本發(fā)明涉及3D打印技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種能夠自打印Z軸導(dǎo)軌的3D打印機(jī)及3D打印方法。

背景技術(shù)：

3D打印機(jī)又稱三維打印機(jī)(3DP)，是一種累積制造技術(shù)，即快速成形技術(shù)的一種機(jī)器，它是一種數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用特殊蠟材、粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過打印一層層的粘合材料來制造三維的物體。

3D打印機(jī)包括打印頭、打印平臺、打印機(jī)支架、X軸移動機(jī)構(gòu)、Y軸移動機(jī)構(gòu)、Z軸移動機(jī)構(gòu)。打印頭通常設(shè)置在X軸移動機(jī)構(gòu)上，工作時，X軸移動機(jī)構(gòu)上的X軸驅(qū)動電機(jī)帶動設(shè)置在其上的打印頭沿X方向移動；Y軸移動機(jī)構(gòu)上的Y軸驅(qū)動電機(jī)需同時帶動X軸移動機(jī)構(gòu)和打印頭沿Y方向移動；Z軸移動機(jī)構(gòu)上的Z軸驅(qū)動電機(jī)帶動打印平臺在Z軸方向(豎直方向)移動。X、Y軸移動機(jī)構(gòu)通常采用帶傳動，Z軸移動機(jī)構(gòu)通常采用精度較高的螺桿傳動。

現(xiàn)有技術(shù)的3D打印機(jī)受其整體結(jié)構(gòu)尺寸的限制，打印的工件的尺寸也受到了相應(yīng)的限制。隨著3D打印機(jī)越來越普及，如何使3D打印機(jī)更便攜，以及如何讓更小尺寸的3D打印機(jī)能夠打印出更大尺寸的工件，也成為亟需解決的問題。特別是有一類工件，其X、Y方向的尺寸較小，但Z向的尺寸較大，像管狀物件、桿件等，由于其Z向的尺寸很大，該類物件通常也需要較大尺寸的3D打印機(jī)進(jìn)行打印，采用大型3D打印機(jī)打印不僅不便攜，而且成本更高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能夠自打印Z軸導(dǎo)軌的3D打印機(jī)及適用于該3D打印機(jī)的打印方法，該3D打印機(jī)逐層打印工件的同時，打印Z軸導(dǎo)軌，打印而成的Z軸導(dǎo)軌高度與工件高度一致，使3D打印機(jī)允許打印Z向尺寸范圍更大的工件；且自行打印的Z軸導(dǎo)軌可卸除，大大減小了3D打印機(jī)Z向的尺寸，使3D打印機(jī)更便攜。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：

一種3D打印機(jī)，包括打印頭、打印平臺、打印機(jī)支架、控制打印頭在X向移動的X軸移動機(jī)構(gòu)、控制X軸移動機(jī)構(gòu)在Y向移動的Y軸移動機(jī)構(gòu)、控制打印平臺在Z向移動的Z軸移動機(jī)構(gòu)，所述打印頭安裝在X軸移動機(jī)構(gòu)上，所述X軸移動機(jī)構(gòu)安裝在Y軸移動機(jī)構(gòu)上，Z軸移動機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在打印平臺兩側(cè)的Z軸導(dǎo)軌、Z軸移動件和用于驅(qū)動Z軸移動件沿Z軸導(dǎo)軌做直線運(yùn)動的Z軸驅(qū)動裝置，所述打印平臺與Z軸移動件固定并跟隨Z軸移動件同步運(yùn)動，所述Z軸導(dǎo)軌包括用于打印平臺進(jìn)一步向下移動的延伸部，所述延伸部由打印頭打印制成，并且其高度增加量與打印工件的高度增加量相同；Z軸導(dǎo)軌包括固有部，所述固有部下端與打印機(jī)支架固定連接，固有部上端端面與打印平臺在同一平面上，所述延伸部連接于所述固有部上端端面上。

作為優(yōu)選，所述延伸部與固有部可拆卸連接。拆除延伸部后，3D打印機(jī)整體高度降低，更便攜。

Z軸移動機(jī)構(gòu)可以采用驅(qū)動輪配合直板，通過驅(qū)動輪夾緊直板實(shí)現(xiàn)上下移動，但作為優(yōu)選，所述Z軸導(dǎo)軌為齒條，所述Z軸移動件為齒輪，Z軸移動件與Z軸導(dǎo)軌相嚙合。采用齒輪齒條方式傳動更平穩(wěn)，且更容易控制每層層高的精度。

作為優(yōu)選，所述齒輪的齒距與3D打印機(jī)打印一層的層高相同。這樣每打印一層，齒輪和齒條轉(zhuǎn)過一個齒，更易操控。

由于Z向移動為間斷性的上移，作為優(yōu)選，所述Z軸驅(qū)動裝置為步進(jìn)電機(jī)。

一種適用于上述3D打印機(jī)的3D打印方法，包括：

步驟1：初始時，保持Z軸導(dǎo)軌的上端面與打印平臺齊平；

步驟2：啟動X軸移動機(jī)構(gòu)和Y軸移動機(jī)構(gòu)，打印頭于打印平臺上打印第一層工件，同時于Z軸導(dǎo)軌上打印用于供Z軸移動件移動的第一層延伸部；

步驟3：啟動Z軸驅(qū)動裝置，Z軸驅(qū)動裝置帶動Z軸移動件下移一個層高的距離，同時帶動打印平臺下移一個層高的距離；停止Z軸驅(qū)動裝置，啟動X軸移動機(jī)構(gòu)和Y軸移動機(jī)構(gòu)，打印第2層工件及第二層延伸部；

步驟4：重復(fù)以上步驟3，產(chǎn)品高度和Z軸導(dǎo)軌的高度逐層同步增加；打印完最后一層工件及Z軸導(dǎo)軌后，停止打?。?/p>

步驟5：取下工件，Z軸移動件退回初始位置，移除打印制成的Z軸導(dǎo)軌。

采用本發(fā)明的3D打印機(jī)及3D打印方法，有益效果如下：

該3D打印機(jī)逐層打印工件的同時，打印Z軸導(dǎo)軌，Z軸導(dǎo)軌高度與工件高度同步增加，打印而成的Z軸導(dǎo)軌高度與工件高度保持一致，增加了被打印工件高度尺寸的靈活性，使3D打印機(jī)允許打印Z向尺寸范圍更大的工件；且自行打印Z軸導(dǎo)軌可卸除，大大減小了3D打印機(jī)Z向的尺寸，使3D打印機(jī)更便攜。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例3D打印機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中A處的局部放大圖；

圖3為實(shí)施例3D打印機(jī)打印較低尺寸工件時的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為實(shí)施例3D打印機(jī)打印較高尺寸工件時的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記：1、打印機(jī)支架；2、打印平臺；3、打印頭；31、打印噴嘴；4、X軸移動機(jī)構(gòu)；41、X軸滑軌；5、Y軸移動機(jī)構(gòu)；51、Y軸滑軌；6、Z軸移動機(jī)構(gòu)；61、固有部；62、延伸部；63、Z軸驅(qū)動裝置；64、Z軸移動件；7、工件。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對發(fā)明做進(jìn)一步描述。

如圖1至4所示的一種3D打印機(jī)，包括打印機(jī)支架1、打印平臺2、打印頭3、控制打印頭3在X向移動的X軸移動機(jī)構(gòu)4、控制打印頭3在Y向移動的Y軸移動機(jī)構(gòu)5、控制打印平臺2在Z向移動的Z軸移動機(jī)構(gòu)6。

打印頭3上設(shè)置打印噴嘴31，固態(tài)原料通過熱熔擠出機(jī)構(gòu)融化成液體原料，打印噴嘴31通過擠出原料的方式打印出各種工件7。

打印頭3通過X軸移動機(jī)構(gòu)4、Y軸移動機(jī)構(gòu)5、Z軸移動機(jī)構(gòu)6實(shí)現(xiàn)相對于打印平臺的X、Y、Z三個方向的移動。具體地，X軸移動機(jī)構(gòu)4包括沿X軸方向延伸的X軸滑軌41、位于X軸滑軌41一端的X軸驅(qū)動電機(jī)、X軸主動輪和X軸從動輪，其中X軸驅(qū)動電機(jī)與X軸主動輪直接相連并驅(qū)動X軸主動輪轉(zhuǎn)動，X軸從動輪位于X軸滑軌另一端，X軸主動輪和X軸從動輪通過皮帶傳動相連。打印頭3安裝在X軸滑軌41上，通過帶傳動，打印頭3沿X軸滑軌41做往復(fù)直線運(yùn)動。

與X軸移動機(jī)構(gòu)4類似，Y軸移動機(jī)構(gòu)5也包括平行設(shè)置的兩根Y軸滑軌51、位于Y軸滑軌51一側(cè)的Y軸驅(qū)動電機(jī)、與Y軸驅(qū)動電機(jī)直接相連的Y軸主動輪、Y軸從動輪，Y軸從動輪位于Y軸滑軌另一側(cè)，Y軸主動輪和Y軸從動輪通過皮帶傳動相連。X軸移動機(jī)構(gòu)安裝在Y軸滑軌上，通過帶傳動，X軸移動機(jī)構(gòu)沿Y軸滑軌做往復(fù)直線運(yùn)動，即實(shí)現(xiàn)了打印頭的Y向移動。

Z軸移動機(jī)構(gòu)6包括Z軸驅(qū)動裝置63、Z軸導(dǎo)軌、沿著Z軸導(dǎo)軌做直線運(yùn)動的Z軸移動件64。打印平臺2與Z軸移動件64固定相連，并跟隨Z軸移動件64同步運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)打印平臺2的Z向移動。Z軸導(dǎo)軌有兩個，平行設(shè)置在打印平臺兩側(cè)Z軸導(dǎo)軌包括固有部61和與固有部連接的延伸部62，所述延伸部62由打印頭3打印制成，并且Z軸導(dǎo)軌的高度隨工件高度的增加而逐層增加。

如圖3為打印較低的工件的狀態(tài)，圖4為打印較高的工件的狀態(tài)，該3D打印機(jī)逐層打印工件的同時，打印Z軸導(dǎo)軌，Z軸導(dǎo)軌的高度與工件高度一致，，使得被打印工件的Z向尺寸范圍更靈活。打印完后，可移除Z軸導(dǎo)軌延伸段，大大減小了3D打印機(jī)Z向的尺寸，使3D打印機(jī)更便攜。

Z軸移動機(jī)構(gòu)6可以采用驅(qū)動輪配合直板，通過驅(qū)動輪夾緊直板實(shí)現(xiàn)上下移動，但采用齒輪齒條方式傳動更平穩(wěn)，且更容易控制每層層高的精度。所以本實(shí)施例中Z軸導(dǎo)軌為固定于打印機(jī)支架1上的齒條，Z軸移動件64為與所述齒條相嚙合的齒輪。為了便于控制，Z軸驅(qū)動裝置63采用步進(jìn)電機(jī)，優(yōu)選的方式是，步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)動一步，齒輪和齒條轉(zhuǎn)動一個齒距，該齒距即為層高。

為了使3D打印機(jī)尺寸更小、更便攜，打印完成后，可以移除Z軸導(dǎo)軌的延伸部62，以便于下一次打印。

使用上述3D打印機(jī)打印工件的具體方法如下：

初始時，Z軸移動件64位于Z軸導(dǎo)軌的固有部61上，保持Z軸導(dǎo)軌的上端面與打印平臺2齊平；

啟動X軸移動機(jī)構(gòu)4和Y軸移動機(jī)構(gòu)5，打印頭3打印第一層工件，同時打印用于供Z軸移動件移動的第一層Z軸導(dǎo)軌延伸部；

啟動Z軸驅(qū)動裝置63，Z軸驅(qū)動裝置63帶動Z軸移動件64沿著Z軸導(dǎo)軌延伸部62移動一個層高的距離，同時帶動打印平臺2下移一個層高的距離；停止Z軸驅(qū)動裝置63，啟動X軸移動機(jī)構(gòu)4和Y軸移動機(jī)構(gòu)5，打印第2層工件及第二層Z軸導(dǎo)軌延伸部；

重復(fù)以上步驟3，工件高度和Z軸導(dǎo)軌的高度逐層增加；打印完最后一層工件及Z軸導(dǎo)軌后，停止打?。?/p>

取下工件，Z軸移動件64退回初始位置，移除打印制成的Z軸導(dǎo)軌延伸部。

以上所述使本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干變型和改進(jìn)，這些也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。