一种3D打印装置及混联机构载物装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种3D打印装置及混联机构载物装置，属于增材制造技术领域。混联机构载物装置包括混联驱动单元和载物台；混联驱动单元包括用于驱动载物台绕其自身载物面的法向轴旋转的旋转驱动单元及用于驱动载物台相对垂向轴偏转的并联驱动单元；旋转驱动单元安装在并联驱动单元的偏转输出端上；并联驱动单元包括固定底座、安装顶座及布置在该两座之间的支撑立柱与三个以上的伸缩驱动单元，通过三个以上的伸缩驱动单元的配合而驱使载物台翻转。本装置的旋转驱动单元固定在并联驱动单元上，不限制自转角的范围，在相同的喷头位姿情况下，可获得更多的相对运动自由度和可达空间，实现对复杂空间结构的精确成形，节省打印时间和提高3D打印的效率。

A 3D Printing Device and Loading Device of Hybrid Mechanism

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印装置及混联机构载物装置
本专利技术涉及增材制造
，特别涉及一种3D打印用的混联机构载物装置及以该混联机构载物装置构建的3D打印装置。
技术介绍
目前，以3D打印技术为代表的柔性加工技术正得到快速的发展。而六自由度3D打印机由于能显著地提高精度，并且由于具有多自由度，可以制造具有复杂曲面和曲线的零件而受到了广泛的关注。例如，专利文本CN108790159A公开了一种六自由度三维打印装置。上述三维打印装置包括机架、打印头、打印平台与平动行走机构；打印头包括头座，安装在头座上的打印喷嘴，及驱动打印喷嘴相对头座绕第一摆动轴摆动的第一摆动机构；打印平台包括台座，安装在台座上的支撑平台，驱动台座绕第二摆动轴摆动的第二摆动机构，及驱动支撑平台绕旋转轴转动的旋转机构；旋转轴的轴向与第二摆动轴的轴向不平行，且垂直于打印平面。并基于跟随控制方法，使得装置上的标定位置能够始终逐点动态跟随对正其目标位置，提高了六自由度伺服运动精度，扩展了打印装置的适用性及灵活性。但是，其在打印过程中，要基于打印喷嘴的偏转以实现倾斜物体的打印，容易存在干涉的问题，降低了打印空间结构复杂模型、回转体类模型的效率。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提供一种3D用的混联机构载物装置，以能提高用其构建的3D打印装置的打印效率；本专利技术的另一目的是提供一种以上述混联机构载物装置构建的3D打印装置。为了实现上述主要目的，本专利技术提供的混联机构载物装置包括驱动单元和载物台；驱动单元为混联驱动单元，包括用于驱动载物台绕其自身载物面的法向轴旋转的旋转驱动单元及用于驱动载物台相对垂向轴偏转的并联驱动单元；旋转驱动单元安装在并联驱动单元的偏转输出端上；旋转驱动单元的旋转输出端构成驱动输出端；并联驱动单元包括固定底座、安装顶座及布置在该两座之间的支撑立柱与三个以上的伸缩驱动单元；支撑立柱的底端固定在固定底座上；三个以上的伸缩驱动单元环绕支撑立柱的中心轴线布置；伸缩驱动单元的基体通过虎克铰铰接在固定底座上；安装顶座的底面通过第一球铰机构铰接在支撑立柱的顶端上，周缘部通过第二球铰机构铰接在伸缩驱动单元的伸缩驱动端上；旋转驱动单元的基体固定在安装顶座上。通过以上驱动装置，可使载物台绕其自身载物面的法向轴旋转并相对垂向轴偏转进行偏转，打印头只需做三维平动运动，相对于现有技术中的需要通过打印头进行偏转来实现六自由度三维打印的装置，有效减少了打印头打印时干涉情况的发生，以提高空间结构复杂模型、回转体类模型等的打印效率。具体方案为载物台包括下托盘、用于承载打印物的承载盘及上挡环，三者自下而上，依序布置；下托盘的上盘面的中部区域内凹地形成有定位槽，定位槽的中心区域设有第三安装通孔；承载盘的下表面凸起地套装在定位槽内的定位部，上挡环的下表面与承载盘的载物面贴合，并通过紧固件对三者在轴向上进行固定连接；穿过第三安装通孔的紧固件将下托盘固定在旋转输出端上。三者固定连接后形成保护性护栏，防止打印物掉出载物台，利用承载盘与下托盘构建台体结构，能便于将其安装在旋转驱动输出端上，且不会破坏载物面的平面性。进一步的方案为第一球铰机构包括轴承座、端盖、球铰总成及套装在轴承座上的安装槽内的轴承；轴承的内圈套装有套筒，球铰总成的球铰座固定在支撑立柱上，球头销套装地固定在套筒内；安装顶座固定在轴承座上。基于球铰与轴承串联构建的球铰机构，使作用在顶座与支撑立柱上的反力比较均匀，支撑立柱在支撑安装顶座的同时，安装顶座能随旋转驱动机构绕垂向轴旋转。进一步的方案为第二球铰机构包括鱼眼轴承和接头支撑座；伸缩驱动单元的伸缩驱动端和鱼眼轴承的轴承座固定连接；鱼眼轴承的内圈与接头支撑座上的球铰轴套接；支撑座与安装顶座固定连接，且接头支撑座的顶面倾斜布置地贴合在安装顶座的侧面上。通过鱼眼轴承连接伸缩驱动单元和安装顶座，作用在两者上的反力比较均匀，并能适应任意方向的转角要求。进一步的方案为旋转驱动单元包括电机底座、驱动电机、行星轮系和端盖；行星轮系包括内齿轮、上轴承座、下轴承座及布置在该两轴承座之间的太阳齿轮与行星齿轮；电机底座为块状结构，固定在安装顶座上，其上端面内凹地设有用于容纳驱动电机的容纳腔；容纳腔的上端口处设有内肩台及位于内肩台下侧的隔板部，内肩台上方的敞口部设置有与内齿轮的外周面配合的圆槽部；下轴承座的本体为板体结构，板体结构上设有第一安装通孔及环绕第一安装通孔均匀布置的第一轴承安装通孔；板体结构的顶面凸起地设有三个环绕该第一安装通孔均匀布置的间隔挡块，间隔挡块位于相邻两个第一轴承安装通孔之间；三个间隔挡块的外周面共同一圆柱面，且圆柱面的直径小于内齿轮的内环面；上轴承座的本体为板体结构，其板面的中部区域设有第二安装通孔及三个环绕第二安装通孔均匀布置的第二轴承安装通孔；第二安装通孔及该三个第二轴承安装通孔的位置与下轴承座上的第一安装通孔以及三个第一轴承安装通孔的位置相匹配；下轴承座固定在隔板部上；上轴承座固定在间隔挡块上，且在间隔挡块的间隔支撑下，下轴承座和上轴承座之间形成用于容纳齿轮的架空层结构；太阳齿轮套装并固连在第一齿轮轴的上端部上，第一齿轮轴可转动地套装在第一安装通孔内，传递齿轮套装并固连在第一齿轮轴的下端部上，使太阳齿轮与传递齿轮被止挡在第一安装通孔的两侧；传递齿轮与套装地固设在驱动电机的转子轴上的传递齿轮之间通过花键套传动连接；内齿轮套装在三个间隔挡块的外周上；行星齿轮套装在第二齿轮轴外且与之固定连接，在第二齿轮轴的上端部过盈配合地套装有第二轴承，下端部过盈配合地套装有第一轴承，并使第一轴承套装在第一轴承安装通孔内，第二轴承套装在第二轴承安装通孔内，使三个行星齿轮分别位于两个相邻间隔挡块之间，且通过伸出间隔挡块外的齿部与太阳齿轮同步地啮合；内齿轮可转动地套装在容纳腔的敞口处的圆槽部内；端盖固定在电机底座的上端面上，以将内齿轮可转动地限位于端盖与内肩台之间；载物台的下托盘固定在内齿轮上。使用行星轮系减速结构，不仅传动效率高，结构紧凑，而且利用多个行星轮来分担载荷，形成了功率分流，并通过内啮合齿轮传动实现无径向载荷的转矩传递，承载能力强。进一步的方案为法向轴为所述载物面的中心轴线；三个以上的伸缩驱动单元环绕支撑立柱的中心轴线均匀布置；使得载物台在被伸缩驱动单元控制偏转时，受力更加均匀；伸缩驱动单元为伸缩杆。为了实现上述另一目的，本专利技术提供的3D打印装置包括机架及安装在机架上的打印头、控制单元、行走机构及载物装置，行走机构用于驱使打印头相对机架移动；固定底座固定在机架上。通过以上驱动装置，可使载物台绕其自身载物面的法向轴旋转并相对垂向轴偏转进行偏转，打印头只需做三维平动运动，相对于现有技术中的需要通过打印头进行偏转来实现六自由度三维打印的装置，有效减少了打印头打印时干涉情况的发生，以提高空间结构复杂模型、回转体类模型等的打印效率。具体的方案为控制单元包括处理器与存储器，存储器存储有计算机程序，其特征在于，计算机程序被处理器执行时，能实现以下步骤：通过并联驱动单元驱使载物台的载物面调整至其法向沿垂向布置，及通过行走机构驱使打印头移动至位于载物面的中心区域处，再按照所导入的打印模型的切片数据，打印出打印物；模型包括延伸方向沿载物面的法向布置的基底部及相对载物面的法向倾斜布置的倾斜体部；获取切片本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种3D打印用的混联机构载物装置，包括驱动单元及安装在所述驱动单元的驱动输出端上的载物台；其特征在于:所述驱动单元为混联驱动单元，包括用于驱动所述载物台绕其自身载物面的法向轴旋转的旋转驱动单元及用于驱动所述载物台相对垂向轴偏转的并联驱动单元；所述旋转驱动单元安装在所述并联驱动单元的偏转输出端上；所述旋转驱动单元的旋转输出端构成所述驱动输出端；所述并联驱动单元包括固定底座、安装顶座及布置在该两座之间的支撑立柱与三个以上的伸缩驱动单元；所述支撑立柱的底端固定在所述固定底座上；所述三个以上的伸缩驱动单元环绕所述支撑立柱的中心轴线布置；所述伸缩驱动单元的基体通过虎克铰铰接在所述固定底座上；所述安装顶座的底面通过第一球铰机构铰接在所述支撑立柱的顶端上，周缘部通过第二球铰机构铰接在所述伸缩驱动单元的伸缩驱动端上；所述旋转驱动单元的基体固定在所述安装顶座上。

【技术特征摘要】
1.一种3D打印用的混联机构载物装置，包括驱动单元及安装在所述驱动单元的驱动输出端上的载物台；其特征在于:所述驱动单元为混联驱动单元，包括用于驱动所述载物台绕其自身载物面的法向轴旋转的旋转驱动单元及用于驱动所述载物台相对垂向轴偏转的并联驱动单元；所述旋转驱动单元安装在所述并联驱动单元的偏转输出端上；所述旋转驱动单元的旋转输出端构成所述驱动输出端；所述并联驱动单元包括固定底座、安装顶座及布置在该两座之间的支撑立柱与三个以上的伸缩驱动单元；所述支撑立柱的底端固定在所述固定底座上；所述三个以上的伸缩驱动单元环绕所述支撑立柱的中心轴线布置；所述伸缩驱动单元的基体通过虎克铰铰接在所述固定底座上；所述安装顶座的底面通过第一球铰机构铰接在所述支撑立柱的顶端上，周缘部通过第二球铰机构铰接在所述伸缩驱动单元的伸缩驱动端上；所述旋转驱动单元的基体固定在所述安装顶座上。2.根据权利要求1所述的混联机构载物装置，其特征在于：自下而上，所述载物台包括依序布置的下托盘、用于承载打印物的承载盘及上挡环；所述下托盘的上盘面的中部区域内凹地形成有定位槽，所述定位槽的中心区域设有第三安装通孔；所述承载盘的下表面凸起地设有套装在所述定位槽内的定位部，所述上挡环的下表面与所述承载盘的载物面贴合，并通过紧固件对三者在轴向上进行固定连接；穿过所述第三安装通孔的紧固件将所述下托盘固定在所述旋转输出端上。3.根据权利要求1或2所述的混联机构载物装置，其特征在于：所述第一球铰机构包括轴承座、端盖、球铰总成及套装在所述轴承座上的安装槽内的轴承；所述轴承的内圈套装有套筒，所述球铰总成的球铰座固定在所述支撑立柱上，球头销套装地固定在所述套筒内；所述安装顶座固定在所述轴承座上。4.根据权利要求1至3任一项权利要求所述的混联机构载物装置，其特征在于：所述第二球铰机构包括鱼眼轴承和接头支撑座；所述伸缩驱动单元的伸缩驱动端和所述鱼眼轴承的轴承座固定连接；所述鱼眼轴承的内圈与所述接头支撑座上的球铰轴套接；所述支撑座与所述安装顶座固定连接，且所述接头支撑座的顶面倾斜布置地贴合在所述安装顶座的侧面上。5.根据权利要求1至4任一项权利要求所述的混联机构载物装置，其特征在于：所述旋转驱动单元包括电机底座、驱动电机、行星轮系和端盖；所述行星轮系包括内齿轮、上轴承座、下轴承座及布置在该两轴承座之间的太阳齿轮与行星齿轮；所述电机底座为块状结构，固定在所述安装顶座上，其上端面内凹地设有用于容纳所述驱动电机的容纳腔；所述容纳腔的上端口处设有内肩台及位于所述内肩台下侧的隔板部，所述内肩台上方的敞口部设置有与所述内齿轮的外周面配合的圆槽部；所述下轴承座的本体为板体结构，所述板体结构上设有第一安装通孔及环绕所述第一安装通孔均匀布置的第一轴承安装通孔；所述板体结构的顶面凸起地设有三个环绕该所述第一安装通孔均匀布置的间隔挡块，所述间隔挡块位于相邻的两个所述第一轴承安装通孔之间；三个所述间隔挡块的外周面共同一圆柱面，且所述圆柱面的直径小于所述内齿轮的内环面；所述上轴承座的本体为板体结构，其板面的中部区域设有第二安装通孔及三个环绕所述第二安装通孔均匀布置的第二轴承安装通孔；所述第二安装通孔及三个所述第二轴承安装通孔的位置与所述下轴承座上的第一安装通孔以及三个所述第一轴承安装通孔的位置相匹配；所述下轴承座固定在所述隔板部上；所述上轴承座固定在所述间隔挡块上...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐敬华，冯雪庆，岑俊，张树有，谭建荣，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33