CN106881857B - 一种三维打印设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及三维打印技术领域，公开了一种三维打印设备，包括三维打印机本体，还包括用于移动所述三维打印机本体的若干活动组件，以及设于各活动组件上的固定组件，各固定组件可将与其对应的活动组件固定于工作面上，当部分活动组件驱动所述三维打印机本体相对于所述工作面发生位移时，剩余部分活动组件可通过对应固定组件定位于所述工作面上。本发明实现了对大型或超大型装备的现场维修，提高了检修效率，降低了其维护成本。

Description

一种三维打印设备

技术领域

本发明涉及三维打印技术领域，尤其涉及一种三维打印设备。

背景技术

在电力、钢铁、石油化工等行业，通常需要应用大型或超大型装备，其规格尺寸之大，精度之高，导致制造、运输、安装条件极为苛刻和困难，当装备发生破损时，须及时进行修复。以往，处理大型或超大型装备的零部件磨损的方法是修复或更换新件。若要修复，只能运回原制造厂家在其专用机床上加工。但大型零部件在返厂时，不但运输困难、周期长，而且费用高、风险大。

三维(3D)打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，随着3D打印技术的爆炸型发展，3D打印逐渐用于直接制造部分产品或零件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工(AEC)、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。

随着再制造工程的发展，各种先进表面工程技术已被广泛应用于现场修复技术中，但目前尚缺乏能够在先进表面技术处理后完成后续机械精加工工序的再制造设备。因此，开展现场修复多轴三维打印机的设计与研究，对推进修复工程技术的发展与应用有重大意义。

发明内容

为克服现有技术中大型或超大型装备维修难、周期长、费用高的问题，本发明实施例提供了一种三维打印设备，包括三维打印机本体，还包括用于移动所述三维打印机本体的若干活动组件，以及设于各活动组件上的固定组件，各固定组件可将与其对应的活动组件固定于工作面上，当部分活动组件驱动所述三维打印机本体相对于所述工作面发生位移时，剩余部分活动组件可通过对应固定组件定位于所述工作面上。

进一步，上述所述各活动组件包括支脚和滚轮模块，所述支脚包括根部和脚部，所述滚轮模块设于所述支脚的脚部。

进一步，上述所述固定组件包括升降机构以及由所述升降机构驱动的吸附底座。

进一步，上述所述三维打印设备还包括用于设置所述三维打印机本体的基板，各所述支脚的根部与所述基板连接。

进一步，上述所述支脚包括位于支脚根部的转动机构、与所述转动机构连接的球铰机构、与所述球铰机构连接的伸缩杆、以及与所述伸缩杆连接的安装板，所述滚轮模块和所述固定组件安装在所述安装板上。

进一步，上述所述滚轮模块包括与所述安装板连接的滚轮转向机构以及与滚轮转向机构连接的滚轮驱动机构，所述滚轮转向机构用于调整所述滚轮的周向角度，所述滚轮驱动机构用于驱动滚轮转动。

进一步，上述所述基板的形状为正六边形，所述活动组件和所述固定组件的数量均为六个，所述支脚的根部连接于正六边形基板的顶角上。

进一步，上述所述三维打印设备还包括避障控制器和设于各滚轮驱动机构前部的第一距离感应装置，所述避障控制器用于在所述三维打印设备移动时，检测各所述第一距离感应装置的采集数值；当任意第一距离感应装置的所述采集数值低于第一预设阈值时，所述避障控制器控制与所述第一距离感应装置对应的支脚上的伸缩杆缩回。

进一步，上述所述三维打印设备还包括位移检测装置和设于各滚轮驱动机构底部的第二距离感应装置，所述位移检测装置用于在任意支脚上的伸缩杆受所述避障控制器控制缩回，且所述第二距离感应装置的采集数值位于预设阈值区间范围内时，获取所述三维打印设备的移动位移；当在连续时间内，所述移动位移大于第二预设阈值时，取消所述避障控制器对所述支脚上的伸缩杆的控制。

进一步，上述所述三维打印机本体包括六轴并联打印头。

本发明实施例通过提供用于移动三维打印机本体的若干活动组件，以及设于各活动组件上的固定组件，各固定组件可将与其对应的活动组件固定于工作面上，当部分活动组件驱动三维打印机本体相对于所述工作面发生位移时，剩余部分活动组件可通过对应固定组件定位于所述工作面上，各活动组件在活动状态和定位状态之间交替切换，可实现三维打印机本体在诸如大型或超大型装备竖直壁面、顶面攀爬和悬挂的效果，以使当三维打印设备移动到目的工位时，通过各活动组件调整三维打印机本体的设置状态，建立世界坐标系，并对损坏零件进行修复，本发明可以根据大型或超大型装备结构的不同，自适应的调整移动方式，适合在复杂装备上移动，实现了对大型或超大型装备的现场维修，提高了检修效率，降低了其维护成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的三维打印设备正向放置的立体图，图中各活动组件与三维打印机本体位于基板同一侧；

图2是图3另一个视角的立体图；

图3是本发明实施例的三维打印设备反向放置的正投影视图，图中各活动组件与三维打印机本体位于基板不同侧；

图4是图3的立体图；

图5是本发明实施例的活动组件的立体图；

图6是本发明实施例的固定组件的立体图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

当本发明实施例提及“第一”、“第二”(若存在)等序数词时，除非根据上下文其确实表达顺序之意，应当理解为仅仅是起区分之用。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”(若存在)应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“若干”可以是两个或两个以上。

请参考图1至图6所示，一种三维打印设备，包括三维打印机本体1，还包括用于移动所述三维打印机本体1的若干活动组件2，以及设于各活动组件2上的固定组件3，各固定组件3可将与其对应的活动组件2固定于工作面上，当部分活动组件2驱动所述三维打印机本体1相对于所述工作面发生位移时，剩余部分活动组件2可在对应固定组件3的辅助下定位于所述工作面上。

在本发明实施例中，上述工作面可以是待修复的大型或超大型装备的表面，如垂直侧壁面或顶面；工作面还可以是建筑物的墙面或吊顶面。

上述各活动组件2包括支脚21和滚轮模块22，所述支脚21包括根部和脚部，所述滚轮模块22设于所述支脚21的脚部。上述固定组件3包括升降机构31以及由所述升降机构31驱动的吸附底座32。当升降机构31降下时，吸附底座32可与工作面接触并吸附在所述工作面上，从而达到固定活动组件2的目的，当升降机构31上升时，吸附底座32脱离工作面，使对应的活动组件2可相对于工作面移动。

需要说明的是，本发明中的固定组件3不限于通过吸附底座32定位于工作面上，还可以通过诸如插接、锁扣的方式定位于安装面上。

上述三维打印设备还包括用于设置所述三维打印机本体1的基板4，各所述支脚21的根部与所述基板4连接。传统的三维打印机与待打印对象的相对位置关系确定，但在本实施例中，由于三维打印设备可相对于大型或超大型装备移动，建立世界坐标系成为其中一个难点，本实施例通过提供设置三维打印机本体的基板4，便于确定三维打印机本体1与大型或超大型装备上待修复零件6之间的角度和距离关系，以利于建立世界坐标系。

上述支脚21包括位于支脚21根部的转动机构211、与所述转动机构211连接的球铰机构212、与所述球铰机构212连接的伸缩杆213、以及与所述伸缩杆213连接的安装板214，所述滚轮模块22和所述固定组件3安装在所述安装板214上。上述转动机构211包括电机减速器，用于控制对应支脚21在所述基板两侧进行翻转，当所有支脚与三维打印机本体位于基板不同侧时，如图3或4所示，可实现三维打印机本体1在大型或超大型装备的顶面上的悬挂；上述球铰机构212为可自锁的球铰机构，用于配合所述转动机构211调整支脚21与基板4之间的设置角度；上述伸缩杆213包括第一电机以及由所述第一电机驱动的涡轮丝杆机构，用于调节安装板214的伸出距离。

上述滚轮模块22包括与所述安装板214连接的滚轮转向机构以及与滚轮转向机构连接的滚轮驱动机构，所述滚轮转向机构用于调整所述滚轮的周向角度，所述滚轮驱动机构用于驱动滚轮转动。具体的，上述滚轮转向机构包括第二电机、第一减速器和旋转轴221，第二电机与第一减速器相连，第一电机经减速后驱动旋转轴进行360°旋转，上述滚轮驱动机构设置在所述旋转轴221上，包括第三电机222、第二减速器、“U”型叉223、轴承座、深沟球轴承、驱动轴224和滚轮225，“U”型叉与旋转轴固定连接，所述轴承座设于“U”型叉223内，所述驱动轴224通过所述深沟球轴承安装在轴承座内，驱动轴224与滚轮225固定连接，第三电机222通过第二减速器控制所述驱动轴224转动，所述第三电机222可以固定在所述“U”型叉223上。

作为一种具体实现方案，上述基板4的形状为正六边形，所述活动组件2和所述固定组件3的数量均为六个，所述支脚21的根部连接于正六边形基板4的顶角上。在本实施例中，六个活动组件被分为两组，相互间隔设置的三个活动组件归为同一组(以下称为第一组活动组件和第二组活动组件)，第一组活动组件对应第一组固定组件，第二组活动组件对应第二组固定组件，本发明实施例的三维打印设备的移动方式如下：

S101，保持所有转动机构和球铰机构处于非锁定状态，关闭第一组活动组件中的吸附底座，开启第二组活动组件中的吸附底座，并控制第二组活动组件中的吸附底座与工作面接触；

S102，升起第一组固定组件中的升降机构，使所述第一组固定组件中的吸附底座与工作面脱离接触；

S103，伸长第一组活动组件中的伸缩杆，控制所述第一组活动组件中的滚轮模块与工作面接触；

S104，开启第一组活动组件中的滚轮转向机构和滚轮驱动机构，控制所有第一组活动组件驱动所述三维打印机本体在工作面上转向或移动；

S105，开启第一组活动组件中的吸附底座，并控制第一组活动组件中的吸附底座与工作面接触，关闭第二组活动组件中的吸附底座；

S106，升起第二组固定组件中的升降机构，使所述第二组固定组件中的吸附底座与工作面脱离接触；

S107，伸长第二组活动组件中的伸缩杆，控制所述第二组活动组件中的滚轮模块与工作面接触；

S108，开启第二组活动组件中的滚轮转向机构和滚轮驱动机构，控制所有第二组活动组件驱动所述三维打印机本体在工作面上转向或移动；

重复执行S101至S108，直至所述三维打印设备移动至目的工位。

需要说明的是，上述步骤仅作为对本发明实施例中三维打印设备移动方案的说明，并非范围限定，所述活动组件和固定组件的分组，具体移动方式还可以根据实际需要进行调整。

上述三维打印设备还包括避障控制器和设于各滚轮驱动机构前部的第一距离感应装置5，所述避障控制器用于在所述三维打印设备移动时，检测各所述第一距离感应装置5的采集数值；当任意第一距离感应装置5的所述采集数值低于第一预设阈值时，所述避障控制器控制与所述第一距离感应装置5对应的支脚上的伸缩杆缩回。作为一种具体实现方案，第一距离感应装置5设于所述“U”型叉223前部，用于探测滚轮225前方的障碍物，当采集数值低于第一预设阈值时，判断出现障碍物，缩回伸缩杆实现对应支脚21的避障。本方案实现了三维打印设备在移动过程中的自动避障，无需人工操作，节省了三维打印设备的移动时间，缩短了整体的维修时间。

上述三维打印设备还包括位移检测装置和设于各滚轮驱动机构底部的第二距离感应装置，所述位移检测装置用于在任意支脚上的伸缩杆受所述避障控制器控制缩回，且所述第二距离感应装置的采集数值位于预设阈值区间范围内时，获取所述三维打印设备的移动位移；当在连续时间内，所述移动位移大于第二预设阈值时，取消所述避障控制器对所述支脚上的伸缩杆的控制。作为一种具体实现方案，第二距离感应装置设于“U”型叉底部，在上述连续时间内，若第二距离感应装置的采集数值超出所述预设阈值区间，则将移动位移清零，若移动位移大于第二预设阈值时，判断滚轮驱动机构与工作面之间已没有障碍物，本方案可有效判断对应活动组件是否跨越障碍，避免因工作面上障碍形状不规则导致的误判断情况发生。

作为对上述基板方案的改进，上述基板4上设置有若干第三距离感应装置，通过判断各第三距离感应装置与工作面的相对距离判断三维打印机本体与待修复零件之间的角度和距离关系，当所述第三距离感应装置与工作面的相对距离相同时，确定所述基板与所述工作面呈平行关系，各第三距离感应装置的采集数值即为所述基板与所述工作面的距离，根据上述平行关系和距离可辅助建立世界坐标系。

作为另一种改进基板方案，上述基板上还设置有加速度传感器以及一个第四距离感应装置，加速度传感器用于获取当前基板的设置倾角，当判断基板的设置倾角与工作面的倾角相同时，读取所述第四距离感应装置的采集数值，确定为所述基板与所述工作面的距离，根据上述平行关系和距离可辅助建立世界坐标系。

上述第一距离感应装置、第二距离感应装置、第三距离感应装置和第四距离感应装置可以是超声波传感器或红外传感器。

上述三维打印机本体包括六轴并联打印头。六轴并联打印头适合对复杂的待修复零件进行灵活地打印修复，拓展了本发明三维打印设备的适用范围。

本发明实施例通过提供用于移动三维打印机本体的若干活动组件，以及设于各活动组件上的固定组件，各固定组件可将与其对应的活动组件固定于工作面上，当部分活动组件驱动三维打印机本体相对于所述工作面发生位移时，剩余部分活动组件可通过对应固定组件定位于所述工作面上，各活动组件在活动状态和定位状态之间交替切换，可实现三维打印机本体在诸如大型或超大型装备竖直壁面、顶面攀爬和悬挂的效果，以使当三维打印设备移动到目的工位时，通过各活动组件调整三维打印机本体的设置状态，建立世界坐标系，并对损坏零件进行修复，本发明可以根据大型或超大型装备结构的不同，自适应的调整移动方式，适合在复杂装备上移动，实现了对大型或超大型装备的现场维修，提高了检修效率，降低了其维护成本。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种三维打印设备，包括三维打印机本体，其特征在于，还包括用于移动所述三维打印机本体的若干活动组件，以及设于各活动组件上的固定组件，各固定组件可将与其对应的活动组件固定于工作面上，当部分活动组件驱动所述三维打印机本体相对于所述工作面发生位移时，剩余部分活动组件可通过对应固定组件定位于所述工作面上；

所述各活动组件包括支脚和滚轮模块，所述支脚包括根部和脚部，所述滚轮模块设于所述支脚的脚部；

所述支脚包括位于支脚根部的转动机构、与所述转动机构连接的球铰机构、与所述球铰机构连接的伸缩杆、以及与所述伸缩杆连接的安装板，所述滚轮模块和所述固定组件安装在所述安装板上。

2.根据权利要求1所述的三维打印设备，其特征在于，所述固定组件包括升降机构以及由所述升降机构驱动的吸附底座。

3.如权利要求2所述的三维打印设备，其特征在于，所述三维打印设备还包括用于设置所述三维打印机本体的基板，各所述支脚的根部与所述基板连接。

4.如权利要求3所述的三维打印设备，其特征在于，所述滚轮模块包括与所述安装板连接的滚轮转向机构以及与滚轮转向机构连接的滚轮驱动机构，所述滚轮转向机构用于调整所述滚轮的周向角度，所述滚轮驱动机构用于驱动滚轮转动。

5.如权利要求4所述的三维打印设备，其特征在于，所述基板的形状为正六边形，所述活动组件和所述固定组件的数量均为六个，所述支脚的根部连接于正六边形基板的顶角上。

6.如权利要求5所述的三维打印设备，其特征在于，所述三维打印设备还包括避障控制器和设于各滚轮驱动机构前部的第一距离感应装置，所述避障控制器用于在所述三维打印设备移动时，检测各所述第一距离感应装置的采集数值；当任意第一距离感应装置的所述采集数值低于第一预设阈值时，所述避障控制器控制与所述第一距离感应装置对应的支脚上的伸缩杆缩回。

7.如权利要求6所述的三维打印设备，其特征在于，所述三维打印设备还包括位移检测装置和设于各滚轮驱动机构底部的第二距离感应装置，所述位移检测装置用于在任意支脚上的伸缩杆受所述避障控制器控制缩回，且所述第二距离感应装置的采集数值位于预设阈值区间范围内时，获取所述三维打印设备的移动位移；当在连续时间内，所述移动位移大于第二预设阈值时，取消所述避障控制器对所述支脚上的伸缩杆的控制。

8.如权利要求1至7任一项所述三维打印设备，其特征在于，所述三维打印机本体包括六轴并联打印头。