并聯(lián)臂3D打印機(jī)

說明書多功能并聯(lián)臂3D打印機(jī)一、技術(shù)領(lǐng)域快速成型和工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域二、背景技術(shù)3D打印機(jī)，即快速成形技術(shù)的一種機(jī)器，它是一種數(shù)字模型文件為根底，運用特殊蠟材、粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。常常在模具制造、工業(yè)設(shè)計等領(lǐng)域被用于制造模型或者用于一些產(chǎn)品的直接制造，意味著這項技術(shù)正在普及。所謂的3D打印機(jī)與普通打印機(jī)工作原理根本相同，只是打印材料有些不同，之所以通俗地稱其為“打印機(jī)〞是參照了普通打印機(jī)的技術(shù)原理，因為分層加工的過程與噴墨打印十分相似。這項打印技術(shù)稱為3D立體打印技術(shù)。而這樣的技術(shù)并不僅僅可以利用在打印實物方面，本創(chuàng)造恰恰將這樣一種技術(shù)應(yīng)用在了不同的方面，除了能夠滿足快速成型的需求，還可以實現(xiàn)多方位的功能，為設(shè)計者提供更為豐富的選擇。三、創(chuàng)造內(nèi)容本創(chuàng)造多功能并聯(lián)臂3D打印機(jī)主要由機(jī)械、電子、軟件三大局部組成：1、機(jī)械局部主要由支撐局部、傳動組局部以及執(zhí)行組局部組成。支撐局部包括鋁制骨架1、連接件2組成，兩者的作用是支撐3D打印平臺，并為傳動組局部零件提供適宜的安裝位置，鋁制骨架〔1〕與連接件〔2〕通過直接嵌入連接并通過螺絲固定。傳動組局部包括42步進(jìn)電機(jī)〔3〕、滑輪組〔4〕、強(qiáng)磁球〔5〕、碳纖維桿〔6〕、噴嘴固定座〔7〕、皮帶組成，42步進(jìn)電機(jī)〔3〕通過連接件〔2〕固定在底座中通過皮帶與在鋁制骨架上移動的滑輪組〔3〕連接，滑輪組〔3〕和噴嘴固定座〔7〕上設(shè)計安裝有強(qiáng)磁球〔5〕，通過碳纖維桿〔6〕將滑輪組〔3〕與噴嘴固定座〔7〕相連接。執(zhí)行組局部為送絲機(jī)。送絲機(jī)〔8〕通過螺絲固定在鋁制骨架〔1〕頂端，擠出機(jī)〔9〕、激光發(fā)射器〔10〕、書寫筆、氣動組件等動平臺根據(jù)不同的需要通過噴嘴固定座〔7〕上的強(qiáng)磁球設(shè)計進(jìn)行更換即可。工作過程中，42步進(jìn)電機(jī)〔3〕帶動皮帶將動力傳輸至滑輪組〔4〕，通過皮帶上下移動來控制擠出機(jī)〔9〕的位置，同時送料機(jī)〔8〕對擠出機(jī)〔9〕進(jìn)行送絲，通過42步進(jìn)電機(jī)〔3〕和滑輪組〔4〕的組合來實現(xiàn)擠出機(jī)的移動。2、電子局部主要由Ardurino-Mega2560控制器〔13〕、RAMPS1.4控制器、電機(jī)驅(qū)動板〔14〕、組成。ArduinoMega2560〔13〕是采用USB接口的核心電路板，適合需要大量IO接口的設(shè)計。處理器核心是ATmega2560，同時具有54路數(shù)字輸入/輸出口〔其中16路可作為PWM輸出〕，16路模擬輸入，4路UART接口，一個16MHz晶體振蕩器，一個USB口，一個電源插座，一個ICSPheader和一個復(fù)位按鈕，主要作用是利用軟件生成的G代碼控制RAMPS1.4電機(jī)驅(qū)動器的上下電平，進(jìn)而控制42步進(jìn)電機(jī)〔3〕的步進(jìn)。3、軟件局部主要由Repetier-host軟件、JDpaint軟件、Inkscape軟件組成。其中Repetier-host軟件應(yīng)用于3D打印、JDpaint軟件應(yīng)用于激光雕刻、Inkscape矢量繪圖軟件應(yīng)用于書寫。本創(chuàng)造并聯(lián)臂3D打印機(jī)的創(chuàng)新點在于：由于采用了封閉性的結(jié)構(gòu)使其具有高剛性和高速化的優(yōu)點，其結(jié)構(gòu)負(fù)荷流線短，而負(fù)荷分解的拉、壓力由六只連桿同時承受，以材料力學(xué)的觀點來說，在外力一定時，懸臂量的應(yīng)力與變形都最大，兩端插入次之，再來是兩端簡支撐，其次是受壓的二力結(jié)構(gòu)，應(yīng)力與變形都最小的是受張力的二力結(jié)構(gòu)，故其擁有高剛性。其剛度重量比高于傳統(tǒng)的串聯(lián)機(jī)構(gòu)。慣性低如果結(jié)構(gòu)所承受的力會改變方向，(介于張力與壓力之間)，兩力構(gòu)件將會是最節(jié)省材料的結(jié)構(gòu)，而它的移動件重量減至最低且同時由三個致動器驅(qū)動，因此機(jī)器很容易高速化，且擁有低慣性。由于其為多軸并聯(lián)機(jī)構(gòu)組成，三個個可伸縮桿桿長都單獨對平臺的位置和姿態(tài)起作用，因而不存在串聯(lián)機(jī)構(gòu)〔xyz構(gòu)架〕的幾何誤差累積和放大的現(xiàn)象，甚至還有平均化效果；其擁有熱對稱性結(jié)構(gòu)設(shè)計，因此熱變形較??；故它具有高精度的優(yōu)點。四、附圖說明圖1為多功能并聯(lián)臂3D打印機(jī)的結(jié)構(gòu)示意簡圖1—鋁制骨架2—連接件3—42步進(jìn)電機(jī)4—滑輪組5—強(qiáng)磁球6—碳纖維桿7—噴嘴固定座8—送絲機(jī)圖3為局部電子控制器件11—Ardurino-Mega2560控制器12—電機(jī)驅(qū)動板圖4為并聯(lián)臂3D打印機(jī)程序圖五、具體實施方式1、工作步驟先通過計算機(jī)建模軟件建模，如果你有現(xiàn)成的模型也可以，比方動物模型、人物或者微縮建筑等等。然后通過SD卡或者USB優(yōu)盤把它拷貝到3D打印機(jī)中，進(jìn)行打印設(shè)置后，打印機(jī)就可以把它們打印出來，其工作結(jié)構(gòu)分解圖如下。3D打印機(jī)的工作原理和傳統(tǒng)打印機(jī)根本一樣，都是由控制組件、機(jī)械組件、打印頭、耗材和介質(zhì)等架構(gòu)組成的，打印原理是一樣的。3D打印機(jī)主要是在打印前在電腦上設(shè)計了一個完整的三維立體模型，然后再進(jìn)行打印輸出。3D打印與激光成型技術(shù)一樣，采用了分層加工、疊加成型來完成3D實體打印。每一層的打印過程分為兩步，首先在需要成型的區(qū)域噴灑一層特殊膠水，膠水液滴本身很小，且不易擴(kuò)散。然后是噴灑一層均勻的粉末，粉末遇到膠水會迅速固化黏結(jié)，而沒有膠水的區(qū)域仍保持松散狀態(tài)。這樣在一層膠水一層粉末的交替下，實體模型將會被“打印〞成型，打印完畢后只要掃除松散的粉末即可“刨〞出模型，而剩余粉末還可循環(huán)利用。2、三維設(shè)計三維打印的設(shè)計過程是：先通過計算機(jī)建模軟件建模，再將建成的三維模型“分區(qū)〞成逐層的截面，即切片，從而指導(dǎo)打印機(jī)逐層打印。設(shè)計軟件和打印機(jī)之間協(xié)作的標(biāo)準(zhǔn)文件格式是STL文件格式。一個STL文件使用三角面來近似模擬物體的外表。三角面越小其生成的外表分辨率越高。PLY是一種通過掃描產(chǎn)生的三維文件的掃描器，其生成的VRML或者WRL文件經(jīng)常被用作全彩打印的輸入文件。3、打印過程打印機(jī)通過讀取文件中的橫截面信息，用液體狀、粉狀或片狀的材料將這些截面逐層地打印出來，再將各層截面以各種方式粘合起來從而制造出一個實體。這種技術(shù)的特點在于其幾乎可以造出任何形狀的物品。打印機(jī)打出的截面的厚度〔即Z方向〕以及平面方向即X-Y方向的分辨率是以dpi〔像素每英寸〕或者微米來計算的。一般的厚度為100微米，即0.1毫米，也有局部打印機(jī)如ObjetConnex系列還有三維Systems'ProJet系列可以打印出16微米薄的一層。而平面方向那么可以打印出跟激光打印機(jī)相近的分辨率。打印出來的“墨水滴〞的直徑通常為50到100個微米。用傳統(tǒng)方法制造出一個模型通常需要數(shù)小時到數(shù)天，根據(jù)模型的尺寸以及復(fù)雜程度而定。而用三維打印的技術(shù)那么可以將時間縮短為數(shù)個小時，當(dāng)然其是由打印機(jī)的性能以及模型的尺寸和復(fù)雜程度而定的。傳統(tǒng)的制造技術(shù)如注塑法可以以較低的本錢大量制造聚合物產(chǎn)品，而三維打印技術(shù)那么可以以更快，更有彈性以及更低本錢的方法生產(chǎn)數(shù)量相對較少的產(chǎn)品。一個桌面尺寸的三維打印機(jī)就可以滿足設(shè)計者或概念開發(fā)小組制造模型的需要。附：G代碼例如G28歸位G1XYZFE代表運動到相應(yīng)位置，F(xiàn)為運動速度，E為擠出機(jī)運動M106開風(fēng)扇M107關(guān)風(fēng)扇M140S70;平臺(熱床)的溫度設(shè)定到70℃(如果有的話)M109T0S220;擠絲頭的溫度設(shè)定到220℃并等待溫度到達(dá)220℃T0;使用第一個擠絲頭G21;設(shè)置單位為毫米G90;絕對定位M82;設(shè)置擠出為絕對模式M107;關(guān)閉風(fēng)扇G28X0Y0Z0;移動到原點G1Z15.0F9000;移動到離平臺15mm處G92E0;設(shè)當(dāng)前絲長為0G1F200E3;擠出絲長3mmG92E0;再次設(shè)當(dāng)前絲長為0;總層數(shù):390;層:0M107G1F2400E-4.50000G0F9000X-11.000Y-11.000Z0.300;類型:內(nèi)墻G1F2400E0.00000G1F1200X-16.733Y-11.000E0.28602G1X-16.733Y-16.733E0.57204G1X-11.000Y-16.733E0.85806G1X-11.000Y-11.000E1.14408G0F9000X-10.600Y-10.600;類型:外墻G1F1200X-17.133Y-10.600E1.47001G1X-17.133Y-17.133E1.79595G1X-10.600Y-17.133E2.12188G1X-10.600Y-10.600E2.44781G0F9000X-11.139Y-11.422G0X0.266Y0.266Z78.100;類型:內(nèi)墻G1F600X-0.266Y0.266E1518.33632G1X-0.266Y-0.266E1518.35402G1X0.266Y-0.266E1518.37171G1X0.266Y0.266E1518.38941G0F9000X0.666Y0.666;類型:外墻G1F600X-0.666Y0.666E1518.43371G1X-0.666Y-0.666E1518.47801G1X0.666Y-0.666E1518.52231G1X0.666Y0.666E1518.56662G0F9000X-0.334Y-0.334M107G1F2400E1514.06662G0F9000X-0.334Y-0.334Z83.000;EndGCodeM104S0;擠絲頭加熱關(guān)閉M140S0;平臺(熱床)加熱關(guān)閉(如果有的話)G91;相對定位G1E-1F300;回絲以釋放擠絲頭壓力G28X0Y0Z0;移動到原點M84;使電機(jī)處于自由狀態(tài)G90