[發(fā)明專利]一種基于Frenet坐標(biāo)系的同平面多極軸3D打印設(shè)備及制造方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010774733.6
• 申請(qǐng)日: 2020-08-04
• 公開（公告）號(hào): CN111923406A
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉滿金;楊進(jìn)波;余虎
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 砼易測(cè)（西安）智能科技有限公司
• 主分類號(hào): B29C64/20
• 分類號(hào): B29C64/20;B29C64/336;B29C64/393;B28B1/00;B33Y30/00;B33Y40/00;B33Y50/02
• 代理公司: 深圳紫晴專利代理事務(wù)所(普通合伙) 44646
• 代理人: 陳映輝

本發(fā)明公開了一種基于Frenet坐標(biāo)系的同平面多極軸3D打印設(shè)備及制造方法，具體涉及土木工程材料設(shè)備領(lǐng)域，包括高剛度圓柱體棱柱骨架，所述高剛度圓柱體棱柱骨架底端中心處固定設(shè)有驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所述高剛度圓柱體棱柱骨架內(nèi)腔設(shè)有中心軸桿，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸貫穿高剛度圓柱體棱柱骨架與中心軸桿固定連接。本發(fā)明通過(guò)控制多打印極軸協(xié)同工作，并分別控制單根打印極軸和打印噴頭，實(shí)現(xiàn)在同一打印平面內(nèi)多打印噴頭組合打印，避免多個(gè)打印噴頭之間的交叉碰撞，拓展了D打印建筑的材料選擇和組合空間，以實(shí)現(xiàn)智能協(xié)同打印多種材料，有助于推進(jìn)土木工程材料D打印設(shè)備提升，對(duì)提升土木工程數(shù)控施工技術(shù)具有重要意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及土木工程材料設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種基于Frenet坐標(biāo)系的同平面多極軸3D打印設(shè)備及制造方法。

背景技術(shù)

數(shù)控施工技術(shù)是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)，它可以提高生產(chǎn)率，同時(shí)減少建筑環(huán)境影響，擴(kuò)大建筑可能性，提高土木工程結(jié)構(gòu)質(zhì)量。在數(shù)控施工技術(shù)中，基于增材打印的3D打印是最先進(jìn)的技術(shù)。目前3D打印技術(shù)研究的主要關(guān)注點(diǎn)是打印材料的性能。打印材料，主要是水泥基材料，要能夠與打印設(shè)備參數(shù)匹配。現(xiàn)有打印技術(shù)主要是基于直角坐標(biāo)系或角坐標(biāo)系，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，控制單一打印噴口的空間移動(dòng)。打印噴口主要固定在3維移動(dòng)軸上，通過(guò)3維移動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)來(lái)定位打印噴口移動(dòng)位置。擺脫3維移動(dòng)軸的約束，采用機(jī)械臂來(lái)控制打印噴口也是目前的研究應(yīng)用方向。著力研發(fā)打印噴頭6按設(shè)計(jì)路線自動(dòng)運(yùn)行，有利于提高打印精度，改善打印建筑整體性能，提高打印設(shè)備利用率，促進(jìn)土木工程3D打印技術(shù)發(fā)展。

現(xiàn)有的土木工程材料3D打印設(shè)備通常采用直角坐標(biāo)系，同時(shí)設(shè)置x,y,z共3根軸來(lái)控制單一打印口進(jìn)行打印。同時(shí)，現(xiàn)有的打印設(shè)備同一打印平面內(nèi)只有單一的打印口。在直角坐標(biāo)系內(nèi)，當(dāng)超過(guò)3根控制軸時(shí)，控制軸會(huì)相互阻擋，導(dǎo)致無(wú)法在同一打印面設(shè)置多打印口。實(shí)際上對(duì)于實(shí)際工程，建筑物通常由多種材料組成，例如水泥混凝土、鋼筋、膠結(jié)劑等。傳統(tǒng)土木工程材料3D打印設(shè)備無(wú)法實(shí)現(xiàn)多種材料在同一打印平面內(nèi)同時(shí)打印的功能。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明的實(shí)施例提供一種基于Frenet坐標(biāo)系的同平面多極軸3D打印設(shè)備及制造方法，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：如何解決傳統(tǒng)土木工程材料3D打印設(shè)備無(wú)法實(shí)現(xiàn)多種材料在同一打印平面內(nèi)同時(shí)打印的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種基于Frenet坐標(biāo)系的同平面多極軸D打印設(shè)備，包括高剛度圓柱體棱柱骨架，所述高剛度圓柱體棱柱骨架底端中心處固定設(shè)有驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所述高剛度圓柱體棱柱骨架內(nèi)腔設(shè)有中心軸桿，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸貫穿高剛度圓柱體棱柱骨架與中心軸桿固定連接，所述中心軸桿遠(yuǎn)離驅(qū)動(dòng)電機(jī)一端外壁固定設(shè)有多根打印極軸，每根所述打印極軸上均固定設(shè)有供料箱，所述打印極軸一端底部設(shè)有打印噴頭，所述打印噴頭與打印極軸之間固定設(shè)有電動(dòng)伸縮桿，所述供料箱底部固定設(shè)有抽料泵，所述抽料泵進(jìn)料端與供料箱內(nèi)腔相連，所述抽料泵輸出端與打印噴頭之間設(shè)有送料軟管，所述高剛度圓柱體棱柱骨架外壁固定安裝有控制器，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電動(dòng)伸縮桿和抽料泵均與控制器電性連接；

所述打印極軸包括軸桿和滾動(dòng)珠，所述滾動(dòng)珠滾動(dòng)設(shè)置于軸桿一端，所述軸桿遠(yuǎn)離滾動(dòng)珠一端與中心軸桿固定連接。

在一個(gè)優(yōu)選地實(shí)施方式中，所述高剛度圓柱體棱柱骨架可根據(jù)打印目標(biāo)尺寸在成型前進(jìn)行大小調(diào)整。

在一個(gè)優(yōu)選地實(shí)施方式中，所述打印極軸的使用量數(shù)量可以根據(jù)打印材料品種數(shù)量來(lái)選擇。

在一個(gè)優(yōu)選地實(shí)施方式中，所述打印噴頭使用量可以根據(jù)打印材料品種由控制器進(jìn)行設(shè)置。

在一個(gè)優(yōu)選地實(shí)施方式中，所述控制器可對(duì)單個(gè)電動(dòng)伸縮桿和抽料泵控制，也可同時(shí)協(xié)同控制多根打印極軸的電動(dòng)伸縮桿和抽料泵。

一種基于Frenet坐標(biāo)系的同平面多極軸3D打印設(shè)備的制造方法，制造方法具體包括：

S1：獲取打印物體的平面內(nèi)Frenet坐標(biāo)模型；