沙盘3D打印机的制作方法

本发明涉及沙盘制作技术领域，具体涉及一种沙盘3D打印机。

背景技术：

3D打印，是指通过材料逐层增加的方式将数字模型制造成三维实体的过程。沙盘是指根据地形图、航空像片或实地地形，按一定的比例关系，用泥沙、兵棋和其它材料堆制的模型。目前的沙盘制作主要依靠手工堆积、粘结、雕刻等方法，制作效率低、成本高。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种沙盘3D打印机，快速的打印出3D的沙盘，操作简单，降低了沙盘制作难度，降低成本，提高了效率，具有巨大的商业价值。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种沙盘3D打印机，包括打印平台、XYZ三轴移动机构、螺旋送料系统和送液系统，XYZ三轴移动机构和送液系统均设置于打印平台上，螺旋送料系统设置于XYZ三轴移动机构上，布置于打印平台上方，螺旋送料系统包括出料口，出料口设置于螺旋送料系统的下端，送液系统通过软管与出料口连接，螺旋送料系统通过XYZ三轴移动机构可在打印平台上方沿横向水平、纵向水平和竖直方向上移动。

按上述技术方案，所述的XYZ三轴移动机构包括水平移动装置和竖直移动装置，竖直移动装置设置于水平移动装置上。

按上述技术方案，所述的水平移动装置包括两个X方向直线滑台，沿X方向布置于打印台上，两个X方向直线滑台上均设有支撑柱，两个支撑柱之间连接有Y方向直线滑台，两个X方向直行滑台带动Y方向直行滑台同步移动，所述的竖直移动装置包括Z方向直线滑台，Z方向直线滑台设置于Y方向直线滑台上。

按上述技术方案，X方向直线滑台包括X方向直线滑块、X方向滚珠丝杆副和X方向电机，X方向电机通过X方向滚珠丝杆副与X方向直线滑块连接，X方向电机通过X方向滚珠丝杆副带动X方向直线滑块沿X方向做直线运动；

Y方向直线滑台包括Y方向直线滑块、Y方向滚珠丝杆副和Y方向电机，Y方向电机通过Y方向滚珠丝杆副与Y方向直线滑块连接，Y方向电机通过Y方向滚珠丝杆副带动Y方向直线滑块沿Y方向做直线运动；

Z方向直线滑台包括Z方向直线滑块、Z方向滚珠丝杆副和Z方向电机，Z方向电机通过Z方向滚珠丝杆副与Z方向直线滑块连接，Z方向电机通过Z方向滚珠丝杆副带动Z方向直线滑块沿Z方向做直线运动。

按上述技术方案，所述的螺旋送料系统还包括送料电机、螺旋轴和料斗，螺旋轴设置于料斗内，送料电机与螺旋轴一端连接，带动螺旋轴转动，螺旋轴的另一端插入到料斗底部，料斗上设有送料口和出料口。

按上述技术方案，料斗上的出料口处设有进液口，进液口通过软管与送液系统连接。

按上述技术方案，出料口设置于料斗底部，螺旋轴插入料斗的底端与出料口齐平。

按上述技术方案，所述的送液系统包括送液电机、丝杠、送液推板、粘结剂活塞缸和催化剂活塞缸，送液电机通过丝杠与送液推板连接，送液电机通过丝杠带动送液推板移动，送液推板分别与粘结剂活塞缸和催化剂活塞缸的活塞杆连接，粘结剂活塞缸和催化剂活塞缸的出液口通过软管与螺旋送料系统的出料口连接。

按上述技术方案，送液系统还包括粘结剂储液箱和催化剂储液箱，粘结剂活塞缸和催化剂活塞缸的出液口上均连接有三通，粘结剂活塞缸上的三通的一端经单向阀通过软管与粘结剂储液箱连接，螺旋送料系统的出料口上设有喷头，粘结剂活塞缸上的三通的另一端经单向阀通过软管与出料口上的喷头连接；

催化剂活塞缸上的三通的一端经单向阀通过软管与催化剂储液箱连接，螺旋送料系统的出料口上设有喷头，催化剂活塞缸上的三通的另一端经单向阀通过软管与出料口上的喷头连接。

采用以上所述的沙盘3D打印机的沙盘制作方法，包括以下步骤：

1)XYZ三轴移动机构依据需要制作的沙盘的等高线图，拟定行走轨迹；

2)将矿物粉料装入螺旋送料系统中，将粘结剂和催化剂分别装入送液系统中；

3)控制XYZ三轴移动机构带动螺旋送料系统按拟定的行走轨迹移动，逐层喷出矿物粉料、粘结剂和催化剂，逐层堆积打印出沙盘模型。

本发明具有以下有益效果：

通过螺旋送料系统和送液系统将矿物粉料、粘结剂和催化剂按规定比例同时送出到打印平台指定位置，XYZ三轴移动机构带动螺旋送料系统移动到打印平台上任一位置进行出料，矿物粉料、粘结剂和催化剂逐层喷出形成沙盘模型，可以快速的打印出3D的沙盘，操作简单，降低了沙盘制作难度，降低成本，提高了效率，具有巨大的商业价值。

附图说明

图1是本发明实施例中沙盘3D打印机的立面图；

图2是本发明实施例中沙盘3D打印机的主视图；

图3是本发明实施例中螺旋送料系统的结构示意图；

图4是本发明实施例中螺旋送料系统的结构示意图；

图中，1-打印平台，2-X方向直线滑台，2.1-X方向电机，2.2-X方向滚珠丝杆副，2.3-X方向直线滑块，3-支撑柱，4-Y方向直线滑台，4.1-Y方向电机，4.2-Y方向滚珠丝杆副，4.3-Y方向直线滑块，5-Z方向直线滑台，5.1-Z方向电机，5.2-Z方向滚珠丝杆副，5.3-Z方向直线滑块，6-料斗，6.1-出料口，6.2-进液口，7-粘结剂储液箱，8-粘结剂活塞缸，9-催化剂活塞缸，10-催化剂储液箱，11-单向阀，12-锁紧螺母，13-送液推板，14-软管A，15-软管B，16-送液电机，17-丝杠，18-螺旋送料连接板，19-螺栓A，20-送料电机，20.1-电机转接板，20.2-螺旋轴，21-螺栓B，22-Z轴连接板，23-螺栓C，24-螺栓D，25-螺栓E，26-三通。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

参照图1～图4所示，本发明提供的一个实施例中的沙盘3D打印机，包括打印平台1、XYZ三轴移动机构、螺旋送料系统和送液系统，XYZ三轴移动机构和送液系统均设置于打印平台1上，螺旋送料系统设置于XYZ三轴移动机构上，布置于打印平台1上方，螺旋送料系统包括出料口6.1，出料口6.1设置于螺旋送料系统的下端，送液系统通过软管与出料口6.1连接，螺旋送料系统通过XYZ三轴移动机构可在打印平台1上方沿横向水平、纵向水平和竖直方向上移动；要进行沙盘制作时，螺旋送料系统内设有矿物粉，送液系统内分别设有粘结剂和催化剂，通过螺旋送料系统和送液系统将矿物粉料、粘结剂和催化剂按规定比例同时送出到打印平台1指定位置，XYZ三轴移动机构带动螺旋送料系统移动到打印平台1上任一位置进行出料，矿物粉料、粘结剂和催化剂逐层喷出形成沙盘模型，可以快速的打印出3D的沙盘，操作简单，降低了沙盘制作难度，降低成本，提高了效率，具有巨大的商业价值。

进一步地，所述的XYZ三轴移动机构包括水平移动装置和竖直移动装置，竖直移动装置设置于水平移动装置上。

进一步地，所述的水平移动装置包括两个X方向直线滑台2，沿X方向布置于打印台上，两个X方向直线滑台2上均设有支撑柱3，两个支撑柱3之间连接有Y方向直线滑台4，两个X方向直行滑台带动Y方向直行滑台同步移动，所述的竖直移动装置包括Z方向直线滑台5，Z方向直线滑台5设置于Y方向直线滑台4上。

进一步地，螺旋送料系统设置于Z方向直线滑台5上。

进一步地，X方向直线滑台2包括X方向直线滑块2.3、X方向滚珠丝杆副2.2和X方向电机2.1，X方向电机2.1通过X方向滚珠丝杆副2.2与X方向直线滑块2.3连接，X方向电机2.1通过X方向滚珠丝杆副2.2带动X方向直线滑块2.3沿X方向做直线运动；

Y方向直线滑台4包括Y方向直线滑块4.3、Y方向滚珠丝杆副4.2和Y方向电机4.1，Y方向电机4.1通过Y方向滚珠丝杆副4.2与Y方向直线滑块4.3连接，Y方向电机4.1通过Y方向滚珠丝杆副4.2带动Y方向直线滑块4.3沿Y方向做直线运动；

Z方向直线滑台5包括Z方向直线滑块5.3、Z方向滚珠丝杆副5.2和Z方向电机5.1，Z方向电机5.1通过Z方向滚珠丝杆副5.2与Z方向直线滑块5.3连接，Z方向电机5.1通过Z方向滚珠丝杆副5.2带动Z方向直线滑块5.3沿Z方向做直线运动。

进一步地，所述的螺旋送料系统还包括送料电机20、螺旋轴20.2和料斗6，螺旋轴20.2设置于料斗6内，送料电机20与螺旋轴20.2一端连接，带动螺旋轴20.2转动，螺旋轴20.2的另一端插入到料斗6底部，料斗6上设有送料口和出料口6.1；螺旋轴20.2与料斗6内壁有一定的间隙，由于矿物粉料与料斗6的内壁的摩擦克服螺旋轴20.2带动矿物粉料的离心力，使矿物粉料能够利用螺旋送料的原理定量的从料斗6的出料口6.1送出。

进一步地，料斗6上的出料口6.1处设有进液口6.2，进液口6.2通过软管与送液系统连接。

进一步地，出料口6.1设置于料斗6底部，螺旋轴20.2插入料斗6的底端与出料口6.1齐平。

进一步地，送料电机20为直流电机。

进一步地，送料电机20通过联轴器与螺旋轴20.2连接。

进一步地，料斗6上设有电机转接板20.1，电机固定于电机转接板20.1上。

进一步地，料斗6上设有料斗6安装板，整个螺旋送料系统通过料斗6安装板用螺栓安装在Z方向直线滑台5上。

进一步地，所述的送液系统包括送液电机16、丝杠17、送液推板13、粘结剂活塞缸8和催化剂活塞缸9，送液电机16通过丝杠17与送液推板13连接，送液电机16通过丝杠17带动送液推板13移动，送液推板13分别与粘结剂活塞缸8和催化剂活塞缸9的活塞杆连接，粘结剂活塞缸8和催化剂活塞缸9的出液口通过软管与螺旋送料系统的出料口6.1连接；粘结剂活塞缸8和催化剂活塞缸9内分别设有粘结剂和催化剂。

进一步地，送液电机16为步进电机。

进一步地，气缸代替送液电机16和丝杠17。

进一步地，送液系统还包括粘结剂储液箱7和催化剂储液箱10，粘结剂活塞缸8和催化剂活塞缸9的出液口上均连接有三通26，粘结剂活塞缸8上的三通26的一端经单向阀11通过软管与粘结剂储液箱7连接，另一端经单向阀11通过软管与螺旋送料系统的出料口6.1连接；

催化剂活塞缸9上的三通26的一端经单向阀11通过软管与催化剂储液箱10连接，另一端经单向阀11通过软管与螺旋送料系统的出料口6.1连接。

进一步地，粘结剂活塞缸8和催化剂活塞缸9的出液口连接的软管上设有喷头，软管通过喷头与螺旋送料系统的出料口6.1连接。

进一步地，所述粘结剂活塞缸8出口接三通26，三通26的一端依次通过软管接单向阀11和粘结剂储液箱7，三通26的另一端依次通过软管接单向阀11和喷头，喷头通过表面的外螺纹接入螺旋送料系统的料斗6中，粘结剂活塞缸8的活塞杆插入送液推板13的孔中，并在推板两侧用螺帽锁紧，催化剂活塞缸9的结构和安装方式与粘结剂活塞缸8相同，当送液步进电机正转时，丝杠17带动送液推板13向后移动，送液推板13使粘结剂活塞缸8和催化剂活塞缸9的活塞杆外拉，这样粘结剂储液箱7和催化剂储液箱10的液体被分别吸入两个活塞缸中，当送液步进电机反转时，丝杠17带动送液推板13向前移动，送液推板13向内推动粘结剂活塞缸8和催化剂活塞缸9的活塞杆，这样粘结计剂和催化剂被压出喷液口进入螺旋送料系统的料斗6中，在料斗6中和矿物粉料被螺旋轴20.2搅拌并推出料斗6的出料口6.1。

进一步地，沙盘打印机还包括控制系统，控制系统分别与XYZ三轴移动机构、螺旋送料系统和送液系统连接，控制系统通过XYZ三轴移动机构将螺旋送料系统移动到指定位置，控制系统分别控制螺旋送料系统和送液系统按照规定进行出料。

采用以上所述的沙盘3D打印机的沙盘制作方法，包括以下步骤：

1)XYZ三轴移动机构依据需要制作的沙盘的等高线图，拟定行走轨迹；

2)将矿物粉料装入螺旋送料系统中，将粘结剂和催化剂分别装入送液系统中；

3)控制XYZ三轴移动机构带动螺旋送料系统按拟定的行走轨迹移动，逐层喷出矿物粉料、粘结剂和催化剂，逐层堆积打印出沙盘模型。

进一步地，打印步骤为a.读取需打印沙盘的cad等高线图；b.根据每一层等高线的轮廓坐标拟定料斗6行走轨迹；c.送液电机16正转吸入粘结剂和催化剂；d.向料斗6中添加矿物粉料，送液电机16反转压入粘结剂和催化剂并启动送料系统的直流电机，此时经过混合的物料将被螺旋输送出来；e.控制XYZ三轴移动机构带动螺旋送料系统按每层的轨迹移动，这样逐层堆积打印出沙盘模型。

本发明的一个实施例一中：

沙盘3D打印机包括打印平台1、XYZ三轴移动机构、螺旋送料系统、送液系统，XYZ三轴移动机构安装在打印平台1上，螺旋送料系统通过XYZ三轴移动机构驱动并且位于打印平台1上方，送液系统安装在打印平台1上，其特征在于：所述XYZ三轴移动机构由三个通过步进电机和丝杠17驱动的直线滑台组成，两个相同的X方向直线滑台2通过螺栓D24平行固定在打印平台1上，X方向直线滑台2的滑块2.3上固定两个一样的支撑柱3，Y方向直线滑台4的底座通过螺栓B21固定在两个支撑柱3上，Z方向直线滑台5的滑块5.3通过Z轴连接板22用螺栓C23固定在Y方向直线滑台4的滑块4.3上，所述螺旋送料系统包括螺旋送料电机20、螺旋送料电机转接板20.1、螺旋轴20.2、螺旋送料料斗6、螺旋送料连接板18，螺旋送料电机20通过螺旋送料电机转接板20.1安装在螺旋送料料斗6上，螺旋送料电机20的轴与螺旋轴20.2相连，螺旋轴20.2插入螺旋送料料斗6，轴的底端与料斗6的出料口6.1齐平，整个螺旋送料系统通过螺旋送料连接板18用螺栓A19安装在Z方向直线滑台5的底座上，所述送液系统包括送液电机16及丝杠17、送液推板13、粘结剂活塞缸8、催化剂活塞缸9、三通26、软管A14、软管B15、单向阀11、粘结剂储液箱7、催化剂储液箱10。

进一步地，螺旋送料系统的料斗6侧边有漏斗状的送料口6.1，从送料口加入矿物粉料，开启螺旋送料电机20，螺旋送料电机20驱动螺旋轴20.2转动，螺旋轴20.2插入料斗6中并与料斗内壁有一定的间隙，由于粉料与料斗6壁的摩擦克服螺旋轴带动粉料的离心力，使粉料能够利用螺旋送料的原理定量的从料斗6的出料口6.1送出。

进一步地，所述粘结剂活塞缸8出口接三通26，三通26的一端依次通过软管A14接单向阀11和粘结剂储液箱7，三通26的另一端依次通过软管接单向阀11和螺旋送料料斗6的进液口6.2，粘结剂活塞缸8的活塞杆插入送液推板13的孔中，并在推板两侧用锁紧螺母12锁紧，催化剂活塞缸9的结构和安装方式与粘结剂活塞缸8相同，当送液电机16正转时，送液丝杠17带动送液推板13向后移动，送液推板13使粘结剂活塞缸8和催化剂活塞缸9的活塞杆外拉，这样粘结剂储液箱7和催化剂储液箱10的液体被分别吸入两个活塞缸中，当送液电机16反转时，送液丝杠17带动送液推板13向前移动，送液推板13向内推动粘结剂活塞缸8和催化剂活塞缸9的活塞杆，这样粘结计剂和催化剂被压入螺旋送料料斗6的进液口6.2，进入螺旋送料系统的料斗6中，在料斗6中和矿物粉料被螺旋轴20.2搅拌并推出料斗6的出料口6.1。

以上的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。