行时能实现以下步骤：直形结构打印步骤，控制横向驱动器驱动滑台在横向上做二维平面移动的同时，控制打印头挤出呈熔融状态的成型材料，在打印平台上打印出三维物体的直形结构；曲形结构打印步骤，按照所需打印曲形结构的位置信息、曲率半径信息及曲率半径的变化信息，控制打印头相对安装座在横向上的位移以匹配曲线结构的曲率半径，控制横向驱动器驱动滑台在横向上的位移、控制旋转驱动器驱动转台的转角及控制打印头挤出呈熔融状态的成型材料，以在打印平台上打印出三维物体的曲形结构；换向打印步骤，通过调姿机构将打印平台调整至将要打印悬空部的拉伸方向大致沿竖向布置，在已打印三维物体的部分结构上逐层地打印出所述悬空部。基于上述打印方法，可有效地减少因需打印支撑结构所需的材料，不仅可节省成型材料的使用，还可提高三维物体表面的打印质量。为了实现上述另一目的，本专利技术提供的打印平台系统包括安装座、驱动系统及打印平台；驱动系统包括通过转轴安装在安装座上的转台，驱动转台绕转轴转动的旋转驱动器，可沿横向滑动地安装在转台上的滑台，及驱动滑台在横向上做二维平面移动的横向驱动器；打印平台通过调姿机构安装在滑台上，调姿机构用于调整打印平台的姿态。使用上述打印平台系统构建的三维打印装置，可有效地提高三维物体中的曲面结构的打印质量，及减少支撑结构的打印量与“阶梯效应”，以减少成型材料的消耗量及提高三维物体表面的表面平整度。具体的方案为旋转驱动器包括固设在安装座上的伺服电机，与伺服电机的转子轴传动连接的主动锥齿轮，及套装在转轴上且与主动锥齿轮配合传动的从动锥齿轮；从动锥齿轮与安装座间安装有推力球轴承，转台固设在从动锥齿轮上，主动锥齿轮与从动锥齿轮的传动比大于1。另一个具体的方案为横向驱动器包括输出第一横向位移的第一直线位移输出装置及输出第二横向位移的第二直线位移输出装置，第一横向位移与第二横向位移相正交，第一直线位移输出装置的定子安装在转台上，第二直线位移输出装置的定子安装在第一直线位移输出装置的动子上，第二直线位移输出装置的动子构成滑台。再一个具体的方案为调姿机构包括三根沿竖向布置地固设在滑台上的伸缩杆，第一根伸缩杆的伸缩端通过铰链与打印平台的底面连接，第二根伸缩杆的伸缩端与通过球形头与打印平台的底面连接，第三根伸缩杆的伸缩端通过导轨滑块机构与打印平台的底面连接；导轨滑块机构的直线导轨与滑块中，一者与打印平台的底面固定连接，另一者与第三根伸缩杆的伸缩端铰接；三根伸缩杆的固定端点构成正三角形结构，导轨滑块机构的直线导轨的长度方向指向正三角形结构的中心；打印平台上固设有用于检测打印平台的姿态的陀螺仪，陀螺仪输出姿态检测信号。附图说明图1为本专利技术三维打印装置实施例中打印平台系统的主视图；图2为本专利技术三维打印装置实施例中打印平台系统的俯视图；图3为本专利技术三维打印装置实施例中安装座、转台及旋转驱动器的主视图；图4为本专利技术三维打印装置实施例中调姿机构与打印平台的主视图；图5为使用现有技术进行打印具有悬空部位的三维物体的过程示意图；图6为使用本专利三维打印装置实施例进行打印三维物体中主体部的过程示意图；图7为使用本专利三维打印装置实施例进行打印三维物体中悬空部的过程示意图。具体实施方式以下结合实施例及其附图对本专利技术作进一步说明。三维打印装置实施例参见图1至图4，本专利技术三维打印装置包括控制单元、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维打印装置，包括控制单元、机架及安装在所述机架上且受所述控制单元控制的打印头及打印平台系统，其特征在于：所述打印平台系统包括安装座、驱动系统及打印平台，所述打印头相对所述安装座可做三维空间移动；所述驱动系统包括通过转轴安装在所述安装座上的转台，驱动所述转台绕所述转轴转动的旋转驱动器，可沿横向滑动地安装在所述转台上的滑台，及驱动所述滑台在横向上做二维平面移动的横向驱动器；所述打印平台通过调姿机构安装在所述滑台上，所述调姿机构用于调整所述打印平台的姿态。

【技术特征摘要】
1.一种三维打印装置，包括控制单元、机架及安装在所述机架上且受所述控制单元控制的打印头及打印平台系统，其特征在于：所述打印平台系统包括安装座、驱动系统及打印平台，所述打印头相对所述安装座可做三维空间移动；所述驱动系统包括通过转轴安装在所述安装座上的转台，驱动所述转台绕所述转轴转动的旋转驱动器，可沿横向滑动地安装在所述转台上的滑台，及驱动所述滑台在横向上做二维平面移动的横向驱动器；所述打印平台通过调姿机构安装在所述滑台上，所述调姿机构用于调整所述打印平台的姿态。2.根据权利要求1所述的三维打印装置，其特征在于：所述旋转驱动器包括固设在所述安装座上的伺服电机，与所述伺服电机的转子轴传动连接的主动锥齿轮，及套装在所述转轴上且与所述主动锥齿轮配合传动的从动锥齿轮；所述从动锥齿轮与所述安装座间安装有推力球轴承，所述转台固设在所述从动锥齿轮上，所述主动锥齿轮与所述从动锥齿轮的传动比大于1。3.根据权利要求1所述的三维打印装置，其特征在于：所述横向驱动器包括输出第一横向位移的第一直线位移输出装置及输出第二横向位移的第二直线位移输出装置，所述第一横向位移与所述第二横向位移相正交，所述第一直线位移输出装置的定子安装在所述转台上，所述第二直线位移输出装置的定子安装在所述第一直线位移输出装置的动子上，所述第二直线位移输出装置的动子构成所述滑台。4.根据权利要求1所述的三维打印装置，其特征在于：所述调姿机构包括三根沿竖向布置地固设在所述滑台上的伸缩杆，第一根伸缩杆的伸缩端通过铰链与所述打印平台的底面连接，第二根伸缩杆的伸缩端通过球形头与所述底面连接，第三根伸缩杆的伸缩端通过导轨滑块机构与所述底面连接；所述导轨滑块机构的直线导轨与滑块中，一者与所述底面固定连接，另一者与第三根伸缩杆的伸缩端铰接；三根伸缩杆的固定端点构成正三角形结构，所述直线导轨的长度方向指向所述正三角形结构的中心。5.根据权利要求1至4任一项权利要求所述的三维打印装置，其特征在于：所述打印平台上固设有用于检测所述打印平台的姿态的陀螺仪，所述陀螺仪向所述控制单元输出姿态检测信号，所述控制单元基于所述姿态检测信号向所述调姿机构输出调姿控制信号；用于驱动所述打印头在横向上做二维移动的行走机构通过升降机构安装在所述机架上。6.根据权利要求1至5任一项权利要求所述的三维打印装置，其特征在于，所述控制单元包括处理器与存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时能实现以下步骤：直形结构打印步骤，控制横...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐敬华，陈前勇，张树有，谭建荣，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33