[实用新型]一种用于结构开挖和衬砌打印的3D打印装置

说明书

本实用新型涉及一种用于结构开挖和衬砌打印的3D打印装置，其中，支撑梁(2)通过倒V型支撑柱(1)与行走车底座(5)连接；机械臂群(6)通过可伸缩旋转柱(61)与连接支撑梁(2)，其包括打印臂、机械臂和出渣通道，从上至下通过三个独立的轴套固定在可伸缩旋转柱(61)上；位于中间的机械臂对结构模型进行钻凿开挖；位于上半部的打印臂在结构模型被开挖处进行打印衬砌；为打印臂供给打印原料的泵料筒(4)固定在支撑梁(2)上；位于下半部出渣通道对着打印臂和机械臂，收集开挖过程中的废料以及打印过程中落下的废渣并排出。本实用新型通过机械臂组中的三个机械臂协作，能实现对结构模型边开挖边打印砌衬。

技术领域

本实用新型涉及实验室复杂大尺度结构模型打印设备领域，尤其涉及一种用于结构开挖和衬砌打印的3D打印装置。

背景技术

工程结构包括土木工程结构、水利工程结构、地下和空间结构等。在现场建造之前，往往需要在实验室尺度下进行相应的模型试验，提供可行性研究的依据。传统结构模型的加工主要依赖于人力，不仅非常耗时，成本较高，且对地质构造的模拟精度方面存在较大误差，不利于模型试验的开展。

传统的3D打印技术，以计算机三维设计模型为蓝本，通过软件分层离散和数控成型系统，利用激光束、热熔喷嘴等方式将金属粉末、陶瓷粉末、塑料、细胞组织等特殊材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成型，制造出实体产品。这种数字化制造模式不需要复杂的工艺、不需要众多的人力，直接从计算机图形数据中便可生成任何形状的零部件，并且精度和质量很高，因而3D打印将是生产制造的一次革命。

实用新型内容

为了克服现有技术存在的测量数据不准确的技术问题，本实用新型提供一种用于结构开挖和衬砌打印的3D打印装置，通过其能够在实验过程中边开挖边进行砌衬打印。

本实用新型的目的通过以下技术方案实现：

本实用新型提供一种用于结构开挖和衬砌打印的3D打印装置，其包括：

倒V型支撑柱、支撑梁、泵料筒、行走车底座、机械臂群；

支撑梁通过倒V型支撑柱与行走车底座连接；机械臂群通过可伸缩旋转柱与连接支撑梁，其包括打印臂、机械臂和出渣通道，从上至下通过三个独立的轴套固定在可伸缩旋转柱上；位于中间的机械臂对结构模型进行钻凿开挖；位于上半部的打印臂在结构模型被开挖处进行打印衬砌；为打印臂供给打印原料的泵料筒固定在支撑梁上；位于下半部出渣通道对着打印臂和机械臂，收集开挖过程中的废料以及打印过程中落下的废渣并排出。

更优选地，所述机械臂群包括：三个伸缩臂；

三个所述伸缩臂从上至下间隔固定在可伸缩旋转柱上，分别构成用于打印衬砌的打印臂、用于开挖的机械臂和出渣通道的一部分；可伸缩旋转柱能够带动每个伸缩臂在垂直方向调节，并且每个伸缩臂在各自高程的平面内独立旋转，每个伸缩臂能够自由地伸缩长度。

更优选地，所述打印臂还包括：进料口和打印喷头；

所述打印臂通过第一个伸缩臂固定在可伸缩旋转柱上半部，第一个伸缩臂连接打印喷头，打印喷头上方设有进料口；所述进料口的位置与所述泵料筒的出口对应。

更优选地，所述机械臂还包括：球铰连接件、机械钻头和转动轴承；

所述机械臂通过第二个伸缩臂固定在可伸缩旋转柱的中部，第二个伸缩臂通过球铰连接件和两个转动轴承连接机械钻头；

两个所述转动轴承能够180°旋转，并且两个转动轴承的旋转平面正交。

更优选地，所述出渣通道位于机械臂群的下半部分，所述出渣通道包括中空的第三个伸缩臂与废物集料斗；第三个伸缩臂固定在可伸缩旋转柱的下半部，伸缩臂的一端与废物集料斗连接，另一端与出渣口相通；所述废物集料斗的上部开口与打印臂的打印喷头以及机械臂上的机械钻头对应。