CN109732922B - 一种改进的扩展式3d打印装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种扩展式3D打印装置，包括物料输送机构、打印喷头以及送料管，打印喷头包括机壳、喷嘴、行走机构、用实现行走机构位置提升的第一提升机构、用以带动喷嘴上下移动的第二提升机构以及用以引导所述打印喷头行走的导向机构。本发明改变了传统3D打印中打印喷头在滑轨上行走和移动的方式，将打印喷头设置成可以在成型物行走，利用已经打印好的成型物作为打印喷头形成的载体，从而实现打印喷头的大范围灵活移动，突破了滑轨的空间限制，大大地提高了成型物的扩展空间。第一轮体和第二轮体可以作为行走的导向轮体，第一电机和第二电机作为行走的动力源，第一油缸和第二油缸可以作为机壳上升的动力源，从而实现逐层打印。

Description

一种改进的扩展式3D打印装置
本案是申请号为201610992833X，名称为“一种扩展式3D打印装置”的发明专利申请分案申请，母案的申请日为2016年11月11日。
技术领域
本发明涉及一种改进的扩展式3D打印装置。
背景技术
三维打印(3D printing)，即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，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。如申请公布号CN 104385599 A，名称为“基于物联网的三维打印机系统”的中国发明专利申请中，公开了一种基于物联网的三维打印机系统，包括图像采集终端和3D打印终端；其特征在于：所述图像采集终端包括至少两台图像采集器；所述3D打印终端包括至少两台3D打印机；每台图像采集器上安装有向物联网发送数据的zigbee模块；所述物联网连接有至少一台控制计算机；在所述控制计算机和每台3D打印机上安装有数据通信用的zigbee模块。本发明还包括与所述控制计算机连接的图像存储设备，所述图像存储设备内存储有图像数据模型库，在每个zigbee 模块上安装有编码器和解码器，在每台3D打印机上安装有GPS定位器。
再如，申请公布号CN 105239780 A，名称为“建筑工程墙体3D打印机系统”的中国发明申请中，公开了一种建筑工程墙体3D打印机系统，包括打印滑轨、打印头、滑轮小车、丝杆a、丝杆b、电机a、电机b、丝母a、丝母b和架体；两侧的架体均安装有丝杆b，丝杆b的上端连接有电机b，电机b固定在架体上，丝杆b上连接有丝母b，电机a固定在丝母b上，丝杆 a的底端与电机a连接，丝杆a上连接有丝母a，丝母a与滑轮小车固定连接，两个滑轮小车之间固定有打印滑轨，打印滑轨上滑动安装有打印头。
传统的这类3D打印装置，3D打印喷头通常是安装在打印滑轨上，其活动空间受到滑轨结构的限制，当待打印的物品体积较大时，滑轨的安装和布设较为麻烦。
鉴于此，本发明人对上述问题进行深入的研究，遂有本案产生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种打印头移动灵活的扩展式3D打印装置。
为了达到上述目的，本发明采用这样的技术方案：
一种改进的扩展式3D打印装置,一种扩展式3D打印装置，包括物料输送机构、打印喷头以及连接在物料输送机构与打印喷头之间的送料管，所述打印喷头包括机壳、连接在机壳上的喷嘴、用以使得所述打印喷头在成型物上行走的行走机构、用实现行走机构位置提升的第一提升机构以及用以引导所述打印喷头行走的导向机构，所述行走机构包括第一安装架、设置在第一安装架上的第一轮体以及用以驱动第一轮体转动的第一电机、第二安装架、设置在第二安装架上的第二轮体以及用以驱动第二轮体转动的第二电机，第一安装架和第二安装架沿机壳的长度方向布设，所述第一提升机构包括第一油缸和第二油缸，第一油缸的缸体连接在所述机壳上，第一油缸的活塞杆沿竖直方向设置且连接在所述第一安装架上，第二油缸的缸体连接在所述机壳上，第二油缸的活塞杆沿竖直方向设置且连接在所述第二安装架上。
作为本发明的一种优选方式，所述导向机构包括设置在所述机壳的下端的第一导轮，第一导轮的轴线沿水平方向设置，还包括导向槽，导向槽从所述机壳长度方向的一端贯穿至另一端，导向槽延伸至所述机壳的下端部，在导向槽的侧壁设有第二导轮，第二导轮的轴线沿竖直方向设置，在所述机壳上连接有用以带动第二导轮沿所述机壳的宽度方向移动的位置调整机构。
作为本发明的一种优选方式，所述导向槽具有分设在所述成型物两侧的第一侧壁和第二侧壁，所述第二导轮包括对应所述第一侧壁设置的第二左导轮和对应所述第二侧壁设置的第二右导轮，所述位置调整机构包括连接在所述机壳上的第三油缸和第四油缸，第三油缸的活塞杆与所述第二左导轮的轴心连接，第四油缸的活塞杆与所述第二右导轮的轴心连接，第三油缸和第四油缸均沿水平方向设置。
作为本发明的一种优选方式，还包括形成在所述导向槽内的第一固料板和第二固料板，第一固料板和第二固料板均固定在机壳上，且沿竖直方向平行设置，所述喷嘴设置在第一固料板与第二固料板之间，还包括设置在导向槽中的第一卡槽成型板和第二卡槽成型板，第一卡槽成型板通过第八油缸以可沿水平方向移动的方式连接在所述机壳上，第二卡槽成型板通过第九油缸以可沿水平方向移动的方式连接在所述机壳上，在第一卡槽成型板上设有用以在所述成型物上形成第一卡槽的第一成型块，在第二卡槽成型板上设有用以在所述成型物上形成第二卡槽的第二成型块，第一成型块和第二成型块沿水平方向设置。
作为本发明的一种优选方式，所述第一固料板和所述第二固料板之间形成第一料口和第二料口，在第一料口处设有第一刮板，第二料口处设有第二刮板，在所述机壳上设有用以驱动第一刮板上下移动的第五油缸和用以驱动第二刮板上下移动的第六油缸，第一刮板和第二刮板均设置在第一导轮与第二导轮之间。
作为本发明的一种优选方式，还包括控制器，在所述机壳上设有GPS 定位器，GPS定位器与控制器以无线通信的方式连接，所述第一油缸、所述第二油缸、所述第三油缸、所述第四油缸、所述第五油缸、所述第六油缸、所述第八油缸以及所述第九油缸上均设有电磁阀，所述第一电机、所述第二电机以及各电磁阀均连接至控制器。
作为本发明的一种优选方式，所述物料输送机构包括车体和设置在车体上的供料机构，所述控制器设置在车体上。
作为本发明的一种优选方式，所述第一导轮的个数为四个。
作为本发明的一种优选方式，所述第二左导轮和所述第二右导轮的个数均为两个。
作为本发明的一种优选方式，所述第一卡槽成型板的个数为两块，分设在所述第一固料板的两侧，每块所述第一卡槽成型板均设有一个所述第八油缸，所述第二卡槽成型板的个数为两块，分设在所述第二固料板的两侧，每块所述第二卡槽成型板均设有一个所述第九油缸。
采用本发明的技术方案后，本发明改变了传统3D打印中打印喷头在滑轨上行走和移动的方式，将打印喷头设置成可以在成型物行走，利用已经打印好的成型物作为打印喷头行走的载体，从而实现打印喷头的大范围灵活移动，突破了滑轨的空间限制，大大地提高了成型物的扩展空间。第一轮体和第二轮体可以作为行走的导向轮体，第一电机和第二电机作为行走的动力源，第一油缸和第二油缸可以作为机壳上升的动力源，从而实现逐层打印。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中打印喷头的结构示意图；
图3为本发明中打印喷头的分解结构示意图；
图4为本发明打印喷头另一角度的结构示意图；
图5为本发明中行走机构配合提升机构的结构示意图；
图6为本发明中第二左导轮和第二右导轮配合成型物的结构示意图；
图中：
10-打印喷头 11-机壳
12-喷嘴
131-第一安装架 132-第一轮体
133-第一电机 134-第一油缸
141-第二安装架 142-第二轮体
143-第二电机 144-第二油缸
15-第一导轮 161-第一右导轮
162-第二左导轮 163-第三油缸
164-第四油缸 171-第一固料板
172-第二固料板 173-第一卡槽成型板
174-第二卡槽成型板 175-第一成型块
176-第二成型块 177-第八油缸
178-第九油缸 181-第一刮板
182-第五油缸 183-第二刮板
184-第六油缸 19-导向槽
191-第一侧壁 192-第二侧壁
21-车体 22-供料机构
23-送料管 30-成型物
31-第一卡槽 32-第二卡槽
具体实施方式
为了进一步解释本发明的技术方案，下面结合附图进行详细阐述，为了方便描述，本发明以3D打印装置正常使用时的状态来进行方位描述。
参照图1至6，一种扩展式3D打印装置，包括物料输送机构、打印喷头10以及连接在物料输送机构与打印喷头10之间的送料管23，所述打印喷头10包括机壳11、连接在机壳11上的喷嘴12、用以在成型物30上行走的行走机构、用实现行走机构位置提升的第一提升机构以及用以引导所述打印喷头10行走的导向机构。送料管23的出料口与喷嘴12的进料口连通，用以将物料输送至喷嘴12进行3D打印。
作为本发明的一种优选方式，所述行走机构包括第一安装架131、设置在第一安装架131上的第一轮体132以及用以驱动第一轮体132转动的第一电机133、第二安装架141、设置在第二安装架141上的第二轮体142以及用以驱动第二轮体142转动的第二电机143，第一安装架131和第二安装架141沿机壳11的长度方向布设，第一安装架131和第二安装架141均固定在机壳11上，第一轮体132可转动地连接在第一安装架131上，第二轮体142可转动地连接在第二安装架141上。第一电机133的输出轴通过皮带与第一轮体132的中心轴传动连接，第二电机143的输出轴通过皮带与第二轮体142的中心轴传动连接。
作为本发明的一种优选方式，所述第一提升机构包括第一油缸134和第二油缸144，第一油缸134的缸体连接在所述机壳11上，第一油缸134 的活塞杆沿竖直方向设置且连接在所述第一安装架131上，第二油缸144 的缸体连接在所述机壳11上，第二油缸144的活塞杆沿竖直方向设置且连接在所述第二安装架141上，具体地，第一油缸134的缸体和第二油缸144 的缸体均固定在机壳11上。通过第一油缸134可以带动第一轮体132上下移动，通过第二油缸144可以带动第二轮体142上下移动。
作为本发明的一种优选方式，所述导向机构包括设置在所述机壳11的下端的第一导轮15，在实施例中，第一导轮15的个数为四个，第一导轮 15的轴线沿水平方向设置。本发明还包括导向槽19，导向槽19从所述机壳11长度方向的一端贯穿至另一端，导向槽19延伸至所述机壳11的下端部，导向槽19的纵截面大体呈“门”字形。在导向槽19的侧壁设有第二导轮，第二导轮的轴线沿竖直方向设置，在所述机壳11上连接有用以带动第二导轮沿所述机壳11的宽度方向移动的位置调整机构。
作为本发明的一种优选方式，所述导向槽19具有分设在所述成型物30 两侧的第一侧壁191和第二侧壁192，所述第二导轮包括对应所述第一侧壁 191设置的第二右导轮161和对应所述第二侧壁192设置的第二左导轮162，在实施例中，第二左导轮162和第二右导轮161个数均为两个。所述位置调整机构包括连接在所述机壳11上的第三油缸163和第四油缸164，第三油缸163的缸体和第四油缸164的缸体均固定在所述机壳11上。第三油缸163的活塞杆与所述第二左导轮162的轴心连接，第四油缸164的活塞杆与所述第二右导轮161的轴心连接，具体地，在第二左导轮162的轴心上设有转轴，第三油缸163的活塞杆连接至该转轴上，第二右导轮161的轴心设有转轴，第四油缸164的活塞杆连接至该转轴上，在第三油缸163和第四油缸164均沿水平方向设置。通过第三油缸163和第四油缸164的设置，可以使得第二右导轮161和第二左导轮162沿水平方向移动，从而使得第二右导轮161和第二左导轮162分别卡在成型物30的第一卡槽31和第二卡槽32上。
作为本发明的一种优选方式，还包括形成在所述导向槽19内的第一固料板171和第二固料板172，第一固料板171和第二固料板172均固定在机壳11上，且沿竖直方向平行设置，所述喷嘴12设置在第一固料板171与第二固料板172之间。本发明还包括设置在导向槽19中的第一卡槽成型板 173和第二卡槽成型板174，第一卡槽成型板173通过第八油缸177以可沿水平方向移动的方式连接在所述机壳11上，第二卡槽成型板174通过第九油缸178以可沿水平方向移动的方式连接在所述机壳11上，第八油缸177 和第九油缸178均沿水平方向设置，在第一卡槽成型板173上设有用以在所述成型物30上形成第一卡槽31的第一成型块175，在第二卡槽成型板 174上设有用以在所述成型物30上形成第二卡槽32的第二成型块176，第一成型块175和第二成型块176沿水平方向设置。在实施例中，第一卡槽成型板173的个数为两块，分设在第一固料板171的两侧，每块第一卡槽成型板173均设有一个第八油缸177，第二卡槽成型板174的个数为两块，分设在第二固料板172的两侧，每块第二卡槽成型板174均设有一个第九油缸178。两块相对设置的第一卡槽成型板173和第二卡槽成型板174组成前卡槽成型板组，另外两块相对设置的第一卡槽成型板173和第二卡槽成型板174组成后卡槽成型板组。
作为本发明的一种优选方式，所述第一固料板171和所述第二固料板172之间形成第一料口和第二料口，在第一料口处设有第一刮板181，第二料口处设有第二刮板182，在所述机壳11上设有用以驱动第一刮板181上下移动的第五油缸183和用以驱动第二刮板182上下移动的第六油缸184，第一刮板181和第二刮板182均设置在第一导轮15与第二导轮之间。第一刮板181和第二刮板182均沿竖直方向设置，其用以刮掉成型物30上的毛刺，起到整平作用。
作为本发明的一种优选方式，还包括控制器，控制器例如可以选用PLC 控制器，在所述机壳11上设有GPS定位器，GPS定位器与控制器以无线通信的方式连接，所述第一油缸134、所述第二油缸144、所述第三油缸163、所述第四油缸164、所述第五油缸183、所述第六油缸184、第八油缸177 以及第九油缸178上均设有电磁阀，所述第一电机133、所述第二电机143 以及各电磁阀均连接至控制器。
作为本发明的一种优选方式，所述物料输送机构包括车体21和设置在车体21上的供料机构，所述控制器设置在车体上。
采用本发明的技术方案，其工作流程如下：车体21带动供料机构22 行驶至施工地点，利用GPS定位器进行定位，将打印喷头10放置在打印的第一点，由供料机构22向打印喷头10供料，并利用定位数据行驶打印作业。
在工作过程中，由第一电机133和第二电机143提供动力，喷嘴12喷出打印材料，第一固料板171和第二固料板172用以固料，第一卡槽成型板173和第二卡槽成型板174用以成型处第一卡槽31和第二卡槽32，由第一刮板181和第二刮板182削掉毛边形成理想的效果。
本发明的打印装置有可以有三种状态(处于第一层打印的打印状态、处于第一层之上打印的打印状态和往复打印状态)：
第一层打印的打印状态：第一轮体132与机壳11底齐平略低，喷嘴12 离地面一个单层打印高度的高度，第一固料板171、第二固料板172、第一刮板181以及后卡槽成型板组与地面齐平，第二轮体142和第二刮板182 收缩至离地面一层打印物的高度，由第一轮体132和第一导轮15带动整个打印喷头行走打印出第一层，即第一打印层。
处于第一层之上打印的打印状态：第一轮体132与第一打印层的上部齐平，喷嘴12离第一层打印层顶部一个单层打印高度的高度，第一固料板 171、第二固料板172和第一刮板181与第一打印层顶部齐平，第二轮体142 和第二刮板182收缩至离第一打印层一层打印物的高度，由第一轮体132、第二右导轮161以及第二左导轮162带动打印喷头行走打印出第二层(之后上层的打印以此类推)。
往复打印状态：第一轮体132与机壳11底齐平略低，喷嘴12离地面一个单层打印高度的高度，第一固料板171、第二固料板172和第一刮板 181与地面齐平，第二轮体142和第二刮板182收缩至离地面一层打印物的高度，由第一轮体132和第一导轮15带动整个打印喷头行走打印出第一层，整机沿直线行走打印之后不进行回路拐弯，直接升至第二层，第一轮体132 在第一油缸134作用下升起至离第一打印层顶部一个层的高度，第二轮体 142和第二刮板182降至与第一打印层顶部齐平的位置，第一刮板181升至离第一打印层顶部一个打印高度的高度，打印喷头改为由第二电机143驱动，行驶打印至原有的第一层出发的位置，如此反复打印至所要形状。
本发明可以用在直线状的成型物的打印，也可以用在筒状成型物 30的3D打印，在打印筒状成型物30时，打印喷头10打印一层后，回到起点。在打印过程中，换层时，由第一打印层往第二打印层，第二右导轮161 和第二左导轮162在第四油缸164和第三油缸163的作用下，相背运动，使得第二右导轮161和第二左导轮162从导向槽19中缩回；第一轮体132 和第二轮体142在第一油缸134和第二油缸144的作用下向下顶出，使机壳11抬升一个打印层高度的高度，并使得第二右导轮161和第二左导轮162 在第四油缸164和第三油缸163的作用下相向运动而伸入导向槽19中并对应卡入第一卡槽31和第二卡槽32，然后进入下一层继续打印。
本发明的产品形式并非限于本案图示和实施例，任何人对其进行类似思路的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims (10)

1.一种改进的扩展式3D打印装置,包括物料输送机构、打印喷头以及连接在物料输送机构与打印喷头之间的送料管，其特征在于：所述打印喷头包括机壳、连接在机壳上的喷嘴、用以使得所述打印喷头在成型物上行走的行走机构、用实现行走机构位置提升的第一提升机构以及用以引导所述打印喷头行走的导向机构，所述行走机构包括第一安装架、设置在第一安装架上的第一轮体以及用以驱动第一轮体转动的第一电机、第二安装架、设置在第二安装架上的第二轮体以及用以驱动第二轮体转动的第二电机，第一安装架和第二安装架沿机壳的长度方向布设，所述第一提升机构包括第一油缸和第二油缸，第一油缸的缸体连接在所述机壳上，第一油缸的活塞杆沿竖直方向设置且连接在所述第一安装架上，第二油缸的缸体连接在所述机壳上，第二油缸的活塞杆沿竖直方向设置且连接在所述第二安装架上。
2.如权利要求1所述的一种改进的扩展式3D打印装置,其特征在于：所述导向机构包括设置在所述机壳的下端的第一导轮，第一导轮的轴线沿水平方向设置，还包括导向槽，导向槽从所述机壳长度方向的一端贯穿至另一端，导向槽延伸至所述机壳的下端部，在导向槽的侧壁设有第二导轮，第二导轮的轴线沿竖直方向设置，在所述机壳上连接有用以带动第二导轮沿所述机壳的宽度方向移动的位置调整机构。
3.如权利要求2所述的一种改进的扩展式3D打印装置,其特征在于：所述导向槽具有分设在所述成型物两侧的第一侧壁和第二侧壁，所述第二导轮包括对应所述第一侧壁设置的第二左导轮和对应所述第二侧壁设置的第二右导轮，所述位置调整机构包括连接在所述机壳上的第三油缸和第四油缸，第三油缸的活塞杆与所述第二左导轮的轴心连接，第四油缸的活塞杆与所述第二右导轮的轴心连接，第三油缸和第四油缸均沿水平方向设置。
4.如权利要求3所述的一种改进的扩展式3D打印装置,其特征在于：还包括形成在所述导向槽内的第一固料板和第二固料板，第一固料板和第二固料板均固定在机壳上，且沿竖直方向平行设置，所述喷嘴设置在第一固料板与第二固料板之间，还包括设置在导向槽中的第一卡槽成型板和第二卡槽成型板，第一卡槽成型板通过第八油缸以可沿水平方向移动的方式连接在所述机壳上，第二卡槽成型板通过第九油缸以可沿水平方向移动的方式连接在所述机壳上，在第一卡槽成型板上设有用以在所述成型物上形成第一卡槽的第一成型块，在第二卡槽成型板上设有用以在所述成型物上形成第二卡槽的第二成型块，第一成型块和第二成型块沿水平方向设置。
5.如权利要求4所述的一种改进的扩展式3D打印装置,其特征在于：所述第一固料板和所述第二固料板之间形成第一料口和第二料口，在第一料口处设有第一刮板，第二料口处设有第二刮板，在所述机壳上设有用以驱动第一刮板上下移动的第五油缸和用以驱动第二刮板上下移动的第六油缸，第一刮板和第二刮板均设置在第一导轮与第二导轮之间。
6.如权利要求5所述的一种改进的扩展式3D打印装置,其特征在于：还包括控制器，在所述机壳上设有GPS定位器，GPS定位器与控制器以无线通信的方式连接，所述第一油缸、所述第二油缸、所述第三油缸、所述第四油缸、所述第五油缸、所述第六油缸、所述第八油缸以及所述第九油缸上均设有电磁阀，所述第一电机、所述第二电机以及各电磁阀均连接至控制器。
7.如权利要求6所述的一种改进的扩展式3D打印装置,其特征在于：所述物料输送机构包括车体和设置在车体上的供料机构，所述控制器设置在车体上。
8.如权利要求2所述的一种改进的扩展式3D打印装置,其特征在于：所述第一导轮的个数为四个。
9.如权利要求3所述的一种改进的扩展式3D打印装置,其特征在于：所述第二左导轮和所述第二右导轮的个数均为两个。
10.如权利要求4所述的一种改进的扩展式3D打印装置,其特征在于：所述第一卡槽成型板的个数为两块，分设在所述第一固料板的两侧，每块所述第一卡槽成型板均设有一个所述第八油缸，所述第二卡槽成型板的个数为两块，分设在所述第二固料板的两侧，每块所述第二卡槽成型板均设有一个所述第九油缸。
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