本发明公开了一种FDM机齿轮传动换向的双打印头联动升降机构，包括底板，在底板的左右两侧分别设置有竖直向的导轨滑块机构，在每个导轨滑块机构的滑块上分别固定设置有右侧打印喷头安装基板和左侧打印喷头安装基板；右侧打印喷头安装基板和左侧打印喷头安装基板的下端分别固定连接有打印喷头；在底板上于两导轨滑块机构之间设置有两幅相互平行的左杠螺母机构和右丝杠螺母机构；本发明通过调整电机驱动齿轮，使两个啮合的齿轮同时转动，从而驱动左丝杠螺母机构和右丝杠螺母机构、由导轨滑块机构实现的直线导轨副，使得左右两侧打印喷头整体联动升降。本发明采用由齿轮传动换向机构，优点在于响应快，运动精度高，同时机构简洁，易于实现。
1.一种FDM机齿轮传动换向的双打印头联动升降机构，其特征在于，包括底板(16)，在底板(16)的左右两侧分别设置有竖直向的导轨滑块机构，在每个导轨滑块机构的滑块上分别固定设置有右侧打印喷头安装基板(10)和左侧打印喷头安装基板(14)；所述右侧打印喷头安装基板(10)和左侧打印喷头安装基板(14)的下端分别固定连接有打印喷头(15)；在底板(16)上于两导轨滑块机构之间设置有两幅相互平行的左丝杠螺母机构和右丝杠螺母机构，左丝杠螺母机构的丝杠滑块(8)与左侧打印喷头安装基板(14)固定连接；右丝杠螺母机构的丝杠滑块(8)与右侧打印喷头安装基板(10)固定连接；所述左丝杠螺母机构和右丝杠螺母机构中的丝杠的上端分别安装有相互啮合的齿轮(4)，其中一个齿轮(4)通过联轴器(3)连接有调整电机(1)；
通过调整电机(1)驱动齿轮(4)，使两个啮合的齿轮(4)同时转动，从而驱动左丝杠螺母机构和右丝杠螺母机构、由导轨滑块机构实现的直线导轨副，使得左右两侧打印喷头(15)整体联动升降。
2.根据权利要求1所述的FDM机齿轮传动换向的双打印头联动升降机构，其特征在于，所述调整电机(1)通过电机座(2)固定在底板(16)上。
3.根据权利要求1所述的FDM机齿轮传动换向的双打印头联动升降机构，其特征在于，所述左、右丝杠螺母机构中的丝杠的两端通过固定在底板(16)上的轴承座(5)、轴承(6)和轴承座螺栓螺母(20)安装；所述轴承(6)为深沟球轴承、角接触球轴承或者圆锥滚子轴承；
所述轴承座(5)为外球面轴承座、立式轴承座或者精密滚珠丝杠轴承座。
4.根据权利要求1所述的FDM机齿轮传动换向的双打印头联动升降机构，其特征在于，所述左丝杠螺母机构和右丝杠螺母机构中的丝杠滑块(8)固定连接有丝杠螺母(9)，丝杠滑块(8)与丝杠螺母(9)一同套设在丝杠上。
5.根据权利要求1所述的FDM机齿轮传动换向的双打印头联动升降机构，其特征在于，所述丝杠包括设置在左丝杠螺母机构中的左侧滚珠丝杠(13)和设置在右丝杠螺母机构中的右侧滚珠丝杠(7)。
6.根据权利要求1所述的FDM机齿轮传动换向的双打印头联动升降机构，其特征在于，所述调整电机(1)为步进电机或伺服电机。
7.根据权利要求1所述的FDM机齿轮传动换向的双打印头联动升降机构，其特征在于，所述联轴器(3)为刚性联轴器、弹性联轴器、梅花联轴器或膜片联轴器。
8.根据权利要求1所述的FDM机齿轮传动换向的双打印头联动升降机构，其特征在于，所述齿轮(4)为直齿齿轮、斜齿齿轮、弧齿齿轮或者正负变位齿轮。
9.根据权利要求1或4所述的FDM机齿轮传动换向的双打印头联动升降机构，其特征在于，所述左丝杠螺母机构或右丝杠螺母机构中的丝杠螺母(9)为弯管式、循环器式或端盖式螺母。
10.根据权利要求1或4所述的FDM机齿轮传动换向的双打印头联动升降机构，其特征在于，所述导轨滑块机构由导轨滑块(11)和导轨(12)组成，所述导轨(12)选择方形滚珠直线导轨、双轴芯滚轮直线导轨或者单轴芯直线导轨。
一种FDM机齿轮传动换向的双打印头联动升降机构
技术领域
[0001] 本发明属于增材制造技术领域，涉及一种双打印头联动升降机构，尤其是一种FDM机齿轮传动换向的双打印头联动升降机构。
背景技术
[0002] 3D打印是增材制造技术(AM，Additive Manufacturing)的俗称。3D打印，名为“打印”，实为“制造”。实际上，在大量的英文文献中，3D打印(3D Printing)常被称作3D Fabrication(3D制造)，这更准确地描述了3D打印的本质。FDM技术是20世纪80年代时ScottCrump发明的。在获得该项技术的专利后，他于1989年建立了Stratasys公司。FDM的技术原理：将丝状(直径约2mm)的热塑性材料通过喷头加热熔化，喷头底部带有微细喷嘴(直径一般为0.2～0.6mm)。材料以一定的压力挤喷出来，同时喷头沿水平方向移动，挤出的材料与前一个层面熔结在一起。一个层面沉积完成后，工作台垂直下降一个层的厚度，再继续熔融沉积，直至完成整个实体造型。
[0003] 目前市面上的具有双打印喷头的FDM打印设备，普遍存在打印喷头与成形件之间的刮蹭与干涉问题。在成形过程中，当一个打印喷头在既定层执行一段打印程序时，因两个喷头的高度基本保持一致，一旦存在运行路径上有已成形材料的凸起或者毛刺，就会导致闲置喷嘴与成形件之间发生干涉，严重的将会导致喷头将整个成形件脱离基板，导致打印失败。
[0004] 有人提出了“单电机双喷头3D打印机喷头机构”(专利号CN201310422519.4)的发明专利。它主要是一种通过一个电机带动两个喷头进行双色打印的单电机双喷头3D打印机喷头机构。然而这种方案并没有解决两个喷头可能干涉的问题。
[0005] 因此，保证双喷头打印机打印时，闲置喷嘴与打印成形件不发生干涉，同时又保证两个喷头之间来回转换的顺畅与便捷，设计一种双打印头联动升降机构具有十分重要的意义。
发明内容
[0006] 本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种FDM机齿轮传动换向的双打印头联动升降机构，其可实现双打印头的自动切换，实现双材料的复合制备，并保证成形过程中闲置喷头与打印件不发生刮蹭或者干涉，有效提高成形件合格率。
[0007] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0008] 这种FDM机齿轮传动换向的双打印头联动升降机构，包括底板，在底板的左右两侧分别设置有竖直向的导轨滑块机构，在每个导轨滑块机构的滑块上分别固定设置有右侧打印喷头安装基板和左侧打印喷头安装基板；所述右侧打印喷头安装基板和左侧打印喷头安装基板的下端分别固定连接有打印喷头；在底板上于两导轨滑块机构之间设置有两幅相互平行的左丝杠螺母机构和右丝杠螺母机构，左丝杠螺母机构的丝杠滑块与左侧打印喷头安装基板固定连接；右丝杠螺母机构的丝杠滑块与右侧打印喷头安装基板固定连接；所述左丝杠螺母机构和右丝杠螺母机构中的丝杠的上端分别安装有相互啮合的齿轮，其中一个齿轮通过联轴器连接有调整电机；通过调整电机驱动齿轮，使两个啮合的齿轮同时转动，从而驱动左丝杠螺母机构和右丝杠螺母机构、由导轨滑块机构实现的直线导轨副，使得左右两侧打印喷头整体联动升降。
[0009] 上述调整电机通过电机座固定在底板上。
[0010] 上述左、右丝杠螺母机构中的丝杠的两端通过固定在底板上的轴承座、轴承和轴承座螺栓螺母安装；所述轴承为深沟球轴承、角接触球轴承或者圆锥滚子轴承；所述轴承座为外球面轴承座、立式轴承座或者精密滚珠丝杠轴承座。
[0011] 上述左丝杠螺母机构和右丝杠螺母机构中的丝杠滑块固定连接有丝杠螺母，丝杠滑块与丝杠螺母一同套设在丝杠上。
[0012] 上述丝杠包括设置在左丝杠螺母机构中的左侧滚珠丝杠和设置在右丝杠螺母机构中的右侧滚珠丝杠。
[0013] 上述调整电机为步进电机或伺服电机。
[0014] 上述联轴器为刚性联轴器、弹性联轴器、梅花联轴器或膜片联轴器。
[0015] 上述齿轮为直齿齿轮、斜齿齿轮、弧齿齿轮或者正负变位齿轮。
[0016] 上述左丝杠螺母机构或右丝杠螺母机构中的丝杠螺母为弯管式、循环器式或端盖式螺母。
[0017] 上述导轨滑块机构由导轨滑块和导轨组成，所述导轨选择方形滚珠直线导轨、双轴芯滚轮直线导轨或者单轴芯直线导轨。
[0018] 本发明具有以下有益效果：
[0019] 本发明通过齿轮传动机构与滚珠丝杠传动及直线导轨使两个打印喷头联动升降。当调整电机通过联轴器驱动右侧滚珠丝杠顺时针转动，从而使得右侧丝杠螺母向上移动，也就通过右侧打印头安装基板带动右侧打印喷头整体向上移动；同时，固定在右侧滚珠丝杠上的齿轮和固定在左侧滚珠丝杠上的齿轮形成啮合传动，从而带动左侧滚珠丝杠逆时针转动，更进一步，使得左侧丝杠螺母向下移动，也就通过左侧打印喷头安装基板带动左侧打印喷头整体向下移动。这样，左右侧打印喷头就能够联动升降。
[0020] 本发明采用的联动是针对于整个打印喷头。若只针对喷嘴做联动升降，则会产生丝材供给的不顺畅，甚至导致打印丝材间断。初始状态时两个打印喷头的高度并不一致，需保证一高一低，需要转换打印喷头时，通过调整电机改变两打印喷头的相对高度位置。调整电机驱动信号与打印程序协调，保证FDM成形过程中闲置喷头与打印件不发生刮蹭或者干涉，能有效提高成形件合格率。
[0021] 综上所述，本发明采用由齿轮传动换向机构，优点在于响应快，运动精度高，同时机构简洁，易于实现。具有如下优点：
[0022] 1、可以实现两种材料的复合打印。
[0023] 2、可以工作、空闲位在打印程序控制下的自动切换，转化工位响应快，能有效解决干涉问题。
[0024] 3、可以通过电机转角的控制，实现避障高度的调节，进行效率优化设计。
附图说明
[0025] 图1是本发明的整体结构图；
[0026] 图2是图1的主视图；
[0027] 图3是图1的右视图。
[0028] 图中，1.调整电机，2.电机座，3.联轴器，4.齿轮，5.轴承座，6.轴承，7.右侧滚珠丝杠，8.丝杠滑块，9.丝杠螺母，10.右侧打印喷头安装基板，11.导轨滑块，12.导轨，13.左侧滚珠丝杠，14.左侧打印喷头安装基板，15.打印喷头，16.底板，17.打印喷头安装基板螺钉，18.丝杠滑块螺钉，19.导轨螺栓螺母，20.轴承座螺栓螺母，21.圆螺母，22.紧定螺钉，23.电机座安装螺栓螺母，24.电机安装螺钉。
具体实施方式
[0029] 本发明的FDM机齿轮传动换向的双打印头联动升降机构，包括底板16，在底板16的左右两侧分别设置有竖直向的导轨滑块机构，在每个导轨滑块机构的滑块上分别固定设置有右侧打印喷头安装基板10和左侧打印喷头安装基板14；所述右侧打印喷头安装基板10和左侧打印喷头安装基板14的下端分别通过打印喷头安装基板螺钉17固定连接有打印喷头15；在底板16上于两导轨滑块机构之间设置有两幅相互平行的左丝杠螺母机构和右丝杠螺母机构，左丝杠螺母机构的丝杠滑块8与左侧打印喷头安装基板14固定连接；右丝杠螺母机构的丝杠滑块8与右侧打印喷头安装基板10固定连接；所述左丝杠螺母机构和右丝杠螺母机构中的丝杠的上端分别安装有相互啮合的齿轮4，其中一个齿轮4通过联轴器3连接有调整电机1；通过调整电机1驱动齿轮4，使两个啮合的齿轮4同时转动，从而驱动左丝杠螺母机构和右丝杠螺母机构、由导轨滑块机构实现的直线导轨副，使得左右两侧打印喷头15整体联动升降。调整电机1通过电机座2固定在底板16上。左、右丝杠螺母机构中的丝杠的两端通过固定在底板16上的轴承座5、轴承6和轴承座螺栓螺母20安装；所述轴承6为深沟球轴承、角接触球轴承或者圆锥滚子轴承；所述轴承座5为外球面轴承座、立式轴承座或者精密滚珠丝杠轴承座。左丝杠螺母机构和右丝杠螺母机构中的丝杠滑块8固定连接有丝杠螺母9，丝杠滑块8与丝杠螺母9一同套设在丝杠上。丝杠包括设置在左丝杠螺母机构中的左侧滚珠丝杠13和设置在右丝杠螺母机构中的右侧滚珠丝杠7。
[0030] 在本发明的较佳实施例中：调整电机1为步进电机或伺服电机。联轴器3为刚性联轴器、弹性联轴器、梅花联轴器或膜片联轴器。齿轮4为直齿齿轮、斜齿齿轮、弧齿齿轮或者正负变位齿轮。左丝杠螺母机构或右丝杠螺母机构中的丝杠螺母9为弯管式、循环器式或端盖式螺母。导轨滑块机构由导轨滑块11和导轨12组成，所述导轨12选择方形滚珠直线导轨、双轴芯滚轮直线导轨或者单轴芯直线导轨。
[0031] 本发明的左侧打印喷头安装基板14和右侧打印喷头安装基板10为T型结构，其突出的部分通过丝杠滑块螺钉18与丝杠滑块8固定连接。本发明的导轨12的两端通过导轨螺栓螺母19固定安装在底板16上。左侧滚珠丝杠13和右侧滚珠丝杠7上端部分别通过圆螺母22固定两个齿轮4。在联轴器3上设置有紧定螺钉22。电机座2通过电机座安装螺栓螺母23固定在底板16上，调整电机1通过电机安装螺钉24固定在电机座2上。
[0032] 下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
[0033] 参见图1、2、3，本发明调整电机1的电机轴顺时针旋转时，及用于安装调整电机1的电机座2，连接调整电机1和右侧滚珠丝杠7的联轴器3，右侧滚珠丝杠通过轴承6和轴承座5安装在底板16上，右侧丝杠螺母9-右、右侧丝杠滑块8-右、右侧导轨滑块11-右、右侧打印喷头安装基板10及打印喷头15-右通过丝杠滑块螺钉18、打印喷头安装基板螺钉17固定在一起，从而把电机轴的旋转运动通过滚珠丝杠副及直线导轨副转换成了打印喷头的向上移动。同时，固定在右侧滚珠丝杠7上的齿轮4-右和固定在左侧滚珠丝杠13上的齿轮4-左形成啮合传动，从而带动左侧滚珠丝杠13逆时针转动，更进一步，使得左侧丝杠螺母9-左向下移动，也就通过左侧打印喷头安装基板14带动左侧打印喷头15-左整体向下移动。这样，左右侧打印喷头15就能够联动升降。
[0034] 本发明采用的联动针对于整个打印喷头。若只针对喷嘴做联动升降，喷嘴与丝材之间会产生相对运动。喷嘴对丝材造成一定的拉伸或者压缩，会产生丝材供给的不顺畅，甚至导致打印丝材间断。初始状态时两个打印喷头的高度并不一致，保证一定高度差，需要转换打印喷头时，通过调整电机改变两打印喷头的相对高度位置。整个过程中，喷头之间的转换程序需要与调整电机驱动信号保持一致，以保证转换动作的顺畅与精确。
[0035] 本发明采用由由右侧齿轮4-右与左侧齿轮4-左构成的齿轮啮合传动机构、由滚珠丝杠7丝杠螺母9丝杠滑块8构成的滚珠丝杠传动副、由导轨滑块11和导轨12构成的直线导轨副，使得左右两侧打印喷头15整体联动升降，优点在于响应快，运动精度高，同时机构简洁，易于实现。
