一种用于智能制造的3D打印系统

技术领域

本发明涉及智能制造技术领域，具体为一种用于智能制造的3D打印系统。

背景技术

智能制造是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统，在制造过程中能进行智能活动，将制造自动化的概念扩展到柔性化、智能化和高度集成化。

智能制造应当包含智能制造技术和智能制造系统，智能制造系统不仅能够在实践中不断地充实知识库，而且还具有自学习功能，还有搜集与理解环境信息和自身的信息，并进行分析判断和规划自身行为的能力。

随着科学技术的不断发展，3D打印技术逐渐成熟化，3D打印是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。

目前，在3D打印技术中所使用的3D打印机，在实际使用时，存在如下缺陷：

用于3D打印的材料种类繁多，每一种打印材料均需要借助对应构造的3D打印机头才可以进行使用，而现有的3D打印机通常指配套有一个3D打印机头，这就使得现有的3D打印机只能依靠一种打印材料来完成实物的成型，造成现有3D打印机在使用时的局限性，为此，本领域的技术人员提出了一种用于智能制造的3D打印系统。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于智能制造的3D打印系统，解决了用于3D打印的材料种类繁多，每一种打印材料均需要借助对应构造的3D打印机头才可以进行使用，而现有的3D打印机通常指配套有一个3D打印机头，这就使得现有的3D打印机只能依靠一种打印材料来完成实物的成型，造成现有3D打印机在使用时的局限性的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种用于智能制造的3D打印系统，包括整体为矩形框架结构的设备承载底座，在所述设备承载底座的两侧分别固定连接有第一立柱和第二立柱，所述第一立柱和第二立柱的顶端共同固定连接有一根横向梁柱，在所述设备承载底座的顶端固定安装有水平第一极轴驱动单元，在所述第一立柱和第二立柱之间且位于横向梁柱的下方共同固定安装有水平第二极轴驱动单元，在所述水平第二极轴驱动单元前侧的驱动端上固定安装有打印头转换单元，在所述打印头转换单元的前侧端面固定安装有若干个构造不同的3D打印机头，在所述横向梁柱的前侧端面固定安装有一组3D打印线材过渡单元，且在所述横向梁柱的顶端固定安装有若干个等距离分布的3D打印线材释放单元，在所述第一立柱和第二立柱顶部的外侧端面均固定安装有一个纵向驱动伺服电机，每个所述纵向驱动伺服电机的驱动端均通过联轴器固定串接有一根螺纹杆，所述水平第二极轴驱动单元的两端套设在两根螺纹杆的外部，且水平第二极轴驱动单元的升降被两个纵向驱动伺服电机所驱动，在所述水平第一极轴驱动单元的顶端固定安装有3D打印成型体基板；

所述打印头转换单元包括均固定安装在水平第二极轴驱动单元驱动端面上的轴承座和旋转驱动电机，在所述轴承座的内部转动连接有一根驱动轴杆，在所述驱动轴杆的外部分别固定套接有支撑块和十字骨架，在所述支撑块的外侧套设有过渡盘，所述支撑块、过渡盘以及十字骨架三者通过螺栓固定连接子啊一起，形成一个整体，在所述过渡盘的内部开设有“十”字形结构的拨动导槽，在所述驱动轴杆背离轴承座的一端固定安装有打印头安装盘；

所述旋转驱动电机的驱动端固定安装有转盘，在所述转盘背离旋转驱动电机一侧端面的边缘处固定安装有拨动导柱，所述拨动导柱位于拨动导槽的内部。

进一步的，所述水平第一极轴驱动单元包括对称安装在设备承载底座顶端的两组承载基座，两组所述承载基座的内部共同固定连接有两根第一导向轴杆，两根所述第一导向轴杆的上方共同滑动连接有一块第一驱动板。

进一步的，所述水平第一极轴驱动单元还包括分别固定安装在设备承载底座顶端的第一安装座和第二安装座，在所述第一安装座和第二安装座之间共同连接有两根支撑轴杆，两根所述支撑轴杆与两根第一导向轴杆平行，在所述第一安装座的底端固定安装有第一驱动电机，所述第一驱动电机的驱动端延伸至第一安装座的上方，且固定安装有第一主动同步轮，在所述第二安装座的顶端转动连接有第一从动同步轮。

进一步的，所述第一主动同步轮和第一从动同步轮之间共同套接有一根第一同步带。

进一步的，在所述第一驱动板底端的中间固定安装有第一联动板，在所述第一联动板的内部开设有衔接槽，所述第一同步带的单边贯穿衔接槽的内部，且与第一联动板固定连接在一起。

进一步的，所述第一驱动板与两根第一导向轴杆之间通过若干个呈矩形四点分布的第一滑座形成滑动连接结构。

进一步的，所述水平第二极轴驱动单元包括固定安装在第一立柱、第二立柱上的四个支撑基座，处于同一竖直直线上的两个支撑基座之间共同固定连接有一根第二导向轴杆，其中一根所述第二导向轴杆的外部滑动连接有第一衔接座，另外一根所述第二导向轴杆的外部滑动连接有第二衔接座，所述第一衔接座、第二衔接座与螺纹杆之间均通过丝筒形成螺纹式的传动连接结构。

进一步的，在所述第一衔接座的内部转动连接有一个第二从动同步轮，在所述第二衔接座的背面固定安装有第二驱动电机，所述第二驱动电机的驱动端延伸至第二衔接座的正面，且固定安装有一个第二主动同步轮，所述第一衔接座和第二衔接座之间对称连接有两根水平导杆，两根所述水平导杆的正面共同滑动连接有一块第二驱动板。

进一步的，所述第二主动同步轮和第二从动同步轮之间共同连接有一根第二同步带，在所述第二驱动板背面的中间位置固定连接有第二联动板，所述第二联动板与第二同步带的单边固定连接在一起，所述第二驱动板两根与水平导杆之间通过若干个第二滑座形成滑动连接结构。

进一步的，所述3D打印线材过渡单元包括对称安装在横向梁柱前侧端面的两个横杆安装座，两个所述横杆安装座的内部转动连接有一根横杆，在所述横杆的外部滑动套接有若干个过渡导轮。

进一步的，所述横杆和若干个过渡导轮之间均通过花键凸块和花键槽形成卡合式的滑动连接结构，所述花键凸块焊接在横杆的表面，与横杆为一体式结构，所述花键槽开设在过渡导轮的内部，所述横杆与两个横杆安装座之间均通过第一轴承形成转动连接。

进一步的，所述3D打印线材释放单元包括固定安装在横向梁柱顶端的第一支撑臂和第二支撑臂，在所述第一支撑臂和第二支撑臂的顶端均开设有限位导槽，在两个所述限位导槽的内部共同架设有一根托轴杆，在所述限位导槽中间区段的外部转动连接有释放盘。

进一步的，在所述托轴杆的外部分别固定套接有第一限位环和第二限位环，所述托轴杆放入两个限位导槽的内部后，所述第一限位环和第二限位环分别位于限位导槽的两侧，所述释放盘与托轴杆之间通过第二轴承形成转动连接结构。

有益效果

本发明提供了一种用于智能制造的3D打印系统。与现有技术相比具备以下有益效果：

1、一种用于智能制造的3D打印系统，通过在水平第二极轴驱动单元前侧的驱动端上固定安装有打印头转换单元，其中，打印头转换单元包括均固定安装在水平第二极轴驱动单元驱动端面上的轴承座和旋转驱动电机，在轴承座的内部转动连接有一根驱动轴杆，在驱动轴杆的外部分别固定套接有支撑块和十字骨架，在支撑块的外侧套设有过渡盘，支撑块、过渡盘以及十字骨架三者通过螺栓固定连接子啊一起，形成一个整体，在过渡盘的内部开设有“十”字形结构的拨动导槽，在驱动轴杆背离轴承座的一端固定安装有打印头安装盘，上述结构，在实际使用时，构造不同的若干个3D打印机头均安装在打印头安装盘上，该单元通过自驱动旋转打印头安装盘的方式，达到切换3D打印机头的目的，进而也就避免了因现有技术中用于3D打印的材料种类繁多，每一种打印材料均需要借助对应构造的3D打印机头才可以进行使用，而现有的3D打印机通常指配套有一个3D打印机头，这就使得现有的3D打印机只能依靠一种打印材料来完成实物的成型，造成现有3D打印机在使用时的局限性的问题。

2、一种用于智能制造的3D打印系统，通过在横向梁柱的前侧端面固定安装有一组3D打印线材过渡单元，且在横向梁柱的顶端固定安装有若干个等距离分布的3D打印线材释放单元，上述结构，在实际使用时，3D打印线材过渡单元和3D打印线材释放单元设置的数量均与3D打印机头的数量相对应，每一组3D打印线材释放单元上均卷绕有同一种类的3D打印材料，当3D打印机头切换后，连接3D打印线材释放单元对应种类的3D打印材料即可，另外，3D打印线材释放单元负责释放用于3D打印的材料，而3D打印线材过渡单元确保3D打印材料在释放过程中的顺滑，提高3D打印材料在释放到对应3D打印机头上稳定性。

3、一种用于智能制造的3D打印系统，通过设置有水平第一极轴驱动单元、水平第二极轴驱动单元以及纵向驱动伺服电机和螺纹杆所组成的竖向升降单元，在实际使用时，可以对整个打印头转换单元的位置进行调节，进而也就实现了对各个3D打印机头的位置进行调节，提高3D打印的精确度。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明水平第一极轴驱动单元第一视角的结构示意图；

图3为本发明水平第一极轴驱动单元第二视角的结构示意图；

图4为本发明第一驱动板翻转180°后的结构示意图；

图5为本发明水平第二极轴驱动单元正面视角的结构示意图；

图6为本发明水平第二极轴驱动单元背面视角的结构示意图；

图7为本发明图5中A部分的结构放大图；

图8为本发明图6中B部分的结构放大图；

图9为本发明打印头转换单元的分解示意图；

图10为本发明打印头转换单元拆去打印头安装盘之后的装配示意图；

图11为本发明3D打印线材过渡单元的分解示意图；

图12为本发明3D打印线材过渡单元的装配示意图；

图13为本发明3D打印线材释放单元的分解示意图；

图14为本发明3D打印线材释放单元的装配示意图。

图中：1、设备承载底座；2、水平第一极轴驱动单元；21、承载基座；22、第一导向轴杆；23、支撑轴杆；24、第一驱动板；26、第一安装座；27、第二安装座；28、第一驱动电机；29、第一主动同步轮；210、第一从动同步轮；211、第一同步带；212、第一滑座；213、第一联动板；214、衔接槽；3、水平第二极轴驱动单元；31、支撑基座；32、第二导向轴杆；33、第一衔接座；34、第二衔接座；35、第二从动同步轮；36、丝筒；37、第二驱动电机；38、第二主动同步轮；39、水平导杆；310、第二同步带；311、第二驱动板；312、第二联动板；313、第二滑座；4、打印头转换单元；41、轴承座；42、旋转驱动电机；43、驱动轴杆；44、转盘；45、拨动导柱；46、支撑块；47、过渡盘；48、十字骨架；49、拨动导槽；410、打印头安装盘；5、3D打印机头；6、3D打印线材过渡单元；61、横杆安装座；62、横杆；63、花键凸块；64、第一轴承；65、过渡导轮；66、花键槽；7、3D打印线材释放单元；71、第一支撑臂；72、第二支撑臂；73、限位导槽；74、托轴杆；75、第一限位环；76、第二限位环；77、释放盘；78、第二轴承；8、第一立柱；9、第二立柱；10、横向梁柱；11、纵向驱动伺服电机；12、联轴器；13、螺纹杆；14、3D打印成型体基板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种用于智能制造的3D打印系统，包括整体为矩形框架结构的设备承载底座1，在设备承载底座1的两侧分别固定连接有第一立柱8和第二立柱9，第一立柱8和第二立柱9的顶端共同固定连接有一根横向梁柱10，在设备承载底座1的顶端固定安装有水平第一极轴驱动单元2，在第一立柱8和第二立柱9之间且位于横向梁柱10的下方共同固定安装有水平第二极轴驱动单元3，在水平第二极轴驱动单元3前侧的驱动端上固定安装有打印头转换单元4，在打印头转换单元4的前侧端面固定安装有若干个构造不同的3D打印机头5，在横向梁柱10的前侧端面固定安装有一组3D打印线材过渡单元6，且在横向梁柱10的顶端固定安装有若干个等距离分布的3D打印线材释放单元7，在第一立柱8和第二立柱9顶部的外侧端面均固定安装有一个纵向驱动伺服电机11，每个纵向驱动伺服电机11的驱动端均通过联轴器12固定串接有一根螺纹杆13，水平第二极轴驱动单元3的两端套设在两根螺纹杆13的外部，且水平第二极轴驱动单元3的升降被两个纵向驱动伺服电机11所驱动，在水平第一极轴驱动单元2的顶端固定安装有3D打印成型体基板14。

请参阅图9-10，打印头转换单元4包括均固定安装在水平第二极轴驱动单元3驱动端面上的轴承座41和旋转驱动电机42，在轴承座41的内部转动连接有一根驱动轴杆43，在驱动轴杆43的外部分别固定套接有支撑块46和十字骨架48，在支撑块46的外侧套设有过渡盘47，支撑块46、过渡盘47以及十字骨架48三者通过螺栓固定连接子啊一起，形成一个整体，在过渡盘47的内部开设有“十”字形结构的拨动导槽49，在驱动轴杆43背离轴承座41的一端固定安装有打印头安装盘410，旋转驱动电机42的驱动端固定安装有转盘44，在转盘44背离旋转驱动电机42一侧端面的边缘处固定安装有拨动导柱45，拨动导柱45位于拨动导槽49的内部。

打印头转换单元4在实际使用时，需要切换不同构造的3D打印机头5时，启动旋转驱动电机42，带动转盘44转动，转盘44带动拨动导柱45旋转，由于拨动导柱45在拨动导槽49的内部，因此当拨动导柱45旋转时，拨动导槽49会同步旋转，进而带动过渡盘47转动，由于过渡盘47与支撑块46之间通过十字骨架48连接子啊一起，因此当过渡盘47转动时，支撑块46会同步转动，进而带动驱动轴杆43转动，从而带动打印头安装盘410旋转，直至对应构造的3D打印机头5的打印端竖直向下，即可，按照上述操作，即可完成不同构造的3D打印机头5的切换处理。

请参阅图2-4，水平第一极轴驱动单元2包括对称安装在设备承载底座1顶端的两组承载基座21，两组承载基座21的内部共同固定连接有两根第一导向轴杆22，两根第一导向轴杆22的上方共同滑动连接有一块第一驱动板24；水平第一极轴驱动单元2还包括分别固定安装在设备承载底座1顶端的第一安装座26和第二安装座27，在第一安装座26和第二安装座27之间共同连接有两根支撑轴杆23，两根支撑轴杆23与两根第一导向轴杆22平行，在第一安装座26的底端固定安装有第一驱动电机28，第一驱动电机28的驱动端延伸至第一安装座26的上方，且固定安装有第一主动同步轮29，在第二安装座27的顶端转动连接有第一从动同步轮210，第一主动同步轮29和第一从动同步轮210之间共同套接有一根第一同步带211，在第一驱动板24底端的中间固定安装有第一联动板213，在第一联动板213的内部开设有衔接槽214，第一同步带211的单边贯穿衔接槽214的内部，且与第一联动板213固定连接在一起，第一驱动板24与两根第一导向轴杆22之间通过若干个呈矩形四点分布的第一滑座212形成滑动连接结构。

水平第一极轴驱动单元2在实际使用时，启动第一驱动电机28，带动第一主动同步轮29转动，在第一从动同步轮210的作用下，第一同步带211跟随转动，由于第一同步带211的一条边与第一驱动板24之间通过第一联动板213固定连接在一起，因此当第一同步带211旋转时，会带动第一驱动板24在第一导向轴杆22上滑动。

请参阅图5-8，水平第二极轴驱动单元3包括固定安装在第一立柱8、第二立柱9上的四个支撑基座31，处于同一竖直直线上的两个支撑基座31之间共同固定连接有一根第二导向轴杆32，其中一根第二导向轴杆32的外部滑动连接有第一衔接座33，另外一根第二导向轴杆32的外部滑动连接有第二衔接座34，第一衔接座33、第二衔接座34与螺纹杆13之间均通过丝筒36形成螺纹式的传动连接结构，在第一衔接座33的内部转动连接有一个第二从动同步轮35，在第二衔接座34的背面固定安装有第二驱动电机37，第二驱动电机37的驱动端延伸至第二衔接座34的正面，且固定安装有一个第二主动同步轮38，第一衔接座33和第二衔接座34之间对称连接有两根水平导杆39，两根水平导杆39的正面共同滑动连接有一块第二驱动板311，第二主动同步轮38和第二从动同步轮35之间共同连接有一根第二同步带310，在第二驱动板311背面的中间位置固定连接有第二联动板312，第二联动板312与第二同步带310的单边固定连接在一起，第二驱动板311两根与水平导杆39之间通过若干个第二滑座313形成滑动连接结构。

水平第二极轴驱动单元3在实际使用时，与水平第一极轴驱动单元2的工作原理相同，带动第二驱动板311移动，从而调节位置。

请参阅图11-12，3D打印线材过渡单元6包括对称安装在横向梁柱10前侧端面的两个横杆安装座61，两个横杆安装座61的内部转动连接有一根横杆62，在横杆62的外部滑动套接有若干个过渡导轮65，横杆62和若干个过渡导轮65之间均通过花键凸块63和花键槽66形成卡合式的滑动连接结构，花键凸块63焊接在横杆62的表面，与横杆62为一体式结构，花键槽66开设在过渡导轮65的内部，横杆62与两个横杆安装座61之间均通过第一轴承64形成转动连接。

请参阅图13-14，3D打印线材释放单元7包括固定安装在横向梁柱10顶端的第一支撑臂71和第二支撑臂72，在第一支撑臂71和第二支撑臂72的顶端均开设有限位导槽73，在两个限位导槽73的内部共同架设有一根托轴杆74，在限位导槽73中间区段的外部转动连接有释放盘77，在托轴杆74的外部分别固定套接有第一限位环75和第二限位环76，托轴杆74放入两个限位导槽73的内部后，第一限位环75和第二限位环76分别位于限位导槽73的两侧，释放盘77与托轴杆74之间通过第二轴承78形成转动连接结构。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。