[实用新型]磁控极坐标3D打印机

说明书

本实用新型公开了一种磁控极坐标3D打印机，采用极坐标定位，以磁环中心为极点建系，使程序大大简化，同时克服了关节式程序复杂和悬臂梁不稳定结构等的影响，采用光电传感器，实时测量极角位移并反馈至控制端，实现闭环控制，不仅消除了轮廓失真，也大大提高了精度和稳定性。本实用新型同步带和丝杠传动用于运动非常缓慢的Z轴升降运动，将二维平面的运动转化为磁力直接控制的无声接触运动；同时，电磁极对永磁极间存在一个向上的分力，使永磁内环大部分重力被抵消，接近于悬浮，对下电磁外环的压力很小，接触部分采用滚珠与滑槽设计，并加以润滑油组成油膜，将噪音降到最低，相比于传统打印机，大大降低了噪音。

技术领域

本实用新型涉及三维打印机，尤其涉及磁控极坐标3D打印机。

背景技术

现有的3D打印机，主要分为直角坐标3D打印机和极坐标3D打印机，目前的三维打印机，大部分采用直角坐标系下的三维快速成型技术。快速成型技术的工作原理是根据逐层完成实体原型的制造，具体为，根据三维CAD设计出的打印模型，把三维实体模型离散化，采用“自下而上”材料累加的制造方法来制造实体打印物件，便得到加工所需的三维造型。

直角坐标系打印机有矩形盒式和三角洲式，分别通过丝杠和同步带带动打印头运动，在二维平面进行扫描打印，二维平面扫描速度较快，丝杆与同步带啮合传动噪声较大。直角坐标系打印机的圆是用多边形近似取代的，存在轮廓失真，特别对于薄壁零件，大多为圆形，误差较大。

极坐标3D打印机分为关节式3D打印机和转盘式3D打印机，关节式3D打印机为开环式节点，对于电机精度要求很高，精度较差，同时运动规划困难，程序实现较为复杂，又类似悬臂梁结构，易产生弯曲变形。

近年来所开发的各种快速成型机，虽然所用工艺不同，但是其机械传动部分和分层软件原理却大致相同。然而，直角坐标机构的快速原型机在加工圆、圆环壁等回转体零件时，存在着致命的缺点，即圆是用多边形近似取代的，多边形等分越多，圆越逼真，但用直线取代圆弧本身就存在轮廓的失真；尤其是薄壁零件，其截面一般是圆环，而且内圆和外圆的半径相差不大。要想得到较为精确的零件，对快速原型设备的精度要求就很高。理论上讲，只要圆弧和其垂足线段距离足够短，即喷头的直径足够小，控制喷嘴在X和Y向同时运动的驱动机构足够精确，就可以还原出零件的真实轮廓。但是，这不仅对技术上提出了较高的要求，而且成本高、价格昂贵。从根本上讲，喷头的直径还是存在的，所加工工件的轮廓依然是近似出来的。所以，在加工截面为圆环的薄壁零件时，当其内外圆半径相差不大时，采用XY直角坐标无法从根本上解决这一问题。

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型的目的是提供一种磁控极坐标3D打印机，以解决现有三维打印机打印速度慢、噪声大、精度低和不稳定等问题。

技术方案：本实用新型包括上部极坐标控制环、Z轴升降机构、打印喷头和打印平台；上部极坐标控制环包括通过光电传感器实时测量极角位置变化以改变电流实现闭环控制的极角控制机构，以及通过控制电磁滑块的运动改变极径大小达到闭环控制的极径控制机构；Z轴升降机构包括丝杠、步进电机齿轮与同步带传动机构，打印平台与丝杠配合实现丝杠的螺旋运动向打印平台升降运动的转化。

打印机还包括底板、同步带轮、可调节固定支座、齿轮一、齿轮二、步进电机、同步带、丝杠螺母、丝杠固定盘。步进电机带动齿轮一，齿轮一与齿轮二啮合，齿轮二转动，带动与齿轮二同轴且固定在主动丝杠上的同步带轮，同步带轮通过同步带带动三根从动丝杠，丝杆与丝杠螺母和丝杠固定盘作用，使打印底盘不仅在电机的带动中上下运动。

打印机还包括下电磁外环、上电磁外环、电磁极、永磁内环、永磁极、固定螺栓、滚珠和滑槽；上电磁外环与下电磁外环通过固定螺栓相连，内嵌入有均匀分布的滚珠；永磁内环上有内经与滚珠相配合的滑槽，使之永磁内环可在其中旋转滑动；上永磁环上有均匀分布的电磁极，永磁内环上均匀分布有永磁极，电磁极与永磁极通过相互之间的电磁耦合与电磁力精确控制永磁内环旋转的角度。