一种机械臂式水泥制品3D打印机的制作方法

本发明涉及水泥制品打印领域，具体是一种机械臂式水泥制品3d打印机，用于打印水泥制品，主要用于打印水泥雕塑。

背景技术：

三维打印（即三维印刷），是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。以往常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，现已用于水泥制品的直接制造，比如用于水泥雕塑制品的制造。

水泥制品3d打印机，是现有技术中采用三维打印技术打印水泥雕塑制品的一种打印机。

现有的水泥制品3d打印机，大多采用一种构建好的框架进行打印，即现有水泥制品3d打印机大都需要针对所要打印出的水泥雕塑制品，预先构建相应的框架，其打印喷头基于所构建好的框架进行三维打印，使用不便。

另外，鉴于水泥材料的粘合性，现有水泥制品3d打印机的打印喷头的喷嘴容易堵塞，这在一定程度上制约了水泥制品3d打印机的打印效率。

另外，对于现有的水泥制品3d打印机，其在水泥打印过程中出现打印不合要求之处时，需要额外找寻泥刀对打印不合要求之处进行修正，这在一定程度上制约了水泥制品3d打印机的打印效率。

此为现有技术中的不足。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种机械臂式水泥制品3d打印机，用于增加机械臂式水泥制品3d打印机使用的便利性。还用于提高水泥制品3d打印机的打印效率。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种机械臂式水泥制品3d打印机，包括打印喷头，还包括带有行走机构的支撑座、固定安装在支撑座上的六自由度机械臂、安装在支撑座上的水泥储存箱、以及用于将水泥储存箱内的水泥输送至打印喷头内的水泥输送机构；

所述的打印喷头固定在所述六自由度机械臂的末端；

所述六自由度机械臂的末端，位于支撑座的一旁，并能够在垂直于行走机构的行走方向的竖直平面内运动。

其中，所述的行走机构通过电控驱动机构驱动。

其中，水泥储存箱的顶部设有水泥注入口、底部设有水泥出口；

所述的水泥输送机构，包括水泥输送管、以及用于将水泥储存箱内的水泥挤入水泥出口的输送动力机构；

所述的水泥出口通过所述的水泥输送管与所述的打印喷头连通。

其中，所述的输送动力机构，包括竖直分布的第一输送螺旋杆、以及用于驱动所述第一输送螺旋杆向水泥出口内挤圧并输送水泥的第一螺旋杆驱动电机；

所述的第一输送螺旋杆位于水泥储存箱内，所述的第一螺旋杆驱动电机固定在水泥储存箱的顶部，第一输送螺旋杆的顶部穿过水泥储存箱的顶壁与第一螺旋杆驱动电机的输出轴同轴连接。

其中，所述的打印喷头包括水泥输送筒和喷嘴；

水泥输送筒的顶端设有用于安装在六自由度机械臂的末端的安装法兰，水泥输送筒的上端的侧壁上设有用于连通所述水泥输送管的水泥入口，水泥输送筒的底部与喷嘴的水泥进口连通；

所述的喷嘴呈筒状，喷嘴上安有电动控制阀，水泥输送筒远离喷嘴的一端安有过滤网，过滤网位于所述水泥入口的下方；

水泥输送筒内可转动地安有第二输送螺旋杆，第二输送螺旋杆位于所述过滤网的下方、并沿水泥输送筒的长度方向分布；

水泥输送筒外侧壁上固定有第二螺旋杆驱动电机，第二螺旋杆驱动电机的输出轴通过一横向转动转纵向转动驱动组件驱动所述的第二输送螺旋杆。

其中，所述的横向转动转纵向转动驱动组件包括设置在水泥输送筒内的转轴，该转轴与所述的第二输送螺旋杆垂直；

转轴的一端穿过水泥输送筒的筒壁与第二螺旋杆驱动电机的输出轴同轴连接、另一端安有第一锥型齿轮；

第二输送螺旋杆的远离喷嘴的一端安有第二锥形齿轮，所述的第二锥形齿轮与所述的第一锥型齿轮啮合配合。

其中，所述喷嘴的内径自其水泥进口至其水泥喷出口逐渐缩小。

其中，所述的第二输送螺旋杆，采用螺旋铁片、或采用带有螺旋叶片的输送螺旋杆。

其中，所述喷嘴的外侧壁上设有至少一个用于修正打印的泥刀，所述泥刀的刀刃低于喷嘴的水泥喷出口。

其中，所述水泥输送筒的下端的内侧壁上安有一流量传感器。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

（1）本发明所述的机械臂式水泥制品3d打印机，其采用六自由度机械臂以及带有行走机构的支撑座，打印喷头固定在六自由度机械臂的末端，其中所采用的六自由度机械臂的末端位于支撑座的一旁、并能够在垂直于行走机构的行走方向的竖直平面内运动，可见所述六自由度机械臂的使用，避免了对背景技术中所述框架的搭建，使得不用搭建背景技术中所述的框架，便能够实现水泥制品的三维打印，可见能够增加机械臂式水泥制品3d打印机使用的便利性。

（2）本发明所述的机械臂式水泥制品3d打印机，其打印喷头包括水泥输送筒和喷嘴，其中水泥输送筒的上端的侧壁上设有用于连通所述水泥输送管的水泥入口，水泥输送筒远离喷嘴的一端安有过滤网，水泥输送筒内可转动地安有第二输送螺旋杆，过滤网位于所述水泥入口的下方，第二输送螺旋杆位于所述过滤网的下方、并沿水泥输送筒的长度方向分布，水泥输送筒外侧壁上固定有第二螺旋杆驱动电机，第二螺旋杆驱动电机的输出轴通过一横向转动转纵向转动驱动组件驱动所述的第二输送螺旋杆，使用时，通过第二螺旋杆驱动电机转动驱动第二输送螺旋杆，第二输送螺旋杆转动并将水泥输送筒内的水泥输送至喷嘴以供打印，这在一定程度上降低了水泥堵塞喷嘴现象的发生几率，继而在一定程度上提高了水泥制品3d打印机的打印效率。

（3）本发明所述的机械臂式水泥制品3d打印机，其喷嘴上设有用于修正打印的泥刀，在水泥打印过程中出现打印不合要求之处时，便于对打印不合要求之处进行修正，避免了打印过程中对泥刀的寻找，可见在一定程度上提高了水泥制品3d打印机的打印效率。

（4）本发明所述的机械臂式水泥制品3d打印机，其打印喷头的水泥输送筒的下端的内侧壁上安有一流量传感器，用于检测水泥输送筒内水泥的液位，便于在水泥打印过程中，确保打印喷头内始终有用于打印的水泥，从而确保水泥打印工作的顺利进行。

由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步，其实施的有益效果也是显而易见的。

附图说明

图1为本发明所述机械臂式水泥制品3d打印机的结构示意图。

图2为图1中所示打印喷头的剖视示意图。

图3为本发明所述机械臂式水泥制品3d打印机的行走机构的一种具体实施方式。

图4为图1中所示a处的放大示意图。

图5为图1中所示b处的放大示意图。

其中：1、安装法兰，2、第一螺旋杆驱动电机，3、水泥注入口，4、水泥储存箱，5、第一输送螺旋杆，6、水泥出口，7、链条，8、支撑座，9、水泥输送管，10、六自由度机械臂，11、打印喷头，12、泥刀，13、凹槽，14、主动链轮，15、伺服电机，16、从动链轮，11.1、水泥输送筒，11.2、喷嘴，11.3、转轴，11.4、支撑板，11.5、第二螺旋杆驱动电机，11.6、安装法兰，11.7、法兰安装孔，11.8、过滤网，11.9、水泥入口，11.10、流量传感器，11.11、第二锥形齿轮，11.12、支撑杆，11.13、套筒，11.14、第二输送螺旋杆，11.15、螺旋叶片，11.16、轴承，11.17、水泥喷出口，11.18、第一锥型齿轮，11.19、电动控制阀。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

图1-5为本发明所述机械臂式水泥制品3d打印机的一种具体实施方式。在本实施方式中，所述的机械臂式水泥制品3d打印机，包括打印喷头11、带有行走机构的支撑座8、固定安装在支撑座8上的六自由度机械臂10、安装在支撑座8上的水泥储存箱4、以及用于将水泥储存箱4内的水泥输送至打印喷头11内的水泥输送机构；打印喷头11固定在所述六自由度机械臂10的末端；六自由度机械臂10的末端，位于支撑座8的一旁，并能够在垂直于行走机构的行走方向的竖直平面内运动。使用时，先将外界搅拌好的用于打印的水泥注入水泥储存箱4，之后通过水泥输送机构将水泥储存箱4内的水泥输送至打印喷头11内，由打印喷头11进行三维打印。可见六自由度机械臂的使用，避免了对背景技术中所述框架的搭建，使得不用搭建背景技术中所述的框架，便能够实现水泥制品的三维打印，可见能够增加机械臂式水泥制品3d打印机使用的便利性。

所述的行走机构，可以采用链轮行走机构、也可以采用履带行走机构，还可以采用其他与本申请中作用相同的行走机构，比如采用相应数量的行走轮，等等。本实施方式中的行走机构采用的是链轮行走机构，参见图1和图3，包括两个主动链轮和两个从动链轮，两个主动链轮与两个从动链轮一一对应并配合使用，配合使用的主动链轮和从动链轮上分别挂有链轮。如图3所示，驱动力驱动主动链轮14转动，在链轮7的传动作用下，从动链轮16随动，从而驱动本发明所述机械臂式水泥制品3d打印机行走。

为了驱动机械臂式水泥制品3d打印机的行走，在本实施方式中，所述的行走机构通过电控驱动机构驱动，并且所述的电控驱动机构采用两个伺服电机，两个伺服电机一一对应地用于驱动所述的两个主动链轮。使用时，通过伺服电机驱动主动链轮14转动，控制机械臂式水泥制品3d打印机的行走。

需要说明的是，伺服电机的使用，可以使机械臂式水泥制品3d打印机的启动、行驶、以及停止均相对加稳定，可在一定程度上降低甚至防止对机械臂式水泥制品3d打印机打印工作的干扰，并能够在一定程度上起到节能的作用。

参见图1和图4，水泥储存箱4的顶部设有水泥注入口3、底部设有水泥出口6。参见图1和图5，所述的水泥输送机构包括水泥输送管9、以及用于将水泥储存箱4内的水泥挤入水泥出口6的输送动力机构；所述的水泥出口6通过所述的水泥输送管9与所述的打印喷头11连通。参见图1和图4，所述的输送动力机构，包括竖直分布的第一输送螺旋杆5、以及用于驱动所述第一输送螺旋杆5向水泥出口6内挤圧并输送水泥的第一螺旋杆驱动电机2；所述的第一输送螺旋杆5位于水泥储存箱4内，所述的第一螺旋杆驱动电机2固定在水泥储存箱4的顶部，第一输送螺旋杆5的顶部穿过水泥储存箱4的顶壁与第一螺旋杆驱动电机2的输出轴同轴连接。第一输送螺旋杆5的位于水泥储存箱4内的部分上带有螺旋叶片，第一输送螺旋杆5的底部紧邻所述的水泥出口6、并位于水泥出口6的正上方。使用时，通过第一螺旋杆驱动电机2驱动第一输送螺旋杆5旋转，第一输送螺旋杆5在旋转的过程中将水泥储存箱4内的水泥螺旋挤圧进水泥出口6内、继而通过水泥输送管9输送至打印喷头11，供打印喷头11打印使用。

为了提高机械臂式水泥制品3d打印机的打印效率，本实施方式所述的打印喷头11包括水泥输送筒11.1和喷嘴11.2，其中：水泥输送筒11.1的顶端设有用于安装在六自由度机械臂10的末端的安装法兰11.6，水泥输送筒11.1的上端的侧壁上设有用于连通所述水泥输送管9的水泥入口11.9，水泥输送筒11.1的底部与喷嘴11.2的水泥进口连通；喷嘴11.2呈筒状，喷嘴11.2上安有电动控制阀11.19，水泥输送筒11.1远离喷嘴11.2的一端安有过滤网11.8，过滤网11.8位于所述水泥入口11.9的下方；水泥输送筒11.1内可转动地安有第二输送螺旋杆11.14，第二输送螺旋杆11.14位于所述过滤网11.8的下方、并沿水泥输送筒11.1的长度方向分布；水泥输送筒11.1外侧壁上固定有第二螺旋杆驱动电机11.5，第二螺旋杆驱动电机11.5的输出轴通过一横向转动转纵向转动驱动组件驱动所述的第二输送螺旋杆11.14。使用时，水泥输送筒11.1输送来的水泥经水泥入口11.9进入水泥输送筒11.1，经滤网11.8过滤掉水泥中颗粒大小不合格的部分后，在第二螺旋杆驱动电机转动驱动下，第二输送螺旋杆转动并将水泥输送筒内的水泥输送至喷嘴，打开电动控制阀11.19即可进行水泥打印。其中，第二输送螺旋杆在转动并将水泥输送筒内的水泥输送至喷嘴的过程中，起到了一定的搅拌作用，这在一定程度上降低了水泥堵塞喷嘴现象的发生几率，继而在一定程度上提高了水泥制品3d打印机的打印效率。

在本实施方式中，参见图2，所述的横向转动转纵向转动驱动组件包括设置在水泥输送筒11.1内的转轴11.3，该转轴11.3与所述的第二输送螺旋杆11.14垂直；转轴11.3的一端穿过水泥输送筒11.1的筒壁与第二螺旋杆驱动电机11.5的输出轴同轴连接、另一端安有第一锥型齿轮11.18；第二输送螺旋杆11.14的远离喷嘴11.2的一端安有第二锥形齿轮11.11，所述的第二锥形齿轮11.11与所述的第一锥型齿轮11.18啮合配合。可见该横向转动转纵向转动驱动组件结构简单。

另外，参见图2，第二输送螺旋杆11.14外围套设轴承11.16，轴承11.16的外围套设有套筒11.13，套筒11.13的外围通过两个支撑杆11.12固定在水泥输送筒11.1的内侧壁上。其中，轴承11.16固定在第二输送螺旋杆11.14外围上、套筒11.13固定在轴承11.16上，支撑杆11.12、套筒11.13和轴承11.16的使用，用于支撑所述的第二输送螺旋杆11.14。具体实现时，本领域技术人员，可以依据实际情况，比如为了增加第二输送螺旋杆11.14的转动稳定性，可适当增设相应数量的轴承11.16，以及对应增设相应数量的套筒11.13和支撑杆11.12，其中所增设的各轴承11.16、套筒11.13和支撑杆11.12均参照图2中所示的安装方式，在第二输送螺旋杆11.14的其他位置进行安装。其中，在本实施方式中，所述的第二输送螺旋杆11.14，采用带有螺旋叶片11.15的输送螺旋杆。

需要说明的是，本实施方式中所述的第一输送螺旋杆5和第二输送螺旋杆11.14，均可采用螺旋铁片进行替换，也可采用现有技术中具有相同功能的其他输送螺旋杆进行替换。

在本实施方式中，所述喷嘴11.2的内径自其水泥进口至其水泥喷出口11.17逐渐缩小，便于水泥打印。

为便于修正水泥打印过程中打印不合理的地方，在本实施方式中，所述喷嘴11.2的外侧壁上设有两个用于修正打印的泥刀12，两个泥刀12分置于喷嘴11.2的两侧，两个泥刀12的刀刃位置相对、并且均低于喷嘴11.2的水泥喷出口11.17。使用时，在水泥打印过程中出现打印不合要求之处时，直接通过泥刀12对打印不合要求之处进行修正，可见避免了打印过程中对泥刀的寻找，这在一定程度上提高了水泥制品3d打印机的打印效率。

另外，为了在水泥打印过程中，确保打印喷头内始终有用于打印的水泥，从而确保水泥打印工作的顺利进行，在本实施方式中，所述水泥输送筒11.1的下端的内侧壁上安有一流量传感器11.10。在水泥打印过程中，实时通过流量传感器检测水泥输送筒内水泥的液位，并在水泥输送筒11.1内的水泥的量减少至流量传感器11.10以下的位置时此时流量传感器11.10的检测值基本为0，通过水泥入口11.9向水泥输送筒11.1内补充水泥，可见确保了打印喷头内始终有用于打印的水泥，继而确保了水泥打印工作的顺利进行。

需要说明的是，参见图1，本发明中所述的六自由度机械臂10，包括配合使用的第一机械臂10.1、第二机械臂10.2和第三机械臂10.3，其中第一机械臂10.1的第一端（带有安装底座）固定在支撑座8的上端面上、第三机械臂10.3带有所述六自由度机械臂10的末端（用于安装打印喷头11、第三机械臂10.3的用于安装打印喷头11的一端位于支撑座8的一旁，第一机械臂10.1的第二端与第二机械臂10.2的第一端、第二机械臂10.2的第二端与第三机械臂10.3的远离其用于安装打印喷头11的一端，分别通过机械臂活动连接装置活动连接，其中第一机械臂10.1、第二机械臂10.2和第三机械臂10.3位于同一平面上，将该平面记为平面m，该平面m与本发明中所述行走机构的行走方向垂直，第一机械臂10.1、第二机械臂10.2和第三机械臂10.3均位于该平面m上，第二机械臂10.2的第二端能够以第一机械臂10.1的第二端为支点在平面m内运动、第三机械臂10.3的用于安装打印喷头11的一端能够以第二机械臂10.2的第二端为支点在平面m内运动，可见第三机械臂10.3的用于安装打印喷头11的一端能够在垂直于行走机构的行走方向的竖直平面内运动。

另外需要说明的是，本发明中所述的六自由度机械臂10，其各相应组成部分，比如所述的机械臂活动连接装置，均可采用现有技术中具有相应功能的任意相关技术进行实现，此为现有技术，在此不再赘述。

另外需要说明的是，参见图1，为便于实现，支撑座8上设有用于容纳水泥出口6以及水泥输送管9的与所述水泥出口6相连通的一端的部分的凹槽13，该凹槽13采用矩形凹槽，凹槽13的宽度不影响水泥储存箱4安装的稳定性，比如在水泥出口6与水泥输送管9的直径相同时，凹槽13的宽度与水泥出口6的直径（或与水泥输送管9的直径）相比，相等或前者（即凹槽13的宽度）稍微大于后者（即水泥出口6的直径（或与水泥输送管9的直径））。

另外需要说明的是，本发明中所涉及的各方位词，均以图1为基准。

另外需要说明的是，本发明在具体实现时，可以通过外界控制装置实现对上述机械臂式水泥制品3d打印机中所涉及的各电控组成部件（比如所述的行走机构、六自由度机械臂10、水泥输送机构以及电动控制阀11.19的电控，工作过程具体包括如下（1）-（5）所示的五个方面：

（1）在水泥打印工作开始之前，首先通过水泥注入口3向水泥储存箱4内加注已搅拌好的水泥，之后通过水泥输送机构将水泥储存箱4内的水泥输送至打印喷头11内部，待打印喷头11内部储存一定量的水泥后停止向打印喷头11内输送水泥；

（2）当打印工作开始时，根据预先设定的打印图纸需要，通过外界控制装置控制行走机构以及六自由度机械臂10进行准确位置方向的移动，当打印喷头11确定位置后，通过外界控制装置控制电动控制阀11.19打开，打印喷头11开始进行水泥打印；其中，在水泥打印过程中，外界控制装置根据预先设定的打印图纸的需要，控制行走机构行走以及控制六自由度机械臂10带着打印喷头11移动，以确保打印的制品与所需要求一致；

（3）在水泥打印过程中，实时基于流量传感器发出的检测值判定打印喷头11内部水泥的量是不是不足，若判定结果为是，则通过水泥输送机构将水泥储存箱4内的水泥补入打印喷头11，以确保水泥打印的连续性。

（4）在当前区域打印完成后，控制电动控制阀11.19关闭，待将打印喷头11移至下一待打印区域再开启打印。

（5）在水泥打印过程中，若在打印制品上出现打印不合格的地方，使用泥刀12进行修正，以保证制品的美观性。

以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施方式对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施方式技术方案的范围。