一种3D打印机Z轴控制调平结构制造技术

本实用新型专利技术涉及一种3D打印机Z轴控制调平结构，包括3D打印控制器、主体框架，主体框架上方设有XY轴伺服机构，XY轴伺服机构连有打印头，打印头下方设有打印基板，打印基板上设有热床，打印基板为n边形，主体框架内分别设有n根垂直安装的Z轴丝杆，Z轴丝杆的顶端和底端与主体框架轴承连接，其中一根Z轴丝杆底部直接连接耦合机构，其余Z轴丝杆底部通过电磁离合器连接耦合机构，主体框架底部设有连接耦合机构的Z轴伺服电机，Z轴丝杆通过螺母与螺母座的配合方式穿过打印基板各个角，XY轴伺服机构上设有伸展时顶部长于打印头的垂直触点开关。本实用新型专利技术方案简单、成本低、可同时确保高支撑刚性和高调平精度。 1

A leveling structure controlled by Z axis of 3D printer

The utility model relates to a 3D printer Z axis control leveling structure, including a 3D printing controller and a main frame, a XY axis servo mechanism above the main frame, a XY axis servo mechanism with a printing head, a print substrate under the print head, a hot bed on the print substrate, a print substrate as a n edge, and a separate frame in the main frame. The Z shaft silk rod with n root is installed vertically, the top and bottom end of the Z shaft wire rod are connected with the main frame bearing. One of the Z axles is directly connected to the coupling mechanism at the bottom of the silk rod, and the rest of the rest of the Z axis silk rod is connected to the coupling mechanism by the electromagnetic clutch. The bottom of the main frame is equipped with a Z axis servo motor connecting the coupling mechanism and the Z shaft wire rod through the nut. The matching way with the nut seat passes through every corner of the printing substrate, and the XY axis servo mechanism is provided with a vertical contact switch extending at the top of the printing head. The utility model has the advantages of simple scheme, low cost, and simultaneously ensures high support rigidity and high leveling accuracy. One

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印机Z轴控制调平结构
本技术涉及3D打印机领域，尤其是一种3D打印机Z轴控制调平结构。
技术介绍
区别于传统的数控车削、铣削加工机床，3D打印机基于数控增材制造技术，提供了一种无需模具的三维零件低成本快速加工手段。一方面，在熔融沉积成形(FDM)、选区激光熔融(SLM)、选取激光烧结(SLS)、立体平版印刷(SLA)等类型的3D打印机中，不同的技术手段被用于生成三维零件的断层平面，但在断面积层累加形成三维轮廓的过程中，上述类型的3D打印机均依赖于Z轴的精密定位运动。Z轴与断层平面垂直，用来控制当前所加工断层平面在三维零件切片中所处的层数和次序。按位置区分，3D打印机的Z轴有工作台型和打印头型。工作台型是将Z轴传动机构设置于打印基板上，通过基板垂直升降控制断面的积层累加，一般用于中型、大型3D打印机；打印头型是将Z轴传动机构设置在打印头伺服机构上，通过打印头升降控制断面的积层累加，一般用于小型3D打印机。在大型3D打印机中，随着三维零件尺寸的不断增加，打印基板的面积越来越大，维持支撑刚性及与Z轴垂直度的难度越来越大，实践中一般采用多点支撑、多点同步提升机构来保证打印基板的支撑刚性，并在Z轴平台上额外设立多点手动调平机构来保证打印基板与Z轴的垂直度，该方式存在结构复杂、操作繁琐、调平精度低的局限。CN106827540A公开了一种采用3点支撑、3个Z轴电机独立控制的打印基板(热床)自动调平机构，但存在支撑刚性差、伺服系统复杂的局限。
技术实现思路
本技术要解决上述现有技术的缺点，提供一种方案简单、成本低、可同时确保高支撑刚性和高调平精度的3D打印机Z轴控制调平结构。本技术解决其技术问题采用的技术方案：一种3D打印机Z轴控制调平结构，包括3D打印控制器、主体框架，主体框架上方设有XY轴伺服机构，XY轴伺服机构连有打印头，打印头下方设有打印基板，打印基板上设有热床，打印基板为n边形，主体框架内分别设有n根垂直安装的Z轴丝杆，Z轴丝杆的顶端和底端与主体框架轴承连接，其中一根Z轴丝杆底部直接连接耦合机构，其余Z轴丝杆底部通过电磁离合器连接耦合机构，主体框架底部设有连接耦合机构的Z轴伺服电机，Z轴丝杆通过螺母与螺母座的配合方式穿过打印基板各个角，XY轴伺服机构上设有伸展时顶部长于打印头的垂直触点开关。XY轴伺服机构包括X轴伺服电机和Y轴伺服电机，X轴伺服电机、Y轴伺服电机分别通过X轴驱动器、Y轴驱动器与3D打印控制器连接，Z轴伺服电机通过Z轴驱动器与3D打印控制器连接，电磁离合器、打印头、垂直触点开关分别与3D打印控制器连接。作为优选，所述耦合机构包括各根Z轴丝杆下方连接的同步带轮、与Z轴伺服电机连接的驱动轮，同步带轮和驱动轮位于同一水平高度且通过同步带连接。作为优选，所述同步带上还设有张紧轮。作为优选，上述打印基板为矩形。令同步带轮直连丝杆其螺母安装位置所对应的打印基板直角为1#角，打印基板其余3个直角按顺时针顺序分别定义为2#、3#和4#角，2#、3#和4#角丝杆底端的电磁离合器二、电磁离合器一，电磁离合器三分别定义为2#、3#和4#离合器；正式开始3D打印前，3D打印控制器首先控制三个电磁离合器吸合，Z轴伺服电机驱动四根Z轴丝杆同步旋转，使得热床返回Z轴坐标原点，XY轴平面伺服机构返回XY轴坐标原点；而后XY轴平面伺服机构驱动垂直触点开关移动至打印基板的1#角区域、Z轴伺服电机驱动打印基板向垂直触点开关逼近直至触点被触发后停止、3D打印控制器记录停止时刻Z轴坐标偏移值d1、Z轴伺服电机驱动打印基板返回Z轴坐标原点，以上动作在打印基板的2#、3#和4#角位置重复执行并分别得到坐标偏移值d2、d3和d4；此后，3D打印控制器先释放2#、3#和4#离合器并对d2、d3和d4进行大小排序，设d2>d3>d4，则Z轴伺服电机驱动1#角螺母移动d2-d1的距离，继而3D打印控制器吸合2#离合器，Z轴伺服电机驱动1#角螺母、2#角螺母移动d3-d2的距离，继而3D打印控制器吸合2#、3#离合器，Z轴伺服电机驱动1#角螺母、2#角螺母、3#角螺母移动d4-d3的距离，最后3D打印控制器吸合2#、3#及4#离合器，此时打印基板的四个直角区域相对于垂直触点开关的位移均为d4，且2#、3#及4#离合器吸合使得四根Z轴丝杆的运动完全同步；在接下来的正式打印程序中，3D打印控制器始终保持2#、3#及4#离合器吸合，并可根据垂直触点开关相对于打印头的高度h1、热床平面相对于打印基板的高度h2以及断面层厚δ，计算得到3D打印程序Z轴的起始坐标值：d4-h1-h2-δ。技术有益的效果是：采用单个Z轴伺服电机通过同步带及三个电磁离合器与四根Z轴丝杠实现驱动力的可控耦合，3D打印控制器只需对三个电磁离合器进行简单的吸合/释放开关切换，即可配合单个Z轴伺服电机实现打印基板的自动调平。本技术不增加3D打印控制器伺服控制轴的数量和控制系统复杂程度，且可取消现有3D打印机中的热床手动调平机构，从而达成进一步简化结构、降低重量的目的；本技术方案简单、成本低、可同时确保Z轴的高支撑刚性和高调平精度，易于在3D打印行业推广应用。附图说明图1是本技术的结构示意图；图2是本技术的控制信号连接图；图3是本技术的调平操作流程图；附图标记说明：Z轴丝杆一1，Z轴丝杆二2，Z轴丝杆三3，Z轴丝杆四4，主体框架5，电磁离合器一6，电磁离合器二7，电磁离合器三8，同步带轮一9，同步带轮二10，同步带轮三11，同步带轮四12，同步带13，驱动轮14，Z轴伺服电机15，张紧轮16，打印基板17，热床18，XY轴伺服机构19，打印头20，垂直触点开关21，X轴伺服电机22，Y轴伺服电机23，X轴驱动器24，Y轴驱动器25，Z轴驱动器26，3D打印控制器27。具体实施方式下面结合附图对本技术作进一步说明：实施例：如图1所示，一种3D打印机Z轴控制调平结构，包括3D打印控制器、主体框架5，主体框架5上方设有XY轴伺服机构19，XY轴伺服机构19连有打印头20，打印头20下方设有打印基板17，打印基板17上设有热床18，XY轴伺服机构19、打印头20与3D打印控制器连接，主体框架5四个角落分别设有四根垂直安装的Z轴丝杆一1、Z轴丝杆二2、Z轴丝杆三3、Z轴丝杆四4，四根Z轴丝杆的顶端和底端与主体框架5轴承连接，其中Z轴丝杆一1、Z轴丝杆二2、Z轴丝杆三3底部分别通过电磁离合器一6、电磁离合器二7、电磁离合器三8连有同步带轮一9、同步带轮二10、同步带轮三11，Z轴丝杆四4底部直接连接同步带轮四12，主体框架5底部设有Z轴伺服电机15，Z轴伺服电机15通过减速器与驱动轮14连接，四个同步带轮和驱动轮14位于同一水平高度且通过同步带13连接，同步带13上还设有张紧轮16，四根Z轴丝杆通过螺母与螺母座的配合方式穿过打印基板17，XY轴伺服机构19上设有伸展时顶部长于打印头20的垂直触点开关21，垂直触点开关21、四个电磁离合器也与3D打印控制器相连接。如图2所示，XY轴伺服机构19包括X轴伺服电机22和Y轴伺服电机23，X轴伺服电机22、Y轴伺服电机23分别通过X轴驱动器24、Y轴驱动器25与3D打印控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种3D打印机Z轴控制调平结构，包括3D打印控制器(27)、主体框架(5)，主体框架

【技术特征摘要】
1.一种3D打印机Z轴控制调平结构，包括3D打印控制器(27)、主体框架(5)，主体框架(5)上方设有XY轴伺服机构(19)，XY轴伺服机构(19)连有打印头(20)，打印头(20)下方设有打印基板(17)，打印基板(17)上设有热床(18)，其特征是：打印基板(17)为n边形，主体框架(5)内分别设有n根垂直安装的Z轴丝杆，Z轴丝杆的顶端和底端与主体框架(5)轴承连接，其中一根Z轴丝杆底部直接连接耦合机构，其余Z轴丝杆底部通过电磁离合器连接耦合机构，主体框架(5)底部设有连接耦合机构的Z轴伺服电机(15)，Z轴丝杆通过螺母与螺母座的配合方式穿过打印基板(17)各个角，XY轴伺服机构(19)上设有伸展时顶部长于打印头(20)的垂直触点开关(21)。2.根据权利要求1所述的3D打印机Z轴控制调平结构，其特征是：XY轴伺服机构(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞红祥，应华，
申请(专利权)人：杭州德迪智能科技有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江,33