一種應用于機械臂上的空間打印噴頭的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種應用于機械臂上的空間打印噴頭，由機械部分和電子控制部分組成，機械部分由法蘭盤、亞克力底板、步進電機、噴頭啟閉器、中央轉盤、固定D打印噴頭、活動D打印噴頭、冷風管和KUKA六軸機械臂組成，步進電機連接齒輪組；噴頭啟閉器固定于亞克力底板上，活動D打印噴頭位于固定D打印噴頭四周，活動D打印噴頭一端穿過噴頭啟閉器，端部連接進料管；固定D打印噴頭一端穿過中央轉盤固定于亞克力底板上，端部連接進料管；進料管連接材料擠出器；中央轉盤連接齒輪組；打印噴頭旁邊有冷風管，電子控制部分由5個步進電機控制板、控制板擴展板、主控制板、操作面板、面包板、LED顯示屏和LED顯示屏控制板組成，本發(fā)明結構簡單，操作方便。
【專利說明】—種應用于機械臂上的空間打印噴頭

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及3D打印【技術領域】，具體涉及一種應用于機械臂上的空間打印噴頭。

【背景技術】
[0002]目前的應用較為廣泛的3D打印技術有熔融沉積(FDM)和選擇性激光燒結(SLS)等，這兩種技術的根本都是將打印材料熔融然后重新塑形，產(chǎn)生的打印產(chǎn)品有兩個主要問題:首先是產(chǎn)品純粹是材料堆砌而成，缺少結構邏輯，以至于3D打印產(chǎn)品普遍強度較差，尤其是粉末激光燒結打印的產(chǎn)品，抗拉能力十分欠缺；其次是由于自身結構強度較差帶來的打印產(chǎn)品限制的問題，當需要進行較細的空間線形打印時，由于產(chǎn)品強度有限，打印出的產(chǎn)品十分容易出現(xiàn)損壞的情況，因此，有結構強度的空間線形打印也是目前3D打印技術所面臨的難題之一。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提出一種可以打印仿蜘蛛絲形式、有自支撐能力的變截面線形打印工具的應用于機械臂上的空間打印噴頭。
[0004]本發(fā)明提出的應用于機械臂上的空間打印噴頭，由機械部分和電子控制部分組成，其中:
機械部分由法蘭盤2、亞克力底板12、步進電機1、噴頭啟閉器4、中央轉盤5、固定3D打印噴頭6、活動3D打印噴頭8、冷風管7和KUKA六軸機械臂3組成，其中，步進電機I連接齒輪組10 ;噴頭啟閉器4固定于亞克力底板12上，四個活動3D打印噴頭8位于固定3D打印嗔頭6四周，活動3D打印嗔頭8 —纟而芽過嗔頭啟閉器4，其與嗔頭啟閉器4連接處通過絕熱墊片9固定，同時活動3D打印噴頭8端部連接進料管11 ;固定3D打印噴頭6 —端穿過中央轉盤5固定于亞克力底板12上，其與中央轉盤5連接處通過絕熱墊片9固定，同時固定3D打印噴頭6端部連接進料管11 ;所述進料管11連接材料擠出器15 ;中央轉盤5通過軸承連接齒輪組10 ;固定3D打印噴頭6和活動3D打印噴頭8旁邊都有一個銅質(zhì)的冷風管7，冷風管7通過塑料軟管外接氣泵16 ;步進電機1、噴頭啟閉器4、中央轉盤5、冷風管7分別通過螺絲固定在預留有安裝孔的亞克力底板12上，亞克力底板12通過連接件與法蘭盤2連接，所述法蘭盤2連接KUKA機械臂6 ；
電子控制部分由5個步進電機控制板13、控制板擴展板14、主控制板21、操作面板17、面包板18、LED顯示屏20和LED顯示屏控制板19組成，其中:操作面板17通過面包板18連接主控制板21，LED顯示屏20通過LED顯示控制板19連接主控制板21 ;主控制板21分別連接5個步進電機控制板13、控制板擴展板14和氣泵16 ；4個步進電機控制板13連接材料擠出器15，控制材料擠出；材料擠出器15連接活動3D打印噴頭8和固定3D打印噴頭6 ; I個步進電機控制板13連接中央轉盤5后面的步進電機1，控制步進電機I旋轉；控制板擴展板14連接活動3D打印噴頭8和固定3D打印噴頭6，控制打印噴頭的溫度。
[0005]本發(fā)明中，所述中央轉盤5上設有圓角六邊形托盤，所述噴頭閉合器4頂在中央轉盆5的圓角六邊形托盤上，中央轉盤5的旋轉使得3個活動3D打印噴頭8開始做開啟與閉合動作。
[0006]本發(fā)明的工作過程如下:在LED顯示屏控制板19上啟動工具之后，控制板擴展板14首先給3個活動3D打印噴頭8和I個固定3D打印噴頭6開始通電加熱，控制板擴展板14控制加熱到可將ABS塑料(3D打印材料)融化的溫度，然后主控制板21開始發(fā)出擠出命令，4個步進電機控制板13開始工作，控制材料擠出器15擠出ABS塑料。同時第5個步進電機控制板開始工作，給步進電機I供電，帶動中央轉盤5旋轉，圓角六邊形的中央轉盤5的旋轉使得3個活動3D打印噴頭8開始做開啟與閉合動作(如圖4)。同時KUKA六軸機械臂開始載著本空間打印噴頭沿預設的路徑運動，則該噴頭可以在路徑上打印出類似蜘蛛絲截面形式的變截面線形。
[0007]本發(fā)明的有益效果在于:1、打印出的變截面線形有良好的自支撐能力，可以實現(xiàn)結構穩(wěn)定的空間線形打??；2、借助KUKA六軸機械臂的高靈活性，可以實現(xiàn)自由的空間線形打?。?、構造簡潔,成本低廉。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為本發(fā)明的機械部分正視圖。
[0009]圖2為本發(fā)明的機械部分頂視圖。
[0010]圖3為本發(fā)明的機械部分左視圖。
[0011]圖4為本發(fā)明的機械部分軸測圖。
[0012]圖5為本發(fā)明的機械部分各部分組合圖。
[0013]圖6為本發(fā)明的電子控制部分構成圖。
[0014]圖7為本發(fā)明的活動3D打印噴頭運動狀態(tài)圖。其中:左圖為閉合狀態(tài)，右圖為打開狀態(tài)。
[0015]圖中標號:1為步進電機；2為法蘭盤；3為KUKA六軸機械臂；4為噴頭閉合器；5為中央轉盤；6為固定3D打印噴頭；7為冷風管；8為活動3D打印噴頭；9為絕熱墊片；10為齒輪組；11為送料管；12為亞克力底板；13為步進電機控制板；14為控制板擴展板；15為材料擠出器；16為氣泵；17為操作面板；18為面包板；19為LED顯示屏控制板；20為LED顯示屏，21為主控制板。

【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖進一步說明本發(fā)明。
[0017]實施例1:
根據(jù)圖所示，機械部分主要由法蘭盤2，亞克力底板12，步進電機1，噴頭啟閉器4，中央轉盤5，固定3D打印噴頭6，活動3D打印噴頭9，冷風管7和KUKA六軸機械臂3組成。法蘭盤2與KUKA六軸機械臂3配套，可根據(jù)實際需求更換不同型號的KUKA六軸機械臂3及其對應的法蘭盤2。亞克力底板12由5mm厚亞克力板激光切割而成，上面留有安裝其他零件的開孔。步進電機I型號為57HS7630A4 (單出軸、四線、軸徑6.35、單扁，力矩1.8N.m)，步進電機I與齒輪組10連接。齒輪組10通過圓盤形連接件、軸承和螺絲與3D打印得到的圓角六邊形托盤連接，組成中央轉盤5。固定3D打印噴頭6穿過中央轉盤5，通過螺絲固定在亞克力底板12上?；顒?D打印噴頭8上帶有螺紋，將絕熱墊片9穿在活動3D打印噴頭8上，再通過螺母固定在噴頭閉合器4上。噴頭閉合器4有兩個定制的轉動件，一個絲軸穿過兩個軸承連接兩個定制的轉動件，同時用兩個彈簧撐住兩個轉動件，讓噴頭閉合器4頂在中央轉盆5的圓角六邊形托盤上。冷風卻管7為銅質(zhì)，固定在亞克力底板12上，出風口緊鄰固定3D打印噴頭6和活動3D打印噴頭8的出料口。
[0018] 本發(fā)明的電子控制部分由5個步進電機控制板13(其中4個控制打印材料擠出器中的步進電機，I個控制驅(qū)動中心轉盤的步進電機)，型號為A4988，I個控制板拓展板14，型號為RAMPS1.4，I個主控制板21，型號為Arduino Mega 2560，I個操作面板17，I個面包板18，I個LED顯示屏20和一個LED顯示屏控制板19，LED顯示屏與控制板為配套設備，型號% Reprap Ramps 1.4 2004LCD，組成。連接方式如圖所示。
【權利要求】
1.一種應用于機械臂上的空間打印噴頭，由機械部分和電子控制部分組成，其特征在于: 機械部分由法蘭盤(2)、亞克力底板(12)、步進電機(I)、噴頭啟閉器(4)、中央轉盤(5)、固定3D打印噴頭(6)、活動3D打印噴頭(8)、冷風管(7)和KUKA六軸機械臂(3)組成，其中，步進電機⑴連接齒輪組(10);噴頭啟閉器⑷固定于亞克力底板(12)上，四個活動3D打印噴頭(8)位于固定3D打印噴頭￠)四周，活動3D打印噴頭(8) —端穿過噴頭啟閉器(4)，其與噴頭啟閉器(4)連接處通過絕熱墊片(9)固定，同時活動3D打印噴頭(8)端部連接進料管(11);固定3D打印噴頭(6) —端穿過中央轉盤(5)固定于亞克力底板(12)上，其與中央轉盤(5)連接處通過絕熱墊片(9)固定，同時固定3D打印噴頭(6)端部連接進料管(11);所述進料管(11)連接材料擠出器(15);中央轉盤(5)通過軸承連接齒輪組(10);固定3D打印噴頭(6)和活動3D打印噴頭(8)旁邊都有一個銅質(zhì)的冷風管(7)，冷風管(7)通過塑料軟管外接氣泵(16);步進電機(I)、噴頭啟閉器(4)、中央轉盤(5)、冷風管(7)分別通過螺絲固定在預留有安裝孔的亞克力底板(12)上，亞克力底板(12)通過連接件與法蘭盤(2)連接，所述法蘭盤(2)連接KUKA機械臂(6)； 電子控制部分由5個步進電機控制板(13)、控制板擴展板(14)、主控制板(21)、操作面板(17)、面包板(18)、LED顯示屏(20)和LED顯示屏控制板(19)組成，其中:操作面板(17)通過面包板(18)連接主控制板(21)，LED顯示屏(20)通過LED顯示控制板(19)連接主控制板(21);主控制板(21)分別連接5個步進電機控制板(13)、控制板擴展板(14)和氣泵(16) ;4個步進電機控制板(13)連接材料擠出器(15)，控制材料擠出；材料擠出器(15)連接活動3D打印噴頭⑶和固定3D打印噴頭(6) ；1個步進電機控制板(13)連接中央轉盤(5)后面的步進電機(I)，控制步進電機⑴旋轉；控制板擴展板(14)連接活動3D打印噴頭(8)和固定3D打印噴頭￠)，控制打印噴頭的溫度。
2.根據(jù)權利要求1所述的應用于機械臂上的空間打印噴頭，其特征在于所述中央轉盤(5)上設有圓角六邊形托盤，所述噴頭閉合器(4)頂在中央轉盆(5)的圓角六邊形托盤上，中央轉盤(5)的旋轉使得3個活動3D打印噴頭(8)開始做開啟與閉合動作。
【文檔編號】B29C67/00GK104385600SQ201410655343
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月18日 優(yōu)先權日:2014年11月18日
【發(fā)明者】袁烽, 于雷, 孟浩, 張立名, 史紀 申請人:同濟大學, 上海創(chuàng)盟國際建筑設計有限公司