一种具有高响应并联调平机构的增材制造装备及调平方法技术

本发明专利技术公开了一种具有高响应并联调平机构的增材制造装备及调平方法。机架的底部安装有Y向移动机构，支撑平台安装在Y向移动机构上，Z向移动机构分别安装在机架的两侧，Z向移动机构上连接安装有X向移动机构，X向移动机构上安装打印喷头和测距装置；由Z向移动机构驱动X向移动机构沿Z向竖直上下升降移动，X向移动机构驱动竖直支架及其上的打印喷头和测距装置沿X向水平移动；打印平台通过伸缩装置和虚固定杆可调节位姿地支撑安装在支撑平台上。本发明专利技术能有效提高增材制造调平的精度与响应性，从而提高增材制造的最终效果。

A kind of additive manufacturing equipment and leveling method with high response parallel leveling mechanism

【技术实现步骤摘要】
一种具有高响应并联调平机构的增材制造装备及调平方法
本专利技术涉及快速成型
，具体地说，涉及一种带有打印平台调平装置与测距装置的增材制造装备，以及适用于该增材制造装备的调平方法。
技术介绍
增材制造装备，通常指三维打印(3Dprinting,3DP)装备，是一种利用增材制造方式，将材料层层叠加成型，打印出三维物体的设备。在增材制造的过程中，打印平台是否水平与增材制造的效果与质量密切相关，打印平台的不完全水平是造成打印件产生几何形状误差的主要原因之一。在设置打印参数时，打印层厚度可设置在0.5mm以下，如果打印平台不是完全水平，最高与最低点的纵向距离大于这个值，就可能导致打印的产品在最高点熔固非常牢固，而在最低点无法与打印平台熔固；由于打印的第一层与平台的熔固强度不同，在后续打印中，打印件内部会由于热收缩等原因产生内应力，造成与平台熔固不牢的一侧产生底部翘曲；如果纵向距离相差过大，甚至有可能发生打印头运动干涉现象。这些由于打印平台不水平而造成的打印缺陷对打印质量与稳定性有十分巨大的影响。实际打印中，机械运动副旋合误差、反向旋合背隙、伺服系统热效应等复杂不确定因素，对机械装置造成运动误差累积，使得打印平台的水平度不断发生微小变化，因此，快速、精确地实现打印平台的水平度的调节，是实现高精度、高效率增材制造的重要保证。因此，打印平台的调平对三维打印装备尤为重要，一个良好的调平装置及调平方案可以有效提高增材制造调平的精度与响应性，从而提高增材制造的最终效果。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术的目的是提供一种具有高响应的并联调平机构的增材制造装备和及调平方法。本专利技术的并联机构区别于传统的串联机构，拥有无累计误差、承载力强、惯性小等特点，广泛应用于机器人领域和支撑结构中。将并联机构应用在增材制造调平中，可得到精度高、速度快、稳定性好的增材制造调平装置。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一、一种具有高响应并联调平机构的增材制造装备：增材制造装备包括打印喷头、并联调平机构、支撑平台、打印平台、竖直支架和移动机构，并联调平机构包括伸缩装置、虚固定杆和测距装置，移动机构包括X向移动机构、Z向移动机构和Y向移动机构；机架的底部安装有Y向移动机构，支撑平台安装在Y向移动机构上，由Y向移动机构驱动支撑平台沿Y向水平移动；Z向移动机构分别安装在机架的两侧，Z向移动机构上连接安装有X向移动机构，X向移动机构上安装有竖直支架，竖直支架上安装有打印喷头和测距装置；由Z向移动机构驱动X向移动机构沿Z向竖直上下升降移动，X向移动机构驱动竖直支架及其上的打印喷头和测距装置沿X向水平移动；打印平台通过伸缩装置和虚固定杆可调节位姿地支撑安装在支撑平台上。所述的测距装置与打印喷头均固定于竖直支架上，两者相对位置固定不变。所述的测距装置包括舵机、连杆机构、导向座和微动开关；舵机和导向座均安装在竖直支架的底部上，舵机位于导向座上方，舵机的输出轴连接连杆机构，连杆机构包括主动杆和从动杆，主动杆的一端和舵机的输出轴同轴固接，从动杆上端开设有水平条形槽，主动杆的另一端嵌装于水平条形槽中并沿水平条形槽滑动，导轨套固定套装于导向座开设的竖直通孔中，从动杆下端活动穿过导轨套后安装有微动开关；舵机运行带动主动杆绕舵机的旋转轴旋转，经主动杆端部和从动杆上端的水平条形槽之间的连接关系，带动从动杆沿导轨套上下升降移动。所述的伸缩装置包括三个结构相同的伸缩组件，每个伸缩组件包括伺服电机、联轴器、伸缩外壳、角接触球轴承、螺杆、螺套、支撑头、一对直齿轮和伸缩底座，伺服电机安装在伸缩底座上，伺服电机的输出轴竖直朝下并经联轴器后和一对直齿轮中的一个同轴连接；伸缩外壳竖直布置在伺服电机旁，伸缩外壳内安装有螺杆和螺套，螺杆下端和一对直齿轮中的另一个同轴连接，螺杆中部通过角接触球轴承活动套装在伸缩外壳中，伸缩外壳底端固定于伸缩底座上；螺杆上端通过螺纹套装于螺套中，螺套外壁开设凸耳，伸缩外壳内壁开设有竖直的条形槽，螺套套装在伸缩外壳中且凸耳嵌装于条形槽中形成滑动副，螺套上端穿出伸缩外壳上端开口后和支撑头固接，支撑头连接到打印平台底面；伺服电机运行经直齿轮带动螺杆旋转，进而带动螺套旋转并在滑动副限位下上下升降移动，进而经支撑头支撑升降打印平台；其中，前两个伸缩组件的伸缩底座底部通过各自铰接轴旋转铰接安装连接到支撑平台上，两根铰接轴平行但不同轴，第三个伸缩组件的伸缩底座底部球铰接安装连接到支撑平台上；前两个伸缩组件之间设有虚固定杆，虚固定杆为竖直布置的轴向杆结构，虚固定杆下端固定于支撑平台上，虚固定杆上端球铰接安装连接到打印平台底面；三个伸缩组件各自到支撑平台/打印平台的连接点形成等腰三角形布置，虚固定杆到支撑平台/打印平台的连接点位于等腰三角形的底边中点位置。这样结构的并联调平机构设计下使得打印平台在具有并联结构的同时也具有很好的刚度，同时也能实现便捷有效的调平。所述的Y向移动机构包括Y向底座和安装在Y向底座上的Y向电机、两个Y向同步带轮、Y向同步带、Y向导向轴；Y向电机输出轴和其中一个Y向同步带轮同轴连接，两个Y向同步带轮之间通过Y向同步带同步连接传动，形成Y向带传动副，Y向同步带的两侧固定设有水平的Y向导向轴，支撑平台的中部和Y向同步带固定连接，支撑平台的两侧活动套装在Y向导向轴上；通过Y向电机带动Y向同步带轮转动，再经Y向同步带的Y向带传动副带动支撑平台沿Y向导向轴做Y向移动。所述的Z向移动机构包括Z向电机、Z向同步带轮、Z向同步带、丝杠、丝杠螺母和Z向导向轴；Z向同步带轮安装在机架的底部，两侧的丝杠底端和Z向同步带轮之间通过Z向同步带同步传动连接，形成Z向带传动副；机架的两侧均竖直安装有丝杠和Z向导向轴，两侧的丝杠和Z向导向轴均安装连接有一个丝杠螺母，丝杠螺母的中部通过螺纹套装在丝杠上形成Z向丝杠螺母副，丝杠螺母的侧部活动套装于Z向导向轴，两侧的丝杠螺母之间连接安装X向移动机构；Z向移动机构通过Z向电机带动Z向同步带轮转动，经Z向同步带的Z向带传动副带动两侧的丝杠同步转动，再经Z向丝杠螺母副带动丝杠螺母及其上X向移动机构沿Z向导向轴作Z向移动。所述的X向移动机构包括X向电机、两个X向同步带轮、X向同步带和X向导向轴；两个X向同步带轮铰接安装在Z向移动机构两侧的丝杠螺母上，X向电机本体固定安装在Z向移动机构一侧的丝杠螺母上；X向电机输出轴和其中一个X向同步带轮同轴连接，两个X向同步带轮之间通过X向同步带同步连接传动，形成X向带传动副，X向同步带的两侧固定设有水平的X向导向轴，竖直支架的中部和X向同步带固定连接，竖直支架的两侧活动套装在X向导向轴上；通过X向电机带动X向同步带轮转动，再经X向同步带的X向带传动副带动竖直支架及其上的打印喷头和测距装置沿X向导向轴做X向移动。所述伸缩组件与支撑平台通过转轴或球铰连接，可绕安装位置相对转动，其中位于等腰三角形底角的两个伸缩组件只能绕Y轴转动；位于等腰三角形顶角的伸缩组件可绕任意方向转动；该结构布置方式适用于打印平台做Y向移动，打印喷头做X、Z向移本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有高响应并联调平机构的增材制造装备，其特征在于：包括打印喷头(1)、并联调平机构、支撑平台(5)、打印平台(6)、竖直支架(7)和移动机构，并联调平机构包括伸缩装置(3)、虚固定杆(4)和测距装置(2)，移动机构包括X向移动机构(01)、Z向移动机构(02)和Y向移动机构(03)；机架的底部安装有Y向移动机构(03)，支撑平台(5)安装在Y向移动机构(03)上，由Y向移动机构(03)驱动支撑平台(5)沿Y向水平移动；Z向移动机构(02)分别安装在机架的两侧，Z向移动机构(02)上连接安装有X向移动机构(01)，X向移动机构(01)上安装有竖直支架(7)，竖直支架(7)上安装有打印喷头(1)和测距装置(2)；由Z向移动机构(02)驱动X向移动机构(01)沿Z向竖直上下升降移动，X向移动机构(01)驱动竖直支架(7)及其上的打印喷头(1)和测距装置(2)沿X向水平移动；打印平台(6)通过伸缩装置(3)和虚固定杆(4)可调节位姿地支撑安装在支撑平台(5)上。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有高响应并联调平机构的增材制造装备，其特征在于：包括打印喷头(1)、并联调平机构、支撑平台(5)、打印平台(6)、竖直支架(7)和移动机构，并联调平机构包括伸缩装置(3)、虚固定杆(4)和测距装置(2)，移动机构包括X向移动机构(01)、Z向移动机构(02)和Y向移动机构(03)；机架的底部安装有Y向移动机构(03)，支撑平台(5)安装在Y向移动机构(03)上，由Y向移动机构(03)驱动支撑平台(5)沿Y向水平移动；Z向移动机构(02)分别安装在机架的两侧，Z向移动机构(02)上连接安装有X向移动机构(01)，X向移动机构(01)上安装有竖直支架(7)，竖直支架(7)上安装有打印喷头(1)和测距装置(2)；由Z向移动机构(02)驱动X向移动机构(01)沿Z向竖直上下升降移动，X向移动机构(01)驱动竖直支架(7)及其上的打印喷头(1)和测距装置(2)沿X向水平移动；打印平台(6)通过伸缩装置(3)和虚固定杆(4)可调节位姿地支撑安装在支撑平台(5)上。


2.根据权利要求1所述的一种具有高响应并联调平机构的增材制造装备，其特征在于：所述的测距装置(2)与打印喷头(1)均固定于竖直支架(7)上，两者相对位置固定不变。


3.根据权利要求1所述的一种具有高响应并联调平机构的增材制造装备，其特征在于：所述的测距装置(2)包括舵机(21)、连杆机构(22)、导向座(23)和微动开关(24)；舵机(21)和导向座(23)均安装在竖直支架(7)的底部上，舵机(21)位于导向座(23)上方，舵机(21)的输出轴(211)连接连杆机构(22)，连杆机构(22)包括主动杆(221)和从动杆(222)，主动杆(221)的一端和舵机(21)的输出轴(211)同轴固接，从动杆(222)上端开设有水平条形槽，主动杆(221)的另一端嵌装于水平条形槽中并沿水平条形槽滑动，导轨套(231)固定套装于导向座(23)开设的竖直通孔中，从动杆(222)下端活动穿过导轨套(231)后安装有微动开关(24)；舵机(21)运行带动主动杆(221)绕舵机(21)的旋转轴旋转，经主动杆(221)端部和从动杆(222)上端的水平条形槽之间的连接关系，带动从动杆(222)沿导轨套(231)上下升降移动；
所述的伸缩装置(3)包括三个结构相同的伸缩组件，每个伸缩组件包括伺服电机(31)、联轴器(32)、伸缩外壳(33)、角接触球轴承(34)、螺杆(35)、螺套(36)、支撑头(37)、一对直齿轮(38)和伸缩底座(39)，伺服电机(31)安装在伸缩底座(39)上，伺服电机(31)的输出轴竖直朝下并经联轴器(32)后和一对直齿轮(38)中的一个同轴连接；伸缩外壳(33)竖直布置在伺服电机(31)旁，伸缩外壳(33)内安装有螺杆(35)和螺套(36)，螺杆(35)下端和一对直齿轮(38)中的另一个同轴连接，螺杆(35)中部通过角接触球轴承(34)活动套装在伸缩外壳(33)中，伸缩外壳(33)底端固定于伸缩底座(39)上；螺杆(35)上端通过螺纹套装于螺套(36)中，螺套(36)外壁开设凸耳，伸缩外壳(33)内壁开设有竖直的条形槽，螺套(36)套装在伸缩外壳(33)中且凸耳嵌装于条形槽中形成滑动副，螺套(36)上端穿出伸缩外壳(33)上端开口后和支撑头(37)固接，支撑头(37)连接到打印平台(6)底面；伺服电机(31)运行经直齿轮(38)带动螺杆(35)旋转，进而带动螺套(36)旋转并在滑动副限位下上下升降移动，进而经支撑头(37)支撑升降打印平台(6)；其中，前两个伸缩组件的伸缩底座(39)底部通过各自铰接轴旋转铰接安装连接到支撑平台(5)上，两根铰接轴平行但不同轴，第三个伸缩组件的伸缩底座(39)底部球铰接安装连接到支撑平台(5)上；前两个伸缩组件之间设有虚固定杆(4)，虚固定杆(4)为竖直布置的轴向杆结构，虚固定杆(4)下端固定于支撑平台(5)上，虚固定杆(4)上端球铰接安装连接到打印平台(6)底面；三个伸缩组件各自到支撑平台(5)/打印平台(6)的连接点形成等腰三角形布置，虚固定杆(4)到支撑平台(5)/打印平台(6)的连接点位于等腰三角形的底边中点位置。


4.根据权利要求1所述的一种具有高响应并联调平机构的增材制造装备，其特征在于：所述的Y向移动机构(03)包括Y向底座和安装在Y向底座上的Y向电机(031)、两个Y向同步带轮(032)、Y向同步带(033)、Y向导向轴(034)；Y向电机(031)输出轴和其中一个Y向同步带轮(032)同轴连接，两个Y向同步带轮(032)之间通过Y向同步带(033)同步连接传动，形成Y向带传动副，Y向同步带(033)的两侧固定设有水平的Y向导向轴(034)，支撑平台(5)的中部和Y向同步带(033)固定连接，支撑平台(5)的两侧活动套装在Y向导向轴(034)上；通过Y向电机(031)带动Y向同步带轮(032)转动，再经Y向同步带(033)的Y向带传动副带动支撑平台(5)沿Y向导向轴(034)做Y向移动。


5.根据权利要求1所述的一种具有高响应并联调平机构的增材制造装备，其特征在于：所述的Z向移动机构(02)包括Z向电机(021)、Z向同步带轮(022)、Z向同步带(023)、丝杠(024)、丝杠螺母(025)和Z向导向轴(026)；Z向同步带轮(022)安装在机架的底部，两侧的丝杠(024)底端和Z向同步带轮(022)之间通过Z向同步带(023)同步传动连接，形成Z...

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