[发明专利]一种多坐标系协同3D打印机

说明书

本发明提供一种多坐标系协同3D打印机，包括步进电机、电磁底盘、热床、六轴机械臂、托盘架、铁质圆盘和喷头机构，所述喷头机构包括挤出料步进电机、喷头、冷却风扇、竖向调整机构和水平调整机构。所述电磁底盘内部含有永磁铁和电磁铁，通过控制流过电磁铁的电流控制退磁和磁化。本发明一种多坐标系协同3D打印机与现有3D打印机相比，通过六自由度机械臂及电磁永磁复合装置增加底盘的旋转自由度，不仅能实现一般情况下的平面立方体的三维实体成型，还能在笛卡尔坐标系、柱坐标系及球坐标系中灵活转换，实现弧面与球面打印精度的提升，为打印弧形及球面组合体提供了新的思路。且设备操作简单，适用范围广，为高精微打印创造了设备条件。

技术领域

本发明属于3D打印领域，具体涉及一种多坐标系协同3D打印机。

背景技术

3D打印技术是增材制造技术的一种，它以STL数字模型为基础，通过将粉末状金属或塑料等可粘合的材料熔融沉积来制造三维物体。与传统的减材制造工艺相比，3D打印工艺具有更高的材料利用率，且能根据实际使用要求加工结构复杂的制品。

现有的多数3D打印机仍建立在笛卡尔坐标系中，其特点是三轴相互独立，打印过程中各轴仅能做直线运动，通过各轴间的运动配合完成物体三维空间内的宏观成型。而对于具有弧面及球面等一系列曲面的制品，普通打印机均通过将曲面微分成直角打印，打印出来的物品在微观结构上并不是一个光滑的圆弧，和原始设计相比存在一定的误差。且打印的制品越小，小三角体现的越明显，打印精度则越差。

专利号CN207747423U公布的一种基于柱坐标传动定位的3D打印机增加了成型底座在水平方向的旋转自由度，避免了在打印平面回转体时由于X,Y轴的配合偏差导致的打印偏差。但是在打印空间回转体时，挤出喷头在X,Z轴的配合上存在的偏差仍无法避免。同时，此专利仅适用于柱坐标系，不能实现多坐标系协同打印。

发明内容

本发明针对普通3D打印机只能在单坐标系中工作所存在的不足，提供一种多坐标系协同3D打印机，其不仅能有效避免制品弧面在打印时的设备误差，还能实现多坐标系任意切换，进一步提高3D打印的精确度以及进一步扩宽3D打印机在微结构领域的应用范围。

本发明在原有的笛卡尔系3D打印机简单易于控制的基础上，利用磁吸装置及六轴机械臂装置增加底盘的空间自由度，根据打印要求自定义柱坐标轴线或球坐标圆心进行打印，可有效提高制品弧面及球面的3D打印精度，完成复杂制品(包含球面、弧面及非曲面一种以上的制品)的高精度打印要求。

本发明的结构方案是：一种多坐标系协同3D打印机，包括步进电机、电磁底盘、热床、六轴机械臂、托盘架、铁质圆盘和喷头机构，所述喷头机构包括挤出料步进电机、喷头、冷却风扇、竖向调整机构和水平调整机构。

本发明一种多坐标系协同3D打印机，所述电磁底盘内部含有永磁铁和电磁铁，通过控制流过电磁铁的电流控制退磁和磁化，永磁铁可保证在打印工作时不需要为电磁底盘提供持续电流，节约能源，且能保证可靠性。所述热床则采用与打印材料结合能力强的铝板。所述铁质圆盘采用对磁性较为敏感且易磁化的铁金属制品。

本发明一种多坐标系协同3D打印机，所述托盘架安装在机架上；所述六轴机械臂与步进电机固接，控制步进电机的空间位置与空间角度；所述步进电机与铁质圆盘固接；所述电磁底盘和热床固接，无相对运动。所述喷头机构的安装方式与现有3D打印机的喷头部分安装方式基本一致，挤出料步进电机与机架固接，冷却风扇与喷头保持相对静止的安装关系，竖向调整机构安装在打印机的机架上，水平调整机构在本发明示例中采用三联机械臂机构。

本发明一种多坐标系协同3D打印机的工作方式是：当打印普通平面组合体(无弧形)时，采用普通笛卡尔系3D打印的算法。六轴机械臂不工作，电磁底盘被安放在托盘架上，电磁底盘保持水平。喷头机构按预定程序打印制品。