[发明专利]一种3D打印机的XY轴联动装置及联动方法

说明书

技术领域

本发明属于3D打印机技术领域，具体涉及一种基于FDM原理的3D打印机的XY轴的联动装置及联动方法。

背景技术

3D打印，即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。熔融挤出成型(FDM)工艺的材料一般是热塑性材料，如蜡、ABS、PC、尼龙等，以丝状供料。材料在喷头内被加热熔化。喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动，同时将熔化的材料挤出，材料迅速固化，并与周围的材料粘结。每一个层片都是在上一层上堆积而成，上一层对当前层起到定位和支撑的作用。随着高度的增加，层片轮廓的面积和形状都会发生变化，当形状发生较大的变化时，上层轮廓就不能给当前层提供充分的定位和支撑作用，这就需要设计一些辅助结构－“支撑”，对后续层提供定位和支撑，以保证成形过程的顺利实现。

现有的基于笛卡尔坐标的3D打印机采用相互独立的X轴与Y轴驱动装置，由X(Y)驱动电机与X(Y)同步带组成。X轴驱动电机固定在X轴的一端，当喷头作Y轴方向运动时，X轴驱动电机随打印头一起作Y方向移动，成为Y轴驱动电机的负载。这种传动方式，增大了Y轴驱动电机的运动负载，同时X轴电机的连接线随打印头运动，降低了设备的稳定性与空间利用率，增加了设备的成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：本发明提出一种3D打印机的XY轴联动装置及联动方法，解决现有技术中存在的X轴驱动电机随打印头移动导致打印质量差、空间利用率低、成本高的问题，提高了3D打印机的整体打印质量，使设备结构更加紧凑，降低了设备成本。

本发明的目的是通过以下技术方案实现：一种3D打印机的XY轴联动装置，包括电机、支架、同步轮、辅助轮及同步带；所述同步轮、辅助轮位于支架上，所述同步轮包括两个主动轮和两个从动轮，所述同步带经过四个同步轮和四个辅助轮绕成形，同步带的断口两端固定在打印头座的两侧；所述电机包括左电机和右电机，所述左电机和右电机的输出轴分别与主动轮连接，驱动同一根同步带。

进一步的，所述支架包括四个丝杆和XY联动组件，所述XY联动组件包括X导杆和Y导杆；所述四个丝杆分别位于XY联动组件的四个顶角，将四个丝杆分为左右两组，左组两个丝杆之间和右组两个丝杆之间分别设置Y导杆，两个Y导杆之间平行设置两个X导杆。

进一步的，所述Y导杆上设置Y轴承座，所述X导杆两端分别与左右两个Y轴承座固定连接。

进一步的，所述打印头座通过直线轴承与X导杆连接。

进一步的，所述四个丝杆上分别连接同步轮座，所述同步轮固定连接在同步轮座上。

进一步的，所述左电机和右电机分别通过联轴器连接各自对应的方杆，所述方杆的外壁套接一个主动轮。

进一步的，所述电机还包括Z轴电机，所述Z轴电机通过同一根皮带与四根丝杆连接，驱动四根丝杆同步转动，从而带动四个同步轮座同步升降。

进一步的，所述辅助轮是不带齿轮，两两分别固定在两个Y轴承座上，辅助轮的表面与同步带的带背贴合。

进一步的，通过增加同步带的断口添加多个打印头。

本发明的一种3D打印机的XY轴联动方法，步骤为：

1)建立打印头运动轨迹与打印头运动速度的数学模型；

2)根据数学模型确定左电机或右电机的转动方向或转动速度；

3)启动左电机或右电机，驱动相应的方杆转动，带动主动轮转动，带动同步带转动，完成打印头座在X轴和Y轴的联动；启动Z轴电机，驱动四个丝杆同步转动，带动四个同步轮座升降，实现XY联动组件在Z轴升降运动。

本发明与现有技术相比有许多优点和积极效果：本发明的装置是通过两个电机同时驱动同一根绕成“”形的同步带，实现3D打印机的XY联动。本发明的方法是建立打印头运动轨迹与打印头运动速度的数学模型，根据数学模型设定左电机或右电机的转动方向或转动速度，实现3D打印机的XY联动轨迹。解决了现有技术中存在的X轴驱动电机随打印头移动导致打印质量差、空间利用率低、成本高的问题，提高了3D打印机的整体打印质量，使设备结构更加紧凑，降低了设备成本。

附图说明

图1为本发明一种3D打印机的XY轴联动装置俯视图；

图2为本发明一种3D打印机的XY轴联动装置的整体结构示意图；

图3为本发明一种3D打印机的XY轴联动方法的打印头运动坐标图；

图4为实施例1的打印头运动轨迹；

图5为实施例2的打印头运动轨迹；