CN109514690A - 一种新型可移动机械臂式3d打印设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种新型可移动机械臂式3D打印设备，包括移动底座和固定安装在移动底座上的主支柱，所述主支柱通过转盘连接有机械臂；机械臂远离主支柱的顶端连接有打印喷头；该设备还包括水泥输送机构和控制驱动机构；所述的水泥输送机构与打印喷头连接；控制驱动机构分别与移动底座、水泥输送机构和机械臂连接。所述的机械臂包括主臂和至少一个从臂；主臂的一端与转盘连接，主臂的另一端通过转轴与从臂连接；该机械臂还包括液压伸缩杆，所述的液压伸缩杆的固定端与主臂连接，液压伸缩杆的输出端与从臂连接；从臂远离与主臂连接点的顶端连接打印喷头。
Description
技术领域
本发明属于水泥制品3D打印技术领域，具体涉及一种新型可移动机械臂式3D 打印设备。
背景技术
3D打印属于快速成形技术的一种，它是一种数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层堆叠累积的方式来构造物体的技术（即“积层造形法”）。过去其常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，现正逐渐用于一些产品的直接制造。
随着3D打印技术的不断发展，传统的模具制造方法愈发暴露出效率低、成本高、周期长、精度提高空间有限等缺陷。3D打印技术是近几年国内外快速发展的一种快速成型制造技术，具有成型速度快、设备价格便宜、运行和维护成本低、可以个性化创意制作，作为大数据云计算新时代的制造方式，目前已在机械、电子、飞机、生物制造、制药、微型机电等现代社会的各个工程领域得到广泛应用，展示了广阔的市场前景。
但目前3D打印的主要材料为ABS、尼龙等化工材料，大型的建筑领域所使用的水泥材料的打印设备也还没有达到成熟的水平。
发明内容
针对大型建筑领域使用水泥材料进行3D打印，本发明提供一种新型可移动机械臂式3D 打印设备。
本发明的技术方案是：
一种新型可移动机械臂式3D 打印设备，包括移动底座和固定安装在移动底座上的主支柱，所述主支柱通过转盘连接有机械臂；
机械臂远离主支柱的顶端连接有打印喷头；
该设备还包括水泥输送机构和控制驱动机构；所述的水泥输送机构与打印喷头连接；
控制驱动机构分别与移动底座、水泥输送机构和机械臂连接。
优选地，所述的机械臂包括主臂和至少一个从臂；
主臂的一端与转盘连接，主臂的另一端通过转轴与从臂连接；
该机械臂还包括液压伸缩杆，所述的液压伸缩杆的固定端与主臂连接，液压伸缩杆的输出端与从臂连接；
从臂远离与主臂连接点的顶端连接打印喷头。
主臂与转盘连接，通过转盘转动带动机械臂的转动，主臂与从臂之间通过液压伸缩杆连接，通过控制液压伸缩杆的伸缩长度调节机械臂的宽度以及高度，提高打印精度。
优选地，该设备还包括液压泵，所述的液压泵通过管道与液压伸缩杆连接；
所述的液压伸缩杆包括活塞推杆和液压缸，所述活塞推杆与从臂的外壁连接，且活塞推杆的底部连接在液压缸的顶部内侧，所述液压缸与主臂的外壁通过螺栓连接。控制驱动机构通过控制液压泵来调节液压伸缩杆的伸缩长度，从而调节机械臂的宽度以及高度。
优选地，控制驱动机构包括伺服电机和控制器，伺服电机和控制器连接；所述伺服电机通过转动连杆与转盘连接。控制器控制伺服电机转动通过转动连杆带动转盘转动。
优选地，水泥输送机构包括水泥容器、泵机和送料软管；水泥容器与泵机连接并通过送料软管与打印喷头的进料口连通。使用送料软管进行水泥原料的输送，方便打印过程带动软管来回移动软管不容易损坏。
优选地，所述的可移动底盘包括履带车。
优选地，液压泵、泵机和履带机分别与控制器连接。控制驱动机构与履带车连接，控制履带车的移动，大型的履带车适应室外环境建筑领域大型建筑结构的打印。履带车运动用于调节X轴方向的运行路线。
优选地，所述的机械臂包括一个主臂和三个从臂；
三个从臂分别为第一从臂、第二从臂和第三从臂；
转轴包括第一转轴、第二转轴和第三转轴；
液压伸缩杆包括第一液压伸缩杆、第二液压伸缩杆和第三液压伸缩杆；
主臂的底端与转盘连接，主臂的顶端通过第一转轴与第一从臂的第一端连接；
第一液压伸缩杆的液压缸与主臂连接，第一液压伸缩杆的活塞推杆与第一从臂连接；
第一从臂的第二端通过第二转轴与第二从臂的第一端连接；第二液压伸缩杆的液压缸与第一从臂连接，第二液压伸缩杆的活塞推杆与第二从臂连接；
第二从臂的第二端通过第三转轴与第三从臂的第一端连接，第三液压伸缩杆的液压缸与第二从臂连接，第三液压伸缩杆的活塞推杆与第三从臂连接；
第三从臂的第二端与打印喷头连接。多个机械从臂通过控制液压伸缩杆的伸缩调整机械臂的位置，提高打印精度。
优选地，主支柱焊接在履带车上，主支柱通过固定支架固定在履带车上，固定支架一端与主支柱连接，固定支架的另一端与履带车固定连接。以稳定整个大型机械臂。
优选地，打印喷头包括料筒，所述料筒的顶端固定连接有法兰，从逼的输出端连接有盲板，打印喷头通过法兰与从臂输出端连接的盲板连接；打印工作完成，方便打印喷头的拆卸；
料筒的上部设有进料口，料筒的底部设有出料口。
该打印设备由移动底座、机械臂、水泥输送机构组成。其中移动底座是一种大体积，大质量的履带车，履带车的移动方向以及距离由控制器进行控制。
主支柱通过硬焊接连接在履带车上，四面焊有固定支架，以稳定整个大型机械臂。
主臂通过转盘与主支柱相连接，通过转盘的转动可以实现整个机械臂在位置上的移动，实现大范围打印。
主臂与从臂之间通过转轴连接，从臂的转动通过液压伸缩杆的伸缩长度来实现。
水泥输送机构安装在机械臂的外部，由水泥容器、泵机和送料软管组成，水泥容器里面盛有料源，送料软管与打印喷头的进料口连接，进行水泥的出料。
在正式打印之前，首先从上位机将所需要打印的图形解析输入控制器，再由控制器按照设定的程序算法控制打印设备进行移动。履带车的移动方向为X轴，机械臂根据图形要求调节宽度以及高度。
正式打印时，控制器控制履带车进行启动，泵机启动使水泥输送机构启动。从起点开始，控制器确定要打印物品的高度，位置以及图案后，控制履带车按照的给定方向移动，通过伺服电机控制转盘转动一定角度将机械臂移动到合适位置，通过控制液压泵控制液压伸缩杆启动伸缩将机械臂调整到合适的打印高度以及宽度。
水泥输送机构将水泥输送到打印喷头的位置开始进行连续的打印，在打印物品期间，该设备可以根据控制器的要求随时更换打印喷头的位置以完成打印工作直到最后打印工作的完成。该设备可以进行不间断，远距离，大活动范围的3D打印工作 。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：正式打印时，控制器控制履带车进行启动，泵机启动使水泥输送机构启动。从起点开始，控制器确定要打印物品的高度，位置以及图案后，控制履带车按照的给定方向移动，通过伺服电机控制转盘转动一定角度将机械臂移动到合适位置，通过控制液压泵控制液压伸缩杆启动伸缩将机械臂调整到合适的打印高度以及宽度。
水泥输送机构将水泥输送到打印喷头的位置开始进行连续的打印，在打印物品期间，该设备可以根据控制器的要求随时更换打印喷头的位置以完成打印工作直到最后打印工作的完成。该设备可以进行不间断，远距离，大活动范围的3D打印工作 。
此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。
由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著地进步，其实施的有益效果也是显而易见的。
附图说明
图1为一种新型可移动机械臂式3D 打印设备结构示意图；
图2为打印喷头结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明进行详细阐述，以下实施例是对本发明的解释，而本发明并不局限于以下实施方式。
实施例一
如图1、图2所示，一种新型可移动机械臂式3D 打印设备，包括移动底座和固定安装在移动底座上的主支柱8，所述主支柱8通过转盘3连接有机械臂；
机械臂远离主支柱8的顶端连接有打印喷头7；
该设备还包括水泥输送机构和控制驱动机构；所述的水泥输送机构与打印喷头7连接；
控制驱动机构分别与移动底座、水泥输送机构和机械臂连接。
所述的机械臂包括主臂4和至少一个从臂；
主臂4的一端与转盘3连接，主臂4的另一端通过转轴与从臂连接；
该机械臂还包括液压伸缩杆，所述的液压伸缩杆的固定端与主臂连接，液压伸缩杆的输出端与从臂连接；
从臂远离与主臂连接点的顶端连接打印喷头7。打印喷头7包括料筒，所述料筒的顶端固定连接有法兰7.3，从臂的输出端连接有盲板13，打印喷头7通过法兰7.3与从臂输出端连接的盲板13连接；
料筒的上部设有进料口7.1，料筒的底部设有出料口7.2。
主臂4与转盘3连接，通过转盘3转动带动机械臂的转动，主臂4与从臂之间通过液压伸缩杆连接，通过控制液压伸缩杆的伸缩长度调节机械臂的宽度以及高度，提高打印精度。
该设备还包括液压泵，所述的液压泵通过管道与液压伸缩杆连接；
所述的液压伸缩杆包括活塞推杆和液压缸，所述活塞推杆与从臂的外壁连接，且活塞推杆的底部连接在液压缸的顶部内侧，所述液压缸与主臂的外壁通过螺栓连接。控制驱动机构通过控制液压泵来调节液压伸缩杆的伸缩长度，从而调节机械臂的宽度以及高度。
控制驱动机构包括伺服电机和控制器，伺服电机和控制器连接；所述伺服电机通过转动连杆与转盘3连接。控制器控制伺服电机转动通过转动连杆带动转盘3转动。
水泥输送机构包括水泥容器11、泵机10和送料软管9；水泥容器11与泵机10连接并通过送料软管9与打印喷头的进料口7.1连通。使用送料软管9进行水泥原料的输送，方便打印过程带动软管来回移动软管不容易损坏。
所述的可移动底盘包括履带车1。
液压泵、泵机10和履带车1分别与控制器连接。控制驱动机构与履带车1连接，控制履带车1的移动，大型的履带车1适应室外环境建筑领域大型建筑结构的打印。履带车1运动用于调节X轴方向的运行路线。
所述的机械臂包括一个主臂4和三个从臂；
三个从臂分别为第一从臂12.1、第二从臂12.2和第三从臂12.3；
转轴包括第一转轴5.1、第二转轴5.2和第三转轴5.3；
液压伸缩杆包括第一液压伸缩杆6.1、第二液压伸缩杆6.2和第三液压伸缩杆6.3；
主臂4的底端与转盘3连接，主臂4的顶端通过第一转轴5.1与第一从臂12.1的第一端连接；
第一液压伸缩杆6.1的液压缸与主臂4连接，第一液压伸缩杆6.1的活塞推杆与第一从臂12.1连接；
第一从臂12.1的第二端通过第二转轴5.2与第二从臂12.2的第一端连接；第二液压伸缩杆6.2的液压缸与第一从臂12.1连接，第二液压伸缩杆6.2的活塞推杆与第二从臂12.2连接；
第二从臂12.2的第二端通过第三转轴5.3与第三从臂12.3的第一端连接，第三液压伸缩杆6.3的液压缸与第二从臂12.2连接，第三液压伸缩杆6.3的活塞推杆与第三从臂12.3连接；
第三从臂12.3的第二端与打印喷头7连接。多个机械从臂通过控制液压伸缩杆的伸缩调整机械臂的位置，提高打印精度。
主支柱8焊接在履带车1上，主支柱8通过固定支架2固定在履带车1上，固定支架2一端与主支柱8连接，固定支架2的另一端与履带车1固定连接。以稳定整个大型机械臂。
该打印设备由移动底座、机械臂、水泥输送结构组成。其中移动底座是一种大体积，大质量的履带车1，履带车1的移动方向以及距离由控制器进行控制。
主支柱8通过硬焊接连接在履带车1上，四面焊有固定支架2，以稳定整个大型机械臂。
主臂4通过转盘3与主支柱8相连接，通过转盘3的转动可以实现整个机械臂在位置上的移动，实现大范围打印。
主臂4与从臂之间通过转轴连接，从臂的转动通过液压伸缩杆的伸缩长度来实现。
水泥输送系统安装在机械臂的外部，由水泥容器11、泵机10和送料软管9组成，水泥容器11里面盛有料源，送料软管9与打印喷头的进料口7.1连接，进行水泥的出料。
在正式打印之前，首先从上位机将所需要打印的图形解析输入控制器，再由控制器按照设定的程序算法控制打印设备进行移动。履带车1的移动方向为X轴，机械臂根据图形要求调节宽度以及高度。
正式打印时，控制器控制履带车1进行启动，泵机10启动使水泥输送机构启动。从起点开始，控制器确定要打印物品的高度，位置以及图案后，控制履带车1按照的给定方向移动，通过伺服电机控制转盘3转动一定角度将机械臂移动到合适位置，通过控制液压泵控制液压伸缩杆启动伸缩将机械臂调整到合适的打印高度以及宽度。
水泥输送机构将水泥输送到打印喷头7的位置开始进行连续的打印，在打印物品期间，该设备可以根据控制器的要求随时更换打印喷头的位置以完成打印工作直到最后打印工作的完成。该设备可以进行不间断，远距离，大活动范围的3D打印工作 。
实施例二
一种新型可移动机械臂式3D 打印设备，包括移动底座和固定安装在移动底座上的主支柱8，所述主支柱8通过转盘3连接有机械臂；
机械臂远离主支柱8的顶端连接有打印喷头7；
该设备还包括水泥输送机构和控制驱动机构；所述的水泥输送机构与打印喷头7连接；
控制驱动机构分别与移动底座、水泥输送机构和机械臂连接。
所述的机械臂包括主臂4和至少一个从臂；
主臂4的一端与转盘3连接，主臂4的另一端通过转轴与从臂连接；
该机械臂还包括液压伸缩杆，所述的液压伸缩杆的固定端与主臂连接，液压伸缩杆的输出端与从臂连接；
从臂远离与主臂连接点的顶端连接打印喷头7。打印喷头7包括料筒，所述料筒的顶端固定连接有盲板7.3，打印喷头7通过盲板7.3与从臂输出端连接的法兰13连接；
料筒的上部设有进料口7.1，料筒的底部设有出料口7.2。
主臂4与转盘3连接，通过转盘3转动带动机械臂的转动，主臂4与从臂之间通过液压伸缩杆连接，通过控制液压伸缩杆的伸缩长度调节机械臂的宽度以及高度，提高打印精度。
该设备还包括液压泵，所述的液压泵通过管道与液压伸缩杆连接；
所述的液压伸缩杆包括活塞推杆和液压缸，所述活塞推杆与从臂的外壁连接，且活塞推杆的底部连接在液压缸的顶部内侧，所述液压缸与主臂的外壁通过螺栓连接。控制驱动机构通过控制液压泵来调节液压伸缩杆的伸缩长度，从而调节机械臂的宽度以及高度。
控制驱动机构包括伺服电机和控制器，伺服电机和控制器连接；所述伺服电机通过转动连杆与转盘3连接。控制器控制伺服电机转动通过转动连杆带动转盘3转动。
水泥输送机构包括水泥容器11、泵机10和送料软管9；水泥容器11与泵机10连接并通过送料软管9与打印喷头的进料口7.1连通。使用送料软管9进行水泥原料的输送，方便打印过程带动软管来回移动软管不容易损坏。
所述的可移动底盘包括履带车1。主支柱8焊接在履带车1上。
液压泵、泵机10和履带车1分别与控制器连接。控制驱动机构与履带车1连接，控制履带车1的移动，大型的履带车1适应室外环境建筑领域大型建筑结构的打印。履带车1运动用于调节X轴方向的运行路线。
所述的机械臂包括一个主臂4和三个从臂；
三个从臂分别为第一从臂12.1、第二从臂12.2和第三从臂12.3；
转轴包括第一转轴5.1、第二转轴5.2和第三转轴5.3；
液压伸缩杆包括第一液压伸缩杆6.1、第二液压伸缩杆6.2和第三液压伸缩杆6.3；
主臂4的底端与转盘3连接，主臂4的顶端通过第一转轴5.1与第一从臂12.1的第一端连接；
第一液压伸缩杆6.1的液压缸与主臂4连接，第一液压伸缩杆6.1的活塞推杆与第一从臂12.1连接；
第一从臂12.1的第二端通过第二转轴5.2与第二从臂12.2的第一端连接；第二液压伸缩杆6.2的液压缸与第一从臂12.1连接，第二液压伸缩杆6.2的活塞推杆与第二从臂12.2连接；
第二从臂12.2的第二端通过第三转轴5.3与第三从臂12.3的第一端连接，第三液压伸缩杆6.3的液压缸与第二从臂12.2连接，第三液压伸缩杆6.3的活塞推杆与第三从臂12.3连接；
第三从臂12.3的第二端与打印喷头7连接。多个机械从臂通过控制液压伸缩杆的伸缩调整机械臂的位置，提高打印精度。
该打印设备由移动底座、机械臂、水泥输送机构组成。其中移动底座是一种大体积，大质量的履带车1，履带车1的移动方向以及距离由控制器进行控制。
主支柱8通过硬焊接连接在履带车1上，四面焊有固定支架2，以稳定整个大型机械臂。
主臂4通过转盘3与主支柱8相连接，通过转盘3的转动可以实现整个机械臂在位置上的移动，实现大范围打印。
主臂4与从臂之间通过转轴连接，从臂的转动通过液压伸缩杆的伸缩长度来实现。水泥输送系统安装在机械臂的外部，由水泥容器11、泵机10和送料软管9组成，水泥容器11里面盛有料源，送料软管9与打印喷头的进料口7.1连接，进行水泥的出料。本实施例中，为了使打印过程移动方便，水泥容器和泵机可以设置在履带车上。
在正式打印之前，首先从上位机将所需要打印的图形解析输入控制器，再由控制器按照设定的程序算法控制打印设备进行移动。履带车1的移动方向为X轴，机械臂根据图形要求调节宽度以及高度。
正式打印时，控制器控制履带车1进行启动，泵机10启动使水泥输送机构启动。从起点开始，控制器确定要打印物品的高度，位置以及图案后，控制履带车1按照的给定方向移动，通过伺服电机控制转盘3转动一定角度将机械臂移动到合适位置，通过控制液压泵控制液压伸缩杆启动伸缩将机械臂调整到合适的打印高度以及宽度。
水泥输送机构将水泥输送到打印喷头7的位置开始进行连续的打印，在打印物品期间，该设备可以根据控制器的要求随时更换打印喷头的位置以完成打印工作直到最后打印工作的完成。该设备可以进行不间断，远距离，大活动范围的3D打印工作 。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等（如果存在）是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种新型可移动机械臂式3D 打印设备，其特征在于，包括移动底座和固定安装在移动底座上的主支柱（8），所述主支柱（8）通过转盘（3）连接有机械臂；
机械臂远离主支柱（8）的顶端连接有打印喷头（7）；
该设备还包括水泥输送机构和控制驱动机构；所述的水泥输送机构与打印喷头（7）连接；
控制驱动机构分别与移动底座、水泥输送机构和机械臂连接。
2.根据权利要求1所述的一种新型可移动机械臂式3D 打印设备，其特征在于，所述的机械臂包括主臂（4）和至少一个从臂；
主臂（4）的一端与转盘（3）连接，主臂（4）的另一端通过转轴与从臂连接；
该机械臂还包括液压伸缩杆，所述的液压伸缩杆的固定端与主臂（4）连接，液压伸缩杆的输出端与从臂连接；
从臂远离与主臂连接点的顶端连接打印喷头（7）。
3.根据权利要求2所述的一种新型可移动机械臂式3D 打印设备，其特征在于，该设备还包括液压泵，所述的液压泵通过管道与液压伸缩杆连接；
所述的液压伸缩杆包括活塞推杆和液压缸，所述活塞推杆与从臂的外壁连接，且活塞推杆的底部连接在液压缸的顶部内侧，所述液压缸与主臂的外壁通过螺栓连接。
4.根据权利要求2所述的一种新型可移动机械臂式3D 打印设备，其特征在于，控制驱动机构包括伺服电机和控制器，伺服电机和控制器连接；所述伺服电机通过转动连杆与转盘连接。
5.根据权利要求3所述的一种新型可移动机械臂式3D 打印设备，其特征在于，水泥输送机构包括水泥容器（11）、泵机（10）和送料软管（9）；水泥容器（11）与泵机（10）连接并通过送料软管（9）与打印喷头（7）的进料口（7.1）连通。
6.根据权利要求5所述的一种新型可移动机械臂式3D 打印设备，其特征在于，所述的可移动底盘包括履带车（1）。
7.根据权利要求5所述的一种新型可移动机械臂式3D 打印设备，其特征在于，液压泵、泵机（10）和履带机（1）分别与控制器连接。
8.根据权利要求3所述的一种新型可移动机械臂式3D 打印设备，其特征在于，所述的机械臂包括一个主臂（4）和三个从臂；
三个从臂分别为第一从臂（12.1）、第二从臂（12.2）和第三从臂（12.3）；
转轴包括第一转轴（5.1）、第二转轴（5.2）和第三转轴（5.3）；
液压伸缩杆包括第一液压伸缩杆（6.1）、第二液压伸缩杆（6.2）和第三液压伸缩杆（6.3）；
主臂（4）的底端与转盘（3）连接，主臂（4）的顶端通过第一转轴（5.1）与第一从臂（12.1）的第一端连接；
第一液压伸缩杆（6.1）的液压缸与主臂（4）连接，第一液压伸缩杆（6.1）的活塞推杆与第一从臂（12.1）连接；
第一从臂（12.1）的第二端通过第二转轴（5.2）与第二从臂（12.2）的第一端连接；第二液压伸缩杆（6.2）的液压缸与第一从臂（12.1）连接，第二液压伸缩杆（6.2）的活塞推杆与第二从臂（12.2）连接；
第二从臂（12.2）的第二端通过第三转轴（5.3）与第三从臂（12.3）的第一端连接，第三液压伸缩杆（6.3）的液压缸与第二从臂（12.2）连接，第三液压伸缩杆（6.3）的活塞推杆与第三从臂（12.3）连接；
第三从臂（12.3）的第二端与打印喷头（7）连接。
9.根据权利要求3所述的一种新型可移动机械臂式3D 打印设备，其特征在于，主支柱（8）焊接在履带车（1）上，主支柱（8）通过固定支架（2）固定在履带车（1）上，固定支架（2）一端与主支柱（8）连接，固定支架（2）的另一端与履带车（1）固定连接。
10.根据权利要求2所述的一种新型可移动机械臂式3D 打印设备，其特征在于，打印喷头（7）包括料筒，所述料筒的顶端固定连接有法兰（7.3），从臂的输出端连接有盲板（13），打印喷头（7）通过法兰（7.3）与从臂输出端连接的盲板（13）连接。
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