一種超大型3D打印系統及其打印方法與流程

【技術領域】

本發明涉及一種超大型3d打印系統，本發明還涉及一種運用打印系統的超大型3d打印方法。

背景技術：

3d打印是新一輪產業革命的標桿性技術，3d打印技術在制造業的應用越來越廣泛，一是能夠快速輸出一些難以手工或機械工具完成的立體模型，二是大型金屬結構件直接制造，其在汽車、航空等工業領域已經初露鋒芒。大型3d打印基本都采用了龍門式走行機構在一個固定的平面內進行打印，其打印高度都是采用一個較大長度的z向移動機構來帶動打印頭來實現，但如z向移動機構高度越大，則其打印精度就越難以得到保證，因此，目前大型打印構件的高度最多就只能達到幾米高，且這些大型3d打印機也只能打印建筑結構這類精度要求非常低下的大型構件，對于超大型打印構件則無法實現。

本發明就是基于這種情況作出的。

技術實現要素：

本發明目的是克服了現有技術的不足，提供一種簡單的能夠打印超大型構件的超大型3d打印系統。

為解決上述技術問題，本發明是通過以下技術方案實現的：

一種超大型3d打印系統，其特征在于：包括可沿y軸移動的龍門式走行機構，所述龍門式走行機構支腿之間設有可沿z軸升降的工作臺，所述龍門式走行機構上設有3d打印裝置，所述3d打印裝置包括打印頭，以及用于安裝打印頭并能驅動打印頭旋轉和沿z軸移動的小幅升降裝置，所述小幅升降裝置設在龍門式走行機構的橫梁上并可沿x軸移動，所述的3d打印裝置還包括能為打印頭輸送打印物料的供料系統。

如上所述的一種超大型3d打印系統，其特征在于：所述的工作臺有一個或一個以上，每個所述的工作臺上連接有能驅動其沿z軸移動，以及驅動其相對水平面轉動傾斜的升降裝置。

如上所述的一種超大型3d打印系統，其特征在于：所述供料系統包括安裝在龍門式走行機構的橫梁上且可沿x軸移動的、并用于提供即時打印物料的小料斗，以及安裝在龍門式走行機構的支腿上方的并用于儲存打印物料的大料斗，在所述的小料斗內的打印物料低于設定值時，所述的大料斗往小料斗內輸送打印物料。

如上所述的一種超大型3d打印系統，其特征在于：所述的小幅升降裝置沿x軸移動的寬度介于0至100m之間，所述的打印頭沿z軸的移動的范圍介于0至3m之間，且旋轉角度介于0至360度之間。

如上所述的一種超大型3d打印系統，其特征在于：所述的超大型3d打印系統還包括導軌，所述龍門式走行機構兩支腿上分別設有與導軌相配合從而使得龍門式走行機構沿y軸移動的移動部。

如上所述的一種超大型3d打印系統，其特征在于：所述龍門式走行機構沿y軸移動的長度主要取決于導軌的安裝長度，其介于0至200m之間。

如上所述的一種超大型3d打印系統，其特征在于：所述工作臺沿z軸移動的高度介于0至50m之間。

如上所述的一種超大型3d打印系統，其特征在于：所述龍門式走行機構支腿端上安裝有用于放置工具和材料的工具庫，所述龍門式走行機構的橫梁上設有可沿x軸移動并能夠抓取工具庫中的工具或者材料進行工作的機械手。

本發明還提供一種超大型3d打印方法，包括以下步驟：

a：啟動超大型3d打印系統，所述的超大型3d打印系統包括設可沿y軸移動的龍門式走行機構，所述龍門式走行機構兩支腿之間設有可沿z軸升降的工作臺，所述的工作臺有一個或一個以上，每個所述的工作臺上連接有能驅動其沿z軸移動，以及驅動其相對水平面轉動傾斜的升降裝置,所述龍門式走行機構上設有3d打印裝置，所述3d打印裝置包括打印頭，以及用于安裝打印頭并能驅動打印頭旋轉和沿z軸移動的小幅升降裝置，所述小幅升降裝置設在龍門式走行機構橫梁上并可沿x軸移動，所述的3d打印裝置還包括能為打印頭輸送打印物料的供料系統,所述供料系統包括安裝在小幅升降裝置上的并用于提供即時打印物料的小料斗，以及安裝在龍門式走行機構的支腿上方的并用于儲存打印物料的大料斗，在所述的小料斗內的打印物料低于設定值時，所述的大料斗往小料斗內輸送打印物料；

b：所述的打印頭由小幅升降裝置以及龍門式走行機構帶動做x、y方向的運動以實現當前層的打印，在此步驟中當所述供料系統中的小料斗內的原料消耗到一定程度達到設定值時，大料斗輸送原料到小料斗內，以滿足其短時間的打印需求；

c：當前層打印結束后，所述小幅升降裝置帶動打印頭沿z軸提升一個打印層的高度，然后開始進行下一層的打印，如此循環一定的層數；

d：當所述打印頭在小幅升降裝置驅動下提升數個打印層高度后達到小幅升降裝置設定的高度時，對應的工作臺在升降裝置的驅動下下降一定的高度，打印頭在小幅升降裝置的帶動下下降同樣的高度,再重復步驟b至步驟c，實現高度較大產品的3d打印。

如上所述的一種超大型3d打印方法，其特征在于：所述龍門式走行機構上安裝有用于放置工具和材料的工具庫，所述龍門式走行機構的橫梁上設有可沿x軸移動并能夠抓取工具庫中的工具或者材料進行工作的機械手，所述工具庫放置有預埋配件以及用于超聲波拋光、超聲波焊接、纖維纏繞的工具及相應材料；

在步驟b至步驟c中，當打印到放置預埋配件的設定位置時，所述的機械手抓取并預埋相關的預埋配件在打印件中；

在步驟b至步驟c中，當內外表面有拋光要求時，所述的機械手抓取超聲波拋光工具將所需拋光位置上已打印部分的表面進行超聲波拋光；

在步驟b至步驟c中，當打印到設定的焊接位置時，所述的機械手抓取超聲波焊接工具將設定位置上已打印部分進行超聲波焊接；

在步驟b至步驟c中，當打印到設定的玻璃鋼化處理位置時，所述的機械手抓取纖維纏繞工具和材料將設定位置上已打印部分進行玻璃鋼化處理。

與現有技術相比，本發明有如下優點：

1、通過工作臺的升降配合，從而實現高度較大產品的3d打印，而打印寬度由龍門式走行機構的橫梁跨度來決定，其寬度可以達到幾米到上百米，而打印長度則通過龍門式走行機構沿y軸移動的距離長度決定，從而實現超大型物品(如建筑、船舶、飛機、汽車等)的打印。

2、所述的工作臺有一個或以上，每個工作臺可由一個或者多個升降裝置帶動其沿向移動實現其高度方向的變化，使得不同的工作臺可以具有相同或不同的高度，并且每個工作臺與水平面之間的角度都可以分別進行調節，這樣就可以實現不同高度水平面甚至將工作臺傾斜一定角度等多種形式的打印方式。

3、所述供料系統包括小料斗和大料斗，在所述的小料斗內的打印物料低于設定值時，所述的大料斗往小料斗內輸送打印物料，所述大料斗固定在龍門式走行機構的支腿上方，用于主要打印物料的儲存，而小料斗主要是為打印頭提供即時打印物料。這樣既可解決當打印件面積大，如果物料在打印系統以外通過管道輸送則將導致輸送管道長度的增長所帶來的輸送困難、輸送能耗高等問題，也減少了當所有物料放在龍門式走行機構橫梁上，將增大龍門式走行機構橫梁壓力而帶來的一系列問題。

4、通過小幅升降裝置控制打印頭相對其做小幅升降，從而保證3d打印的精度，同時實現了超大型物品的打印，提升了3d打印的生產效率，降低了打印過程的能源消耗，也縮短了生產周期。

【附圖說明】

下面結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步詳細說明，其中：

圖1是本發明一種超大型3d打印系統的結構示意圖；

圖2是多個工作臺及其對應的升降裝置的結構示意圖。

【具體實施方式】

下面結合附圖對本發明作進一步描述：

如圖1至圖2所示的一種超大型3d打印系統，包括設在x軸方向上并可沿y軸移動的龍門式走行機構1，所述龍門式走行機構1兩支腿之間設有可沿z軸升降的工作臺2，所述龍門式走行機構1上設有3d打印裝置3，所述3d打印裝置3包括打印頭31，以及用于安裝打印頭31并能驅動打印頭31旋轉和沿z軸移動的小幅升降裝置32，所述小幅升降裝置32設在龍門式走行機構1橫梁上并可沿x軸移動，所述的3d打印裝置3還包括能為打印頭31輸送打印物料的供料系統33。3d打印過程中，所述的小幅升降裝置32帶動打印頭31沿x軸移動，所述龍門式走行機構1帶動小幅升降裝置32和打印頭31一起做y軸移動，從而實現打印構件8在一個平面層的打印；所述的小幅升降裝置32能夠帶動打印頭31在z軸上做小幅的升降移動，當當前層打印結束后，所述小幅升降裝置32帶動打印頭31沿z軸提升一個打印層的高度，然后開始進行下一層的打印，如此循環一定的層數；當所述打印頭31在小幅升降裝置32驅動下提升數個打印層高度后達到小幅升降裝置32設定的高度時，對應的工作臺2在z軸方向上下降一定的高度，打印頭31在小幅升降裝置32的帶動下下降同樣的高度,再重復上述打印過程。通過小幅升降裝置32控制打印頭31相對其做小幅升降，從而保證3d打印的精度，同時通過工作臺2的升降配合，從而實現高度較大產品的3d打印，而打印寬度由龍門式走行機構1的橫梁跨度來決定，其寬度可以達到幾米到上百米，而打印長度則通過龍門式走行機構1沿y軸移動的距離長度決定，從而實現超大型物品(如建筑、船舶、飛機、汽車等)的打印。

所述的工作臺2有一個或者一個以上，每個所述的工作臺2上連接有能驅動其沿z軸移動，以及驅動其相對水平面轉動傾斜的升降裝置4，每個工作臺2可由一個或者多個升降裝置4帶動其沿z向移動實現其高度方向的變化，使得不同的工作臺2可以具有不同的高度，如打印房屋時，由于洗手間的沉箱需要低于房屋的地面一定的高度，則可以采用多個升降工作臺2，從而避免地面部分要懸空起來打印困難的問題；并且每個工作臺2與水平面之間的角度都可以分別進行調節，如在懸空式打印時可以將工作臺2傾斜，從而可以實現無需支架支撐實現懸空打印；這樣就可以實現不同高度水平面甚至將工作臺2傾斜一定角度等多種形式的打印方式。

所述供料系統33包括安裝在龍門式走行機構1的橫梁上且可沿x軸移動的、并用于提供即時打印物料的小料斗331，以及安裝在龍門式走行機構1的支腿上方的并用于儲存打印物料的大料斗332，在所述的小料斗331內的打印物料低于設定值時，所述的大料斗332往小料斗331內輸送打印物料。所述大料斗332固定在龍門式走行機構1的支腿上方，用于主要打印物料的儲存，而小料斗331主要是為打印頭31提供即時打印物料，這樣既可解決當打印面積大，如果物料在打印系統以外通過管道輸送則將導致輸送管道長度的增長，也減少了當所有物料放在龍門式走行機構1橫梁上，其移動時給龍門式走行機構1橫梁壓力增大而帶來的一系列問題。

所述的小幅升降裝置32沿x軸移動的寬度介于0至100m之間，使得打印寬度能夠滿足超大型產品的打印，同時隨著大型龍門式走行機構技術的發展，所述的小幅升降裝置32沿x軸移動的寬度還可以在100m以上；所述的打印頭31沿z軸的移動的范圍介于0至3m之間，且旋轉角度介于0至360度之間，從而使得打印頭31沿z軸的移動的同時保證打印精度。另外，由于打印頭31相對小料斗331的高度位置變化范圍不大，因此，可以較為方便的將材料輸送到打印頭31。

所述的超大型3d打印系統還包括導軌7，所述龍門式走行機構1兩支腿上分別設有與導軌7相配合從而使得龍門式走行機構1沿y軸移動的移動部11，所述龍門式走行機構1沿y軸移動的長度主要取決于導軌7的安裝長度，其介于0至200m之間，使得打印長度能夠滿足超大型產品的打印，所述的超大型3d打印系統的打印長度可以隨著導軌7的增加實現無限延長。

所述工作臺2沿z軸移動的高度介于0至50m之間，實現超大高度的打印，從而解決了當前3d打印普遍存在的不能實現超大高度(>6m)的物品打印的問題。

所述龍門式走行機構1支腿上安裝有用于放置工具和材料的工具庫5，所述工具庫5中放置有預埋配件以及用于超聲波拋光、超聲波焊接、纖維纏繞的工具以及相應材料，所述龍門式走行機構1的橫梁上設有可沿x軸移動并能夠抓取工具庫5中的工具或者材料進行工作的機械手6，從而使得在打印的過程中能夠進行拋光、焊接與表面纖維纏繞等工作，能夠極大地提高3d打印的生產效率。

一種超大型3d打印方法，包括以下步驟：

a：啟動上述的超大型3d打印系統；

b：所述的打印頭31由龍門式走行機構1、小幅升降裝置32帶動做x、y方向的運動以實現當前層的打印，在此步驟中當所述供料系統33中的小料斗331內的原料消耗到一定程度達到設定值時，大料斗332輸送原料到小料斗331內，以滿足其短時間的打印需求；

c：當前層打印結束后，所述小幅升降裝置32帶動打印頭31沿z軸提升一個打印層的高度，然后開始進行下一層的打印，如此循環一定的層數；

d：當所述打印頭31在小幅升降裝置32驅動下提升數個打印層高度后達到小幅升降裝置32設定的高度時，對應的工作臺2在升降裝置4的驅動下下降一定的高度，打印頭31在小幅升降裝置32的帶動下下降同樣的高度,再重復步驟b至步驟c，實現高度較大產品的3d打印。

在步驟b至步驟c中，當打印到放置預埋配件的設定位置時，所述的機械手6抓取并預埋相關的預埋配件在打印件中；

在步驟b至步驟c中，當打印到設定的拋光位置時，所述的機械手6抓取超聲波拋光工具將設定位置上已打印部分的表面進行超聲波拋光；

在步驟b至步驟c中，當打印到設定的焊接位置時，所述的機械手6抓取超聲波焊接工具將設定位置上已打印部分進行超聲波焊接；

在步驟b至步驟c中，當打印到設定的玻璃鋼化處理位置時，所述的機械手6抓取纖維纏繞工具和材料將設定位置上已打印部分進行玻璃鋼化處理。

所述的超大型3d打印方法打印精度好，實現了超大型物品的打印，提升了3d打印的生產效率，縮短了生產周期。