【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及一種超大型3d打印系統(tǒng)，本發(fā)明還涉及一種運(yùn)用打印系統(tǒng)的超大型3d打印方法。

背景技術(shù)：

3d打印是新一輪產(chǎn)業(yè)革命的標(biāo)桿性技術(shù)，3d打印技術(shù)在制造業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛，一是能夠快速輸出一些難以手工或機(jī)械工具完成的立體模型，二是大型金屬結(jié)構(gòu)件直接制造，其在汽車、航空等工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)初露鋒芒。大型3d打印基本都采用了龍門式走行機(jī)構(gòu)在一個(gè)固定的平面內(nèi)進(jìn)行打印，其打印高度都是采用一個(gè)較大長(zhǎng)度的z向移動(dòng)機(jī)構(gòu)來帶動(dòng)打印頭來實(shí)現(xiàn)，但如z向移動(dòng)機(jī)構(gòu)高度越大，則其打印精度就越難以得到保證，因此，目前大型打印構(gòu)件的高度最多就只能達(dá)到幾米高，且這些大型3d打印機(jī)也只能打印建筑結(jié)構(gòu)這類精度要求非常低下的大型構(gòu)件，對(duì)于超大型打印構(gòu)件則無法實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明就是基于這種情況作出的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種簡(jiǎn)單的能夠打印超大型構(gòu)件的超大型3d打印系統(tǒng)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種超大型3d打印系統(tǒng)，其特征在于：包括可沿y軸移動(dòng)的龍門式走行機(jī)構(gòu)，所述龍門式走行機(jī)構(gòu)支腿之間設(shè)有可沿z軸升降的工作臺(tái)，所述龍門式走行機(jī)構(gòu)上設(shè)有3d打印裝置，所述3d打印裝置包括打印頭，以及用于安裝打印頭并能驅(qū)動(dòng)打印頭旋轉(zhuǎn)和沿z軸移動(dòng)的小幅升降裝置，所述小幅升降裝置設(shè)在龍門式走行機(jī)構(gòu)的橫梁上并可沿x軸移動(dòng)，所述的3d打印裝置還包括能為打印頭輸送打印物料的供料系統(tǒng)。

如上所述的一種超大型3d打印系統(tǒng)，其特征在于：所述的工作臺(tái)有一個(gè)或一個(gè)以上，每個(gè)所述的工作臺(tái)上連接有能驅(qū)動(dòng)其沿z軸移動(dòng)，以及驅(qū)動(dòng)其相對(duì)水平面轉(zhuǎn)動(dòng)傾斜的升降裝置。

如上所述的一種超大型3d打印系統(tǒng)，其特征在于：所述供料系統(tǒng)包括安裝在龍門式走行機(jī)構(gòu)的橫梁上且可沿x軸移動(dòng)的、并用于提供即時(shí)打印物料的小料斗，以及安裝在龍門式走行機(jī)構(gòu)的支腿上方的并用于儲(chǔ)存打印物料的大料斗，在所述的小料斗內(nèi)的打印物料低于設(shè)定值時(shí)，所述的大料斗往小料斗內(nèi)輸送打印物料。

如上所述的一種超大型3d打印系統(tǒng)，其特征在于：所述的小幅升降裝置沿x軸移動(dòng)的寬度介于0至100m之間，所述的打印頭沿z軸的移動(dòng)的范圍介于0至3m之間，且旋轉(zhuǎn)角度介于0至360度之間。

如上所述的一種超大型3d打印系統(tǒng)，其特征在于：所述的超大型3d打印系統(tǒng)還包括導(dǎo)軌，所述龍門式走行機(jī)構(gòu)兩支腿上分別設(shè)有與導(dǎo)軌相配合從而使得龍門式走行機(jī)構(gòu)沿y軸移動(dòng)的移動(dòng)部。

如上所述的一種超大型3d打印系統(tǒng)，其特征在于：所述龍門式走行機(jī)構(gòu)沿y軸移動(dòng)的長(zhǎng)度主要取決于導(dǎo)軌的安裝長(zhǎng)度，其介于0至200m之間。

如上所述的一種超大型3d打印系統(tǒng)，其特征在于：所述工作臺(tái)沿z軸移動(dòng)的高度介于0至50m之間。

如上所述的一種超大型3d打印系統(tǒng)，其特征在于：所述龍門式走行機(jī)構(gòu)支腿端上安裝有用于放置工具和材料的工具庫，所述龍門式走行機(jī)構(gòu)的橫梁上設(shè)有可沿x軸移動(dòng)并能夠抓取工具庫中的工具或者材料進(jìn)行工作的機(jī)械手。

本發(fā)明還提供一種超大型3d打印方法，包括以下步驟：

a：?jiǎn)?dòng)超大型3d打印系統(tǒng)，所述的超大型3d打印系統(tǒng)包括設(shè)可沿y軸移動(dòng)的龍門式走行機(jī)構(gòu)，所述龍門式走行機(jī)構(gòu)兩支腿之間設(shè)有可沿z軸升降的工作臺(tái)，所述的工作臺(tái)有一個(gè)或一個(gè)以上，每個(gè)所述的工作臺(tái)上連接有能驅(qū)動(dòng)其沿z軸移動(dòng)，以及驅(qū)動(dòng)其相對(duì)水平面轉(zhuǎn)動(dòng)傾斜的升降裝置,所述龍門式走行機(jī)構(gòu)上設(shè)有3d打印裝置，所述3d打印裝置包括打印頭，以及用于安裝打印頭并能驅(qū)動(dòng)打印頭旋轉(zhuǎn)和沿z軸移動(dòng)的小幅升降裝置，所述小幅升降裝置設(shè)在龍門式走行機(jī)構(gòu)橫梁上并可沿x軸移動(dòng)，所述的3d打印裝置還包括能為打印頭輸送打印物料的供料系統(tǒng),所述供料系統(tǒng)包括安裝在小幅升降裝置上的并用于提供即時(shí)打印物料的小料斗，以及安裝在龍門式走行機(jī)構(gòu)的支腿上方的并用于儲(chǔ)存打印物料的大料斗，在所述的小料斗內(nèi)的打印物料低于設(shè)定值時(shí)，所述的大料斗往小料斗內(nèi)輸送打印物料；

b：所述的打印頭由小幅升降裝置以及龍門式走行機(jī)構(gòu)帶動(dòng)做x、y方向的運(yùn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)當(dāng)前層的打印，在此步驟中當(dāng)所述供料系統(tǒng)中的小料斗內(nèi)的原料消耗到一定程度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，大料斗輸送原料到小料斗內(nèi)，以滿足其短時(shí)間的打印需求；

c：當(dāng)前層打印結(jié)束后，所述小幅升降裝置帶動(dòng)打印頭沿z軸提升一個(gè)打印層的高度，然后開始進(jìn)行下一層的打印，如此循環(huán)一定的層數(shù)；

d：當(dāng)所述打印頭在小幅升降裝置驅(qū)動(dòng)下提升數(shù)個(gè)打印層高度后達(dá)到小幅升降裝置設(shè)定的高度時(shí)，對(duì)應(yīng)的工作臺(tái)在升降裝置的驅(qū)動(dòng)下下降一定的高度，打印頭在小幅升降裝置的帶動(dòng)下下降同樣的高度,再重復(fù)步驟b至步驟c，實(shí)現(xiàn)高度較大產(chǎn)品的3d打印。

如上所述的一種超大型3d打印方法，其特征在于：所述龍門式走行機(jī)構(gòu)上安裝有用于放置工具和材料的工具庫，所述龍門式走行機(jī)構(gòu)的橫梁上設(shè)有可沿x軸移動(dòng)并能夠抓取工具庫中的工具或者材料進(jìn)行工作的機(jī)械手，所述工具庫放置有預(yù)埋配件以及用于超聲波拋光、超聲波焊接、纖維纏繞的工具及相應(yīng)材料；

在步驟b至步驟c中，當(dāng)打印到放置預(yù)埋配件的設(shè)定位置時(shí)，所述的機(jī)械手抓取并預(yù)埋相關(guān)的預(yù)埋配件在打印件中；

在步驟b至步驟c中，當(dāng)內(nèi)外表面有拋光要求時(shí)，所述的機(jī)械手抓取超聲波拋光工具將所需拋光位置上已打印部分的表面進(jìn)行超聲波拋光；

在步驟b至步驟c中，當(dāng)打印到設(shè)定的焊接位置時(shí)，所述的機(jī)械手抓取超聲波焊接工具將設(shè)定位置上已打印部分進(jìn)行超聲波焊接；

在步驟b至步驟c中，當(dāng)打印到設(shè)定的玻璃鋼化處理位置時(shí)，所述的機(jī)械手抓取纖維纏繞工具和材料將設(shè)定位置上已打印部分進(jìn)行玻璃鋼化處理。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、通過工作臺(tái)的升降配合，從而實(shí)現(xiàn)高度較大產(chǎn)品的3d打印，而打印寬度由龍門式走行機(jī)構(gòu)的橫梁跨度來決定，其寬度可以達(dá)到幾米到上百米，而打印長(zhǎng)度則通過龍門式走行機(jī)構(gòu)沿y軸移動(dòng)的距離長(zhǎng)度決定，從而實(shí)現(xiàn)超大型物品(如建筑、船舶、飛機(jī)、汽車等)的打印。

2、所述的工作臺(tái)有一個(gè)或以上，每個(gè)工作臺(tái)可由一個(gè)或者多個(gè)升降裝置帶動(dòng)其沿向移動(dòng)實(shí)現(xiàn)其高度方向的變化，使得不同的工作臺(tái)可以具有相同或不同的高度，并且每個(gè)工作臺(tái)與水平面之間的角度都可以分別進(jìn)行調(diào)節(jié)，這樣就可以實(shí)現(xiàn)不同高度水平面甚至將工作臺(tái)傾斜一定角度等多種形式的打印方式。

3、所述供料系統(tǒng)包括小料斗和大料斗，在所述的小料斗內(nèi)的打印物料低于設(shè)定值時(shí)，所述的大料斗往小料斗內(nèi)輸送打印物料，所述大料斗固定在龍門式走行機(jī)構(gòu)的支腿上方，用于主要打印物料的儲(chǔ)存，而小料斗主要是為打印頭提供即時(shí)打印物料。這樣既可解決當(dāng)打印件面積大，如果物料在打印系統(tǒng)以外通過管道輸送則將導(dǎo)致輸送管道長(zhǎng)度的增長(zhǎng)所帶來的輸送困難、輸送能耗高等問題，也減少了當(dāng)所有物料放在龍門式走行機(jī)構(gòu)橫梁上，將增大龍門式走行機(jī)構(gòu)橫梁壓力而帶來的一系列問題。

4、通過小幅升降裝置控制打印頭相對(duì)其做小幅升降，從而保證3d打印的精度，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了超大型物品的打印，提升了3d打印的生產(chǎn)效率，降低了打印過程的能源消耗，也縮短了生產(chǎn)周期。

【附圖說明】

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)說明，其中：

圖1是本發(fā)明一種超大型3d打印系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是多個(gè)工作臺(tái)及其對(duì)應(yīng)的升降裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述：

如圖1至圖2所示的一種超大型3d打印系統(tǒng)，包括設(shè)在x軸方向上并可沿y軸移動(dòng)的龍門式走行機(jī)構(gòu)1，所述龍門式走行機(jī)構(gòu)1兩支腿之間設(shè)有可沿z軸升降的工作臺(tái)2，所述龍門式走行機(jī)構(gòu)1上設(shè)有3d打印裝置3，所述3d打印裝置3包括打印頭31，以及用于安裝打印頭31并能驅(qū)動(dòng)打印頭31旋轉(zhuǎn)和沿z軸移動(dòng)的小幅升降裝置32，所述小幅升降裝置32設(shè)在龍門式走行機(jī)構(gòu)1橫梁上并可沿x軸移動(dòng)，所述的3d打印裝置3還包括能為打印頭31輸送打印物料的供料系統(tǒng)33。3d打印過程中，所述的小幅升降裝置32帶動(dòng)打印頭31沿x軸移動(dòng)，所述龍門式走行機(jī)構(gòu)1帶動(dòng)小幅升降裝置32和打印頭31一起做y軸移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)打印構(gòu)件8在一個(gè)平面層的打?。凰龅男》笛b置32能夠帶動(dòng)打印頭31在z軸上做小幅的升降移動(dòng)，當(dāng)當(dāng)前層打印結(jié)束后，所述小幅升降裝置32帶動(dòng)打印頭31沿z軸提升一個(gè)打印層的高度，然后開始進(jìn)行下一層的打印，如此循環(huán)一定的層數(shù)；當(dāng)所述打印頭31在小幅升降裝置32驅(qū)動(dòng)下提升數(shù)個(gè)打印層高度后達(dá)到小幅升降裝置32設(shè)定的高度時(shí)，對(duì)應(yīng)的工作臺(tái)2在z軸方向上下降一定的高度，打印頭31在小幅升降裝置32的帶動(dòng)下下降同樣的高度,再重復(fù)上述打印過程。通過小幅升降裝置32控制打印頭31相對(duì)其做小幅升降，從而保證3d打印的精度，同時(shí)通過工作臺(tái)2的升降配合，從而實(shí)現(xiàn)高度較大產(chǎn)品的3d打印，而打印寬度由龍門式走行機(jī)構(gòu)1的橫梁跨度來決定，其寬度可以達(dá)到幾米到上百米，而打印長(zhǎng)度則通過龍門式走行機(jī)構(gòu)1沿y軸移動(dòng)的距離長(zhǎng)度決定，從而實(shí)現(xiàn)超大型物品(如建筑、船舶、飛機(jī)、汽車等)的打印。

所述的工作臺(tái)2有一個(gè)或者一個(gè)以上，每個(gè)所述的工作臺(tái)2上連接有能驅(qū)動(dòng)其沿z軸移動(dòng)，以及驅(qū)動(dòng)其相對(duì)水平面轉(zhuǎn)動(dòng)傾斜的升降裝置4，每個(gè)工作臺(tái)2可由一個(gè)或者多個(gè)升降裝置4帶動(dòng)其沿z向移動(dòng)實(shí)現(xiàn)其高度方向的變化，使得不同的工作臺(tái)2可以具有不同的高度，如打印房屋時(shí)，由于洗手間的沉箱需要低于房屋的地面一定的高度，則可以采用多個(gè)升降工作臺(tái)2，從而避免地面部分要懸空起來打印困難的問題；并且每個(gè)工作臺(tái)2與水平面之間的角度都可以分別進(jìn)行調(diào)節(jié)，如在懸空式打印時(shí)可以將工作臺(tái)2傾斜，從而可以實(shí)現(xiàn)無需支架支撐實(shí)現(xiàn)懸空打?。贿@樣就可以實(shí)現(xiàn)不同高度水平面甚至將工作臺(tái)2傾斜一定角度等多種形式的打印方式。

所述供料系統(tǒng)33包括安裝在龍門式走行機(jī)構(gòu)1的橫梁上且可沿x軸移動(dòng)的、并用于提供即時(shí)打印物料的小料斗331，以及安裝在龍門式走行機(jī)構(gòu)1的支腿上方的并用于儲(chǔ)存打印物料的大料斗332，在所述的小料斗331內(nèi)的打印物料低于設(shè)定值時(shí)，所述的大料斗332往小料斗331內(nèi)輸送打印物料。所述大料斗332固定在龍門式走行機(jī)構(gòu)1的支腿上方，用于主要打印物料的儲(chǔ)存，而小料斗331主要是為打印頭31提供即時(shí)打印物料，這樣既可解決當(dāng)打印面積大，如果物料在打印系統(tǒng)以外通過管道輸送則將導(dǎo)致輸送管道長(zhǎng)度的增長(zhǎng)，也減少了當(dāng)所有物料放在龍門式走行機(jī)構(gòu)1橫梁上，其移動(dòng)時(shí)給龍門式走行機(jī)構(gòu)1橫梁壓力增大而帶來的一系列問題。

所述的小幅升降裝置32沿x軸移動(dòng)的寬度介于0至100m之間，使得打印寬度能夠滿足超大型產(chǎn)品的打印，同時(shí)隨著大型龍門式走行機(jī)構(gòu)技術(shù)的發(fā)展，所述的小幅升降裝置32沿x軸移動(dòng)的寬度還可以在100m以上；所述的打印頭31沿z軸的移動(dòng)的范圍介于0至3m之間，且旋轉(zhuǎn)角度介于0至360度之間，從而使得打印頭31沿z軸的移動(dòng)的同時(shí)保證打印精度。另外，由于打印頭31相對(duì)小料斗331的高度位置變化范圍不大，因此，可以較為方便的將材料輸送到打印頭31。

所述的超大型3d打印系統(tǒng)還包括導(dǎo)軌7，所述龍門式走行機(jī)構(gòu)1兩支腿上分別設(shè)有與導(dǎo)軌7相配合從而使得龍門式走行機(jī)構(gòu)1沿y軸移動(dòng)的移動(dòng)部11，所述龍門式走行機(jī)構(gòu)1沿y軸移動(dòng)的長(zhǎng)度主要取決于導(dǎo)軌7的安裝長(zhǎng)度，其介于0至200m之間，使得打印長(zhǎng)度能夠滿足超大型產(chǎn)品的打印，所述的超大型3d打印系統(tǒng)的打印長(zhǎng)度可以隨著導(dǎo)軌7的增加實(shí)現(xiàn)無限延長(zhǎng)。

所述工作臺(tái)2沿z軸移動(dòng)的高度介于0至50m之間，實(shí)現(xiàn)超大高度的打印，從而解決了當(dāng)前3d打印普遍存在的不能實(shí)現(xiàn)超大高度(>6m)的物品打印的問題。

所述龍門式走行機(jī)構(gòu)1支腿上安裝有用于放置工具和材料的工具庫5，所述工具庫5中放置有預(yù)埋配件以及用于超聲波拋光、超聲波焊接、纖維纏繞的工具以及相應(yīng)材料，所述龍門式走行機(jī)構(gòu)1的橫梁上設(shè)有可沿x軸移動(dòng)并能夠抓取工具庫5中的工具或者材料進(jìn)行工作的機(jī)械手6，從而使得在打印的過程中能夠進(jìn)行拋光、焊接與表面纖維纏繞等工作，能夠極大地提高3d打印的生產(chǎn)效率。

一種超大型3d打印方法，包括以下步驟：

a：?jiǎn)?dòng)上述的超大型3d打印系統(tǒng)；

b：所述的打印頭31由龍門式走行機(jī)構(gòu)1、小幅升降裝置32帶動(dòng)做x、y方向的運(yùn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)當(dāng)前層的打印，在此步驟中當(dāng)所述供料系統(tǒng)33中的小料斗331內(nèi)的原料消耗到一定程度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，大料斗332輸送原料到小料斗331內(nèi)，以滿足其短時(shí)間的打印需求；

c：當(dāng)前層打印結(jié)束后，所述小幅升降裝置32帶動(dòng)打印頭31沿z軸提升一個(gè)打印層的高度，然后開始進(jìn)行下一層的打印，如此循環(huán)一定的層數(shù)；

d：當(dāng)所述打印頭31在小幅升降裝置32驅(qū)動(dòng)下提升數(shù)個(gè)打印層高度后達(dá)到小幅升降裝置32設(shè)定的高度時(shí)，對(duì)應(yīng)的工作臺(tái)2在升降裝置4的驅(qū)動(dòng)下下降一定的高度，打印頭31在小幅升降裝置32的帶動(dòng)下下降同樣的高度,再重復(fù)步驟b至步驟c，實(shí)現(xiàn)高度較大產(chǎn)品的3d打印。

在步驟b至步驟c中，當(dāng)打印到放置預(yù)埋配件的設(shè)定位置時(shí)，所述的機(jī)械手6抓取并預(yù)埋相關(guān)的預(yù)埋配件在打印件中；

在步驟b至步驟c中，當(dāng)打印到設(shè)定的拋光位置時(shí)，所述的機(jī)械手6抓取超聲波拋光工具將設(shè)定位置上已打印部分的表面進(jìn)行超聲波拋光；

在步驟b至步驟c中，當(dāng)打印到設(shè)定的焊接位置時(shí)，所述的機(jī)械手6抓取超聲波焊接工具將設(shè)定位置上已打印部分進(jìn)行超聲波焊接；

在步驟b至步驟c中，當(dāng)打印到設(shè)定的玻璃鋼化處理位置時(shí)，所述的機(jī)械手6抓取纖維纏繞工具和材料將設(shè)定位置上已打印部分進(jìn)行玻璃鋼化處理。

所述的超大型3d打印方法打印精度好，實(shí)現(xiàn)了超大型物品的打印，提升了3d打印的生產(chǎn)效率，縮短了生產(chǎn)周期。