本發(fā)明屬于數(shù)字化加工技術領域。

背景技術：

3D打印是一種以數(shù)字化模型為基礎，通過對數(shù)字模型進行切片處理，利用熔融擠出技術、激光燒結技術或者光固化技術逐層打印的方式來完成物體的制作。

工業(yè)級大幅面FDM 3D打印機的開發(fā)能夠極大滿足市場上大型工業(yè)產品設計成型和藝術品設計成型的空白，快速一體等比例成型能夠極大縮短設計實現(xiàn)的進程，節(jié)約了大量的時間、金錢等成本，而且機器本身成本相對低、集成化程度高，市場可推廣性及實用性極強。但是目前的打印機存在打印空間有限，成型速度慢的缺點。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提出一種大型雙橫梁工業(yè)3D打印機，主要由框架2、打印平臺3、運動機構和噴頭機構組成；

框架2為立方體，打印平臺3水平固定安裝于框架2底面上；框架2底部使用多個腳杯1支撐以水平放置在地面上；

所述運動機構具體結構如下：框架2頂部X軸方向兩側分別固定有直線導軌9，滾珠絲杠5通過滾珠絲杠支撐座4固定于直線導軌9的上方；與滾珠絲杠5相配合，直線導軌9上安裝有雙橫梁機構，雙橫梁機構通過底部設置的承重滑塊11安裝在直線導軌9上；雙橫梁機構通過固定在雙橫梁機構上的法蘭螺母座將法蘭螺母7和雙橫梁機構固定連接在一起；滾珠絲杠5一端設置有步進電機13，滾珠絲杠5和步進電機13之間通過聯(lián)軸器12連接，步進電機13固定安裝在同側的滾珠絲杠支撐座4上；

所述雙橫梁機構主要由兩根沿Y軸方向平行放置的橫梁構成，橫梁上下兩側沿橫梁固定有直線導軌9，滾珠絲杠5通過滾珠絲杠支撐座4固定于直線導軌9的上方，法蘭螺母7與滾珠絲杠5相配合，直線導軌9上安裝有Z軸運動機構，上側的直線導軌9上安裝有螺母座滑塊6，螺母座滑塊6通過固定在螺母座滑塊6上的法蘭螺母座與法蘭螺母7固定連接在一起，下側的直線導軌9上安裝有承重滑塊11；Z軸運動機構通過角鐵10分別與螺母座滑塊6和承重滑塊11固定連接在一起；滾珠絲杠5一端設置有步進電機13，滾珠絲杠5和步進電機13之間通過聯(lián)軸器12連接，步進電機13固定安裝在同側的滾珠絲杠支撐座4上；

所述的Z軸運動機構主要由一根豎直放置的立柱8構成，立柱8的左右兩側沿豎直方向固定有直線導軌9，滾珠絲杠5通過滾珠絲杠支撐座4固定于直線導軌9的一側，法蘭螺母7與滾珠絲杠5相配合，與滾珠絲杠5同側的直線導軌9安裝有兩個螺母座滑塊6，兩個螺母座滑塊6的一側通過固定在螺母座滑塊6上的法蘭螺母座與法蘭螺母7固定連接在一起，兩個螺母座滑塊6的另一側與雙橫梁機構上的角鐵10固定連接；與滾珠絲杠5異側的直線導軌9安裝有兩個承重滑塊11，兩個承重滑塊11與雙橫梁機構上的角鐵10固定連接；滾珠絲杠5一端設置有步進電機13，滾珠絲杠5和步進電機13之間通過聯(lián)軸器12連接，步進電機13固定安裝在同側的滾珠絲杠支撐座4上；Z軸運動機構下端通過噴頭連接塊15與噴頭機構連接。

所述噴頭機構包括擠出電機14和擠出裝置16，擠出裝置16安裝在噴頭連接塊15上，擠出電機14連接在擠出裝置16上，擠出電機14為擠出裝置16提供擠出動力。所述擠出裝置16優(yōu)選大口徑噴頭擠出裝置。

將作用方向相同的兩個步進電機13同側放置，根據(jù)步進電機13的接線規(guī)則并聯(lián)接線，再將并聯(lián)后的控制線接入電機驅動器的信號輸出端，這樣就實現(xiàn)了步進電機13的同步運行。

所述的滾珠絲杠支撐座4為BF滾珠絲杠支撐座。

本發(fā)明可附加數(shù)控機床(CNC)、激光雕刻噴頭等模塊，豐富拓展機器的功能，做到一機多用，具體附加方式為：對擠出裝置16與噴頭連接塊15接合處進行可更換易拆卸式設計，與機器相適應的其他模塊，譬如數(shù)控機床(CNC)、激光雕刻噴頭等，也采用與擠出裝置16相同的接口設計，在具體的更換操作中，只需將原模塊從噴頭連接塊15上拆除，并更換其他所需模塊即可。

本發(fā)明的有益效果：

1、針對z軸震顫問題，特地增加了對于縱向運動臂的約束，采用雙橫梁架起，兩側滑軌約束的辦法，依靠這種過約束的設計，保證機器在運行時的穩(wěn)定性。

2、傳動方面，全部采用滾珠絲杠進行傳動，避免了齒形帶回彈等因素的干擾，并且將同方向軸電機串聯(lián)，保障絲杠的絕對同步。

3、為解決小口徑帶來的過高的精度及致密度往往造成生產成本的增加、原材料的浪費以及和產品優(yōu)化重點方向無關的冗余問題，采用大口徑噴頭擠出能滿足生產過程中對于時間及原料等成本的節(jié)約又能達到設計和生產以及使用的要求。

4、可附加數(shù)控機床(CNC)、激光雕刻噴頭等模塊，豐富拓展機器的功能，做到一機多用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明大型雙橫梁工業(yè)3D打印機的主視圖；

圖2為本發(fā)明中雙橫梁機構與Z軸運動機構連接的局部放大圖；

圖3為本發(fā)明噴頭位置的局部放大圖；

圖4為本發(fā)明大型雙橫梁工業(yè)3D打印機的俯視圖；

圖5為本發(fā)明大型雙橫梁工業(yè)3D打印機的軸測圖。

具體實施方式

實施例1

一種大型雙橫梁工業(yè)3D打印機，主要由框架2、打印平臺3、運動機構和噴頭機構組成；

框架2為立方體，打印平臺3水平固定安裝于框架2底面上；框架2底部通過多個腳杯1支撐以水平放置在地面上；

所述運動機構具體結構如下：框架2頂部X軸方向兩側分別固定有直線導軌9，滾珠絲杠5通過滾珠絲杠支撐座4固定于直線導軌9的上方；與滾珠絲杠5相配合，直線導軌9上安裝有雙橫梁機構，雙橫梁機構通過底部設置的承重滑塊11安裝在直線導軌9上；雙橫梁機構通過固定在雙橫梁機構上的法蘭螺母座將法蘭螺母7和雙橫梁機構固定連接在一起；滾珠絲杠5一端設置有步進電機13，滾珠絲杠5和步進電機13之間通過聯(lián)軸器12連接，步進電機13固定安裝在同側的滾珠絲杠支撐座4上；

所述雙橫梁機構主要由兩根沿Y方向平行放置的橫梁構成，橫梁上下兩側沿橫梁固定有直線導軌9，滾珠絲杠5通過滾珠絲杠支撐座4固定于直線導軌9的上方，法蘭螺母7與滾珠絲杠5相配合，直線導軌9上安裝有Z軸運動機構，上側的直線導軌9上安裝有螺母座滑塊6，螺母座滑塊6通過固定在螺母座滑塊6上的法蘭螺母座與法蘭螺母7固定連接在一起，下側的直線導軌9上安裝有承重滑塊11；Z軸運動機構通過角鐵10分別與螺母座滑塊6和承重滑塊11固定連接在一起；滾珠絲杠5一端設置有步進電機13，滾珠絲杠5和步進電機13之間通過聯(lián)軸器12連接，步進電機13固定安裝在同側的滾珠絲杠支撐座4上；

所述的Z軸運動機構主要由一根豎直放置的立柱8構成，立柱8的左右兩側沿豎直方向固定有直線導軌9，滾珠絲杠5通過滾珠絲杠支撐座4固定于直線導軌9的一側，法蘭螺母7與滾珠絲杠5相配合，與滾珠絲杠5同側的直線導軌9安裝有兩個螺母座滑塊6，兩個螺母座滑塊6的一側通過固定在螺母座滑塊6上的法蘭螺母座與法蘭螺母7固定連接在一起，兩個螺母座滑塊6的另一側與雙橫梁機構上的角鐵10固定連接；與滾珠絲杠5異側的直線導軌9安裝有兩個承重滑塊11，兩個承重滑塊11與雙橫梁機構上的角鐵10固定連接；滾珠絲杠5一端設置有步進電機13，滾珠絲杠5和步進電機13之間通過聯(lián)軸器12連接，步進電機13固定安裝在同側的滾珠絲杠支撐座4上；Z軸運動機構下端通過噴頭連接塊15噴頭機構連接。

所述噴頭機構包括擠出電機14和擠出裝置16，擠出裝置16安裝在噴頭連接塊15上，擠出電機14連接在擠出裝置16上，擠出電機14為擠出裝置16提供擠出動力。

本實施例中作用方向相同的兩個步進電機13均同側放置，并根據(jù)步進電機13的接線規(guī)則并聯(lián)接線，再將并聯(lián)后的控制線接入電機驅動器的信號輸出端，這樣就實現(xiàn)了步進電機13的同步運行。

本實施例中的滾珠絲杠支撐座4選用BF滾珠絲杠支撐座。

Z軸運動機構做Z軸方向運動的原理是:在Z軸運動機構立柱8的右側步進電機13通過聯(lián)軸器12帶動滾珠絲杠5實現(xiàn)其轉動，與滾珠絲杠5相配合的兩個法蘭螺母7通過法蘭螺母座固定在螺母座滑塊6上，螺母座滑塊6在直線導軌9滑動，并通過角鐵10與雙橫梁上配合在直線導軌9上的承重滑塊11相固連，在Z軸運動機構立柱8的左側有承重滑塊11配合在直線導軌9上并通過角鐵10與雙橫梁上配合在直線導軌9上的承重滑塊11相固連。最終，通過絲杠—螺母副傳遞運動，通過滑塊—導軌定位，使得Z軸運動機構沿著Z方向做可精確控制的直線運動。

雙橫梁機構在框架2上做X軸方向運動的原理是:框架2上的步進電機13通過聯(lián)軸器12帶動滾珠絲杠5實現(xiàn)其可控制轉動，與滾珠絲杠5相配合的法蘭螺母通過螺母座與雙橫梁相固連，這樣就實現(xiàn)了雙橫梁與步進電機13之間旋轉運動與直線運動的傳遞；此外，由固定于框架2上的X軸方向上的直線導軌9通過固定在雙橫梁上的承重滑塊11實現(xiàn)雙橫梁在運動中的直線定位。

Z軸運動機構在雙橫梁機構上做Y軸方向運動的原理是:固定在雙橫梁機構上的兩個步進電機13分別通過聯(lián)軸器12帶動兩根滾珠絲杠5實現(xiàn)其可控制轉動，與滾珠絲杠5相配合的法蘭螺母7分別通過法蘭螺母座與雙橫梁機構上配合在直線導軌9上的承重滑塊11相固連。最終，通過絲杠—螺母副傳遞運動，通過滑塊—導軌定位，使得Z軸運動機構沿著Y方向做可精確控制的直線運動。

雙橫梁機構在框架2上做X軸方向運動及Z軸運動機構在雙橫梁機構上做Y軸方向運動都是由框架2上的兩個步進電機13分別驅動兩個滾珠絲杠5來實現(xiàn)，其同步運行原理是:將一個方向上兩個有相同動力輸出的步進電機13根據(jù)步進電機的接線規(guī)則實現(xiàn)并聯(lián)，再將并聯(lián)后的控制線接入電機驅動器的信號輸出端，這樣就實現(xiàn)了步進電機13的同步運行，進而實現(xiàn)了兩根滾珠絲杠5的同步運行及所驅動部分的平穩(wěn)運行。

噴頭連接塊15為3D打印結構件，自主設計制造，通過內六角平頭螺釘及T型螺母和六角螺母的配合實現(xiàn)擠出機構16、擠出電機14以及滾珠絲杠支撐座4與Z軸運動機構立柱8之間的固定及連接，保障各部件相對位置穩(wěn)定。

擠出機構16可在Z軸運動機構以及雙橫梁機構的帶動下，做X、Y、Z三個軸向的運動，即能實現(xiàn)空間各點位可控運動，基于固定在底部框架2上的打印平臺3，即能實現(xiàn)3D模型的增材制造。

除本實施例外，本發(fā)明框架2上可附加數(shù)控機床(CNC)、激光雕刻噴頭等模塊，豐富拓展機器的功能，做到一機多用。具體附加方式為：對擠出裝置16與噴頭連接塊15接合處進行可更換易拆卸式設計，與機器相適應的其他模塊，譬如數(shù)控機床(CNC)、激光雕刻噴頭等，也采用與擠出裝置16相同的接口設計，在具體的更換操作中，只需將原模塊從噴頭連接塊15上拆除，并更換其他所需模塊即可。