本发明提供一种新型多功能数控3D打印设备，包括工作台，所述工作台上设置有龙门架，其特征是：所述龙门架通过悬挂驱动机构一悬挂有加工刀具，所述龙门架通过悬挂驱动机构二悬挂有3D打印头。本发明只用一套数控设备，即可执行增材制造及减材制造工艺，一机二用，降低数控设备的购置成本；使用多角旋转塔机构，提供多材质塑料3D打印的工艺能力。可以独立的完成CNC四轴联动的减材制作工艺，可对镶嵌件预加工，也可对3D 打印的成品，作表面精加工。可以做金属‑塑料，塑料‑塑料镶嵌件复合材料的3D打印工艺成品。
1.一种新型多功能数控3D打印设备，包括工作台，所述工作台上设置有龙门架，其特征是：所述龙门架通过悬挂驱动机构一悬挂有加工刀具，所述龙门架通过悬挂驱动机构二悬挂有3D打印头,所述悬挂驱动机构一包括支撑座一，所述支撑座一上端设置有切削头Z轴步进电机，所述切削头Z轴步进电机连接切削头Z轴丝杠，所述支撑座一内还设置有切削头Z轴导轨，所述切削头Z轴丝杠下端连接切削头滑块，所述切削头滑块能够沿所述切削头Z轴导轨上下移动，所述切削头滑块上连接切削头主轴电机，所述切削头主轴电机的输出轴上连接所述加工刀具，所述工作台上还设置有工件夹头，所述悬挂驱动机构二包括支撑座二，所述支撑座二的上端设置有旋转塔Z向步进电机，所述旋转塔Z向步进电机的丝杠轴连接旋转塔Z向滑块，所述旋转塔Z向滑块环套在旋转塔Z向导轨上，所述旋转塔Z向滑块连接齿轮室，所述齿轮室内设置有旋转塔旋转驱动步进电机和旋转轴，所述旋转塔旋转驱动步进电机的输出轴上设置有蜗杆，所述旋转轴上设置有与所述蜗杆配合使用的涡轮齿，所述输出轴的末端通过轴承连接所述3D打印头。
2.根据权利要求1所述的新型多功能数控3D打印设备，其特征是：所述3D打印头包括至少三个面的旋转塔，所述旋转塔的每个面均设置有挤出头。
3.根据权利要求2所述的新型多功能数控3D打印设备，其特征是：所述挤出头包括小型步进马达，所述小型步进马达上设置有塑料送料机构，所述塑料送料机构的下侧连接加热块，所述加热块连接温度传感器和喷头。
4.根据权利要求3所述的新型多功能数控3D打印设备，其特征是：所述龙门架的一端设置有X向步进电机，所述龙门架的另一端设置有打印材料存放机构，所述X向步进电机连接X向丝杠，所述X向丝杠的上下两侧设置有X向导轨，所述X向丝杠上连接所述支撑座一和支撑座二，所述支撑座一和所述支撑座二能够沿所述X向导轨左右滑动，所述打印材料存放机构连通所述塑料送料机构。
5.根据权利要求4所述的新型多功能数控3D打印设备，其特征是：所述工作台的一端设置有龙门架Y向丝杠和龙门架Y向步进电机，所述工作台的两侧设置有配合所述龙门架滑动的Y向导轨。
6.根据权利要求2所述的新型多功能数控3D打印设备，其特征是：所述工件夹头包括顶针和工件三爪卡盘，所述顶针和工件三爪卡盘之间设置工件，所述工件三爪卡盘连接工件旋转控制机构。
7.一种新型多功能数控3D打印设备使用方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)判断是打印纯塑料产品还是带有镶嵌件的塑料产品，如果是打印纯塑料产品，转步骤(2)，如果是打印带有镶嵌件的塑料产品，转步骤(3)；
(2)打印纯塑料产品时，X向步进电机旋转，调整旋转塔的X向位置，旋转塔Z向步进电机旋转，通过旋转塔Z向导轨和旋转塔Z向滑块调节旋转塔的Z向位置，通过龙门架Y向步进电机调节旋转塔的Y向位置，旋转塔位置调节适当后，根据产品的要求，使用CAD/CAM及3D打印用的分层软件，画出3D图形，就工件的状况，分层决定喷头的运行路径后，编译出专用的数控指令，旋转塔旋转驱动步进电机驱动旋转塔旋转，让不同材料或不同颜色塑料依设计方案挤出完成型，如果需要后加工，则调整切削头主轴电机到适当位置后，通过驱动加工刀具完成精加工的工艺，增加产品的精度及光滑度；工件旋转控制机构能够带动工件旋转，能够调整工件打印或者切削的角度，使得整个3D打印设备具有CNC四轴联动的减材制作能力，同时也具有CNC四轴联动的增材制作功能；
(3)首先用切削头主轴电机驱动加工刀具制作出镶嵌件，然后根据产品的要求，使用CAD/CAM及3D打印用的分层软件，画出3D图形，就工件的状况，分层决定喷头的运行路径后，编译出专用的数控指令，旋转塔旋转驱动步进电机驱动旋转塔旋转，让不同材料或不同颜色塑料依设计方案挤出完成型，在镶嵌件的表面完成3D打印的后续工艺，工件旋转控制机构能够带动工件旋转，能够调整工件打印或者切削的角度，使得整个3D打印设备具有CNC四轴联动的减材制作能力，同时也具有CNC四轴联动的增材制作功能。
一种新型多功能数控3D打印设备及使用方法
技术领域
[0001] 本发明涉及数控加工设备领域，具体地讲，涉及一种新型多功能数控3D打印设备及使用方法。
背景技术
[0002] 3D打印工艺(增材制造)有下述优势：1.由於不必开发成型模，所以.可以节约新产品开发成本，及节省开发时间；2.通常成品的加工切削量少因而可减少材料的耗损；3.几乎任何结构及外型的设计均可由3D打印工艺做出，设计人员因而有更多的设计自由度，可完全採用以产品的功能为主要考量的设计方案，4.由於产品的设计不再受限於加工可行性的局限，凸显了选优设计的优点，设计人员能开发出有创意，重量轻，复杂形状，而功能优良的产品。
[0003] 目前，虽然以塑胶为原料的CNC 3D打印技术及设备较为成熟。但是，还有许多不足处。例如，以塑料为原料的家用CNC 3D打印设备(FDM工艺)，通常只对单一原料进行增材制造；以塑料为原料的工业用3D打印设备(FDM工艺)通常只对两种材料或两种颜色的原料，执行增材制造工艺；也就是说，现有的3D打印设备设计，原料的选用弹性不足，机构简单，没有CNC机加工(减材制造)的能力，无法就便加工，不能进一步提高成品精度及表面光滑度。如果工件为复合件，更无法使用同一个机台，对镶嵌件进行先期的加工凖备工作；也就是说，一个工件如需增材工艺及减材工艺或用不同种类，颜色的原料，工厂就必需凖备二套以上的CNC设备，不但费用投资多，而且设备占用过多的工厂空间。发明内容：
[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种新型多功能数控3D打印设备及使用方法，至少一机二用，执行增材制造及减材制造的工艺，降低数控设备的购置成本。
[0005] 本发明采用如下技术方案实现发明目的：
[0006] 一种新型多功能数控3D打印设备，包括工作台，所述工作台上设置有龙门架，其特征是：所述龙门架通过悬挂驱动机构一悬挂有加工刀具，所述龙门架通过悬挂驱动机构二悬挂有3D打印头，所述悬挂驱动机构一包括支撑座一，所述支撑座一上端设置有切削头Z轴步进电机，所述切削头Z轴步进电机连接切削头Z轴丝杠，所述支撑座一内还设置有切削头Z轴导轨，所述切削头Z轴丝杠下端连接切削头滑块，所述切削头滑块能够沿所述切削头Z轴导轨上下移动，所述切削头滑块上连接切削头主轴电机，所述切削头主轴电机的输出轴上连接所述加工刀具，所述工作台上还设置有工件夹头，所述悬挂驱动机构二包括支撑座二，所述支撑座二的上端设置有旋转塔Z向步进电机，所述旋转塔Z向步进电机的丝杠轴连接旋转塔Z向滑块，所述旋转塔Z向滑块环套在旋转塔Z向导轨上，所述旋转塔Z向滑块连接齿轮室，所述齿轮室内设置有旋转塔旋转驱动步进电机和旋转轴，所述旋转塔旋转驱动步进电机的输出轴上设置有蜗杆，所述旋转轴上设置有与所述蜗杆配合使用的涡轮齿，所述输出轴的末端通过轴承连接所述3D打印头。
[0007] 作为对本技术方案的进一步限定，所述3D打印头包括至少三个面的旋转塔，所述旋转塔的每个面均设置有挤出头。
[0008] 作为对本技术方案的进一步限定，所述挤出头包括小型步进马达，所述小型步进马达上设置有塑料送料机构，所述塑料送料机构的下侧连接加热块，所述加热块连接温度传感器和喷头。
[0009] 作为对本技术方案的进一步限定，所述龙门架的一端设置有X向步进电机，所述龙门架的另一端设置有打印材料存放机构，所述X向步进电机连接X向丝杠，所述X向丝杠的上下两侧设置有X向导轨，所述X向丝杠上连接所述支撑座一和支撑座二，所述支撑座一和所述支撑座二能够沿所述X向导轨左右滑动，所述打印材料存放机构连通所述塑料送料机构。
[0010] 作为对本技术方案的进一步限定，所述工作台的一端设置有龙门架Y向丝杠和龙门架Y向步进电机，所述工作台的两侧设置有配合所述龙门架滑动的Y向导轨。
[0011] 作为对本技术方案的进一步限定，所述工件夹头包括顶针和工件三爪卡盘，所述顶针和工件三爪卡盘之间设置工件，所述工件三爪卡盘连接工件旋转控制机构。
[0012] 一种新型多功能数控3D打印设备使用方法，包括如下步骤：
[0013] (1)判断是打印纯塑料产品还是带有镶嵌件的塑料产品，如果是打印纯塑料产品，转步骤(2)，如果是打印带有镶嵌件的塑料产品，转步骤(3)；
[0014] (2)打印纯塑料产品时，X向步进电机旋转，调整旋转塔的X向位置，旋转塔Z向步进电机旋转，通过旋转塔Z向导轨和旋转塔Z向滑块调节旋转塔的Z向位置，通过龙门架Y向步进电机调节旋转塔的Y向位置，旋转塔位置调节适当后，根据产品的要求，使用CAD/CAM及3D打印用的分层软件，画出3D图形，就工件的状况，分层决定喷头的运行路径后，编译出专用的数控指令，旋转塔旋转驱动步进电机驱动旋转塔旋转，让不同材料或不同颜色塑料依设计方案挤出完成型，如果需要后加工，则调整切削头主轴电机到适当位置后，通过驱动加工刀具完成精加工的工艺，增加产品的精度及光滑度；工件旋转控制机构能够带动工件旋转，能够调整工件打印或者切削的角度，使得整个3D打印设备具有CNC四轴联动的减材制作能力，同时也具有CNC四轴联动的增材制作功能；
[0015] (3)首先用切削头主轴电机驱动加工刀具制作出镶嵌件，然后根据产品的要求，使用CAD/CAM及3D打印用的分层软件，画出3D图形，就工件的状况，分层决定喷头的运行路径后，编译出专用的数控指令，旋转塔旋转驱动步进电机驱动旋转塔旋转，让不同材料或不同颜色塑料依设计方案挤出完成型，在镶嵌件的表面完成3D打印的后续工艺，工件旋转控制机构能够带动工件旋转，能够调整工件打印或者切削的角度，使得整个3D打印设备具有CNC四轴联动的减材制作能力，同时也具有CNC四轴联动的增材制作功能。
[0016] 与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明只用一套数控设备，即可执行增材制造及减材制造工艺，一机多用，降低数控设备的购置成本，可以做出以塑料为原料的3D打印工艺成品，使用多角旋转塔机构，提供多材质塑料3D打印的工艺能力。可以独立的完成CNC四轴联动的减材制作工艺，可对镶嵌件预加工，也可对3D打印的成品作表面精加工。可以做金属-塑料，塑料-塑料等等镶嵌件复合材料的3D打印工艺成品。
附图说明
[0017] 图1是本发明的3D结构示意简图。
[0018] 图2是本发明的主视结构示意简图。
[0019] 图3是本发明的左视结构示意简图。
[0020] 图4是本发明的俯视结构示意简图。
[0021] 图5是本发明的旋转塔结构示意简图。
[0022] 图6是本发明的挤出头结构示意简图。
[0023] 图7是本发明的电气控制原理简图。
[0024] 图中，1-X向步进电机，2-X向丝杠，3-龙门架，4-切削头Z轴丝杠，5-切削头Z轴步进电机，6-切削头主轴电机，7-切削头Z轴导轨，8-X向导轨，9-旋转塔Z向步进电机，10-旋转塔Z向导轨，11-旋转塔，12-打印材料存放机构，13-挤出头，14-加工刀具，15-工件旋转控制机构，16-Y向导轨，17-工作台，18-龙门架Y向丝杠，19-龙门架Y向步进电机，20-齿轮室，21-顶针，22-工件，23-工件三爪卡盘，24-旋转塔Z向滑块，25-旋转塔旋转驱动步进电机，26-蜗杆，27-涡轮齿，28-轴承，29-旋转轴，30-小型步进马达，31-塑料送料机构，32-温度传感器，33-加热块，34-喷头，35、支撑座一，36、支撑座二，37、切削头滑块。
具体实施方式:
[0025] 下面结合实施例，进一步说明本发明。
[0026] 参见图1-图7，本发明包括工作台17，所述工作台17上设置有龙门架3，所述龙门架通过悬挂驱动机构一悬挂有加工刀具14，所述龙门架3通过悬挂驱动机构二悬挂有3D打印头。
[0027] 所述工作台17上还设置有工件夹头。
[0028] 所述悬挂驱动机构一包括支撑座一35，所述支撑座一35上端设置有切削头Z轴步进电机5，所述切削头Z轴步进电机5连接切削头Z轴丝杠4，所述支撑座一35内还设置有切削头Z轴导轨7，所述切削头Z轴丝杠4上连接切削头滑块37，所述切削头滑块37能够沿所述切削头Z轴导轨7上下移动，所述切削头滑块37上连接切削头主轴电机6，所述切削头主轴电机6的输出轴上连接所述加工刀具14。
[0029] 所述悬挂驱动机构二包括支撑座二36，所述支撑座二36的上端设置有旋转塔Z向步进电机9，所述旋转塔Z向步进电机的丝杠轴连接旋转塔Z向滑块24，所述旋转塔Z向滑块24环套在旋转塔Z向导轨10上，所述旋转塔Z向滑块24连接齿轮室20，所述齿轮室20内设置有旋转塔旋转驱动步进电机25和旋转轴29，所述旋转塔旋转驱动步进电机25的输出轴上设置有蜗杆26，所述旋转轴29上设置有与所述蜗杆26配合使用的涡轮齿27，所述旋转轴29的末端通过轴承28连接所述3D打印头。
[0030] 所述3D打印头包括至少一面的旋转塔9，所述旋转塔9的每个面均设置有挤出头13，本优选实施例的旋转塔11有六面。
[0031] 所述挤出头13包括小型步进马达30，所述小型步进马达30上设置有塑料送料机构31，所述塑料送料机构31的下侧连接加热块33，所述加热块33连接温度传感器32和喷头34。
[0032] 所述龙门架3的一端设置有X向步进电机1，所述龙门架3的另一端设置有打印材料存放机构12，所述X向步进电机1连接X向丝杠2，所述X向丝杠2的上下两侧设置有X向导轨8，所述X向丝杠2上连接所述支撑座一35和支撑座二36，所述支撑座一35和所述支撑座二36能够沿所述X向导轨8左右滑动，所述打印材料存放机构12连通所述塑料送料机构31。打印材料存放机构12存放的原料输送到塑料送料机构31，小型步进马达30用于驱动原料下滑流入加热块33加热，经过加热的原料经过喷头34喷出，温度传感器32用于检测加热块33的温度情况。
[0033] 所述工作台17的一端设置有龙门架Y向丝杠18和龙门架Y向步进电机19，所述工作台17的两侧设置有配合所述龙门架滑动的Y向导轨16。
[0034] 所述工件夹头包括顶针21和工件三爪卡盘23，所述顶针21和工件三爪卡盘23之间设置工件22，工件三爪卡盘23连接工件旋转控制机构15。
[0035] 本设备含一个机加工主轴及一个可四轴联动的工件夹头，可满足97％以上的减材制造工艺的功能要求
[0036] 旋转塔11和加工刀具14都分别吊挂在龙门架3上，独立工作。挤出头13装于一个旋转塔11(六角面)的斜面上，进料量及速度由于设程式及小型步进马达30控制，旋转塔11的旋转由旋转塔旋转驱动步进电机25控制。X及Y轴的位置，由控制龙门架X轴及Y轴移动的驱动机构来决定。
[0037] 本发明的工作流程为：如果是纯塑料件的3D打印，使用时根据产品的要求，使用CAD/CAM,及3D打印用的分层软件，画出3D图形，就工件的状况，分层决定喷头的运行路径后，编译出专用的数控指令，转旋转塔，让不同材料，或不同颜色塑料依设计方案挤出完成型，如果需要后加工，则可使用加工刀具14完成精加工的工艺，增加产品的精度及光滑度。
[0038] 如果有金属或塑料的镶嵌件，可先用加工主轴头制作出镶嵌件，然后依偱上述的过程，在嵌入件的表面完成3D打印的后续工艺，旋转式的工件夹头，具有CNC四轴联动的减材制作能力，同时也具有CNC四轴联动的增材制作功能。可以根据设计的要求，独立的完成CNC四轴联动的减材制作工艺。
[0039] 本发明的优点如下：
[0040] (1)使用同一个CNC数控平台，以一套数控设备，同时具备增材制造及减材制造的功能，一机多用，降低数控设备的购置成本。
[0041] (2)加热块和挤出头装于一个多角旋转塔的斜面上，可同时使用多种塑料(两个以上)，完成3D打印工艺。
[0042] (3)可以完成复合式(镶嵌型)复合材料产品的增材制造生产，可以做金属-塑料，塑料-塑料，镶嵌件的3D打印工艺成品，对镶嵌件预加工，或对3D打印的成品，作表面精加工。
[0043] (4)可以独立的完成CNC四轴联动的减材制作工艺也可做到四轴联动的增材制作工艺。
