【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】柱面坐标3D打印机及其操作方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2019年8月2日提交的美国临时申请第62/882,024号的权益，其全部内容通过引用并入本文。
[0003]本公开总体上涉及增材制造或三维(3D)打印领域，更具体地，涉及一种改进的柱面坐标3D打印机及其操作方法。
[0004]背景
[0005]熔融沉积成型(FDM)，也称为熔丝制造(FFF)，是一种3D打印工艺，通过该工艺，通过选择性地以预定的方式逐层沉积熔化材料从数字模型创建3D物体。目前，最流行的两种类型的FDM或FFF 3D打印机是笛卡尔3D打印机和德尔塔3D打印机(delta 3D printers)。
[0006]笛卡尔3D打印机以三轴笛卡尔坐标系命名，该坐标系使用x、y、z坐标来确定打印头的位置。笛卡尔打印机通常构建有允许打印头在x维度和y维度上移动的轨道以及在z维度上上下移动打印头的致动器。然而，大多数传统的笛卡尔3D打印机只设计有一个打印头，这严重限制了沉积速率，并且进而限制了平均打印时间。虽然可以沉积较大的丝来提高沉积速率，但是这种变通方法通常会导致分辨率的损失。
[0007]德尔塔3D打印机通常依靠不同的系统设置来在3D空间内定位和导航打印头。例如，大多数德尔塔3D打印机具有三个臂，这三个臂在呈三角形形式布置的竖直轨道上上下移动。每个臂可以彼此独立地在轨道上上下移动。德尔塔打印机基于这些臂所形成的角度使用三角函数来确定打印头在3D打印空间中的位置。尽管众所周知，德尔塔3D打印机可...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种三维(3D)打印机，包括：打印床支撑组件，其中所述打印床支撑组件是可旋转的；基板，其被构造成支撑所述打印床支撑组件，其中所述基板是可竖直平移的；第一轨道段，其位于所述打印床支撑组件上方，其中所述第一轨道段与所述打印床支撑组件径向对准；第二轨道段，其位于所述打印床支撑组件上方，其中所述第二轨道段垂直于所述第一轨道段，并且也与所述打印床支撑组件径向对准；第一台架承载器，其被构造成承载或支撑第一打印头，其中所述第一台架承载器能够沿着所述第一轨道段的至少一部分移动；和第二台架承载器，其被构造成承载或支撑第二打印头，其中所述第二台架承载器能够沿着所述第二轨道段的至少一部分移动，并且其中所述第一台架承载器和所述第二台架承载器被构造成同时移动。2.根据权利要求1所述的3D打印机，还包括：第三轨道段，其位于所述打印床支撑组件上方，其中所述第三轨道段垂直于所述第二轨道段定向并与所述第一轨道段共线；和第三台架承载器，其被构造成承载或支撑第三打印头，其中所述第三台架承载器能够沿着所述第三轨道段的至少一部分移动。3.根据权利要求2所述的3D打印机，还包括：第四轨道段，其位于所述打印床支撑组件上方，其中所述第四轨道段垂直于所述第三轨道段定向并与所述第二轨道段共线；和第四台架承载器，其被构造成承载或支撑第四打印头，其中所述第四台架承载器能够沿着所述第四轨道段的至少一部分移动。4.根据权利要求3所述的3D打印机，其中所述第一台架承载器、所述第二台架承载器、所述第三台架承载器和所述第四台架承载器被构造成同时移动。5.根据权利要求1所述的3D打印机，其中所述打印床支撑组件包括中心点，其中所述第一打印头、所述第二打印头、所述第三打印头和所述第四打印头中的至少一个被构造成打印到所述中心点。6.根据权利要求1所述的3D打印机，其中所述基板能够通过第一可旋转导丝杠和第二可旋转导丝杠竖直平移，所述第一可旋转导丝杠和所述第二可旋转导丝杠联接到所述基板并延伸穿过所述基板，其中所述第一可旋转导丝杠和所述第二可旋转导丝杠位于所述基板的相对的侧上。7.根据权利要求6所述的3D打印机，还包括：第一导丝杠滑轮，其联接到所述第一可旋转导丝杠；第二导丝杠滑轮，其联接到所述第二可旋转导丝杠；导丝杠马达，其被构造成旋转联接到所述导丝杠马达的导丝杠驱动滑轮；和导丝杠带，其至少环绕所述第一可旋转导丝杠滑轮、所述第二可旋转导丝杠滑轮和所述导丝杠驱动滑轮，其中，所述第一可旋转导丝杠和所述第二可旋转导丝杠的旋转以及所述导丝杠带由所述导丝杠驱动滑轮的旋转驱动。
8.根据权利要求6所述的3D打印机，还包括延伸穿过所述基板的至少四个稳定杆，其中所述至少四个稳定杆中的每一个位于所述基板的拐角处，其中所述至少四个稳定杆被构造成稳定和调平所述基板。9.根据权利要求1所述的3D打印机，其中所述打印床支撑组件包括:上支撑板；下支撑板，其位于所述上支撑板下方，并且联接到所述上支撑板；齿轮板，其位于所述下支撑板下方，并且联接到所述下支撑板；上支承板，其联接到所述下支撑板的下侧；和下支承板，其联接到所述基板，其中所述上支承板被构造成通过设置在所述上支承板和所述下支承板之间的轴承相对于所述下支承板回转或旋转。10.根据权利要求9所述的3D打印机，还包括：打印床马达，其设置在所述基板上并被构造成旋转打印床驱动滑轮；和打印床同步带，其环绕所述齿轮板和所述打印床驱动滑轮，其中所述齿轮板的旋转以及所述打印床同步带由所述打印床驱动滑轮的旋转驱动，并且其中所述下支撑板和所述上支撑板被构造成响应于所述齿轮板的旋转而旋转。11.根据权利要求9所述的3D打印机，其中所述上支撑板通过多个高度可调的间隔件联接到所述下支撑板，所述高度可调的间隔件被构造成伸长或缩短以调平所述上支撑板。12.根据权利要求9所述的3D打印机，其中所述上支撑板被构造成由联接到所述上支撑板的下侧的加热垫加热，其中所述加热垫通过滑环组件电联接到所述3D打印机的电源，使得当所述打印床支撑组件旋转时，将所述加热垫连接到所述电源的电线保持不缠结。13.根据权利要求9所述的3D打印机，其中所述上支撑板包括沿着所述上支撑板的表面限定的多个空腔。14.根据权利要求13所述的3D打印机，其中所述上支撑板包括具有第一空腔图案的第一有空腔部分和具有第二空腔图案的第二有空腔部分，其中所述第二有空腔部分位于所述第一有空腔部分的径向内侧，并且其中所述第一空腔图案不同于所述第二空腔图案。15.根据权利要求9所述的3D打印机，其中所述上支撑板包括中央部分，所述中央部分具有限定在所述中央部分内的第一对准空腔，并且其中所述上支撑板包括位于所述第一对准空腔的径向外侧的第二对准空腔。16.根据权利要求15所述的3D打印机，其中所述第一对准空腔和所述第二对准空腔中的每一个包括朝向顶点会聚的至少两个空腔侧面。17.根据权利要求15所述的3D打印机，其中所述第一对准空腔是具有多个顶点的等边星型多边形的形状。18.根据权利要求17所述的3D打印机，其中所述第一对准空腔呈四角星的形状，并且其中所述第二对准空腔呈箭头或三角形的形状。19.根据权利要求16所述的3D打印机，其中所述打印床支撑组件包括中心点，并且其中所述3D打印机还包括控制单元，所述控制单元包括一个或更多个处理器和一个或更多个存储单元，其中所述一个或更多个处理器被编程为执行存储在所述一个或更多个存储单元中的指令，以：
部分地基于由所述第一打印头的第一喷嘴与所述第一对准空腔的所述至少两个空腔侧面形成的记录的接触点来计算第一对准顶点；部分地基于所述第一喷嘴与所述第二对准空腔的所述至少两个空腔侧面形成的记录的接触点来计算第二对准顶点；计算与所述第一对准顶点和所述第二对准顶点相交的线，所述线表示所述第一喷嘴的计算的行进路径；和基于所述线是否与所述中心点相交来确定所述第一喷嘴的对准。20.根据权利要求1所述的3D打印机，其中所述第一台架承载器包括由杨氏模量至少为68GPa的金属合金制成的承载器主体。21.根据权利要求20所述的3D打印机，还包括联接到所述第一台架承载器的所述承载器主体的直接驱动挤出机马达和直接驱动挤出机，其中所述第一打印头被构造成从所述直接驱动挤出机接收丝。22.根据权利要求21所述的3D打印机，其中所述丝具有大约1.75mm的丝直径。23.根据权利要求1所述的3D打印机，还包括可拆卸的打印床，所述打印床被构造成可移除地联接到所述打印床支撑组件。24.根据权利要求1所述的3D打印机，还包括：第一轨道框架支撑件，其中所述第一轨道段和所述第三轨道段是联接到所述第一轨道框架支撑件的一个连续轨道的一部分，其中所述第一轨道框架支撑件包括沿着所述第一轨道框架支撑件限定的切口；和第二轨道框架支撑件，其延伸穿过所述切口并垂直于所述第一轨道框架支撑件定向，其中所述第二轨道段和所述第四轨道段联接到所述第二轨道框架支撑件。25.根据权利要求1所述的3D打印机，还包括竖直定位在所述第一轨道段和所述第二轨道段上方的多个丝卷筒，其中所述丝卷筒被暴露以允许所述丝卷筒的拆卸和更换。26.根据权利要求1所述的3D打印机，其中所述第一台架承载器还包括多个微调节螺钉，所述微调节螺钉被构造成调节所述第一打印头的竖直高度和所述第一打印头的横向定位中的至少一个。27.一种三维(3D)打印的方法，包括：沿着第一轨道段在径向方向上移动第一台架承载器；沿着第二轨道段在径向方向上移动第二台架承载器，其中所述第二轨道段垂直于所述第一轨道段；竖直平移支撑打印床支撑组件的基板；和使用联接到所述基板的打印床马达旋转所述打印床支撑组件。28.根据权利要求27所述的方法，还包括：沿着第三轨道段在径向方向上移动第三台架承载器，其中所述第三轨道段垂直于所述第二轨道段；和沿着第四轨道段在径向方向上移动第四台架承载器，其中所述第二轨道段垂直于所述第三轨道段，其中，所述第一台架承载器、所述第二台架承载器、所述第三台架承载器和所述第四台架承载器被构造成同时移动。
29.根据权利要求27所述的方法，还包括：使用安装到所述第一台架承载器的第一打印头在附接到所述打印床支撑组件的打印床的中心点处沉积加热的丝；和使用安装到所述第二台架承载器的第二打印头在所述打印床的所述中心点处沉积所述加热的丝的另一实例。30.根据权利要求29所述的方法，其中沉积的所述加热的丝从安装到所述第一台架承载器的直接驱动挤出机中挤出。31.根据权利要求27所述的方法，其中竖直平移所述基板还包括通过使联接到所述基板并延伸穿过所述基板的第一导丝杠和第二导丝杠同时旋转来竖直平移所述基板，并且其中所述第一可旋转导丝杠和所述第二可旋转导丝杠位于所述基板的相对的侧上。32.根据权利要求27所述的方法，其中所述打印床支撑组件包括：上支撑板；下支撑板，其位于所述上支撑板下方，并且联接到所述上支撑板；齿轮板，其位于所述下支撑板下方，并且联接到所述下支撑板；上支承板，其联接到所述下支撑板的下侧；和下支承板，其联接到所述基板，其中所述上支承板被构造成通过设置在所述上支承板和所述下支承板之间的轴承相对于所述下支承板回转或旋转。33.根据权利要求32所述的方法，其中旋转所述打印床支撑组件还包括使用所述打印床马达旋转打印床驱动滑轮，其中所述打印床驱动滑轮通过打印床同步带连结到所述齿轮板，其中所述齿轮板的旋转以及所述打印床同步带由所述打印床驱动滑轮的旋转驱动，并且其中所述下支撑板和所述上支撑板被构造成响应于所述齿轮板的旋转而旋转。34.根据权利要求32所述的方法，还包括使用联接到所述上支撑板的下侧的加热垫来加热所述上支撑板，其中所述加热垫通过滑环组件电联接到电源，使得当所述打印床支撑组件旋转时，将所述加热垫连接到所述电源的电线保持不缠结。35.根据权利要求27所述的方法，其中所述第一台架承载器包括由杨氏模量至少为68GPa的金属合金制成的承载器主体。36.一种用于支撑三维(3D)打印机的打印床的支撑板，包括：中央部分；第一有空腔部分，其具有第一空腔图案，其中所述第一有空腔部分围绕所述中央部分；和第二有空腔部分，其具有第二空腔图案，其中所述第二有空腔部分位于所述第一有空腔部分的径向内侧，并且其中所述第一空腔图案不同于所述第二空腔图案。37.根据权利要求36所述的支撑板，其中所述第一有空腔部分的空腔和所述第二有空腔部分的空腔不延伸穿过所述支撑板的深度。38.根据权利要求36所述的支撑板，其中所述第一空腔图案包括以环形图案布置的多个圆梯形。39.根据权利要求36所述的支撑板，其中所述第二空腔图案包括指向所述中央部分的多个三角形。40.根据权利要求36所述的支撑板，其中所述支撑板部分地由铝合金制成。
41.根据权利要求36所述的支撑板，其中所述支撑板部分地由导电材料制成。42.根据权利要求36所述的支撑板，还包括位于所述第一有空腔部分的空腔和所述第二有空腔部分的空腔之间的无空腔区域。43.根据权利要求42所述的支撑板，还包括联接到所述无空腔区域的磁体。44.根据权利要求36所述的支撑板，其中所述中央部分包括限定在所述中央部分内的第一对准空腔。45.根据权利要求44所述的支撑板，其中所述第一对准空腔是具有多个顶点的等边星型多边形的形状。46.根据权利要求44所述的支撑板，还包括位于所述第一对准空腔的径向外侧的第二对准空腔。47.根据权利要求46所述的支撑板，其中所述第二对准空腔呈箭头或三角形的形状。48.根据权利要求44所述的支撑板，其中所述第一对准空腔包括会聚部分，所述会聚部分具有朝向第一对准顶点会聚的两个空腔侧面。49.根据权利要求48所述的支撑板，其中所述第二对准空腔包括会聚部分，所述第二对准空腔的所述会聚部分具有朝向第二对准顶点会聚的两个空腔侧面。50.根据权利要求49所述的支撑板，其中所述第一对准顶点与所述第二对准顶点径向对准。51.一种三维(3D)打印机，包括：打印床，其被构造成围绕延伸穿过所述打印床的旋转原点的旋转轴线旋转；第一轨道，其位于所述打印床上方，其中所述第一轨道与所述旋转轴线相交并且越过所述旋转原点，其中所述第一轨道的长度大体上等于或超过所述打印床的直径，并且其中所述第一轨道在所述第一轨道的末端之间是连续的；第一台架承载器，其被构造成保持第一打印头，其中所述第一台架承载器能够沿着所述第一轨道的长度移动，使得所述第一台架承载器的行进路径越过所述旋转轴线；第二轨道，其与所述打印床径向对准，并且大体垂直于所述第一轨道定向；和第二台架承载器，其被构造成保持第二打印头，其中所述第二台架承载器能够沿着所述第二轨道的长度移动，并且其中所述第二台架承载器的行进路径没有到达所述旋转轴线，其中所述第一台架承载器和所述第二台架承载器被构造成同时移动。52.根据权利要求51所述的3D打印机，还包括：第三台架承载器，其被构造成保持第三打印头，其中所述第三台架承载器能够沿着所述第一轨道的一段移动，其中所述第一台架承载器和所述第二台架承载器中的至少一个以及所述第三台架承载器被构造成同时移动。53.根据权利要求52所述的3D打印机，还包括：第三轨道，其与所述打印床径向对准，其中所述第三轨道大体垂直于所述第一轨道定向并且与所述第二轨道大体共线；和第四台架承载器，其被构造成保持第四打印头，其中所述第四台架承载器能够沿着所
述第三轨道的长度移动，并且其中所述第四台架承载器的行进路径没有到达所述旋转轴线，其中所述第一台架承载器、所述第二台架承载器和所述第三台架承载器中的至少一个以及所述第四台架承载器被构造成同时移动。54.根据权利要求51所述的3D打印机，还包括：第一同步带，其由第一电动滑轮驱动，其中所述第一台架承载器联接到所述第一同步带的一段；第二同步带，其由第二电动滑轮驱动，其中所述第二...
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