[发明专利]一种金属3D打印机的多维度打印平台及调整与打印方法

权利要求书

1.一种金属3D打印机的多维度打印平台，包括密封打印仓及其内的激光打印系统、打印平台系统；其特征在于：所述打印平台系统包括一打印平台(1)、支撑在打印平台(1)底面的结构相同的三组并联的丝杆(2)；

三组并联的丝杆(2)的端部分别与打印平台(1)的底面通过万向关节机构(3)连接；

该三组并联的丝杆(2)分别以打印平台(1)的中心为中心点，呈等边三角形分布，构成A、B、C三个支点支撑一个平面；

该三组并联的丝杆(2)在Z轴方向的运动行程，由各自独立的步进电机(5)根据脉冲信号控制，以改变各并联的丝杆(2)在Z轴方向的行程长度，进而实现打印平台(1)相对于水平面高度及角度的多维调节。

2.根据权利要求1所述金属3D打印机的多维度打印平台，其特征在于：所述密封打印仓内有一隔板(7)，该三组并联的丝杆(2)的丝杆螺母(4)固定在隔板(7)上，步进电机(5)的转轴连接在隔板(7)下方丝杆(2)的末端，步进电机(5)本体固定在密封打印仓底部；通过改变各丝杆(2)的万向关节机构(3)在隔板(7)上方的高度差，使打印平台(1)作出相应的升降及倾斜动作。

3.根据权利要求2所述金属3D打印机的多维度打印平台，其特征在于：当打印平台(1)中心点的高度不变，相应地上升或降低三个万向关节机构(3)的高度位置，实现以打印平台(1)所在平面上任一穿过中心点的直线为旋转轴的旋转运动；

旋转角度θ，指旋转后打印平台(1)所在平面与水平面的夹角；

旋转角度θ与三个万向关节机构(3)的高度变化关系为：

△A＝√3a/3cos(60°-α)tanθ

△B＝-√3a/3cos(90°-α)tanθ

△C＝-√3a/3cos(120°-α)tanθ。

4.一种金属3D打印机的多维度打印平台调平方法，包括激光打印头归位步骤，其特征在于，所述调平方法通过下述步骤实现：

步骤一：激光打印头(6)的调平探针垂下，激光打印头(6)移动至打印平台(1)中心点O点上方，三个步进电机(5)驱动三根丝杆(2)以相同的速度向上，即向负方向移动；打印平台(1)上升至触碰到激光打印头(6)的调平探针后停止，记录改点为Z轴零点；接着控制三个步进电机(5)驱动三根丝杆(2)以相同的速度向正方向移动，使调平探针与打印平台(1)分离；

步骤二：激光打印头(6)分别移动至打印平台(1)的A、B、C三个支点的上方，并记录A、B、C三个支点Z轴坐标；

步骤三：激光打印头(6)调平探针收起；三个步进电机(5)驱动三根丝杆(2)分别归位，使A、B、C三个支点移动到Z轴的零点坐标，完成打印平台(1)的调平。

5.根据权利要求4所述金属3D打印机的多维度打印平台调平方法，其特征在于，所述激光打印头归位步骤如下：XY轴归位方式为同步带驱动激光打印头(6)向X、Y轴零点方向移动，各轴到达零点后分别触发限位开关并停止，记录改点为X、Y轴零点。

6.一种多维度打印平台在打印途中调整打印角度的方法，其特征在于包括如下步骤：

根据给定工件的打印角度，旋转打印平台(1)至该角度后，进行逐层打印；每层打印完成时，三个步进电机(5)给定三组同步的脉冲信号，驱动三根丝杆(2)做同步的旋转向下运动，三个万向关节机构(3)做同等距离的竖直下降运动，即打印平台(1)保持原角度下降一个层厚的高度，完成工件的逐层打印作业；

在工件逐层打印作业过程中，若中途调整打印角度时，中断打印作业，通过如下步骤实现旋转打印平台调整：

A步骤：打印平台(1)保持当前旋转角度不变步骤：三个步进电机(5)给定三组同步的脉冲信号，驱动三根丝杆(2)及其顶部的三个万向关节机构(3)做同步垂直下降运动，使打印平台(1)携带工件远离激光打印头加工位置，以免调整过程中触碰激光打印头(6)；

B步骤：打印平台(1)水平归位步骤：根据打印平台(1)当前旋转角度，代入旋转角度θ与三个万向关节机构(3)的高度变化关系公式，分别求得三根丝杆(2)及其顶部的三个万向关节机构(3)所需补偿垂直升降的距离，给定三个步进电机(5)相应的三组不同步的脉冲信号，即可实现打印平台(1)水平归位调节；

C步骤：旋转打印平台步骤：根据目标旋转角度，代入旋转角度θ与三个万向关节机构(3)的高度变化关系公式，分别求得三根丝杆(2)及其顶部的三个万向关节3所需垂直升降的距离，给定三个步进电机(5)相应的三组不同步的脉冲信号，即可实现打印平台(1)目标旋转角度调节；

D步骤：三个步进电机(5)给定三组同步的脉冲信号，驱动三根丝杆(2)及其顶部的三个万向关节机构(3)做同步的垂直上升运动，打印平台(1)保持目标旋转角度不变，上升到激光打印头加工位置，恢复工件打印作业。