一種物聯網3d立體沙盤打印機及其打印方法與流程

本發明涉及3D打印領域，特別是一種能夠將沙盤進行實物打印并排列的物聯網3D立體沙盤打印機及其打印方法。

背景技術：

近幾年“3D打印”成了超前科技的代言詞，火遍全球。其實3D打印并不能算是一項新技術，它早在20世紀80年代便已產生，只是因為成本巨大，在最近幾年才進軍藝術界和工業界，用以制造假肢、汽車零部件、家具和珠寶等。

3D打印機工作時，首先將物品轉化為一組3D數據，然后打印機開始逐層分切，針對分切的每一層構建，按層次打印。打印時，粉末耗材會一層一層地打印出來，層與層之間通過特殊的膠水進行粘合，并按照橫截面將圖案固定住，最后一層一層疊加起來就像我們坐在海邊用沙子堆砌城堡一樣的程序，最終經過分層打印、層層粘合、逐層堆砌，一個完整的物品就會呈現在我們眼前了。

建筑模型(即建筑沙盤)以微縮實體的方式來表示建筑藝術的、無論是單體的造型、還是群體的組合都是如實地表達建筑思想的構造，然而，現今的建筑沙盤仍然停留在人工制作，費事費力，成本高，精度低，因此，將能夠打印實物模型的3D打印技術運用到建筑沙盤的制作上是當下迫切需求的。

技術實現要素：

鑒于以上所述，本發明提供了一種物聯網3d立體沙盤打印機及其打印方法，有效地解決了上述問題的至少一個方面。

根據本發明的一個方面，提供了一種物聯網3d立體沙盤打印機，包括打印執行機構、機械手裝置、控制模塊、數據輸入模塊和物聯網模塊，機械手裝置、控制模塊、數據輸入模塊和物聯網模塊設置在打印執行機構上，其中，

所述數據輸入模塊，輸入沙盤數據信息給控制模塊；所述控制模塊，啟動物聯網模塊、打印執行機構和機械手裝置；所述打印執行機構，打印建筑物3D模型；所述物聯網模塊，傳輸建筑物3D模型的打印數據；所述機械手裝置，擺放打印完成的建筑物3D模型。

進一步，還包括監控模塊，所述監控模塊監控建筑物3D模型的打印數據。

進一步，所述打印執行機構包括底板、支撐板、滑動塊、輔助桿和噴頭，所述底板、支撐板和連桿設有滑槽，所述支撐板可移動地設在底板兩端，所述滑動塊可移動地套合在支撐板和輔助板上，所述輔助桿連接著支撐板上的滑動塊，所述噴頭連接著輔助桿上的滑動塊。

進一步，所述底板的滑槽設有X軸軌道，所述支撐板的下端設有X軸電機，所述X軸電機的轉軸設有位于底板X軸軌道的導輪，所述支撐板通過導輪和X軸軌道相對底板左右移動。

進一步，所述滑動塊設有貫穿的通槽，所述滑動塊通過通槽套合在支撐板和輔助板上。

進一步，所述支撐板的滑槽設有Y軸軌道，所述滑動塊設有Y軸電機，所述Y軸電機設有位于Y軸軌道的導輪，所述滑動塊通過導輪和Y軸軌道相對支撐板上下移動。

進一步，所述輔助板的滑槽設有X軸軌道，所述滑動塊設有X軸電機，所述X軸電機設有位于X軸軌道的導輪，所述滑動塊通過導輪和X軸軌道相對輔助板左右移動。

進一步，所述X軸電機和Y軸電機連接在控制模塊的輸出端。

進一步，所述機械手裝置設有兩個以上，其包括關節舵機和抓桿，所述關節舵機設在輔助桿的滑動塊上，其通過導線連接在控制模塊的輸出端，所述抓桿連接著關節舵機，由此，通過關節舵機實現抓桿之間的張開與閉合，用來抓取打印完成的建筑物3D模型。

進一步，所述底板的一端設有監控墻，所述監控墻上設有攝像頭，所述攝像頭連接在控制模塊的輸入端，由此，通過攝像頭能夠實時監控建筑物3D模型的打印和擺放過程。

一種物聯網3d立體沙盤打印機的打印方法，包括以下步驟：

1：通過數據輸入模塊向控制模塊輸入沙盤數據信息；

2：通過控制模塊接受并分析沙盤數據信息，啟動監控模塊、物聯網模塊、打印執行機構和機械手裝置；

3：通過打印執行機構打印建筑物3D模型

4：通過監控模塊檢測建筑物3D模型的打印數據；

5：通過物聯網模塊將建筑物3D模型的打印數據進行傳輸；

6、通過機械手裝置抓取打印完成的建筑物3D模型并排列。

進一步，所述沙盤數據信息包括建筑物3D模型數據和建筑物位置數據，控制模塊通過建筑物3D模型數據能夠控制打印執行機構打印出建筑物的3D模型；控制模塊通過建筑物位置數據能夠控制三維機械手抓取并擺放建筑物3D模型構成沙盤。

本發明通過輸入模塊向控制模塊輸入沙盤數據(即建筑物3D模型數據和建筑物位置數據)，利用建筑物3D模型數據通過打印執行機構將建筑物模型打印出來，并在打印的過程中，通過物聯網模塊實施監控打印數據；利用建筑物位置信息通過機械手裝置將打印完成的建筑物模型進行排列。

附圖說明

圖1為本發明結構示意圖。

圖2為滑動塊外部示意圖。

圖3位滑動塊內部示意圖。

圖4為機械手裝置結構示意圖。

圖5為彩砂噴頭內部示意圖

圖6為本發明結構框圖。

圖中，1-監控墻、2-攝像頭、3-輔助板、4-支撐板、5-滑動塊、6-噴頭、7-底板、8-機械手裝置、9-通槽、10-導輪、11-Y軸電機、12-抓桿、13-關節舵機、14-沙箱、15-顏料箱、16-光敏膠箱、17-混合恒溫恒壓箱、18-噴嘴、19-電磁閥、701-滑槽。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步說明。

實施例1

如圖1-6所示，一種物聯網3d立體沙盤打印機，包括打印執行機構、機械手裝置、控制模塊、數據輸入模塊、監控模塊和物聯網模塊，所述控制模塊的輸入端連接著監控模塊和數據輸入模塊，所述控制模塊的輸出端連接著物聯網模塊、打印執行機構和機械手裝置，其中，

所述數據輸入模塊可以為USB數據接口或者掃描儀，通過USB數據接口能夠通過移動終端(例如手機、平板、U盤等)將沙盤信息傳輸給控制模塊；通過掃描儀能夠將一些照片或者物品掃描給控制模塊，所述沙盤信息包括建筑物3D模型數據和建筑物位置數據，通過USB數據接口傳輸沙盤信息時，應當事前通過三維建模生成3D模型以及擺放位置；通過掃描儀進行沙盤數據輸入時，控制器中應當內置3D建模軟件，如Smoothie 3D軟件，通過掃描沙盤地圖多個角度的照片，生成建筑物3D模型數據，并記錄建筑物位置數據。

所述控制模塊為嵌入式單片機，其根據建筑物3D模型數據控制打印執行機構打出各個建筑物的模型實物，在根據建筑物位置數據控制機械手裝置將打印好的建筑物模型實擺放在沙盤中，所述控制模塊既可以內嵌在監視墻中，同樣也可以內置于底盤中，甚至，其可以單獨為一個部件，通過導線連接著打印執行機構、機械手裝置、物聯網模塊以及攝像頭等，同時，目前的3D打印技術屬于開源狀態，代碼能夠自行使用或者修改。

所述監控模塊內置于控制模塊中，由于打印過程是基于3D數值模擬出來的，因此，通過實時監控這些3D數值，就能夠反映打印進度。

所述物聯網模塊是通過WIFI進行數據傳輸的，因此能夠將生成的沙盤信息以及監控模塊監控的3D數值傳輸到其他移動設備上進行監控，例如電腦、平板和手機。

所述打印執行機構包括底板、支撐板、滑動塊、輔助桿和噴頭。

所述底板具有一定的長度和厚度，所述底板的兩側端設有帶X軸軌道的滑槽，所述底板的一端設有監控墻，所述監控墻與底板相互垂直，所述監控墻上安裝有攝像頭，所述攝像頭連接在控制模塊的輸入端，由此，通過攝像頭能夠實時監控建筑物3D模型的打印和擺放過程。

所述支撐板與底板呈垂直關系，其設有兩個并分別位于底板的兩側，所述支撐板的側端設有帶Y軸軌道的滑槽，所述支撐板的下端設有X軸電機，所述X軸電機的轉軸上設有導輪，所述導輪位于所述底板的X軸軌道中，由此，在X軸電機和X軸軌道的作用下，支撐板能夠相對于底板左右運動。

所述滑動塊設有貫穿的通槽，所述滑動塊通過通槽套合在支撐板和輔助板上，所述滑動塊設在支撐板上的數目為1個，設在輔助板上的數目為3個以上，所述支撐板上的滑動塊設有Y軸電機，所述Y軸電機設有位于支撐板Y軸軌道的導輪，由此，所述支撐板上的滑動塊相對于支撐板能夠上下運動。

所述輔助桿的兩端分別連接在兩個支撐板的滑動塊上，所述輔助桿的側端設有帶X軸軌道的滑槽，所述輔助板上的滑動塊設有X軸電機，所述X軸電機的轉軸上設有位于X軸軌道的導輪，由此，所述輔助板上的滑動塊相對于輔助桿能夠作用運動。

所述噴頭固定在輔助桿上的滑動塊上，其包括普通3D打印噴頭和彩砂打印噴頭，所述普通3D打印噴頭為現今3D打印機常用的部件，包括儲料箱、高壓氣泵、加熱腔和噴嘴，所述儲料箱位于加熱腔的上部，所述儲料箱通過高壓氣泵與加熱腔相通，所述加熱腔通過電磁閥與噴嘴相通，所述高壓氣泵和電磁閥通過導線連接在控制模塊的輸出端，由此，通過儲料箱提供原材料，通過高壓噴嘴將原材料噴進加熱腔中進行融化，最后通過電磁閥從噴嘴中流出成型。

所述彩砂噴頭包括高壓氣泵、沙箱、顏料箱、光敏膠箱、混合恒溫恒壓箱和噴嘴，所述沙箱、顏料箱和光敏膠箱分別通過高壓氣泵與混合恒溫恒壓箱，混合恒溫恒壓箱通過電磁閥與噴嘴相通，所述高壓氣泵和電磁閥門連接在控制模塊的輸出端，首先由高壓氣泵將細沙、顏料和光敏膠噴入混合恒溫恒壓箱，在混合充分后打開電磁閥，通過噴嘴流到沙盤上；彩砂噴頭配合滑動塊可以多個設置在輔助桿上，實現多顏色打印。

上述加熱腔和混合恒溫恒壓箱都內置加熱裝置，如加熱管或者電阻絲，由此來進行加熱，同時兩者內部安裝有括壓力傳感器和溫度傳感器，連接在控制模塊的輸入端，用于檢測的壓力和溫度。

所述機械手裝置設有三個，其包括關節舵機和抓桿，所述關節舵機設在輔助桿的滑動塊上，其通過導線連接在控制模塊的輸出端，所述抓桿連接著關節舵機，由此，通過關節舵機實現三個抓桿之間的張開與閉合，用來抓取打印完成的建筑物3D模型。

本發明在工作時，首先將用于裝放建筑物模型的放置盤放置在底板上，在通過USB數據接口和掃描儀傳輸建筑物3D模型數據和位置數據后，控制模塊控制打印執行機構工作，將單個建筑物3D模型進行打印并通過監控模塊監視打印的3D數值，在單個建筑物打印完成后，啟動機械手裝置將打印好的建筑物3D模型放置在沙盤的對應位置，此過程中，由攝像頭實時監控整個過程。

上述中，控制模塊控制支撐板和滑動塊X軸電機和Y軸電機運動，實現噴頭和機械手裝置進行三維操作。

本發明的工作流程如下：

S101：通過USB數據接口或者掃描儀向控制模塊輸入沙盤數據信息；

S102：通過控制模塊分析沙盤數據信息，啟動物聯網模塊、打印執行機構和機械手裝置；

S103：通過打印執行機構打印建筑物3D模型

S104：通過監控模塊檢測建筑物3D模型的打印數據；

S105：通過物聯網模塊將建筑物3D模型的打印數據進行傳輸；

S106、通過機械手裝置抓取打印完成的建筑物3D模型并排列。

本實施例中，所述沙盤數據信息包括建筑物3D模型數據和建筑物位置數據，控制模塊通過建筑物3D模型數據能夠控制打印執行機構打印出建筑物的3D模型；控制模塊通過建筑物位置數據能夠控制三維機械手抓取并擺放建筑物3D模型構成沙盤

以上僅為本發明的一些方式，對于本領域普通技術人員來說，在不脫離本發明創造構思的前提下，還可進行若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。