一種三維打印的分級式環(huán)形掃掠裝置制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種三維打印的分級式環(huán)形掃掠裝置，屬于快速成型技術(shù)領(lǐng)域。其包括機架及安裝在機架上的掃掠輸出終端、分級環(huán)形掃掠機構(gòu)與用于輸出二維平面移動的橫向行走機構(gòu)，分級環(huán)形掃掠機構(gòu)包括一級旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、二級旋轉(zhuǎn)機構(gòu)及安裝在橫向行走機構(gòu)的位移輸出端上的安裝座；一級旋轉(zhuǎn)機構(gòu)包括可轉(zhuǎn)動地安裝在安裝座上的旋轉(zhuǎn)支架及用于驅(qū)動旋轉(zhuǎn)支架轉(zhuǎn)動的一級旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器，二級旋轉(zhuǎn)機構(gòu)包括安裝在旋轉(zhuǎn)支架的轉(zhuǎn)臂上的二級旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器；掃掠輸出終端安裝在二級旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器的轉(zhuǎn)動輸出軸上，掃掠輸出終端的下表面布置有一個以上的偏離其旋轉(zhuǎn)軸線的打印頭。通過設(shè)置分級掃掠機構(gòu)，可提高三維物體曲面結(jié)構(gòu)的打印精度，其可廣泛地應(yīng)用于快速成型技術(shù)領(lǐng)域。

A hierarchical circular sweep device for three-dimensional printing

The invention relates to a hierarchical ring sweep device for three-dimensional printing, which belongs to the technical field of rapid prototyping. The utility model comprises a machine frame and sweep output terminal, grading ring installed on the machine frame sweep mechanism and the walking mechanism for transverse output planar movement, grading ring mounting mechanism comprises a sweep sweep level rotating mechanism, two stage rotary mechanism and the walking mechanism is mounted on a horizontal displacement output end; a rotating mechanism comprises a rotary bracket rotatably mounted on the mounting seat and is used for driving the rotating bracket rotating a rotary actuator, two stage rotary mechanism comprises a rotary arm mounted on the rotary bracket on the two stage rotary actuator; sweep output terminals installed in the two level of the rotary drive rotation of the output shaft, sweep output terminal under the surface of the print head is arranged from the axis of rotation of one or more of the. By setting up the hierarchical sweep mechanism, the printing precision of the three-dimensional object surface structure can be improved, and it can be widely used in the rapid prototyping field.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種三維打印的分級式環(huán)形掃掠裝置
本專利技術(shù)涉及快速成型
，具體地說，涉及一種三維打印的分級式環(huán)形掃掠裝置及其掃掠方法。
技術(shù)介紹
三維打印是增材制造技術(shù)的俗稱，它依據(jù)三維CAD設(shè)計數(shù)據(jù)，采用離散材料(液體、粉末、絲、片、板、塊等)逐層累加制造物體的技術(shù)。相對于傳統(tǒng)的材料去除方式、材料成型方式，三維打印是一種自下而上材料累加的制造工藝，自20世紀(jì)80年代開始逐步發(fā)展，也被稱為快速成型、分層制造等。為打印出三維物體，三維打印機需驅(qū)動其打印頭相對機架做三維空間運動，通常是基于X-Y-Z三軸向上的直線運動合成。其中，Z軸向運動用于實現(xiàn)零件切片層的轉(zhuǎn)換，以依次加工零件各層；通過打印頭在X軸向與Y軸向的移動實現(xiàn)截面加工。但在實際生產(chǎn)實踐中，很多產(chǎn)品為曲面結(jié)構(gòu)，例如曲軸、薄壁回轉(zhuǎn)件等?，F(xiàn)有三維打印機在打印這些曲面結(jié)構(gòu)時，需要借助計算機進(jìn)行不斷的差補運算，當(dāng)所打印的由面或曲線較復(fù)雜時，不僅計算量非常大，且打印出的曲線表面是由多個極小直線段擬合而成的多邊形；此外，當(dāng)加工截面內(nèi)外圓直徑相差很小時，會產(chǎn)生曲面結(jié)構(gòu)嚴(yán)重失真的問題，從而導(dǎo)致打印出的三維物體的質(zhì)量偏低。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供一種三維打印的分級式環(huán)形掃掠裝置，以提高三維物體中曲形結(jié)構(gòu)的打印質(zhì)量。為了實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供的分級式環(huán)形掃掠裝置包括機架及安裝在機架上的掃掠輸出終端、分級環(huán)形掃掠機構(gòu)與用于輸出二維平面移動的橫向行走機構(gòu)，分級環(huán)形掃掠機構(gòu)包括安裝座、一級旋轉(zhuǎn)機構(gòu)及二級旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，安裝座安裝在橫向行走機構(gòu)的位移輸出端上；一級旋轉(zhuǎn)機構(gòu)包括可轉(zhuǎn)動地安裝在安裝座上的旋轉(zhuǎn)支架及用于驅(qū)動旋轉(zhuǎn)支架轉(zhuǎn)動的一級旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器，二級旋轉(zhuǎn)機構(gòu)包括安裝在旋轉(zhuǎn)支架的轉(zhuǎn)臂上的二級旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器；掃掠輸出終端安裝在二級旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器的轉(zhuǎn)動輸出軸上，掃掠輸出終端與該轉(zhuǎn)動輸出軸間的連接可為直接固定連接，也可通過其他機構(gòu)實現(xiàn)間接連接，比如選用三級旋轉(zhuǎn)機構(gòu)和/或直線位移輸出機構(gòu)連接二者，掃掠輸出終端的下表面布置有一個以上的偏離其旋轉(zhuǎn)軸線的打印頭。通過在橫向行走機構(gòu)的位移輸出端與打印頭間設(shè)置由兩級以上的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)，從而使打印頭在打印三維物體的過程中，不僅可在橫向行走機構(gòu)的驅(qū)動下而輸出直線打印軌跡，且可在其中一級旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器的驅(qū)動下而輸出弧形軌跡，且可在橫向行走機構(gòu)與一級以上的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器的共同驅(qū)動下而輸出復(fù)雜的曲線軌跡，從而可提高三維物體中曲形結(jié)構(gòu)的打印質(zhì)量。此外，由于每個旋轉(zhuǎn)驅(qū)動其均構(gòu)成一個極坐標(biāo)，相比于現(xiàn)有技術(shù)中的直角坐標(biāo)系，在打印弧形軌跡等曲線軌跡時，可有效地減少計算工作量。具體的方案為二級旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器通過沿轉(zhuǎn)臂的長度方向布置的直線導(dǎo)軌滑塊機構(gòu)可滑動地安裝在轉(zhuǎn)臂上，且在轉(zhuǎn)臂與二級旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器間設(shè)有推動二級旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器沿直線導(dǎo)軌滑動的致動器?？赏ㄟ^致動器的驅(qū)動而改變二級旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器的轉(zhuǎn)軸與旋轉(zhuǎn)支架的旋轉(zhuǎn)軸線間的間距，即改變了掃掠輸出終端的旋轉(zhuǎn)軸線的旋轉(zhuǎn)半徑，從而可適用多種曲率半徑的曲線軌跡的打印。另一個具體的方案為掃掠輸出終端包括用于存儲成型材料的儲料箱，掃掠輸出終端上設(shè)有多個打印頭，儲料箱與每個打印頭間設(shè)有用于啟閉二者間送料通道的截止閥。通過控制不同截止閥的工作狀態(tài)，以有選擇地開啟其中一打印頭進(jìn)行打印工作，從而改變打印頭繞二級旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器的轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)半徑，以打印不同曲率半徑的曲線軌跡。更具體的方案為掃掠輸出終端的下表面上設(shè)有多個沿其長度方向間隔布置的打印頭，掃掠輸出終端關(guān)于其旋轉(zhuǎn)軸線中心對稱布置。以平衡二級旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器周向負(fù)載而有利于工作過程位移的穩(wěn)定輸出。另一個具體的方案為旋轉(zhuǎn)支架關(guān)于其旋轉(zhuǎn)軸線中心對稱布置，且在其旋轉(zhuǎn)軸線兩側(cè)各安裝有一個掃掠輸出終端。以平衡旋轉(zhuǎn)支架與橫向行走機構(gòu)在工作過程中的負(fù)載，有利于位移的穩(wěn)定輸出。再一個具體的方案為旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器包括安裝殼及安裝在安裝殼內(nèi)的舵機，舵機的輸出軸上固設(shè)有上法蘭，旋轉(zhuǎn)支架與掃掠輸出終端的旋轉(zhuǎn)軸上均設(shè)有與上法蘭固定連接的下法蘭，旋轉(zhuǎn)軸與安裝殼間套裝有推力軸承。可通過舵機自身所攜帶的角度位移傳感器對輸出軸轉(zhuǎn)角的檢測數(shù)據(jù)輸出給控制單元，而有效地提高旋轉(zhuǎn)位移輸出的精度。一個優(yōu)選的方案為橫向行走機構(gòu)包括第一直線電機、第二直線電機、第一導(dǎo)桿及第二導(dǎo)桿，第一直線電機的定子兩端分別通過第一導(dǎo)桿而可沿第一橫向滑動地安裝在機架上，第二直線電機的定子兩端分別通過第二導(dǎo)桿而可沿第二橫向滑動地安裝在機架上，第一橫向與第二橫向相正交；第一直線電機的動子輸出沿第二橫向的位移與力，第二直線電機的動子輸出沿第一橫向的位移與力，且兩直線電機的動子相固定連接構(gòu)成橫向行走機構(gòu)的位移輸出端。更優(yōu)選的方案為直線電機的定子固定在支撐板上，支撐板的兩端固設(shè)有支撐耳座，支撐耳座上設(shè)有與導(dǎo)桿相配合的滑孔。另一個優(yōu)選的方案為分級式環(huán)形掃掠裝置的控制單元包括處理器及存儲器，存儲器存儲有計算機程序，計算機程序被處理器執(zhí)行時能實現(xiàn)以下步驟：曲線軌跡打印步驟，通過橫向行走機構(gòu)與分級環(huán)形掃掠機構(gòu)的配合，及有選擇地開啟掃掠輸出終端上的一個打印頭，按待打印三維物體的數(shù)字模型打印切片層中的曲線軌跡部分；直線軌跡打印步驟，通過橫向行走機構(gòu)輸出的直線位移，及有選擇地開啟掃掠輸出終端上的一個打印頭，按數(shù)字模型打印切片層中的直線軌跡部分。優(yōu)選的方案為當(dāng)掃掠輸出終端的數(shù)量為兩個以上時，在曲線軌跡打印步驟與直線軌跡打印步驟中，控制旋轉(zhuǎn)軸線距離打印區(qū)域最近的掃掠輸出終端進(jìn)行打印工作。以減少打印過程中的位移量。附圖說明圖1為本專利技術(shù)實施例中分級式環(huán)形掃掠裝置的主視示意圖；圖2為本專利技術(shù)實施例中分級式環(huán)形掃掠裝置的俯視示意圖；圖3為本專利技術(shù)實施例中橫向行走機構(gòu)的側(cè)視圖；圖4為本專利技術(shù)實施例中分級環(huán)形掃掠機構(gòu)在略去二級旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器后的主視圖；圖5為本專利技術(shù)實施例中輸出件的主視示意圖；圖6為使用本專利技術(shù)實施例進(jìn)行打印三維物體的工作流程圖。具體實施方式以下結(jié)合實施例及其附圖對本專利技術(shù)作進(jìn)一步說明。實施例參見圖1至圖3，本專利技術(shù)分級式環(huán)形掃掠裝置包括控制單元、機架及安裝在該機架上且受控制單元控制的橫向行走機構(gòu)、分級環(huán)形掃掠機構(gòu)及掃掠輸出終端。橫向行走機構(gòu)包括第一行走機構(gòu)2與第二行走機構(gòu)3，分級環(huán)形掃掠機構(gòu)包括一級旋轉(zhuǎn)機構(gòu)與二級旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，掃掠輸出終端包括第一掃掠輸出終端7與第二掃掠輸出終端8，機架包括用于安裝橫向行走機構(gòu)的支架及用于承載待打印三維物體的打印平臺。在本實施例中，可通過將打印平臺設(shè)置在升降機構(gòu)上，以推動打印平臺相對橫向行走機構(gòu)上下移動切片層厚度而實現(xiàn)三維物體在高度方向上的打印；也可將橫向行走機構(gòu)設(shè)置成通過升降機構(gòu)安裝在機架上，而實現(xiàn)橫向行走機構(gòu)的位移輸出端相對打印平臺在高度方向上的移動，即橫向行走機構(gòu)的位移輸出端相對打印平臺做三維空間移動以能實現(xiàn)三維物體的打印。第一行走機構(gòu)2包括支撐導(dǎo)桿201、支撐導(dǎo)桿202、第一支撐板21與第一直線電機，兩根支撐導(dǎo)桿均沿X軸向布置地安裝在機架上，第一支撐板21的長度方向沿Y軸向布置；第一直線電機包括安裝在第一支撐板21上的條形定子22及可沿Y軸向輸出位移與力的動子23；第一支撐板21的兩端分別固設(shè)有支撐耳座211與支撐耳座212，支撐耳座211可沿X軸向滑動地套裝在支撐導(dǎo)桿201上，支撐耳座212可沿X軸向滑動地套裝在支撐導(dǎo)桿202上，從而使第一直線電機可沿X軸向往復(fù)移動。第二行走機構(gòu)3包括支撐導(dǎo)桿301、支本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種三維打印的分級式環(huán)形掃掠裝置，其特征在于，包括機架及安裝在所述機架上的掃掠輸出終端、分級環(huán)形掃掠機構(gòu)與用于輸出二維平面移動的橫向行走機構(gòu)，所述分級環(huán)形掃掠機構(gòu)包括安裝座、一級旋轉(zhuǎn)機構(gòu)及二級旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，所述安裝座安裝在所述橫向行走機構(gòu)的位移輸出端上；所述一級旋轉(zhuǎn)機構(gòu)包括可轉(zhuǎn)動地安裝在所述安裝座上的旋轉(zhuǎn)支架及用于驅(qū)動所述旋轉(zhuǎn)支架轉(zhuǎn)動的一級旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器，所述二級旋轉(zhuǎn)機構(gòu)包括安裝在所述旋轉(zhuǎn)支架的轉(zhuǎn)臂上的二級旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器；所述掃掠輸出終端安裝在所述二級旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器的轉(zhuǎn)動輸出軸上，且其下表面布置有一個以上的偏離其旋轉(zhuǎn)軸線的打印頭。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種三維打印的分級式環(huán)形掃掠裝置，其特征在于，包括機架及安裝在所述機架上的掃掠輸出終端、分級環(huán)形掃掠機構(gòu)與用于輸出二維平面移動的橫向行走機構(gòu)，所述分級環(huán)形掃掠機構(gòu)包括安裝座、一級旋轉(zhuǎn)機構(gòu)及二級旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，所述安裝座安裝在所述橫向行走機構(gòu)的位移輸出端上；所述一級旋轉(zhuǎn)機構(gòu)包括可轉(zhuǎn)動地安裝在所述安裝座上的旋轉(zhuǎn)支架及用于驅(qū)動所述旋轉(zhuǎn)支架轉(zhuǎn)動的一級旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器，所述二級旋轉(zhuǎn)機構(gòu)包括安裝在所述旋轉(zhuǎn)支架的轉(zhuǎn)臂上的二級旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器；所述掃掠輸出終端安裝在所述二級旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器的轉(zhuǎn)動輸出軸上，且其下表面布置有一個以上的偏離其旋轉(zhuǎn)軸線的打印頭。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分級式環(huán)形掃掠裝置，其特征在于：所述二級旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器通過沿所述轉(zhuǎn)臂的長度方向布置的直線導(dǎo)軌滑塊機構(gòu)可滑動地安裝在所述轉(zhuǎn)臂上，且在所述轉(zhuǎn)臂與所述二級旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器間設(shè)有推動所述二級旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器沿直線導(dǎo)軌滑動的致動器。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分級式環(huán)形掃掠裝置，其特征在于：所述掃掠輸出終端包括用于存儲成型材料的儲料箱，所述掃掠輸出終端上設(shè)有多個所述打印頭，所述儲料箱與每個打印頭間設(shè)有用于啟閉二者間送料通道的截止閥。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的分級式環(huán)形掃掠裝置，其特征在于：所述掃掠輸出終端的下表面上設(shè)有多個沿其長度方向間隔布置的所述打印頭，所述掃掠輸出終端關(guān)于其旋轉(zhuǎn)軸線中心對稱布置。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分級式環(huán)形掃掠裝置，其特征在于：所述旋轉(zhuǎn)支架關(guān)于其旋轉(zhuǎn)軸線中心對稱布置，且在其旋轉(zhuǎn)軸線兩側(cè)各安裝有一個所述掃掠輸出終端。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分級式環(huán)形掃掠裝置，其特征在于：旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器包括安裝殼及安裝在所述安裝殼內(nèi)的舵機，所述舵機的輸出軸上固設(shè)有上法蘭，所述旋轉(zhuǎn)支架與所述掃掠輸出終端的旋轉(zhuǎn)軸上均設(shè)...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：徐敬華，王康，張樹有，譚建榮，
申請(專利權(quán))人：浙江大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：浙江,33