[發明專利]一種基于機械臂的單次多材料3D打印機構

在審

• 申請號: 202010591827.X
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111844723A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 駱漢賓;張佳樂;龔翔宇;尹紫微
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B29C64/112
• 分類號: B29C64/112;B29C64/386;B29C64/393;B29C64/209;B29C64/227;B29C64/255;B29C64/35;B33Y30/00;B33Y50/00;B33Y50/02
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智;孔娜

本發明屬于3D打印領域，并具體公開了一種基于機械臂的單次多材料3D打印機構，其包括數據處理系統、控制系統、動力系統、機械臂和擠出系統，其中：所述數據處理系統用于根據材料特性預設打印路徑；所述控制系統用于通過所述動力系統和機械臂控制所述擠出系統按預設打印路徑進行打印；所述擠出系統包括多噴嘴組件，該多噴嘴組件安裝在所述機械臂末端，其包括多個相互獨立的單噴嘴單元，每個所述單噴嘴單元均包括相互連接的打印噴嘴和儲料斗，所述打印噴嘴的直徑各不相同。本發明將建模軟件與機械臂相結合，同時對多噴嘴組件進行設計，實現以單次固定移動速度為基礎對異直徑的多噴嘴擠出速率進行調整，同時提高了打印精度和打印速度。

技術領域

本發明屬于3D打印領域，更具體地，涉及一種基于機械臂的單次多材料3D打印機構。

背景技術

3D打印是以數字模型為基礎，將材料逐層堆積制造出實體物品的新興制造技術，將對傳統的工藝流程、生產線、工廠模式、產業鏈組合產生深刻影響，是制造業有代表性的顛覆性技術，3D打印技術在工業機械、航空航天等行業已經得到廣泛應用。3D混凝土打印技術還不成熟，遠沒有達到可以全面推廣階段。建筑領域內，由于材料和尺寸等方面的因素，常見的擠出式3D打印機僅包括單個噴嘴，單次打印一種材料，存在打印速度慢、打印材料單一等問題。

張自強等在深入研究3D打印機工作機理的基礎上，充分考慮現有擠出機構在成型精度及成型速度等方面的問題，對3D打印機擠出機構進行了設計改進，建立了新型三噴嘴擠出機構模型，通過三維造型軟件進行虛擬設計從而得到最優設計模型。

覃亞偉等針對建筑3D打印工藝中的擠出固化打印技術，集成數控技術、機械技術、計算機技術等設計研制出新型混凝土3D打印裝置，該裝置由控制機構、XYZ運動機構、擠出機構、數據處理機構等模塊組成，具備良好的集成控制功能，可完成建筑信息模型的實體化建造。

吳少泓等提出了一種控制非同步多噴嘴協同打印的方法，該方法包括步驟：主機打印引擎程序產生打印數據和控制信息，并分開傳輸給打印主板控制器。打印數據通過打印主板控制器的數據通道進入打印主板控制器中的命令解析和數據分發模塊，命令解析和數據分發模塊將各噴嘴的打印數據分發至各自的第一級緩沖FIFO中，然后經內存控制器的讀寫仲裁后保存于內存SDRAM的獨立數據區內，隨著各噴嘴觸發信號的到達，向內存控制器請求讀出的打印數據暫存于各噴嘴的第二級緩沖FIFO中，最后由各噴嘴驅動模塊發送至噴嘴。

沈洪垚等提出了一種多機器人協同三維打印方法，包括：(1)使用四臺三軸機械臂作為協同三維打印設備，確定機械臂放置位置；(2)根據機械臂參數從開源打印軟件中導出三維模型的G代碼文件，按照打印時間一致準則用分割線將其分割為四個獨立的G代碼文件；(3)以機械臂末端執行器為參考設定機械臂的干涉尺寸，將每個獨立的G代碼文件分為安全區與干涉區；(4)設定機械臂執行打印任務時的調度準則，保證同一時刻最多只能有一臺機械臂在干涉區內進行打印工作；(5)按照調度準則逐層打印三維模型。通過該發明可提高多機器人協同打印的效率。

但是上述方法都無法同時進行多種建筑材料的3D打印，存在打印速度慢、效率低、效果差的問題，故亟需一種可單次打印多材料的多噴嘴3D打印機構及方法。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種基于機械臂的單次多材料3D打印機構，其目的在于，將建模軟件與機械臂相結合，賦予數據處理系統、控制系統、動力系統和擠出系統整體新功能，同時對多噴嘴組件進行設計，實現以單次固定移動速度為基礎對異直徑的多噴嘴擠出速率進行調整，從而保證同一移動速率下同時打印不同材料的效果最優。

為實現上述目的，本發明提出了一種基于機械臂的單次多材料3D打印機構，包括數據處理系統、控制系統、動力系統、機械臂和擠出系統，其中：

所述數據處理系統用于根據材料特性預設打印路徑；

所述控制系統用于通過所述動力系統和機械臂控制所述擠出系統按預設打印路徑進行打印；