[实用新型]面向复杂工件加工的五轴联动3D打印机的机械结构

说明书

本实用新型提供一种面向复杂工件加工的五轴联动3D打印机的机械结构，包括实现X、Y、Z三轴移动的导轨机构和用于完成转动工件的A、C轴的旋转机构。导轨机构涉及传统三轴打印机的XYZ三轴移动模块的机械装置的设计，旋转机构涉及到三维转台的安装以及转台底部调节器的设计，该装置不仅可实现普通三维转台对于A、C两轴的旋转，还可调节转台的前后角度和上下位置。本实用新型具有结构轻便、安装简单、定位精度高和连续工作时间长等特点，同时还解决了一般五轴3D打印机的A轴与C轴与X轴和Z轴的平行度低的问题，极大地扩大了3D打印机的应用范围，提高了经济效益。

技术领域

本实用新型涉及一种面向复杂工件加工的五轴联动3D打印机的机械结构，属于3D打印领域设备组件技术领域。

背景技术

基于熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling，FDM)的3D打印技术是3D打印领域的传统打印技术之一，因其采用熔融状态的打印材料逐层堆积成型的原理简单而且易于实现而受到广大设备开发者和用户的欢迎，可以适用于打印各种复杂实物模型与工艺品。但是目前市场上的FDM打印机采用的是2.5轴成型工艺，即X轴和Y轴联动，竖直轴Z做阶段性进给。虽然也有部分高校研制出五轴3D打印机，但是始终不能解决的问题便是无法实现五轴联动，只能做阶段性进给运动，并且转台精度校准无法达到微米级的标准。目前已有装置把喷头连接在多自由度机械臂上，这种装置的缺陷是当喷头与竖直轴Z不平行时，打印材料在熔融状态下容易流动进而影响工件质量。另外，国内也有高校将打印工作台安装在机械臂上，这种装置从液态材料流动的角度来说比前一种装置的打印效果好，但是机械臂的定位精度通常没有丝杠-滑台装置的定位精度高。因此，基于传统的五轴铣削设备而设计的五轴联动3D打印机具有广阔的应用前景。

实用新型内容

针对现有五轴3D打印机所存在的不能实现复杂工艺的问题，本实用新型提供一种面向复杂工件加工的五轴联动3D打印机的机械结构，主体方案如下：包括实现X、Y、Z三轴移动的导轨机构和用于完成转动工件的A、C轴的旋转机构。为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种面向复杂工件加工的五轴联动3D打印机的机械结构，导轨机构主要涉及到传统三轴打印机X、Y、Z三轴移动模块的机械装置的设计，旋转机构涉及到三维转台的安装以及转台底部新型调节器的设计，该机构不仅可以实现一般转台对于A、C两轴的旋转，还可以调节转台的前后位置和上下角度。

进一步的，所述导轨机构由四组导轨及其伺服电机。其结构是，导轨分别是X轴、Z轴各一组，Y轴两组。整个打印机的机架由铝型材、铝角码、T型角钢和L型角钢搭建而成，整体结构与COREXY型的三轴3D打印机机身结构类似。而后在机架顶部放置导轨，导轨的顶部装有伺服电机，用以驱动滚珠丝杠的运动。机架的两侧首先安装上两组Y轴的导轨，然后在Y轴导轨安装完毕后再在其上安装X轴导轨，最后在X轴导轨之上安装Z轴的导轨，其中Z轴导轨的伺服电机带有刹车功能，在关机状态时导轨无法运动。导轨安装完成后在Z轴导轨底部的连接板上将挤丝系统通过螺栓安装上，至此导轨机构已经全部安装成功。所述的导轨机构采用的是绝对式伺服电机，绝对式伺服电机控制精度的分辨率比系统要求的定位精度高一个数量级，而且拥有记忆工作数据功能，在关机断电后仍可一直保持关机前的位置。

进一步的，所述Z轴导轨的上方装有打表板，下方的打表板由连接板代替，其作用是吸附打表仪，使之可以不定期检查导轨机构和旋转机构的精度。在导轨机构安装完成后将装上打表仪对Y轴导轨的平行度进行测试，在打表板上安装打表仪，通过对Y轴导轨进行打表以确保Y轴的两根导轨互相平行。而后对Z轴的垂直度进行测试，将打表仪对着机架进行X、Y轴导轨进行打表，确保Z轴导轨与X和Y轴导轨互相垂直。

进一步的，所述旋转机构由三维转台和新型调节器组成。三维转台可以实现A、C轴方向的运动，A轴与C轴分别于X和Z轴平行。转台内部装有两个小型的伺服电机，转台的工作台允许在360°以内绕着AC两轴任意旋转，同时还配有限位开关，校准时可以顺利回归到机械原点。