一种3D墙体打印机器人的制作方法

本实用新型涉及一种3D打印机装置，具体地说是一种3D墙体打印机器人。

背景技术：

目前建筑行业多采用人工箍筋，机械浇灌混凝土，需要耗费大量人力、物力。随着3D打印技术的发展，这种3D建材技术逐渐应用到建筑施工行业，用新型粘和材料的逐层打印取代大量混凝土的浇灌。随着3D打印技术在建筑行业的应用，高压线巡检机器人得到广泛应用。其中，模块化建筑打印机器人为研究的重点内容，但现有建筑打印机器人往往受到成本高、越障能力差、受地理位置气候等条件限制。

如申请公开号为CN105715052A的实用新型专利申请公开了“施工现场打印混凝土的3D房屋打印机及打印方法及房屋”，该系统包括桁车、驱动机构及行走机构、混凝土卸料组件、提升机构、自动控制机构。但存在以下问题：(1)仅仅借用了龙门桁车的结构，只能完成小于桁车本体的房屋打印，因此打印局限性很大；(2)整体体积过大，不便于运输、移动，若打印不同房屋需更改桁车的大小，因此通用性差；(3)整体自由度少，只能完成简单的墙体打印。

技术实现要素：

针对现有技术中墙体打印机器人整体大、整体自由度少以及通用性差等不足，本实用新型要解决的问题是提供一种可实现墙体的全尺寸打印、提高了打印机器人的通用性的3D墙体打印机器人。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

本实用新型一种3D墙体打印机器人，包括基础框架、Z轴移动组件、Y轴固定框架、Y轴移动组件以及打印头组件，其中Z轴移动组件通过驱动装置活动安装于基础框架上，Y轴移动组件通过驱动装置活动安装于Z轴移动组件上，打印头组件设置在Y轴移动组件上，打印头组件通过Y轴移动组件上的穿梭组件控制，在Y轴移动组件上运动。

Z轴移动组件通过固定在基础撑框架上的第一驱动装置连接可沿Z轴方向移动的齿轮齿条机构；Z轴移动组件上通过第二驱动装置经同步带连接可沿Z轴方向移动的Y轴固定框架。

Y轴移动组件包括Y轴运动框架以及穿梭组件，穿梭组件的齿轮同时与Y轴固定支架上的齿条和Y轴运动框架的齿条啮合；穿梭组件的伺服电机通过离合器选择驱动Y轴运动框架移动或驱动同步带带动打印头组件沿Y轴方向运动。

打印头组件包括进料口、物料传送筒、螺旋输送机构以及出料口，其中进料口设于打印头的上方，物料传送筒一端上部连接进料口，另一端连接出料口，物料传送筒内设有螺旋输送机构，螺旋输送机构的入口对应进料口下方，出口对应出料口，螺旋输送机构通过打印头伺服电机驱动。

出料口与物料传送筒为密封转动连接，出料口外设有出料口齿轮；还具出料口旋转驱动电机，其通过驱动齿轮与出料口齿轮啮合。

本实用新型具有以下有益效果及优点：

1.本实用新型的实际作业面积可通过增加减支撑立柱模块、横梁模块、打印头模块的数量而调整，从而优化作业效率，而采用了模块化设计，可显著降低研发与架设成本，并有利于工程预算的评估；横梁可延伸至立柱两侧，因此可实现墙体的全尺寸打印，提高了打印机器人的通用性。

附图说明

图1为本实用新型整体结构示意图；

图2为本实用新型中的Y轴穿梭机构；

图3为本实用新型中的打印头组件整体图；

图4为本实用新型中的螺旋给料结构。

其中，1为基础框架，2为Z轴运动框架，201为第二驱动装置，3为Y轴运动框架，4为Y轴固定框架，401为齿条结构，5为打印头组件，501为进料口，502为螺旋送料机构，503为打印头伺服电机，504为出料口旋转驱动电机，505为出料口，506为物料传送筒，507为出料口齿轮，508为驱动齿轮，6为穿梭组件，601为齿轮，602为伺服电机，603为离合器，604为同步带轮。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型作进一步阐述。

如图1所示，本实用新型一种3D墙体打印机器人，包括基础框架1、Z轴移动组件、Y轴固定框架4、Y轴移动组件以及打印头组件5，其中Z轴移动组件通过驱动装置活动安装于基础框架1上，Y轴移动组件通过驱动装置活动安装于Z轴移动组件上，打印头组件5设置在Y轴移动组件上，打印头组件5通过Y轴移动组件上的穿梭组件控制，在Y轴移动组件上运动。

Z轴移动组件通过固定在基础框架1上的第一驱动装置连接可沿Z轴方向移动的齿轮齿条机构；Z轴移动组件上通过第二驱动装置201经同步带连接可沿Z轴方向移动的Y轴固定框架4。

如图2所示，Y轴移动组件包括Y轴运动4以及穿梭组件6，穿梭组件6的齿轮601同时与Y轴固定支架4上的齿条401和Y轴运动框架3的齿条啮合；穿梭组件6的伺服电机602通过离合器603选择驱动Y轴运动框架3移动或驱动同步带带动打印头组件5沿Y轴方向运动。

如图4所示，打印头组件包括进料口501、物料传送筒506、螺旋输送机构502以及出料口505，其中进料口501设于打印头的上方，物料传送筒506一端上部连接进料口501，另一端连接出料口505，物料传送筒506内设有螺旋输送机构502，螺旋输送机构502的入口对应进料口501下方，出口对应出料口505，螺旋输送机构502通过打印头伺服电机503驱动。

打印头组件5包括进料口501、物料传送筒506、螺旋输送机构502以及出料口505，其中进料口501设于打印头的上方，物料传送筒506一端上部连接进料口501，另一端连接出料口505，物料传送筒506内设有螺旋输送机构502，螺旋输送机构502的入口对应进料口501下方，出口对应出料口505，螺旋输送机构502通过打印头伺服电机503驱动。

如图3所示，出料口505与物料传送筒506为密封转动连接，出料口505外设有出料口齿轮507；还具出料口旋转驱动电机504，其通过驱动齿轮508与出料口齿轮507啮合。

本实用新型整体采用由基础框架1、Z轴移动组件、Y轴移动组件以及打印头组件5构成的墙体打印系统。Z轴运动框架2通过固定在基础框架1上的驱动电机驱动齿轮齿条机构实现Z轴运动框架沿Z轴方向的移动，Z轴运动框架上的驱动电机通过同步带驱动Y轴固定框架4的移动，实现Y轴固定框架的沿Z轴方向上的较大范围的移动，两个驱动方式的结合实现了Y轴固定框架4较大范围的移动。Y方向上的伺服电机可以通过Y轴固定框架4上的齿条结构实现穿梭组件6的运动和Y轴运动框架3的运动，实现可伸缩的运动。Y轴上的伺服电机通过控制穿梭组件6中的离合器603选择驱动Y轴运动框架3移动或驱动同步带带动打印头组件5沿Y轴方向上的运动。通过以上结构实现了打印头在Y轴上的大范围运动，增加了打印头的工作范围，能够顺利打印墙体始末端。打印头出口采用螺旋推料的给料方式，不仅能够保证墙体打印材料能够顺畅而且使墙体打印材料更加均匀。

同时，由于本实用新型出料口505与物料传送筒506为密封转动连接，使出料口505可在竖直平内旋转，使其可以充分打印墙体的始端和末端。

Z轴和Y轴的两个运动单元都采用了可伸缩的两级运动机构，在保证3D墙体打印机工作范围的同时有效减小了墙体打印机自身所占用的空间，为墙体打印机运输和存储提供便利。Y轴运动采用一个驱动电机驱动穿梭机构、Y轴运动框架和同步带的运动，通过控制电磁离合器选择驱动不同的运动部件。