[發明專利]一種復雜大尺度結構模型的3D打印系統

有效

• 申請號: 201911064657.3
• 申請日: 2019-11-04
• 公開（公告）號: CN110774581B
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發明（設計）人: 劉耀儒;張凱;鄭雙凌;侯少康;楊強
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B29C64/20
• 分類號: B29C64/20;B29C64/209;B29C64/245;B29C64/321;B29C64/379;B33Y30/00;B33Y40/20
• 代理公司: 北京律譜知識產權代理事務所(普通合伙) 11457
• 代理人: 孫紅穎

本發明涉及一種復雜大尺度結構模型的3D打印系統，其中，支撐框架(1)與地面基礎固接，移動軌道(3)通過安裝在支撐框架(1)兩邊的支撐柱導軌能夠上下移動；操作平臺(4)能沿移動軌道(3)水平移動；結構打印組件(6)通過第二滑軌(52)固定在操作平臺(4)上，并能沿著操作平臺(4)橫移；機械臂群(8)通過可伸縮旋轉柱(81)與連接在操作平臺(4)下方的第三滑軌(53)連接，其通過機械臂對實驗對象進行開挖，開挖過程中由出渣通道集渣，開挖之后啟動打印臂，在開挖處的上方打印襯砌。本發明通過結構打印組件和機械臂組同時協作，能實現高質量、高效率和高精度三高并存的復雜大尺度結構模型的精細加工。

技術領域

本發明涉及實驗室復雜大尺度結構模型試驗領域，尤其涉及一種復雜大尺度結構模型的3D打印系統。

背景技術

工程結構包括土木工程結構、水利工程結構、地下和空間結構等。在現場建造之前，往往需要在實驗室尺度下進行相應的模型試驗，提供可行性研究的依據。傳統結構模型的加工主要依賴于人力，不僅非常耗時，成本較高，且對地質構造的模擬精度方面存在較大誤差，不利于模型試驗的開展。

傳統的3D打印技術，以計算機三維設計模型為藍本，通過軟件分層離散和數控成型系統，利用激光束、熱熔噴嘴等方式將金屬粉末、陶瓷粉末、塑料、細胞組織等特殊材料進行逐層堆積黏結，最終疊加成型，制造出實體產品。這種數字化制造模式不需要復雜的工藝、不需要眾多的人力，直接從計算機圖形數據中便可生成任何形狀的零部件，并且精度和質量很高，因而3D打印將是生產制造的一次革命。

發明內容

為了克服現有技術存在的測量數據不準確的技術問題，本發明提供一種復雜大尺度結構模型的3D打印系統，通過其能夠實現結構打印并能夠模擬實驗過程中的模型開挖和襯砌打印。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

本發明提供一種復雜大尺度結構模型的3D打印系統，其包括：

支撐框架、移動軌道、操作平臺、第二滑軌、第三滑軌、結構打印組件、機械臂群；

支撐框架與地面基礎固接；移動軌道通過安裝在支撐框架兩邊的支撐柱導軌能夠上下移動；操作平臺連接移動軌道上，能沿移動軌道水平移動；

結構打印組件通過第二滑軌固定在操作平臺上，并能沿操作平臺橫移；結構打印組件包括用于結構打印的第一打印噴頭、為第一打印噴頭和為機械臂群供給墨水的供料管；

機械臂群通過可伸縮旋轉柱與連接在操作平臺下方的第三滑軌連接，其包括打印臂、機械臂和出渣通道，從上至下間隔固定在可伸縮旋轉柱上；通過機械臂對實驗對象進行開挖，開挖過程中由出渣通道集渣，開挖之后啟動打印臂，在開挖處的上方打印襯砌。

更優選地，所述3D打印系統還包括：

固定在操作平臺上的第一滑軌和第一機械手；

所述第一機械手通過所述第一滑軌固定在操作平臺上。

更優選地，所述第一機械手包括：

機械鉆頭、旋轉軸承、第一可伸縮支撐臂、第二可伸縮支撐臂和旋轉底座；

機械鉆頭連接于第一可伸縮支撐臂并通過旋轉軸承固定在第二可伸縮支撐臂上，第二可伸縮支撐臂連接在旋轉底座上。

更優選地，所述機械臂群包括：三個伸縮臂；

三個所述伸縮臂從上至下間隔固定在可伸縮旋轉柱上，分別構成用于打印襯砌的打印臂、用于開挖的機械臂和出渣通道的一部分；可伸縮旋轉柱能夠帶動伸縮臂在垂直方向調節，并且每個伸縮臂在各自高程的平面內獨立旋轉，每個伸縮臂能夠自由地伸縮長度。

更優選地，所述打印臂還包括：進料口、第二打印噴頭；