两种五轴3D打印机模型研究

李同洲 姜汝意 周洋 陈星一

摘 要：针对目前3D打印技术由三轴向五轴发展的新趋势，本文就五轴3D打印机的实现形式进行了研究，依据A轴和B轴的位置关系，提出了双摆式、旋摆式两种五轴3D打印机模型。同时，针对这两种模型，从运动、精度、适用范围三个角度进行比较分析，综合各个因素明确了两种方案的适用情景，为五轴3D打印技术实现提供更加清晰的发展方向。

关键词：机构比较分析;五轴联动;3D打印机

Abstract： Aiming at the new trend of the development of 3D printing technology from three axis to five axis， this paper studied the realization form of the five axis 3D printer， and proposed two five-axis 3D printer models of double pendulum and rotary pendulum according to the positional relationship between A-axis and B-axis. At the same time， for these two models， comparative analysis was carried out from the three perspectives of motion， accuracy， and scope of application， and the application scenarios of the two schemes are clarified by integrating various factors， which provides a clearer development direction for the realization of five-axis 3D printing technology.

Keywords： mechanism comparative analysis;five axis linkage;3D printer

当前，市场上的3D打印机多采用三轴打印技术。顾名思义，其通过三个轴的配合在空间中实现三维模型的构建。三轴打印机虽然具有构造简单、操作方便的优点，但是在生产中还存在一些短板，如存在大量支撑、打印效率低、材料利用率低等，从而限制了3D打印技术的发展。五轴打印机即在原有的三轴基础上增加了A轴和B轴，使得打印过程中，待打印工件可沿某一方向摆动和绕打印平台中心旋转，以此来改变打印面的位向。2014年，英国一家3D打印设备制造商推出一款名为5AxisMaker的五轴加工平台。2015年2月，德国一家制造企业把3D打印机与五轴数控机床相结合，将五轴与3D打印设备相结合的设计理念再度加强。2016年5月，日本造出该国首台5轴混合制造3D打印机，此后，日本工业巨头三菱也宣布着手研发五轴3D打印技术。

本文针对五轴打印机的机械结构提出了两种方案，依据旋转轴与翻转轴[1]的位置关系，将五轴3D打印机分为双摆式和旋摆式。同时，针对这两种方案，分别从运动、精度及适用范围三个方面进行简要分析。……