CN105383056B - 3d打印设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种能适应不平整的施工基面的可行走的3D打印设备，包括车体、动力装置、行走装置、打印支架、打印头、打印稳定系统；所述车体上设置有动力装置、行走装置与打印支架，所述行走装置由动力装置提供动力，并驱动车体移动，所述打印头安装于打印支架上；所述打印稳定系统包括波动传感器，处理器与位置调整装置，所述波动传感器感应运动状态信号，并将运动状态信号发送至处理器，所述处理器接收运动状态信号并指令位置调整装置进行调整，以保持预设的运动状态，所述位置调整装置根据处理器的指令进行位置调整，以保持打印头按预设的运动状态工作。

Description

3D打印设备

技术领域

本发明涉及3D打印领域，尤其涉及可以行走的3D打印设备。

背景技术

3D打印，即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属、塑料、水泥等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。

目前3D打印技术也广泛应用到各技术领域，例如有技术方案提出利用3D打印的方式打印建筑物，这样的方式能快速根据不同的设计方案快速生成建筑物。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中存在如下问题，由于3D打印设备在打印建筑物时，3D打印设备的车体需要围绕被打印的建筑物运动，在运动的过程中，由于行经的施工基面的不平整，使得进行3D打印时打印头会产生偏离预设运动状态的抖动，从而影响3D打印的效果。

发明内容

为此，需要提供一种能适应不平整的施工基面的可行走的3D打印设备。

为实现上述目的，发明人提供了一种3D打印设备，所述3D打印设备包括车体、动力装置、行走装置、打印支架、打印头、打印稳定系统；

所述车体上设置有动力装置、行走装置与打印支架，所述行走装置由动力装置提供动力，并驱动车体移动，所述打印头安装于打印支架上；

所述打印稳定系统包括波动传感器，处理器与位置调整装置，所述波动传感器感应运动状态信号，并将运动状态信号发送至处理器，所述处理器接收运动状态信号并指令位置调整装置进行调整，以保持预设的运动状态，所述位置调整装置根据处理器的指令进行位置调整，以保持打印头按预设的运动状态工作。

可选的，所述车体上设有稳定平台，所述打印支架安装于稳定平台上；

所述波动传感器安装于稳定平台上，感应稳定平台的运动状态信号，所述位置调整装置包括支撑稳定平台的平台液压缸组，所述平台液压缸组包括平台液压缸，所述平台液压缸的数量为3个以上，且不位于同一直线上，每个平台液压缸分别连接有液压控制阀以控制平台液压缸的行程，所述液压控制阀与处理器信号连接，接收处理器的指令，通过分别控制各个平台液压缸的行程，使稳定平台保持预设的运动状态。

可选的，所述波动传感器安装于打印头上，感应打印头的运动状态信号，所述位置调整装置包括调整打印头角度的打印头摆动液压缸或调整打印头垂直位置的打印头升降液压缸；

所述打印头摆动液压缸两端分别连接打印支架与打印头，打印头摆动液压缸连接有液压控制阀以通过控制摆动液压缸的行程控制打印头角度，所述液压控制阀与处理器信号连接，接收处理器的指令；

所述打印头升降液压缸两端分别连接打印支架与打印头，或分别连接打印支架的两段，所述打印头升降液压缸连接有液压控制阀以控制打印头升降液压缸的行程，所述液压控制阀与处理器信号连接，接收处理器的指令。

可选的，所述打印头与打印支架万向铰接，所述打印头摆动液压缸包括驱动打印头第一方向摆动的第一打印头摆动液压缸与驱动打印头第二方向摆动的第二打印头摆动液压缸，所述第一打印头摆动液压缸与第二打印头摆动液压缸的两端分别与打印支架及打印头铰接，所述第一方向与第二方向垂直。

可选的，所述波动传感器安装于打印头上，感应打印头的运动状态信号，所述位置调整装置包括调整打印头水平位置的打印头平移液压缸或调整打印头垂直位置的打印头升降液压缸；

所述打印头平移液压缸两端分别连接打印支架与打印头，打印头平移液压缸连接有液压控制阀以控制平移液压缸的行程，所述液压控制阀与处理器信号连接，接收处理器的指令；

所述打印头升降液压缸两端分别连接打印支架与打印头，或分别连接打印支架的两段，所述打印头升降液压缸连接有液压控制阀以控制打印头升降液压缸的行程，所述液压控制阀与处理器信号连接，接收处理器的指令。

可选的，所述打印头平移液压缸包括驱动打印头第一方向移动的第一打印头平移液压缸与驱动打印头第二方向移动的第二打印头平移液压缸，所述第一方向与第二方向垂直，所述第一打印头平移液压缸与第二打印头平移液压缸的行程方向位于同一平面上，且二者的行程方向相互垂直，第一打印头平移液压缸的一端与打印头连接，另一端与打印支架沿第二方向滑动连接，第二打印头平移液压缸的一端与打印头连接，另一端与打印支架沿第一方向滑动连接。

可选的，所述波动传感器安装于打印头上，感应打印头的运动状态信号，所述位置调整装置包括打印头调整液压缸组，所述打印头调整液压缸组包括打印头调整液压缸，所述打印头调整液压缸连接打印头与打印支架，打印头调整液压缸的数量为3个以上，相互平行设置且不位于同一直线上，每个打印头调整液压缸分别连接有液压控制阀以控制打印头调整液压缸的行程，所述液压控制阀与处理器信号连接，接收处理器的指令，控制打印头调整液压缸的行程，以保持打印头保持预设的运动状态。

可选的，所述行走装置包括行走方向相互垂直的第一行走装置与第二行走装置，所述车体上设有可升降的行走切换装置，所述行走切换装置具有第一行走状态与第二行走状态，当行走切换装置处于第一行走状态时，第一行走装置与地面接触，第二行走装置离开地面，当行走切换装置处于第二行走状态时，第一行走装置离开地面，第二行走装置与地面接触。

可选的，所述3D打印设备还包括供料容器与供料支架，所述供料容器通过供料管道与打印头连接，所述供料容器设置于供料支架上，所述供料支架设置于车体上，所述供料支架还设有供料升降装置用于升降供料容器。

可选的，所述波动传感器包括：陀螺仪、水平传感器、加速度传感器、速度传感器及距离传感器中的一种或多种。

可选的，所述3D打印设备还包括车体旋转装置，所述车体旋转装置与旋转平台连接，并驱动旋转平台在水平面上旋转，所述旋转平台为车体上带有打印支架的部分。

区别于现有技术，上述技术方案的3D打印设备通过波动传感器感应3D打印设备在施工基面上运动时，由于施工基面不平整产生的车体的运动状态的变化，进而导致打印头的运动状态发生偏离预设方案的运动状态的变化，例如晃动、抖动等，通过处理器对这些运动状态变化的信号进行分析，并与预设的施工所需的运动状态进行比对，制定补偿方案，并将补偿信号发送至位置调整装置，指令位置调整装置做出相应动作进行调整，以恢复施工所需的预设的运动状态。

附图说明

图1为具体实施方式所述3D打印设备的结构示意图一；

图2为具体实施方式所述3D打印设备的结构示意图二；

图3为具体实施方式所述3D打印设备的结构示意图三。

附图标记说明：

11、横向车轮组

111、横向车轮组平台

12、纵向车轮组

121、纵向车轮组平台

14、行走切换液压缸

2、车体

21、车体旋转装置

22、稳定平台

221、平台液压缸

3、打印支架

31、打印支架升降装置

32、打印支架旋转装置

4、供料支架

41、供料容器

42、供料管道

43、供料升降装置

5、打印头

51、摆动轴

6、位置调整装置

61、打印头摆动液压缸

62、打印头调整液压缸

具体实施方式

为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。

请参阅图1，本实施例公开了一种3D打印设备，所述3D打印设备包括车体2、动力装置、行走装置、打印支架、打印头5、打印稳定系统；

如图1至3所示，所述行走装置为轮子，在另外一些实施例中，行走装置也可以为履带等其他可以驱动车体移动的装置。

所述车体2上设置有动力装置，在不同的实施例中，所述动力装置可以是内燃机、电动机、蒸汽动力装置，动力装置为行走装置提供动力。

如图1至3所示的实施例中，行走装置包括行走方向相互垂直的第一行走装置与第二行走装置，第一行走装置为横向车轮组11，第二行走装置为纵向车轮组12，车体上设有可升降的行走切换装置，所述行走切换装置具有第一行走状态与第二行走状态，当行走切换装置处于第一行走状态时，横向车轮组11与地面接触，纵向车轮组12离开地面，当行走切换装置处于第二行走状态时，横向车轮组11离开地面，纵向车轮组12与地面接触。具体的，可以如图1至3所示，车体上设置有横向车轮组平台111与纵向车轮组平台121，纵向车轮组平台121置于横向车轮组平台111下方，二者之间设有行走切换装置，所述行走切换装置包括行走切换液压缸14，行走切换液压缸14的两端分别与横向车轮组平台111及纵向车轮组平台121连接，当需要使用横向车轮组行走时，行走切换液压缸14收缩，纵向车轮组平台121上升缩回，纵向车轮组12离地，横向车辆组11着地；当需要使用纵向车轮组行走时，行走切换液压缸14伸长，纵向车轮组平台121向下运动，并使纵向车轮组12着地，同时将横向车轮组平台111顶起，横向车轮组11离地。

在另外一些实施例中，还可以在同一车轮组平台上分别设置横向车轮组与纵向车轮组，横向车轮组通过横向车轮组液压缸与车轮组平台连接，纵向车轮组通过纵向车轮组液压缸与车轮组平台连接，当使用横向车轮组行走时，横向车轮组液压缸伸长，横向车轮组着地，纵向车轮组液压缸收缩，纵向车轮组离地；当使用纵向车轮组行走时，纵向车轮组液压缸伸长，纵向车轮组着地，横向车轮组液压缸收缩，横向车轮组离地。

通过横向车轮组与纵向车轮组的切换使用，可以在打印时进行大角度行进方向的直接调整，而不用通过轮组转向调整，方向调整灵活。并且使用轮组转向时方向逐步变化时3D打印头需要不断根据车体转弯带来的方向与位置变化进行位置调整，以保持3D打印的准确性，这就需要对打印头位置进行精确的调整，增加了技术的复杂性，降低了打印的精度。而使用横向车轮组与纵向车轮组的切换调整方向，直接对方向进行切换，避免了转弯过渡状态时对打印头的调整，降低了技术复杂程度，提高了打印精度。

所述3D打印设备还包括车体旋转装置21，所述车体旋转装置21与车体2连接并驱动带有打印支架3的车体部分在水平面上旋转，通过该部分车体的旋转，可以调整打印头的位置与方向，在实施例中，该部分车体称之为旋转平台。在实施例中，打印支架3上还设有打印支架升降装置31，通过升降调整打印支架的高度，升降装置可以是液压缸，也可以是电动升降装置。在实施例中，打印支架3上还设有打印支架旋转装置32，打印支架旋转装置32用于带动打印支架3旋转，调整角度。

如图1-3所示，3D打印设备还包括供料容器41与供料支架4，所述供料容器41通过供料管道42与打印头5连接，所述供料容器41设置于供料支架4上，所述供料支架4设置于车体2上，所述供料支架4还设有供料升降装置43用于升降供料容器。同时，车体3上设有打印支架3，打印头5安装于打印支架3上。采用打印支架与供料支架分离的结构，使得二者可以分别根据工艺需要对其高度与位置进行调整，同时避免了供料容器调整或供料时的振动对打印头造成影响，进而影响打印精度。

在使用时，可以在作为供料容器的供料罐中加入水泥砂浆，为了增加水泥砂浆的凝固速度，可以在水泥砂浆中添加速凝剂，速凝剂可以事先添加在水泥砂浆中，然后将含有速凝剂的水泥砂浆通过供料管道输送到3D打印头。在其他一些实施例中也可以在供料管道末端往水泥砂浆中注入速凝剂，这样的好处在于可以较长时间地使用供料罐中没有加入过速凝剂的水泥砂浆。

打印稳定系统包括波动传感器，处理器与位置调整装置，所述波动传感器感应运动状态信号，波动传感器可以选择自陀螺仪、水平传感器、加速度传感器、速度传感器及距离传感器中的一种或多种。例如使用加速度传感器感应抖动加速度，利用陀螺仪感应倾角变化，利用激光测距等距离传感器感应距离等。波动传感器将运动状态信号发送至处理器。

处理器接收运动状态信号并指令位置调整装置进行调整，以保持预设的运动状态，所述位置调整装置根据处理器的指令进行位置调整，以保持打印头按预设的运动状态工作。

具体的，如图1所示的实施例中，车体上设有稳定平台22，所述打印支架3安装于稳定平台上；

所述波动传感器安装于稳定平台22上，感应稳定平台的运动状态信号，所述位置调整装置包括支撑稳定平台的平台液压缸221，所述平台液压缸221的数量为3个以上，且不位于同一直线上，平台液压缸构成了平台液压缸组。由于不在直线上的3点可以确定一个平面，因此3个以上的平台液压缸通过各自的长度伸缩，可以灵活地调整稳定平台的倾向角度与高度。平台液压缸连接有液压控制阀以控制平台液压缸的行程，所述液压控制阀与处理器信号连接，接收处理器的指令，控制平台液压缸的行程，平衡由于地形变化对稳定平台产生的颠簸，以保持稳定平台保持预设的运动状态。具体的可以使用高频响比例阀或伺服阀作为液压控制阀，以精确、快速控制液压缸的动作，缩短液压缸的响应时间，提高液压缸的动作精度。通过稳定平台上的水平传感器、加速度传感器或陀螺仪等波动传感器感应到的稳定平台的运动状态，并将信号发送至处理器，处理器通过将稳定平台目前的运动状态与预设的打印计划中稳定平台的运动状态进行比对，计算其运动状态的偏差以及克服所述偏差所需要的位置调整补偿，处理器将位置补偿所需的动作指令传达至位置调整装置，具体由各液压缸分别动作，对稳定平台的倾角与高度进行调整，以补偿由于施工基面不平导致的车体振动对打印头的稳定性造成的影响。

在图2所示的实施例中，与图1所示实施例不同在于波动传感器安装于打印头5上，感应打印头的运动状态信号，所述位置调整装置6包括调整打印头水平位置的打印头摆动液压缸61或调整打印头垂直位置的打印头升降液压缸；

所述打印头摆动液压缸61两端分别连接打印支架与打印头，打印头摆动液压缸61连接有液压控制阀以控制摆动液压缸的行程，所述液压控制阀与处理器信号连接，接收处理器的指令；

具体的，打印头5与打印支架3万向铰接，具体的，打印头上具有摆动轴51，摆动轴的一端与打印支架3铰接所述打印头摆动液压缸61包括驱动打印头第一方向摆动的第一打印头摆动液压缸与驱动打印头第二方向摆动的第二打印头摆动液压缸，所述第一打印头摆动液压缸与第二打印头摆动液压缸的两端分别与打印支架及打印头铰接，具体的，如图2所示，摆动液压缸的一端与打印头上的摆动轴51铰接，所述第一方向与第二方向垂直。通过第一打印头摆动液压缸与第二打印头摆动液压缸的伸缩，对打印头进行摆动调整，进而对由于施工基面不平整造成的车体晃动，进而带来的打印头振动进行补偿。

在另一个实施例中，所述打印头平移液压缸包括驱动打印头第一方向移动的第一打印头平移液压缸与驱动打印头第二方向移动的第二打印头平移液压缸，所述第一方向与第二方向垂直，所述第一打印头平移液压缸与第二打印头平移液压缸的行程方向位于同一平面上，且二者的行程方向相互垂直，第一打印头平移液压缸的一端与打印头连接，另一端与打印支架沿第二方向滑动连接，第二打印头平移液压缸的一端与打印头连接，另一端与打印支架沿第一方向滑动连接。

上述方案实现了打印头在水平面上的位置调整，为实现垂直高度上的打印头位置调整，打印头升降液压缸两端分别连接打印支架与打印头，或分别连接打印支架的两段，所述打印头升降液压缸连接有液压控制阀以控制打印头升降液压缸的行程，所述液压控制阀与处理器信号连接，接收处理器的指令。通过打印头升降液压缸的伸缩，对打印头的上下抖动进行补偿。

在图3所示实施例中，与图2相同，所述波动传感器安装于打印头上，感应打印头的运动状态信号，所述位置调整装置6包括打印头调整液压缸62，但与图2所示实施例不同之处在于，所述打印头调整液压缸62连接打印头与打印支架，同样基于3个不在一条直线上的点能确定一个平面的原理，打印头调整液压缸62的数量为3个以上，这些打印头调整液压缸构成了打印头调整液压缸组，它们相互平行设置且不位于同一直线上，打印头调整液压缸连接有液压控制阀以控制打印头调整液压缸的行程，所述液压控制阀与处理器信号连接，接收处理器的指令，控制打印头调整液压缸的行程，平衡由于地形变化对稳定平台产生的颠簸，以保持打印头保持预设的运动状态。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。

尽管已经对上述各实施例进行了描述，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改，所以以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (11)

1.一种3D打印设备，其特征在于，所述3D打印设备包括车体、动力装置、行走装置、打印支架、打印头、打印稳定系统；

所述车体上设置有动力装置、行走装置与打印支架，所述行走装置由动力装置提供动力，并驱动车体移动，所述打印头安装于打印支架上；

所述打印稳定系统包括波动传感器，处理器与位置调整装置，所述波动传感器感应运动状态信号，并将运动状态信号发送至处理器，所述处理器接收运动状态信号并指令位置调整装置进行调整，以保持预设的运动状态，所述位置调整装置根据处理器的指令进行位置调整，以保持打印头按预设的运动状态工作。

2.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于，所述车体上设有稳定平台，所述打印支架安装于稳定平台上；

所述波动传感器安装于稳定平台上，感应稳定平台的运动状态信号，所述位置调整装置包括支撑稳定平台的平台液压缸组，所述平台液压缸组包括平台液压缸，所述平台液压缸的数量为3个以上，且不位于同一直线上，每个平台液压缸分别连接有液压控制阀以控制平台液压缸的行程，所述液压控制阀与处理器信号连接，接收处理器的指令，通过分别控制各个平台液压缸的行程，使稳定平台保持预设的运动状态。

3.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于，所述波动传感器安装于打印头上，感应打印头的运动状态信号，所述位置调整装置包括调整打印头角度的打印头摆动液压缸或调整打印头垂直位置的打印头升降液压缸；

所述打印头摆动液压缸两端分别连接打印支架与打印头，打印头摆动液压缸连接有液压控制阀以通过控制摆动液压缸的行程控制打印头角度，所述液压控制阀与处理器信号连接，接收处理器的指令；

所述打印头升降液压缸两端分别连接打印支架与打印头，或分别连接打印支架的两段，所述打印头升降液压缸连接有液压控制阀以控制打印头升降液压缸的行程，所述液压控制阀与处理器信号连接，接收处理器的指令。

4.根据权利要求3所述的3D打印设备，其特征在于，所述打印头与打印支架万向铰接，所述打印头摆动液压缸包括驱动打印头第一方向摆动的第一打印头摆动液压缸与驱动打印头第二方向摆动的第二打印头摆动液压缸，所述第一打印头摆动液压缸与第二打印头摆动液压缸的两端分别与打印支架及打印头铰接，所述第一方向与第二方向垂直。

5.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于，所述波动传感器安装于打印头上，感应打印头的运动状态信号，所述位置调整装置包括调整打印头水平位置的打印头平移液压缸或调整打印头垂直位置的打印头升降液压缸；

所述打印头平移液压缸两端分别连接打印支架与打印头，打印头平移液压缸连接有液压控制阀以控制平移液压缸的行程，所述液压控制阀与处理器信号连接，接收处理器的指令；

所述打印头升降液压缸两端分别连接打印支架与打印头，或分别连接打印支架的两段，所述打印头升降液压缸连接有液压控制阀以控制打印头升降液压缸的行程，所述液压控制阀与处理器信号连接，接收处理器的指令。

6.根据权利要求5所述的3D打印设备，其特征在于，所述打印头平移液压缸包括驱动打印头第一方向移动的第一打印头平移液压缸与驱动打印头第二方向移动的第二打印头平移液压缸，所述第一方向与第二方向垂直，所述第一打印头平移液压缸与第二打印头平移液压缸的行程方向位于同一平面上，且二者的行程方向相互垂直，第一打印头平移液压缸的一端与打印头连接，另一端与打印支架沿第二方向滑动连接，第二打印头平移液压缸的一端与打印头连接，另一端与打印支架沿第一方向滑动连接。

7.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于，所述波动传感器安装于打印头上，感应打印头的运动状态信号，所述位置调整装置包括打印头调整液压缸组，所述打印头调整液压缸组包括打印头调整液压缸，所述打印头调整液压缸连接打印头与打印支架，打印头调整液压缸的数量为3个以上，相互平行设置且不位于同一直线上，每个打印头调整液压缸分别连接有液压控制阀以控制打印头调整液压缸的行程，所述液压控制阀与处理器信号连接，接收处理器的指令，控制打印头调整液压缸的行程，以保持打印头保持预设的运动状态。

8.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于，所述行走装置包括行走方向相互垂直的第一行走装置与第二行走装置，所述车体上设有可升降的行走切换装置，所述行走切换装置具有第一行走状态与第二行走状态，当行走切换装置处于第一行走状态时，第一行走装置与地面接触，第二行走装置离开地面，当行走切换装置处于第二行走状态时，第一行走装置离开地面，第二行走装置与地面接触。

9.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于，所述3D打印设备还包括供料容器与供料支架，所述供料容器通过供料管道与打印头连接，所述供料容器设置于供料支架上，所述供料支架设置于车体上，所述供料支架还设有供料升降装置用于升降供料容器。

10.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于，所述波动传感器包括：陀螺仪、水平传感器、加速度传感器、速度传感器及距离传感器中的一种或多种。

11.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于，所述3D打印设备还包括车体旋转装置，所述车体旋转装置与旋转平台连接，并驱动旋转平台在水平面上旋转，所述旋转平台为车体上带有打印支架的部分。