[发明专利]使用螺旋齿条和小齿轮的三维打印机的机电运动系统

说明书

技术领域

本发明涉及通常称为“3D打印机”的快速成型机的领域。

背景技术

3D打印可以被认为是2D打印的自然演变，并且3D打印展现出能够提供3D模型真实再现的主要优点，3D模型是先前通过使用当前三维建模程序之一而创建的。利用这种技术，通过沉积连续的材料层产生三维物体。

基本上可以说，3D打印机使用物体的三维模型的文件，并且将其“分解”以在截面图中定义物体的一系列部分。换句话说，这些部分是要被创建的物体的“切片”，其被打印在彼此之上从而一层又一层创建3D物体。

现有不同的3D打印技术，并且它们的主要区别在于打印层的方式。一些方法使用熔化或软化以产生层的材料，例如选择性激光烧结（SLS）和熔融沉积成型（FDM），而其他方法沉积使用各种技术硬化的液体材料。在层压系统的情况下，存在根据形状切割并连接在一起的薄层。

任何3D打印技术的特点就是优缺点，考虑的主要因素是打印原型的速度和成本，3D打印机的成本，材料的选择，可用的颜色等。

为了避免详述对各种3D打印技术和方法的检验，应该注意的是，当前所有3D打印机常见的问题都是关于必须进行打印的设备的移动。

几乎所有目前已知的3D打印机都使用由普通皮带，皮带轮和皮带张紧器构成，由步进电动机驱动的运动链来控制的笛卡尔运动（cartesian movement）。

因此，由于带的弹性，由此所得到的传动比不会是随时间的常数，这并不总是保证沿运动链的运动和传递的均匀性。在带式的运动链中，无论是带齿的皮带还是不带齿的皮带，传动比必须总是考虑驱动皮带轮施加的力与从动皮带轮受到的力之间的差值（简称“DELTA”），所述值之间的差值由通过次级部件（皮带轮，皮带张紧器，皮带等）的运动传递来确定。

不能认为皮带传输是完全精确的，就像齿轮运动链一样，随着时间的推移，皮带本身可能的滑动和/或结构屈服是不可避免，尤其是如果后者是由橡胶或磨损材料制成的。

可能会发生的是，例如，驱动皮带轮的初始运动不会立即与从动皮带轮的随后运动相一致，这是由于存在的皮带张紧器可能是弹性的，和/或是由于连接两个皮带轮的皮带的固有弹性。

在齿轮运动链（例如，齿条和小齿轮，齿轮，带主轴的滚珠丝杠）的传动比中，上述差值（DELTA）几乎变为零，齿轮运动链精确和准确得多，并保证随时间维护初始精度。

发明内容

根据本发明的特有特征，设置的是3D打印机的运动仅由齿轮运动链获得，其中运动链优选由具有螺旋齿条的元件构成。

本发明的第二个特有特征在于，沿着水平面X-Y的两个轴线中的至少一个轴线移动的打印装置的齿条不会移动，并且相对于承载结构（在下面也称为“底盘”）固定，使得承载更多重量的构件即齿条保持静止，并且承载较小重量的小齿轮沿着其移动，以便大大减少要移动的惯性质量。有利地，可以说，移动较小的惯性质量带来相当大的益处，即：

—施加较少的力来克服初始摩擦；

—提高速度的可能性，根据3D打印技术，在缩短产品生产时间方面具有明显的优势；和

—减少电动机克服初始摩擦所需的扭矩，以及降低打印头运动加速/减速的扭矩，从而节省功率和能量以及成本。

如已经提到的，在本发明的优选实施方式中，设置的是使用具有螺旋齿的小齿轮和齿条。螺旋式的解决方案可以大大限制通常关于直齿齿轮式的摩擦和噪音问题。

因此，该解决方案能够实现齿轮传动比的精度和准度，同时防止或至少减少在位移期间摩擦，卡住和噪音的显著问题。

根据本发明的解决方案提供了在水平面的轴线X-Y上的定位的精度，从而对于通过3D打印获得的物体的产量和精度具有相应的操作优点，这不能通过由皮带控制的普通运动来实现。

因此显而易见的是，与现有的3D打印机相比，它具有竞争优势。

如下面将更清楚地示出，例如在轴线Y上使用具有螺旋齿的两个齿条和相应的小齿轮以及在轴线X上的一个螺旋齿条和小齿轮，可以显著减少在操作期间可能出现的齿隙。螺旋齿类型渐进和平滑的啮合使得实际上可以使用小功率电动机，因此传递较少的力。此外，将齿条直接固定在底盘上的选择对于在底盘本身上而不是正在打印的三维件上的震动的释放具有战略性意义。

参考附图，将从本发明随后的详细描述中获得更好的理解，附图仅仅是通过非限制性的例子来说明本发明的优选实施例。

附图说明

在图中：

图1是示意性地示出了沿着三个轴线X-Y-Z移动的装置的前视图；