CN109676746B - 基于机械臂的3d打印装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于机械臂的3D打印装置，包括料筒、转轴、涡流管及搅拌组件；料筒外壁上设有进料管及控制器，出料端连接有喷嘴；转轴设于料筒内，连接有传动机构；涡流管与转轴连接，且设有至少两组；涡流管通过进气管路与空气压缩机相连；涡流管位于进料管的出料端上方；进气管路上设有稳压阀；搅拌组件与转轴连接，且设有至少两组。本发明提供的基于机械臂的3D打印装置，转轴在传动机构的带动下可带动多组涡流管转动，涡流管输出的气体可作用于料筒内各个部位，使各处陶泥受力均匀，陶泥能够稳定挤出；搅拌组件设置在料筒内，使得搅拌、挤出两个过程可同时进行，搅拌组件能够将陶泥搅拌均匀，还可向下推送陶泥，进一步保证陶泥稳定挤出。

Description

基于机械臂的3D打印装置

技术领域

本发明属于3D打印设备技术领域，更具体地说，是涉及一种基于机械臂的3D打印装置。

背景技术

3D打印机已应用于各个领域，陶泥3D打印机以陶土为打印材料，现有技术中的陶泥3D打印机的挤出装置有气动压缩和螺旋送料两种方式，对于气动压缩送料的方式，需要在料筒内设置活塞，利用活塞压制陶泥，增设活塞增加了制作成本；若不使用活塞，直接向料筒内输送高压气体压制陶泥，不能保证料筒内各部位陶泥受力均匀，造成挤出稳定性差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于机械臂的3D打印装置，旨在解决现有技术中存在的直接向料筒内输送高压气体不能保证料筒内各部位陶泥受力均匀的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种基于机械臂的3D打印装置，包括：

料筒，外壁上设有进料管及控制器，出料端连接有喷嘴；

转轴，设于所述料筒内，连接有用于带动其转动的传动机构；所述传动机构由所述控制器控制运行；

涡流管，与所述转轴连接，且沿所述转轴周向等间隔设有至少两组；所述涡流管通过进气管路与用于供气的空气压缩机相连；所述涡流管位于所述进料管的出料端上方；所述进气管路上设有稳压阀；

搅拌组件，与所述转轴连接，且沿所述转轴轴向间隔设有至少两组，所述搅拌组件位于所述涡流管下方。

进一步地，所述进气管路包括：

第一主管；

第一支管，通过由所述控制器控制启闭的三通换向阀与所述第一主管连接，所述第一支管上设置所述稳压阀；

第二支管，通过所述三通换向阀与所述第一主管连接，且出气口与所述第一支管相接，相接处设有翻转开关；所述第二支管上设有负压阀；

第二主管，连接所述第一支管与多组所述涡流管。

进一步地，所述传动机构包括：

步进电机，与设置在所述料筒外壁上的电源电连接，且由所述控制器控制启闭；

蜗杆，与所述步进电机的输出轴连接；

蜗轮，与所述蜗杆啮合连接；所述蜗轮与所述转轴连接。

进一步地，所述蜗轮通过所述第二主管与所述转轴连接；所述第二主管的两端分别穿过所述蜗轮，且进气端与设置于所述蜗轮一端的第一轴承外圈连接，出气端与设置于所述蜗轮另一端的第二轴承内圈连接；所述第一支管的出气端与所述第一轴承内圈连接。

进一步地，所述第二主管通过L型的第三支管与所述涡流管连接。

进一步地，所述涡流管外设有涡流管壳，所述涡流管壳的端部设有喷头。

进一步地，所述料筒内设有与所述控制器电连接的测距传感器；所述料筒外壁上还设有与所述控制器电连接的报警器及显示屏。

进一步地，所述料筒一端设有用于密封所述传动机构的外壳；所述稳压阀、所述负压阀分别固定在所述外壳的外壁上。

进一步地，所述搅拌组件包括：

连接杆，一端与所述转轴固定连接，另一端为自由端；

叶片，与所述连接杆的自由端连接。

进一步地，还包括激光烘干器。

本发明提供的基于机械臂的3D打印装置的有益效果在于：与现有技术相比，本发明基于机械臂的3D打印装置，转轴在传动机构的带动下可带动多组涡流管转动，涡流管输出的高压气体可作用于料筒内部的各个部位，使各处陶泥受力均匀，陶泥能够稳定挤出；稳压阀可控制输出气压，使高压气体的压力稳定；另外，搅拌组件设置在料筒内，使得搅拌、挤出两个过程可同时进行，简化了整体结构，搅拌组件能够将陶泥搅拌均匀，还可对陶泥产生向下推送力，进一步保证陶泥稳定挤出。

附图说明

图1为本发明实施例提供的基于机械臂的3D打印装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的基于机械臂的3D打印装置的内部结构示意图一；

图3为本发明实施例提供的基于机械臂的3D打印装置的内部结构示意图二。

图中：10、料筒；11、进料管；12、喷嘴；20、转轴；30、涡流管；40、进气管路；41、第一主管；42、第一支管；43、第二支管；44、第二主管；45、第三支管；50、搅拌组件；51、连接杆；52、叶片；60、传动机构；61、步进电机；62、蜗杆；63、蜗轮；64、第一轴承；65、第二轴承；66、外壳；70、控制面板；71、控制器；72、电源；73、报警器；74、显示屏；75、测距传感器；80、稳压阀；81、负压阀；82、三通换向阀；84、气压表；85、调节旋钮；90、激光烘干器。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请一并参阅图1至图3，现对本发明提供的基于机械臂的3D打印装置进行说明。所述基于机械臂的3D打印装置，包括料筒10、喷嘴12、转轴20、涡流管30及搅拌组件50。

料筒10上设有贯穿外壁的进料管11，陶泥材料由进料管11进入料筒10。料筒10的外壁上还设有控制器71，出料端螺纹连接有喷嘴12，陶泥材料由喷嘴12挤出打印成型，料筒10与喷嘴12采用螺纹连接，便于更换喷嘴12。转轴20设于料筒10内，转轴20连接有带动其转动的传动机构60，传动机构60由控制器71控制运行。涡流管30设有至少两组，多组涡流管30沿转轴20的周向间隔设置，且与转轴20连接，转轴20带动涡流管30在料筒10内转动。涡流管30通过进气管路40与用于供气的空气压缩机相连，进气管路40上设有稳压阀80，空气压缩机的气体通过稳压阀80进入涡流管30，向料筒10内提供稳压气体。涡流管30位于进料管11的出料端的上方。搅拌组件50设有至少两组，多组搅拌组件50沿转轴20的轴向间隔设置，且与转轴20连接，每组搅拌组件50均位于涡流管30的下方。

另外，料筒10采用透明材料制成，便于随时观察内部陶泥材料的剩余量，料筒10内还设有与控制器71电连接的测距传感器75。料筒10的外壁上还设有控制面板70，控制器71设于控制面板70上。控制面板70上还设有与控制器71及传动机构60电连接用于向二者供电的电源72，以及与控制器71电连接的报警器73及显示屏74。测距传感器75为红外线传感器，用于测量料筒10内的陶泥高度，当测距传感器75测得的陶泥高度小于设定最低值时，测距传感器75向控制器71发送信号，控制器71控制报警器73启动报警。另外，显示屏74会显示料筒10内的陶泥余量及打印进程。

稳压阀80连接有气压表84和调节旋钮85，气压表84用于监测料筒10内腔的气压，调节旋钮85用于调节稳压阀80的输出压力。

本发明提供的基于机械臂的3D打印挤出装置与机械臂连接，由机械臂带动移动至打印区域，进行打印工作。

本发明提供的基于机械臂的3D打印装置的工作过程如下：

首先由建模软件建造3D模型，倒入机械臂路径处理软件生成机械臂运行路径，调节好打印设备，机械臂运行至打印区域。通过进料管11向料筒10充入陶泥材料，充入的陶泥材料的最终高度不要高于涡流管30的出气端的高度。然后打开空气压缩机，调节稳压阀80使气压达到适值，稳压的气体通过进气管路40、涡流管30通入料筒10内。然后控制器71控制传动机构60运行，传动机构60带动转轴20、多组涡流管30、多组搅拌组件50转动，气体从转动的涡流管30输入到料筒10内，压制陶泥材料向下移动。多组搅拌组件50转动还可搅拌向下移动的陶泥材料，将陶泥搅拌均匀。

本发明提供的基于机械臂的3D打印装置，与现有技术相比，从转动的涡流管30输出的高压气体，一方面可以形成涡流，另一方面转动的涡流气体可作用在料筒10内的各个部位，使各处陶泥受力均匀，陶泥能够稳定挤出；稳压阀80可控制输出气压，使高压气体的压力稳定；另外，搅拌组件50设置在料筒10内，使得搅拌、挤出两个过程可同时进行，简化了整体结构，搅拌组件50不仅能够将陶泥搅拌均匀，还可对陶泥产生向下推送力，进一步保证陶泥稳定挤出。

3D打印机需要具备良好的挤出稳定性能的同时，还要具备在不打印状态下不会漏料的性能，可通过使料筒10内腔形成负压，为了实现上述功能，可在进气管路40上安装负压阀81，利用负压阀81抽取料筒10的气体，从而使料筒10内腔形成负压。为了实现上述目的，作为本发明提供的基于机械臂的3D打印装置的一种具体实施方式，进气管路40包括第一主管41、第一支管42、第二支管43及第二主管44。第一主管41连接空气压缩机，且第一主管41通过三通换向阀82与第一支管42、第二支管43连接，控制器71控制三通换向阀82的导通。稳压阀80设置在第一支管42，负压阀81设置在第二支管43上，参阅图1至图3。第二支管43的出气口与第一支管42相接，且第一支管42的与第二支管43相接处设有翻转开关。第二主管44连接第一支管42与多组涡流管30。

翻转开关为现有技术中常用的翻转开关，当稳压阀80开启，负压阀81关闭，气体从第一支管42通过时，气体会打开翻转开关，翻转开关的一部分挡板转动，会闭合第二支管43的出气端，避免气体从第二支管43流走。当稳压阀80关闭，气体不从第一支管42通过时，翻转开关关闭，翻转的挡板复位，此时负压阀81开启，料筒10内的气体经过第二支管43被抽出，使料筒10形成负压。

该3D打印装置在停止状态如停机或切换打印点的过程中，控制器71控制三通换向阀82与负压阀81导通，与稳压阀80不导通。负压阀81通过涡流管30、第二主管44、第二支管43吸取料筒10内的气体，使料筒10内腔产生负压，从而防止料筒10漏料。

参阅图2与图3，作为本发明提供的基于机械臂的3D打印装置的一种具体实施方式，传动机构60包括步进电机61、与步进电机61的输出轴连接的蜗杆62，以及与蜗杆62啮合传动的蜗轮63。步进电机61与电源72电连接，且步进电机61由控制器71控制启闭。蜗轮63与转轴20连接，带动转轴20转动。具体地，传动机构60设置在料筒10的外侧顶面上，为了使蜗轮63、蜗杆62不暴露在空气中，料筒10的上端设有外壳66，传动机构60位于外壳66内部。而稳压阀80、负压阀81分别固定在外壳66的外侧顶面上。

本发明提供的基于机械臂的3D打印装置需要在料筒10内部及外部设置进气管路40、转轴20及传动机构60，为了减小进气管路40的占用面积，缩短进气管路40的长度，在上述实施例的基础上，蜗轮63通过第二主管44与转轴20连接，第二主管44与转轴20同轴线设置，第二主管44通过L型的第三支管45与涡流管30连接。第二主管44一方面带动转轴20转动，另一方面向涡流管30输送气体。为了避免第二主管44带动第一支管42、第二支管43及第一主管41转动，在蜗轮63的两端分别设置第一轴承64、第二轴承65，参阅图2与图3。第二主管44的两端分别穿过蜗轮63，且进气端与第一轴承64外圈连接，出气端与第二轴承65内圈连接；第一支管42的出气端与第一轴承64内圈连接。蜗轮63转动带动第二主管44转动，第二主管44会使第一轴承64的外圈转动，内圈不转，也就不会带动第一支管42转动，不影响进气或吸气的正常进行。

利用第一轴承64及第二轴承65将第一支管42、第二主管44及转轴20集合在同一轴向上，减少了管路的长度，且优化了空间结构，使该3D打印装置结构简单，空间布局合理。

作为本发明提供的基于机械臂的3D打印装置的一种具体实施方式，涡流管30外设有涡流管壳，涡流管壳的端部设有喷头(图2及图3中，涡流管30被包裹在涡流管壳内，涡流管30为螺旋结构，螺旋结构顶端的直径小于底端直径)。具体地，涡流管壳为锥台状结构，起到封闭涡流管30的作用。喷头为板状结构，其上设有多个通孔，气体从多个通孔分散通过。

参阅图2，作为本发明提供的基于机械臂的3D打印装置的一种具体实施方式，搅拌组件50包括一端与转轴20固定连接另一端为自由端的连接杆51，以及与连接杆51的自由端连接的叶片52。多个连接杆51的延伸方向不同，也就是说多个连接杆51一方面在转轴20的周向等角度分布，另一方面沿转轴20的轴向间隔分布。转轴20转动既会带动多个叶片52转动搅拌陶泥，使陶泥被搅拌均匀，还可推送陶泥向下移动。

参阅图1，作为本发明提供的基于机械臂的3D打印装置的一种具体实施方式，它还包括激光烘干器90，用于烘干挤出的陶泥，使其快速成型。

本发明提供的基于机械臂的3D打印装置将挤出、搅拌、烘干构件集中在一个料筒10上，实现了挤出、搅拌、烘干一体化，节省了空间，提高了生产效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.基于机械臂的3D打印装置，其特征在于，包括：

料筒，外壁上设有进料管及控制器，出料端连接有喷嘴；

转轴，设于所述料筒内，连接有用于带动其转动的传动机构；所述传动机构由所述控制器控制运行；

涡流管，与所述转轴连接，且沿所述转轴周向等间隔设有至少两组；所述涡流管为螺旋结构，螺旋结构的顶端直径小于底端直径；所述涡流管外设有涡流管壳，所述涡流管壳的端部设有喷头；所述涡流管通过进气管路与用于供气的空气压缩机相连；所述涡流管位于所述进料管的出料端上方；所述进气管路上设有稳压阀；

搅拌组件，与所述转轴连接，且沿所述转轴轴向间隔设有至少两组，所述搅拌组件位于所述涡流管下方。

2.如权利要求1所述的基于机械臂的3D打印装置，其特征在于，所述进气管路包括：

第一主管；

第一支管，通过由所述控制器控制启闭的三通换向阀与所述第一主管连接，所述第一支管上设置所述稳压阀；

第二支管，通过所述三通换向阀与所述第一主管连接，且出气口与所述第一支管相接，相接处设有翻转开关；所述第二支管上设有负压阀；

第二主管，连接所述第一支管与多组所述涡流管。

3.如权利要求2所述的基于机械臂的3D打印装置，其特征在于，所述传动机构包括：

步进电机，与设置在所述料筒外壁上的电源电连接，且由所述控制器控制启闭；

蜗杆，与所述步进电机的输出轴连接；

蜗轮，与所述蜗杆啮合连接；所述蜗轮与所述转轴连接。

4.如权利要求3所述的基于机械臂的3D打印装置，其特征在于，所述蜗轮通过所述第二主管与所述转轴连接；所述第二主管的两端分别穿过所述蜗轮，且进气端与设置于所述蜗轮一端的第一轴承外圈连接，出气端与设置于所述蜗轮另一端的第二轴承内圈连接；所述第一支管的出气端与所述第一轴承内圈连接。

5.如权利要求4所述的基于机械臂的3D打印装置，其特征在于，所述第二主管通过L型的第三支管与所述涡流管连接。

6.如权利要求1所述的基于机械臂的3D打印装置，其特征在于，所述料筒内设有与所述控制器电连接的测距传感器；所述料筒外壁上还设有与所述控制器电连接的报警器及显示屏。

7.如权利要求2所述的基于机械臂的3D打印装置，其特征在于，所述料筒一端设有用于密封所述传动机构的外壳；所述稳压阀、所述负压阀分别固定在所述外壳的外壁上。

8.如权利要求1所述的基于机械臂的3D打印装置，其特征在于，所述搅拌组件包括：

连接杆，一端与所述转轴固定连接，另一端为自由端；

叶片，与所述连接杆的自由端连接。

9.如权利要求1所述的基于机械臂的3D打印装置，其特征在于，还包括激光烘干器。

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