一种物联网3d立体沙盘打印机及其打印方法与流程

本发明涉及3D打印领域，特别是一种能够将沙盘进行实物打印并排列的物联网3D立体沙盘打印机及其打印方法。

背景技术：

近几年“3D打印”成了超前科技的代言词，火遍全球。其实3D打印并不能算是一项新技术，它早在20世纪80年代便已产生，只是因为成本巨大，在最近几年才进军艺术界和工业界，用以制造假肢、汽车零部件、家具和珠宝等。

3D打印机工作时，首先将物品转化为一组3D数据，然后打印机开始逐层分切，针对分切的每一层构建，按层次打印。打印时，粉末耗材会一层一层地打印出来，层与层之间通过特殊的胶水进行粘合，并按照横截面将图案固定住，最后一层一层叠加起来就像我们坐在海边用沙子堆砌城堡一样的程序，最终经过分层打印、层层粘合、逐层堆砌，一个完整的物品就会呈现在我们眼前了。

建筑模型(即建筑沙盘)以微缩实体的方式来表示建筑艺术的、无论是单体的造型、还是群体的组合都是如实地表达建筑思想的构造，然而，现今的建筑沙盘仍然停留在人工制作，费事费力，成本高，精度低，因此，将能够打印实物模型的3D打印技术运用到建筑沙盘的制作上是当下迫切需求的。

技术实现要素：

鉴于以上所述，本发明提供了一种物联网3d立体沙盘打印机及其打印方法，有效地解决了上述问题的至少一个方面。

根据本发明的一个方面，提供了一种物联网3d立体沙盘打印机，包括打印执行机构、机械手装置、控制模块、数据输入模块和物联网模块，机械手装置、控制模块、数据输入模块和物联网模块设置在打印执行机构上，其中，

所述数据输入模块，输入沙盘数据信息给控制模块；所述控制模块，启动物联网模块、打印执行机构和机械手装置；所述打印执行机构，打印建筑物3D模型；所述物联网模块，传输建筑物3D模型的打印数据；所述机械手装置，摆放打印完成的建筑物3D模型。

进一步，还包括监控模块，所述监控模块监控建筑物3D模型的打印数据。

进一步，所述打印执行机构包括底板、支撑板、滑动块、辅助杆和喷头，所述底板、支撑板和连杆设有滑槽，所述支撑板可移动地设在底板两端，所述滑动块可移动地套合在支撑板和辅助板上，所述辅助杆连接着支撑板上的滑动块，所述喷头连接着辅助杆上的滑动块。

进一步，所述底板的滑槽设有X轴轨道，所述支撑板的下端设有X轴电机，所述X轴电机的转轴设有位于底板X轴轨道的导轮，所述支撑板通过导轮和X轴轨道相对底板左右移动。

进一步，所述滑动块设有贯穿的通槽，所述滑动块通过通槽套合在支撑板和辅助板上。

进一步，所述支撑板的滑槽设有Y轴轨道，所述滑动块设有Y轴电机，所述Y轴电机设有位于Y轴轨道的导轮，所述滑动块通过导轮和Y轴轨道相对支撑板上下移动。

进一步，所述辅助板的滑槽设有X轴轨道，所述滑动块设有X轴电机，所述X轴电机设有位于X轴轨道的导轮，所述滑动块通过导轮和X轴轨道相对辅助板左右移动。

进一步，所述X轴电机和Y轴电机连接在控制模块的输出端。

进一步，所述机械手装置设有两个以上，其包括关节舵机和抓杆，所述关节舵机设在辅助杆的滑动块上，其通过导线连接在控制模块的输出端，所述抓杆连接着关节舵机，由此，通过关节舵机实现抓杆之间的张开与闭合，用来抓取打印完成的建筑物3D模型。

进一步，所述底板的一端设有监控墙，所述监控墙上设有摄像头，所述摄像头连接在控制模块的输入端，由此，通过摄像头能够实时监控建筑物3D模型的打印和摆放过程。

一种物联网3d立体沙盘打印机的打印方法，包括以下步骤：

1：通过数据输入模块向控制模块输入沙盘数据信息；

2：通过控制模块接受并分析沙盘数据信息，启动监控模块、物联网模块、打印执行机构和机械手装置；

3：通过打印执行机构打印建筑物3D模型

4：通过监控模块检测建筑物3D模型的打印数据；

5：通过物联网模块将建筑物3D模型的打印数据进行传输；

6、通过机械手装置抓取打印完成的建筑物3D模型并排列。

进一步，所述沙盘数据信息包括建筑物3D模型数据和建筑物位置数据，控制模块通过建筑物3D模型数据能够控制打印执行机构打印出建筑物的3D模型；控制模块通过建筑物位置数据能够控制三维机械手抓取并摆放建筑物3D模型构成沙盘。

本发明通过输入模块向控制模块输入沙盘数据(即建筑物3D模型数据和建筑物位置数据)，利用建筑物3D模型数据通过打印执行机构将建筑物模型打印出来，并在打印的过程中，通过物联网模块实施监控打印数据；利用建筑物位置信息通过机械手装置将打印完成的建筑物模型进行排列。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为滑动块外部示意图。

图3位滑动块内部示意图。

图4为机械手装置结构示意图。

图5为彩砂喷头内部示意图

图6为本发明结构框图。

图中，1-监控墙、2-摄像头、3-辅助板、4-支撑板、5-滑动块、6-喷头、7-底板、8-机械手装置、9-通槽、10-导轮、11-Y轴电机、12-抓杆、13-关节舵机、14-沙箱、15-颜料箱、16-光敏胶箱、17-混合恒温恒压箱、18-喷嘴、19-电磁阀、701-滑槽。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

实施例1

如图1-6所示，一种物联网3d立体沙盘打印机，包括打印执行机构、机械手装置、控制模块、数据输入模块、监控模块和物联网模块，所述控制模块的输入端连接着监控模块和数据输入模块，所述控制模块的输出端连接着物联网模块、打印执行机构和机械手装置，其中，

所述数据输入模块可以为USB数据接口或者扫描仪，通过USB数据接口能够通过移动终端(例如手机、平板、U盘等)将沙盘信息传输给控制模块；通过扫描仪能够将一些照片或者物品扫描给控制模块，所述沙盘信息包括建筑物3D模型数据和建筑物位置数据，通过USB数据接口传输沙盘信息时，应当事前通过三维建模生成3D模型以及摆放位置；通过扫描仪进行沙盘数据输入时，控制器中应当内置3D建模软件，如Smoothie 3D软件，通过扫描沙盘地图多个角度的照片，生成建筑物3D模型数据，并记录建筑物位置数据。

所述控制模块为嵌入式单片机，其根据建筑物3D模型数据控制打印执行机构打出各个建筑物的模型实物，在根据建筑物位置数据控制机械手装置将打印好的建筑物模型实摆放在沙盘中，所述控制模块既可以内嵌在监视墙中，同样也可以内置于底盘中，甚至，其可以单独为一个部件，通过导线连接着打印执行机构、机械手装置、物联网模块以及摄像头等，同时，目前的3D打印技术属于开源状态，代码能够自行使用或者修改。

所述监控模块内置于控制模块中，由于打印过程是基于3D数值模拟出来的，因此，通过实时监控这些3D数值，就能够反映打印进度。

所述物联网模块是通过WIFI进行数据传输的，因此能够将生成的沙盘信息以及监控模块监控的3D数值传输到其他移动设备上进行监控，例如电脑、平板和手机。

所述打印执行机构包括底板、支撑板、滑动块、辅助杆和喷头。

所述底板具有一定的长度和厚度，所述底板的两侧端设有带X轴轨道的滑槽，所述底板的一端设有监控墙，所述监控墙与底板相互垂直，所述监控墙上安装有摄像头，所述摄像头连接在控制模块的输入端，由此，通过摄像头能够实时监控建筑物3D模型的打印和摆放过程。

所述支撑板与底板呈垂直关系，其设有两个并分别位于底板的两侧，所述支撑板的侧端设有带Y轴轨道的滑槽，所述支撑板的下端设有X轴电机，所述X轴电机的转轴上设有导轮，所述导轮位于所述底板的X轴轨道中，由此，在X轴电机和X轴轨道的作用下，支撑板能够相对于底板左右运动。

所述滑动块设有贯穿的通槽，所述滑动块通过通槽套合在支撑板和辅助板上，所述滑动块设在支撑板上的数目为1个，设在辅助板上的数目为3个以上，所述支撑板上的滑动块设有Y轴电机，所述Y轴电机设有位于支撑板Y轴轨道的导轮，由此，所述支撑板上的滑动块相对于支撑板能够上下运动。

所述辅助杆的两端分别连接在两个支撑板的滑动块上，所述辅助杆的侧端设有带X轴轨道的滑槽，所述辅助板上的滑动块设有X轴电机，所述X轴电机的转轴上设有位于X轴轨道的导轮，由此，所述辅助板上的滑动块相对于辅助杆能够作用运动。

所述喷头固定在辅助杆上的滑动块上，其包括普通3D打印喷头和彩砂打印喷头，所述普通3D打印喷头为现今3D打印机常用的部件，包括储料箱、高压气泵、加热腔和喷嘴，所述储料箱位于加热腔的上部，所述储料箱通过高压气泵与加热腔相通，所述加热腔通过电磁阀与喷嘴相通，所述高压气泵和电磁阀通过导线连接在控制模块的输出端，由此，通过储料箱提供原材料，通过高压喷嘴将原材料喷进加热腔中进行融化，最后通过电磁阀从喷嘴中流出成型。

所述彩砂喷头包括高压气泵、沙箱、颜料箱、光敏胶箱、混合恒温恒压箱和喷嘴，所述沙箱、颜料箱和光敏胶箱分别通过高压气泵与混合恒温恒压箱，混合恒温恒压箱通过电磁阀与喷嘴相通，所述高压气泵和电磁阀门连接在控制模块的输出端，首先由高压气泵将细沙、颜料和光敏胶喷入混合恒温恒压箱，在混合充分后打开电磁阀，通过喷嘴流到沙盘上；彩砂喷头配合滑动块可以多个设置在辅助杆上，实现多颜色打印。

上述加热腔和混合恒温恒压箱都内置加热装置，如加热管或者电阻丝，由此来进行加热，同时两者内部安装有括压力传感器和温度传感器，连接在控制模块的输入端，用于检测的压力和温度。

所述机械手装置设有三个，其包括关节舵机和抓杆，所述关节舵机设在辅助杆的滑动块上，其通过导线连接在控制模块的输出端，所述抓杆连接着关节舵机，由此，通过关节舵机实现三个抓杆之间的张开与闭合，用来抓取打印完成的建筑物3D模型。

本发明在工作时，首先将用于装放建筑物模型的放置盘放置在底板上，在通过USB数据接口和扫描仪传输建筑物3D模型数据和位置数据后，控制模块控制打印执行机构工作，将单个建筑物3D模型进行打印并通过监控模块监视打印的3D数值，在单个建筑物打印完成后，启动机械手装置将打印好的建筑物3D模型放置在沙盘的对应位置，此过程中，由摄像头实时监控整个过程。

上述中，控制模块控制支撑板和滑动块X轴电机和Y轴电机运动，实现喷头和机械手装置进行三维操作。

本发明的工作流程如下：

S101：通过USB数据接口或者扫描仪向控制模块输入沙盘数据信息；

S102：通过控制模块分析沙盘数据信息，启动物联网模块、打印执行机构和机械手装置；

S103：通过打印执行机构打印建筑物3D模型

S104：通过监控模块检测建筑物3D模型的打印数据；

S105：通过物联网模块将建筑物3D模型的打印数据进行传输；

S106、通过机械手装置抓取打印完成的建筑物3D模型并排列。

本实施例中，所述沙盘数据信息包括建筑物3D模型数据和建筑物位置数据，控制模块通过建筑物3D模型数据能够控制打印执行机构打印出建筑物的3D模型；控制模块通过建筑物位置数据能够控制三维机械手抓取并摆放建筑物3D模型构成沙盘

以上仅为本发明的一些方式，对于本领域普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可进行若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。