家具制造的3D打印机及其打印方法

(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)发明专利说明书

(21)申请号 CN2.6

(22)申请日 2016.05.25

(71)申请人 浙江大学

地址 310027 浙江省杭州市西湖区浙大路38号

(72)发明人 胡树根 许增辉 章伟坚 顾大炜 郑涛 胡豹

(74)专利代理机构 杭州求是专利事务所有限公司

代理人 郑海峰

(51)

(10)申请公布号 CN 105818392 A

(43)申请公布日 2016.08.03

权利要求说明书 说明书 幅图

(54)发明名称

法

(57)摘要

本发明公开了一种家具制造的3D

家具制造的3D打印机及其打印方

打印机及其打印方法。它包括控制系统、

导轨、机械手、喷头、固定板、轮架、桁

架、钢丝绳、支撑架、升降轴、配重板、

从动链轮、链条、主动链轮、第一电机、

滑轮、第二电机、齿条、卷筒、第三电

机。本发明适用于小型日常的家具打印。

预先设定好需要打印的家具模型之后，第

一电机、第二电机、第三电机带动喷头在

XYZ三个方向上运动，将调配好的打印材

料经碰头喷出，打印材料层层叠加之后形

成家具。本发明结构简单，方式新颖，可

以打印出种类多样、形状复杂，具有个性

化的各类家具，同时打印时间短。

法律状态

法律状态公告日

法律状态信息

法律状态

权 利 要 求 说 明 书

1.一种家具制造的3D打印机，其特征在于包括控制系统、导轨(1)、机械手(2)、

轴

喷头(3)、固定板(4)、轮架(5)、桁架(6)、钢丝绳(7)、支撑架(8)、升降

(9)、配重板(10)、从动链轮(11)、链条(12)、主动链轮(13)、第

滑轮(15)、滑轮轴(16)、第二电机(17)、齿轮(18)、齿条

从动齿轮(21)、主动齿轮(22)、第三电机(23)、辅

水平地面上，滑轮轴(16)穿过滑轮(15)固

轮架(5)固定，齿轮(18)与第二电机

齿轮(18)与齿条(19)啮合，

板(4)固定，喷头(3)

重板(10)与链条(12)

轮(13)与链条

绳(7)

一电机(14)、

(19)、卷筒(20)、

助板(24)；导轨(1)固定在

定在轮架(5)上，第二电机(17)与

(17)固定，齿条(19)与导轨(1)固定，

支撑架(8)与轮架(5)固定，机械手(2)与固定

与固定板(4)固定，固定板(4)与链条(12)固定，配

固定，第一电机(14)带动主动链轮(13)旋转，主动链

(12)啮合，从动链轮(11)与链条(12)啮合，桁架(6)与钢丝

固定，钢丝绳(7)缠绕在卷筒(20)上，卷筒(20)与升降轴(9)固定，

升降轴(9)穿过支撑架(8)与从动齿轮(21)固定，第三电机(23)与主动齿轮

(22)固定通过齿轮连接带动升降轴(9)旋转，控制系统与第一电机(14)

控制系统与第二电机连接(17)、控制系统与第三电机(23)

连接、

连接。

2.根据权利要求1所述的一种家具制造的3D打印机，其特征在于所述的喷头(3)

3.根据权利要求1所述的一种家具制造的3D打印机，其特征在于所述的机械手

(2)用于抓取放置预先打印好的辅助板(24)。

与打印材料传输管相连。

4.一种如权利要求1所述的家具制造的3D打印机的正向打印方法，其特征在于：

控制系统控制打印材料传输管将调制好的打印材料输送到喷头(3)；

控制系统控制第一电机(14)、第二电机(17)旋转带动喷头(3)在X、Y轴两

控制系统控制第三电机(23)旋转带动喷头(3)在Z轴方向上竖直运动，到达

控制系统控制第一电机(14)、第二电机(17)旋转带动喷头(3)在X、Y轴两

下一个薄层高度处；

个方向上按照预定的轨迹运动，同时喷出打印材料，打印出一层家具薄层；

个方向上按照预定的轨迹运动，同时喷出打印材料，打印出下一层家具薄层，

层层叠加形成家具胚型； 如此

控制系统控制机械手(2)抓取辅助板(24)放在胚型顶部，成为家具上表面，

5.一种如权利要求1所述的家具制造的3D打印机的反向打印方法，其特征在于：

控制系统控制打印材料传输管将调制好的打印材料输送到喷头(3)；

干燥，打印完成。

控制系统控制机械手(2)抓取辅助板(24)放置在预定位置；

控制系统控制第一电机(14)、第二电机(17)旋转带动喷头(3)在X、Y轴两

个方向上按照预定的轨迹运动，在辅助板上喷出打印材料，打印出一层家具

薄层；

控制系统控制第三电机(23)旋转带动喷头(3)在Z轴方向上竖直运动，到达

控制系统控制第一电机(14)、第二电机(17)旋转带动喷头(3)在X、Y轴两

下一个薄层高度处；

个方向上按照预定的轨迹运动，同时喷出打印材料，打印出下一层家具薄层，

层层叠加形成家具； 如此

干燥之后，控制系统控制机械手(2)将打印好的家具翻转180度，辅助层变成

6.一种如权利要求1所述的家具制造的3D打印机的侧向打印方法，其特征在

控制系统控制打印材料传输管将调制好的打印材料输送到喷头(3)；

控制系统控制机械手(2)抓取辅助板(24)放置在预定位置；

控制系统控制第一电机(14)、第二电机(17)旋转带动喷头(3)在X、Y轴两

于：

上表面，打印完成。

个方向上按照预定的轨迹运动，在辅助板上喷出打印材料，打印出一层家具

薄层；

控制系统控制第三电机(23)旋转带动喷头(3)在Z轴方向上竖直运动，到达

控制系统控制第一电机(14)、第二电机(17)旋转带动喷头(3)在X、Y轴两

下一个薄层高度处；

个方向上按照预定的轨迹运动，同时喷出打印材料，打印出下一层家具薄层，

层层叠加形成家具； 如此

干燥之后，控制系统控制机械手(2)将打印好的家具翻转90度，辅助板(24)

变成侧表面，打印完成。

说 明 书

技术领域

本发明涉及一种家具制造的3D打印机，特别是用于打印小型日常家具，可打

背景技术

随着现代工业的快速发展，传统的减材制造模式在满足人类对复杂形状产品

需求方面遇到了瓶颈。3D打印技术是利用增材原理可以打印出复杂形状的

而且无需考虑产品工艺或模具，可以大大减少产品开发周期。

3D打印技术已经不仅仅局限于机械加工领域，

泛的认可。

印出各种形状复杂、艺术化的家具。

产品，

经过二十多年的发展，

其在社会各个领域的应用得到了广

而将3D打印技术与家具制造结合起来的方案，在当前的并没有被人们发现，而

且当前也没有关于这一方面的理论研究和打印的方法介绍，属于创新领域。

房屋建筑的同时考虑将住房所需要的家具也一同打印，极大的

减少了后期房屋装修的成本。

在打印

方便了住房者的入住，

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种家具制造的3D打印机及其使用

家具制造的3D打印机包括控制系统、导轨、机械手、喷头、固定板、轮架、桁

架、钢丝绳、支撑架、升降轴、配重板、从动链轮、链条、主动链轮、第一

滑轮、滑轮轴、第二电机、齿轮、齿条、卷筒、从动齿轮、主

辅助板；导轨固定在水平地面上，滑轮轴穿过滑

方法。

电机、

动齿轮、第三电机、

轮固定在轮架上，第二电机与轮架 固定，齿轮与第二电机固定，齿条

定，机械手与固定板

固定，

与导轨固定，齿轮与齿条啮合，支撑架与轮架固

固定，喷头与固定板固定，固定板与链条固定，配重板与链条

第一电机带动主动链轮旋转，主动链轮与链条啮合，从动链轮与链条啮合，

桁架与钢丝绳固定，钢丝绳缠绕在卷筒上，卷筒与升降轴固定，升降轴穿过

与从动齿轮固定，第三电机与主动齿轮固定通过齿轮连接带动

统与第一电机连接、控制系统与第二电机连接、

支撑架

升降轴旋转，控制系

控制系统与第三电机连接。

所述的喷头与打印材料传输管相连。

所述的机械手用于抓取放置预先打印好的辅助板。

家具制造的3D打印机的正向打印方法：

控制系统控制打印材料传输管将调制好的打印材料输送到喷头；

控制系统控制第一电机、第二电机旋转带动喷头在X、Y轴两个方向上按照预定

控制系统控制第三电机旋转带动喷头在Z轴方向上竖直运动，到达下一个薄层

控制系统控制第一电机、第二电机旋转带动喷头在X、Y轴两个方向上按照预定

的轨迹运动，同时喷出打印材料，打印出下一层家具薄层，如此层层叠加形

胚型；

高度处；

的轨迹运动，同时喷出打印材料，打印出一层家具薄层；

成家具

控制系统控制机械手抓取辅助板放在胚型顶部，成为家具上表面，干燥，打印

完成。

家具制造的3D打印机的反向打印方法：

控制系统控制打印材料传输管将调制好的打印材料输送到喷头；

控制系统控制机械手抓取辅助板放置在预定位置；

控制系统控制第一电机、第二电机旋转带动喷头在X、Y轴两个方向上按照预定

控制系统控制第三电机旋转带动喷头在Z轴方向上竖直运动，到达下一个薄层

控制系统控制第一电机、第二电机旋转带动喷头在X、Y轴两个方向上按照预定

的轨迹运动，同时喷出打印材料，打印出下一层家具薄层，如此层层叠加形

高度处；

的轨迹运动，在辅助板上喷出打印材料，打印出一层家具薄层；

成家具；

干燥之后，控制系统控制机械手将打印好的家具翻转180度，辅助层变成上表

家具制造的3D打印机的侧向打印方法：

控制系统控制打印材料传输管将调制好的打印材料输送到喷头；

控制系统控制机械手抓取辅助板放置在预定位置；

控制系统控制第一电机、第二电机旋转带动喷头在X、Y轴两个方向上按照预定

的轨迹运动，在辅助板上喷出打印材料，打印出一层家具薄层；

面，打印完成。

控制系统控制第三电机旋转带动喷头在Z轴方向上竖直运动，到达下一个薄层

控制系统控制第一电机、第二电机旋转带动喷头在X、Y轴两个方向上按照预定

的轨迹运动，同时喷出打印材料，打印出下一层家具薄层，如此层层叠加形

高度处；

成家具；

干燥之后，控制系统控制机械手将打印好的家具翻转90度，辅助层变成侧表面，

使用本发明，家具制造过程全部由控制系统控制完成，自动化程度高，操作简

单方便，极大地的降低了人力成本。同时能在短时间能制造出形状结构复杂

极大的提高了生产效率。而且使用者可以根据自己个人的喜好

个性化、艺术化的家具结构，满足不同人的额需

打印完成。

的家具，

设计出不同样式的、

求。

附图说明

图1为本发明家具制造的3D打印机的示意图；

图2为本发明家具制造的3D打印机的Y方向运动原理图；

图3为本发明家具制造的3D打印机的X、Z方向运动原理图；

图4为本发明家具制造的3D打印机的正向打印方法示意图；

图5为本发明家具制造的3D打印机的反向打印方法示意图；

图6为本发明家具制造的3D打印机的侧向打印方法示意图；

图中，导轨1、机械手2、喷头3、固定板4、轮架5、桁架6、钢丝绳7、支撑

架8、升降轴9、配重板10、从动链轮11、链条12、主动链轮13、第一电

轮15、滑轮轴16、第二电机17、齿轮18、齿条19、卷筒20、

轮22、第三电机23、辅助板24。

机14、滑

从动齿轮21、主动齿

具体实施方式

如图1、2、3所示，家具制造的3D打印机包括控制系统、导轨1、机械手2、

喷头3、固定板4、轮架5、桁架6、钢丝绳7、支撑架8、升降轴9、配重

动链轮11、链条12、主动链轮13、第一电机14、滑轮15、

齿轮18、齿条19、卷筒20、从动齿轮21、主动

在水平地面上，滑轮轴16穿过滑

齿轮18与第二电机

架8与

板10、从

滑轮轴16、第二电机17、

齿轮22、第三电机23；导轨1固定

轮15固定在轮架5上，第二电机17与轮架5固定，

17固定，齿条19与导轨1固定，齿轮18与齿条19啮合，支撑

轮架5固定，机械手2与固定板4固定，喷头3与固定板4固定，固定板4

与链条12固定，配重板10与链条12固定，第一电机14带动主动链轮13

动链轮13与链条12啮合，从动链轮11与链条12啮合，桁架

钢丝绳7缠绕在卷筒20上，卷筒20与升降轴9固定，

动齿轮21固定，第三电机23与主动齿轮22固

控制系统与第一电机14连接、控

23连接。控制系统

旋转，主

6与钢丝绳7固定，

升降轴9穿过支撑架8与从

定通过齿轮连接带动升降轴9旋转，

制系统与第二电机连接17、控制系统与第三电机

为计算机。输入三维模型，控制系统处理之后形成打印程序电流

所述的喷头3与打印材料传输管相连。

脉冲，控制第一电机14、第二电机17、第三电机23的转动。

所述的机械手2用于抓取放置预先打印好的辅助板24。

如图4所示，家具制造的3D打印机的正向打印方法，其特征在于：

控制系统控制打印材料传输管将调制好的打印材料输送到喷头3；

控制系统控制第一电机14、第二电机17旋转带动喷头3在X、Y轴两个方向上

控制系统控制第三电机23旋转带动喷头3在Z轴方向上竖直运动，到达下一个

控制系统控制第一电机14、第二电机17旋转带动喷头3在X、Y轴两个方向上

按照预定的轨迹运动，同时喷出打印材料，打印出下一层家具薄层，如此层

形成家具胚型；

薄层高度处；

按照预定的轨迹运动，同时喷出打印材料，打印出一层家具薄层；

层叠加

控制系统控制机械手2抓取辅助板24放在胚型顶部，成为家具上表面，干燥，

如图5所示，家具制造的3D打印机的反向打印方法，其特征在于：

控制系统控制打印材料传输管将调制好的打印材料输送到喷头3；

控制系统控制机械手2抓取辅助板24放置在预定位置；

控制系统控制第一电机14、第二电机17旋转带动喷头3在X、Y轴两个方向上

按照预定的轨迹运动，在辅助板上喷出打印材料，打印出一层家具薄层；

打印完成。

控制系统控制第三电机23旋转带动喷头3在Z轴方向上竖直运动，到达下一个

控制系统控制第一电机14、第二电机17旋转带动喷头3在X、Y轴两个方向上

按照预定的轨迹运动，同时喷出打印材料，打印出下一层家具薄层，如此层

形成家具；

薄层高度处；

层叠加

干燥之后，控制系统控制机械手2将打印好的家具翻转180度，辅助层变成上

如图6所示，家具制造的3D打印机的侧向打印方法，其特征在于：

控制系统控制打印材料传输管将调制好的打印材料输送到喷头3；

控制系统控制机械手2抓取辅助板24放置在预定位置；

控制系统控制第一电机14、第二电机17旋转带动喷头3在X、Y轴两个方向上

控制系统控制第三电机23旋转带动喷头3在Z轴方向上竖直运动，到达下一个

控制系统控制第一电机14、第二电机17旋转带动喷头3在X、Y轴两个方向上

按照预定的轨迹运动，同时喷出打印材料，打印出下一层家具薄层，如此层

形成家具；

薄层高度处；

按照预定的轨迹运动，在辅助板上喷出打印材料，打印出一层家具薄层；

表面，打印完成。

层叠加

干燥之后，控制系统控制机械手2将打印好的家具翻转90度，辅助板24变成

侧表面，打印完成。