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高精度3D 打印机

阅读：542发布：2020-05-13

专利汇可以提供高精度3D 打印机专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供一种高精度 3D 打印机，包括框架、横向导轨、纵向导轨、喷头基座、横向、纵向驱动机构；驱动机构包括步进电机及传动皮带；喷头基座可沿横向导轨滑动，横向导轨通过横向导轨座沿纵向导轨滑动；横向导轨的表面由电阻材料构成，喷头基座下方具有与横向导轨表面相接触的横向滑动触头，横向滑动触头串接一个欧姆表后再分接至所述横向导轨的两端，欧姆表电气耦合运算器，运算器耦合至步进电机控制器；纵向导轨的表面由电阻材料构成，横向导轨座下方具有与纵向导轨表面相接触的纵向滑动触头以与横向滑动触头相同的方式电气耦合至运算器；所述运算器耦合至步进电机控制器；该打印机可以克服皮带传动机构的不稳定性问题，提高打印精度。，下面是高精度3D 打印机专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种高精度3D 打印机，包括框架（1），所述框架上水平架设有两条相互平行的纵向导轨（2）；所述纵向导轨（2）上设有可沿纵向导轨滑动的横向导轨座（31）；所述导轨座上固定有两条平行的横向导轨（3），所述横向导轨（3）正交并横跨于两条所述纵向导轨（2）之间；所述横向导轨（3）上设有可沿横向导轨移动的喷头基座（4）；所述打印机还包括有使喷头基座（4）沿横向导轨（3）滑动的横向驱动机构，以及使横向导轨座（31）沿纵向导轨（2）滑动的纵向驱动机构，所述横向、纵向驱动机构包括步进电机（5）及传动皮带（51）；其特征在于：其中一条横向导轨（3）的表面由电阻材料构成，所述喷头基座（4）下方具有与横向导轨（3）表面相接触的横向滑动触头（41），所述横向滑动触头（41）串接一个欧姆表（6）后再分接至所述横向导轨（3）的两端，使该欧姆表（6）测量出所述横向导轨（3）上，处于所述横向滑动触头（41）两侧的两个分段的并联电阻；所述欧姆表（6）电气连接至运算器（7），所述运算器（7）耦合至步进电机控制器；同理，其中一条纵向导轨（2）的表面由电阻材料构成，所述横向导轨座（31）下方具有与纵向导轨（2）表面相接触的纵向滑动触头（311），所述纵向滑动触头（311）串接一个欧姆表（6）后再分接至所述纵向导轨（2）的两端，使该欧姆表测量出所述纵向导轨（2）上，处于所述纵向滑动触头（311）两侧的两个分段的并联电阻；所述欧姆表电气连接至所述运算器（7），所述运算器（7）耦合至所述步进电机控制器；所述运算器（7）根据打印指令预定的位置点，计算所述横向滑动触头（41）、纵向滑动触头（311）应处的位置点，并通过各所述欧姆表返回的阻值，计算所述横向滑动触头（41）、纵向滑动触头（311）实际所处的位置点；由所述步进电机控制器驱动各步进电机（5），使所述横向滑动触头（41）、纵向滑动触头（311）应处的位置点与实际所处的位置点一致。
2.根据权利要求1所述的高精度3D打印机，其特征在于：所述运算器（7）在计算所述横向滑动触头（41）、纵向滑动触头（311）实际所处的位置点时，还参考各所述步进电机（5）的当前转角，由各步进电机（5）的当前转角，计算出一个粗略位置点，并由各所述欧姆表返回的阻值，计算出4个备选位置点；然后将所述粗略位置点与该4个备选位置点相比较，选出一个与粗略位置点最接近的备选位置点，作为所述横向滑动触头（41）、纵向滑动触头（311）实际所处的位置点。
3.根据权利要求1所述的高精度3D打印机，其特征在于：所述横向驱动机构的步进电机固定在所述横向导轨座（31）上；所述纵向驱动机构的步进电机固定在所述框架（1）上。
4.根据权利要求1所述的高精度3D打印机，其特征在于：所述电阻材料为氧化铟锡，其表面覆盖一层保护膜。
5.根据权利要求1所述的高精度3D打印机，其特征在于：所述横向导轨（3）、纵向导轨（2）的电阻材料表面铺设一层金属保护层，且所述金属保护层具有如下特点，其表面被切割成沿轴向等距分布的环形金属线，各金属线的线宽小于0.1mm，且相邻金属线之间的间距小于金属线的线宽；相邻金属线之间的间隔由绝缘质填充；且各金属线与所述电阻材料电性接触。

说明书全文

高精度3D 打印机

技术领域

[0001] 本发明涉及机电设备领域，特别地，是一种3D打印机。

背景技术

[0002] 目前，3D打印机的发展较快，其中最常用的为热熔式3D打印机；在打印过程中，需要将打印喷头定位到模型截面的各位置点进行打印；为了实现打印喷头的定位，目前采用的结构形式是，将喷头基座设置在横向导轨上，再将横向导轨的横向导轨座设置在纵向导轨上；并配设使喷头基座沿横向导轨滑动的横向驱动机构，以及使横向导轨座沿纵向导轨滑动的纵向驱动机构，各驱动机构包括步进电机及传动皮带。由于传动皮带由橡胶构成，在使用过程中，将受到环境温度影响、力学冲击影响，以及自然老化的影响，使其张力必定难以稳定；这样，在步进电机转过预定角度时，极有可能使喷头基座的位移与预定位移出现偏差；实际上，该种偏差远远超过了打印机的标称精度（一般为0.1mm），事实上，采用目前普遍采用该种传动机构的3D打印机，由于受制于结构形式，精度很差，甚至不能可靠地进行零件制样。

发明内容

[0003] 针对上述问题，本发明的目的在于提供一种高精度3D打印机，该打印机可以克服皮带传动机构的不稳定性问题，提高打印精度。

[0004] 本发明实现技术目的所采用的技术方案是：该高精度3D打印机包括框架，所述框架上水平架设有两条相互平行的纵向导轨；所述纵向导轨上设有可沿纵向导轨滑动的横向导轨座；所述导轨座上固定有两条平行的横向导轨，所述横向导轨正交并横跨于两条所述纵向导轨之间；所述横向导轨上设有可沿横向导轨移动的喷头基座；所述打印机还包括有使喷头基座沿横向导轨滑动的横向驱动机构，以及使横向导轨座沿纵向导轨滑动的纵向驱动机构，所述横向、纵向驱动机构包括步进电机及传动皮带；其中一条横向导轨的表面由电阻材料构成，所述喷头基座下方具有与横向导轨表面相接触的横向滑动触头，所述横向滑动触头串接一个欧姆表后再分接至所述横向导轨的两端，使该欧姆表测量出所述横向导轨上，处于所述横向滑动触头两侧的两个分段的并联电阻；所述欧姆表电气连接至运算器，所述运算器耦合至步进电机控制器；同理，其中一条纵向导轨的表面由电阻材料构成，所述横向导轨座下方具有与纵向导轨表面相接触的纵向滑动触头，所述纵向滑动触头串接一个欧姆表后再分接至所述纵向导轨的两端，使该欧姆表测量出所述纵向导轨上，处于所述纵向滑动触头两侧的两个分段的并联电阻；所述欧姆表电气连接至所述运算器，所述运算器耦合至所述步进电机控制器；所述运算器根据打印指令预定的位置点，计算所述横向滑动触头、纵向滑动触头应处的位置点，并通过各所述欧姆表返回的阻值，计算所述横向滑动触头、纵向滑动触头实际所处的位置点；由所述步进电机控制器驱动各步进电机，使所述横向滑动触头、纵向滑动触头应处的位置点与实际所处的位置点一致。

[0005] 作为优选，所述运算器在计算所述横向滑动触头、纵向滑动触头实际所处的位置点时，还参考各所述步进电机的当前转角，由各步进电机的当前转角，计算出一个粗略位置点，并由各所述欧姆表返回的阻值，计算出4个备选位置点；然后将所述粗略位置点与该4个备选位置点相比较，选出一个与粗略位置点最接近的备选位置点，作为所述横向滑动触头、纵向滑动触头实际所处的位置点。

[0006] 作为优选，所述横向驱动机构的步进电机固定在所述横向导轨座上；所述纵向驱动机构的步进电机固定在所述框架上。

[0007] 作为优选，所述电阻材料为氧化铟锡，其表面覆盖一层保护膜。

[0008] 作为优选，所述横向导轨、纵向导轨的电阻材料表面铺设一层金属保护层，且所述金属保护层具有如下特点，其表面被切割成沿轴向等距分布的环形金属线，各金属线的线宽小于0.1mm，且相邻金属线之间的间距小于金属线的线宽；相邻金属线之间的间隔由绝缘质填充；且各金属线与所述电阻材料电性接触；按此方案，所述横向滑动触头、纵向滑动触头与各所述金属线相接触，从而间接电性连接至电阻材料，可以避免滑动触头直接在电阻材料上滑动，防止电阻材料被快速磨损。

[0009] 本发明的有益效果在于：该高精度3D打印机在工作时，仍然采用步进电机与传动皮带构成的驱动机构，可以充分保障驱动速度与动力；在此基础上，根据各导轨上两个分段的并联电阻的变化，判断出喷头基座实际所处的位置，即可避免由于传动皮带的形变而造成的误差，使该打印机可以显著提高打印精度。附图说明

[0010] 图1是本高精度3D打印机的俯视示意图。

[0011] 图2是本高精度3D打印机中，横向导轨处的电气结构示意图。

[0012] 图3是图2的等效电路图。

[0013] 图4是横向导轨和纵向导轨的一个实施例示意图。

具体实施方式

[0014] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

[0015] 在图1所示的实施例中，该高精度3D打印机包括框架1，所述框架1上水平架设有两条相互平行的纵向导轨2；所述纵向导轨2上设有可沿纵向导轨2滑动的横向导轨座31；所述导轨座31上固定有两条平行的横向导轨3，所述横向导轨3正交并横跨于两条所述纵向导轨2之间；所述横向导轨3上设有可沿横向导轨移动的喷头基座4；所述打印机还包括有使喷头基座4沿横向导轨3滑动的横向驱动机构，以及使横向导轨座31沿纵向导轨2滑动的纵向驱动机构，所述横向、纵向驱动机构包括步进电机5及传动皮带51；其中一条横向导轨3的表面由电阻材料构成，所述喷头基座4下方具有与横向导轨3表面相接触的横向滑动触头41；如图2所示，所述横向滑动触头41串接一个欧姆表6后再分接至所述横向导轨3的两端，使该欧姆表6测量出所述横向导轨3上，处于所述横向滑动触头41两侧的两个分段的并联电阻；所述欧姆表6电气连接至运算器7，所述运算器7耦合至步进电机控制器；图2的等效电路图如图3所示，图2中，横向滑动触头41两侧的横向导轨的两个分段即为图3中的第一分段301和第二分段302。

[0016] 同理，其中一条纵向导轨2的表面由电阻材料构成，所述横向导轨座31下方具有与纵向导轨2表面相接触的纵向滑动触头311，所述纵向滑动触头311亦串接一个欧姆表后再分接至所述纵向导轨2的两端，使该欧姆表测量出所述纵向导轨2上，处于所述纵向滑动触头311两侧的两个分段的并联电阻；所述欧姆表电气连接至所述运算器7，所述运算器7耦合至所述步进电机控制器5；所述运算器7根据打印指令预定的位置点，计算所述横向滑动触头41、纵向滑动触头311应处的位置点，并通过各所述欧姆表返回的阻值，计算所述横向滑动触头41、纵向滑动触头311实际所处的位置点；由所述步进电机控制器驱动各步进电机5，使所述横向滑动触头41、纵向滑动触头311应处的位置点与实际所处的位置点一致。

[0017] 所述运算器7在计算所述横向滑动触头41、纵向滑动触头311实际所处的位置点时，还参考各所述步进电机5的当前转角，由各步进电机的当前转角，计算出一个粗略位置点，并由各所述欧姆表返回的阻值，计算出4个备选位置点（以横向导轨3为例，对于欧姆表返回的一个阻值，对应由图3所示的第一分段301和第二分段302并联而成，而实际可能第一分段301处于横向滑动触头41左侧，也可能第二分段302处于横向滑动触头311左侧，因此，在不考虑喷头基座的位置连续性的情况下，运算器7将会计算出2个横向滑动触头41的横坐标值，同样，也会算出2个纵向滑动触头311的纵坐标值，因此，将计算出4个备选位置点）；然后将所述粗略位置点与该4个备选位置点相比较，选出一个与粗略位置点最接近的备选位置点，作为所述横向滑动触头41、纵向滑动触头311实际所处的位置点。

[0018] 上述的高精度3D打印机，所述横向驱动机构的步进电机固定在所述横向导轨座31上；所述纵向驱动机构的步进电机固定在所述框架1上。

[0019] 上述高精度3D打印机在工作时，仍然采用步进电机5与传动皮带51构成的驱动机构，可以充分保障驱动速度与动力；在此基础上，根据各导轨上两个分段的并联电阻的变化，判断出喷头基座4实际所处的位置，即可避免由于传动皮带的形变而造成的误差，使该打印机可以显著提高打印精度。

[0020] 另外，为了可以避免滑动触头直接在电阻材料上滑动，造成电阻材料的快速磨损；可在所述横向导轨、纵向导轨的电阻材料表面铺设一层金属保护层，且所述金属保护层具有如下特点，其表面被切割成沿轴向等距分布的环形金属线，各金属线的线宽小于0.1mm，且相邻金属线之间的间距小于金属线的线宽，其大致外观样式如图4所示意；相邻金属线之间的间隔由绝缘质填充；且各金属线与所述电阻材料电性接触；按此方案，所述横向滑动触头41、纵向滑动触头311与各所述金属线相接触，从而间接电性连接至电阻材料。

[0021] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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