一种基于智能制造的3D打印用工业机器人

技术领域

本发明涉及智能制造技术领域，具体为一种基于智能制造的3D打印用工业机器人。

背景技术

3D打印即快速成型技术的一种，又称增材制造，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术，智能制造的3D打印相比传统3D打印更加精细，可利用相关的3D打印机器人对热交换器等精密结构进行打印。

现有技术中，如中国专利申请为：CN114407347A的“一种基于智能制造的3D打印用工业机器人”，包括底座，底座的内侧转动连接有机械手臂，打印装置包括打印转头、第一电容块、第二电容块和圆盘，机械手臂的右侧转动连接有打印转头，打印转头的轴向外侧固定连接有第一电容块，第一电容块的轴向外侧设置有第二电容块，第二电容块的轴向外侧固定连接有圆盘，圆盘与机械手臂为固定连接。

上述专利中，虽然通过第一电机和风筒，解决了风力聚集容易吹动打印体的问题，在打印热交换器时，由于热交换器在工作时的热交换有效性与其表面积相关，表面积增大可有效提高热交换效率，传统热交换器的流体通道之间通过焊接连接，限制了流体通道之间的热交换特征数量和尺寸，降低了热交换表面积，利用螺旋结构创建热交换器时，可降低流体通道之间的焊接，增加热交换面积，进而提升热交换器的换热效率，但是传统的3D打印机器人的喷头为固定设置，无法带动墨盒与喷头整体转动，物料的排布位置较为固定，且大多为单一材料，无法实现多材料螺旋结构的打印。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于智能制造的3D打印用工业机器人，以解决上述背景技术提出的传统的3D打印机器人的喷头为固定设置，无法带动墨盒与喷头整体转动，物料的排布位置较为固定，且大多为单一材料，无法实现多材料螺旋结构打印的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于智能制造的3D打印用工业机器人，包括机械臂组件、打印台和竖板，所述打印台顶部固定连接有液压缸，所述液压缸一侧固定连接有竖板，所述竖板底部与打印台固定连接，所述竖板一侧设置有机械臂组件，所述机械臂组件包括减速箱、平齿轮二和安装件，所述减速箱一侧搭接有支臂，所述支臂底部一侧套接有连接盘二，所述连接盘二一侧传动连接有减速电机二，所述减速电机二一侧与竖板滑动连接，且所述减速电机二底部与液压缸固定连接，所述减速箱内部套接有转动轴，所述转动轴贯穿插设在平齿轮二内部，所述平齿轮二一侧啮合有平齿轮一，所述平齿轮一顶部套接有延伸板，所述延伸板一侧与转动轴固定连接，所述平齿轮一底部固定连接有锥齿轮一，所述锥齿轮一下方设置有打印喷头组件，且所述锥齿轮一底部啮合有锥齿轮二，所述锥齿轮二一侧套接有横条，横条一端与安装件固定连接，所述安装件顶部与转动轴底端固定连接；

所述打印喷头组件包括辅助箱、喷头主体和蜗轮，所述辅助箱底部分别固定连接有支撑板一和支撑板二，所述支撑板一和支撑板二之间插设有蜗杆，且蜗杆的两端分别贯穿支撑板一和支撑板二，所述蜗杆一侧与蜗轮啮合，所述蜗轮内部与喷头主体套接，所述蜗轮底部固定连接有刮板，且所述刮板一侧与喷头主体搭接。

优选的，所述辅助箱一侧固定连接有延伸件，所述延伸件与安装件之间转动连接，所述安装件内腔顶部固定连接有定位块，所述定位块底部与延伸件卡合。

优选的，所述定位块内部插设有限位轴，所述限位轴两端均贯穿延伸件和安装件，且所述限位轴一侧套接有限位块，所述限位块一侧与安装件卡合连接。

优选的，所述支臂顶部一侧与连接盘一固定连接，所述连接盘一一侧传动连接有减速电机一，所述减速电机一的输出轴一端贯穿支臂与减速箱固定连接。

优选的，所述减速箱一侧与支臂搭接，所述减速箱一侧传动连接有驱动电机，所述减速箱与转动轴之间转动连接。

优选的，所述蜗杆两端分别套接有平齿轮三和皮带轮一，所述平齿轮三底部啮合有平齿轮四，所述平齿轮四一侧固定连接有散热扇，所述平齿轮四另一侧套接有支撑架，所述支撑架一侧与支撑板二固定连接。

优选的，所述皮带轮一外部套接有皮带本体一端，所述皮带本体另一端内部套接有皮带轮二，所述皮带轮二一侧与锥齿轮二固定连接。

优选的，所述喷头主体顶部套接有连接台，所述喷头主体内部固定连接有导向筒，所述导向筒内部贯穿有料管一和料管二，所述料管一底部固定连通有环形管一。

优选的，所述料管二上安装有电磁阀，所述电磁阀一侧固定连通有环形管二，所述环形管二和环形管一底部安装有排液口。

优选的，所述喷头主体内腔底部固定连接有内置管，所述内置管内壁上固定连接有挡块，所述挡块一侧固定连接有芯管，所述芯管套设在料管二外部。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明中，转动轴底部与安装件固定连接，在转动轴转动时可带动安装件转动，进而驱动喷头主体和辅助箱在减速箱底部的转动，喷头主体以转动轴的轴心转动，可对喷出的物料进行旋转处理，实现多材料螺旋结构的打印，利用平齿轮三可驱动平齿轮四转动，进而实现散热扇和平齿轮四的同步转动，散热扇转动可加速喷头主体一侧的空气流通，加速喷头主体表面的热量挥发，实现对喷头主体的降温辅助。

本发明中，蜗杆与蜗轮之间啮合连接，在蜗杆转动时可驱动蜗轮沿喷头主体的轴心转动，刮板顶部与蜗轮固定连接，在蜗轮转动时可带动刮板沿喷头主体外部转动，对喷头主体表面残留的物料进行刮除，从而减少物料在刮板表面的残留，提高对喷头主体表面的清洁效果，避免后续物料持续增大对喷头主体底部产生的堵塞。

3、本发明中，限位轴一端贯穿定位块和延伸件后与限位块套接，限位块一侧与安装件卡合，可实现对限位轴末端的限位，实现延伸件和安装件的连接，延伸件底部与喷头主体连接，完成喷头主体在安装件底部的组装，将限位轴分别与限位块、定位块分离，便于后续喷头主体损坏后在安装件底部的快速拆卸更换。

附图说明

图1为本发明一种基于智能制造的3D打印用工业机器人的整体结构示意图；

图2为本发明一种基于智能制造的3D打印用工业机器人的支臂结构安装示意图；

图3为本发明一种基于智能制造的3D打印用工业机器人的锥齿轮一结构连接示意图；

图4为本发明一种基于智能制造的3D打印用工业机器人的锥齿轮二结构示意图；

图5为本发明一种基于智能制造的3D打印用工业机器人的皮带轮一与锥齿轮二连接结构示意图；

图6为本发明一种基于智能制造的3D打印用工业机器人的定位块结构安装示意图；

图7为本发明一种基于智能制造的3D打印用工业机器人的散热扇结构安装示意图；

图8为本发明一种基于智能制造的3D打印用工业机器人的导向筒结构安装示意图；

图9为本发明一种基于智能制造的3D打印用工业机器人的环形管一结构示意图；

图10为本发明一种基于智能制造的3D打印用工业机器人的芯管结构安装示意图。

图中：

1、机械臂组件；11、减速箱；111、转动轴；112、延伸板；113、平齿轮一；114、锥齿轮一；115、平齿轮二；116、锥齿轮二；12、安装件；13、连接盘一；131、减速电机一；14、支臂；15、连接盘二；151、减速电机二；16、限位轴；17、定位块；18、限位块；19、延伸件；2、打印喷头组件；21、辅助箱；22、皮带轮一；221、皮带本体；222、皮带轮二；23、支撑板一；24、喷头主体；241、蜗轮；242、连接台；243、刮板；244、内置管；245、料管一；246、料管二；247、环形管一；248、电磁阀；249、环形管二；25、挡块；26、支撑板二；261、平齿轮三；262、支撑架；263、平齿轮四；264、散热扇；27、导向筒；28、蜗杆；29、芯管；3、打印台；4、液压缸；5、竖板；6、驱动电机。

实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施条例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

参照图1-6所示：一种基于智能制造的3D打印用工业机器人，包括机械臂组件1、打印台3和竖板5，打印台3顶部固定连接有液压缸4，液压缸4一侧固定连接有竖板5，竖板5底部与打印台3固定连接，竖板5一侧设置有机械臂组件1，机械臂组件1包括减速箱11、平齿轮二115和安装件12，减速箱11一侧搭接有支臂14，支臂14底部一侧套接有连接盘二15，连接盘二15一侧传动连接有减速电机二151，减速电机二151一侧与竖板5滑动连接，且减速电机二151底部与液压缸4固定连接，减速箱11内部套接有转动轴111，转动轴111贯穿插设在平齿轮二115内部，平齿轮二115一侧啮合有平齿轮一113，平齿轮一113顶部套接有延伸板112，延伸板112一侧与转动轴111固定连接，平齿轮一113底部固定连接有锥齿轮一114，锥齿轮一114下方设置有打印喷头组件2，且锥齿轮一114底部啮合有锥齿轮二116，锥齿轮二116一侧套接有横条，横条一端与安装件12固定连接，安装件12顶部与转动轴111底端固定连接；

延伸件19与安装件12之间转动连接，安装件12内腔顶部固定连接有定位块17，定位块17底部与延伸件19卡合；定位块17内部插设有限位轴16，限位轴16两端均贯穿延伸件19和安装件12，且限位轴16一侧套接有限位块18，限位块18一侧与安装件12卡合连接。

支臂14顶部一侧与连接盘一13固定连接，连接盘一13一侧传动连接有减速电机一131，减速电机一131的输出轴一端贯穿支臂14与减速箱11固定连接；减速箱11一侧与支臂14搭接，减速箱11一侧传动连接有驱动电机6，减速箱11与转动轴111之间转动连接

本实施例中，竖板5底部与打印台3固定连接，利用打印台3为竖板5底部进行支撑，竖板5一侧开设有导向槽，减速电机二151一侧安装有辅助架，辅助架卡合在导向槽内与导向槽之间滑动连接，在利用液压缸4顶部驱动连接盘二15升降时，减速电机二151一侧的辅助架在导向槽内部滑动，液压缸4底部与打印台3固定连接，便于液压缸4在打印台3顶部的稳定安装和使用，支臂14的两端分别与连接盘一13和连接盘二15连接，减速电机二151的端盖与连接盘二15一侧固定连接，减速电机二151的输出轴一端与支臂14一侧固定连接，在利用减速电机二151驱动支臂14转动时，支臂14可在连接盘二15远离减速电机二151的一侧转动，支臂14另一端位于连接盘一13和减速箱11之间，且减速电机一131的输出轴一端贯穿支臂14后与减速箱11一侧固定连接，支臂14为连接盘一13和减速电机一131的安装和使用进行支撑，在减速电机一131的输出轴转动时，可驱动减速箱11在支臂14一侧转动，改变减速箱11的倾斜角度，进而改变减速箱11下方喷头主体24的倾斜角度，利用驱动电机6可驱动转动轴111的转动，利用转动轴111和安装件12的固定连接，可实现安装件12和打印喷头组件2在减速箱11底部的转动调节，在喷头主体24转动时，辅助箱21随喷头主体24转动，辅助箱21内部安装有墨盒，可对喷头主体24内部物料的持续供应，实现连续出料，进而随喷头主体24的转动可实现物料的转动输出，完成螺旋打印功能；

定位块17顶部与安装件12固定连接，定位块17外壁与安装件12内壁之间存在安装腔，在该安装腔内插入延伸件19，可使延伸件19的外侧壁与安装件12的内壁搭接，延伸件19上开设有安装孔，将限位轴16一端依次穿过安装件12和延伸件19的安装孔后插入定位块17内，贯穿定位块17后可与限位块18套接，利用限位轴16实现定位块17、延伸件19和安装件12的连接，延伸件19侧壁与辅助箱21固定连接，可实现打印喷头组件2在减速箱11下方的整体安装和拆卸。

实施例二

根据图2、图3、图4、图5、图6和图7所示，打印喷头组件2包括辅助箱21、喷头主体24和蜗轮241，辅助箱21底部分别固定连接有支撑板一23和支撑板二26，支撑板一23和支撑板二26之间插设有蜗杆28，且蜗杆28的两端分别贯穿支撑板一23和支撑板二26，蜗杆28一侧与蜗轮241啮合，蜗轮241内部与喷头主体24套接，蜗轮241底部固定连接有刮板243，且刮板243一侧与喷头主体24搭接。

同时，辅助箱21安装在喷头主体24一侧，辅助箱21底部与支撑板一23和支撑板二26固定连接，蜗杆28安装在支撑板一23和支撑板二26之间，使蜗杆28在支撑板一23和支撑板二26之间的稳定转动，蜗杆28与蜗轮241啮合，利用蜗杆28的转动驱动喷头主体24外部蜗轮241的转动调节，蜗轮241底部的刮板243随蜗轮241沿喷头主体24的轴心转动，实现对喷头主体24外壁的刮除清洁，减少物料在喷头主体24外壁上的残留。

实施例三

根据图3、图4和图7所示，蜗杆28两端分别套接有平齿轮三261和皮带轮一22，平齿轮三261底部啮合有平齿轮四263，平齿轮四263一侧固定连接有散热扇264，平齿轮四263另一侧套接有支撑架262，支撑架262一侧与支撑板二26固定连接。

皮带轮一22外部套接有皮带本体221一端，皮带本体221另一端内部套接有皮带轮二222，皮带轮二222一侧与锥齿轮二116固定连接。

同时，蜗杆28的两端分别安装平齿轮三261和皮带轮一22，皮带轮一22与皮带轮二222之间通过皮带本体221传动连接，在转动轴111和平齿轮二115转动时，可驱动平齿轮一113转动，平齿轮一113驱动锥齿轮一114转动，进而驱动锥齿轮二116的转动，由于锥齿轮二116一侧与皮带轮二222固定连接，因此在锥齿轮二116转动时可驱动皮带轮二222转动，皮带轮二222在皮带本体221的作用下驱动皮带轮一22转动，进而驱动蜗杆28转动，利用蜗杆28与平齿轮三261的转动，驱动平齿轮四263的转动，从而实现散热扇264的转动，加速喷头主体24的散热。

实施例四

根据图7、图8、图9和图10所示，喷头主体24顶部套接有连接台242，喷头主体24内部固定连接有导向筒27，导向筒27内部贯穿有料管一245和料管二246，料管一245底部固定连通有环形管一247。

料管二246上安装有电磁阀248，电磁阀248一侧固定连通有环形管二249，环形管二249和环形管一247底部安装有排液口。

喷头主体24内腔底部固定连接有内置管244，内置管244内壁上固定连接有挡块25，挡块25一侧固定连接有芯管29，芯管29套设在料管二246外部。

同时，连接台242侧壁上开设有导向孔，可辅助物料进入连接台242内部，从而与喷头主体24内部连通，可为物料进入喷头主体24内部进行导向，导向筒27可为料管一245和料管二246外部包裹保护，连接台242内部设置有加热结构，可辅助物料的熔化，熔化成液态的物料分别注入料管一245和料管二246内，环形管一247和环形管二249可分别将不同的物料送入喷头主体24内部的不同空腔内，电磁阀248安装在上下两根料管二246之间，可控制两根料管二246的连通，当两根料管二246连通时，物料进入芯管29内，当两根料管二246不连通时，物料可经过电磁阀248进入环形管二249内，通过环形管二249底部排出，进入挡块25一侧的空腔内，从喷头主体24底部挤出，物料排出后经过降温固化成型，完成打印。

本装置的使用方法及工作原理：首先整个机器人外接控制电源和开关，利用控制结构，可驱动机器人的工作，利用液压缸4驱动连接盘二15上移，此时减速电机二151靠近竖板5的一侧沿竖直方向移动，调节支臂14和打印喷头组件2的使用高度，减速电机一131和减速电机二151的端盖分别与连接盘二15和连接盘一13固定连接，利用减速电机二151驱动支臂14在连接盘二15一侧转动，可调节支臂14与竖板5之间形成的角度，利用减速电机一131驱动支臂14一侧的减速箱11转动，可调节安装件12与支臂14之间的倾斜角度，减速箱11内部安装有驱动齿轮组，当减速驱动电机6的输出轴与驱动齿轮组的输入端连接，齿轮组的输出端与转动轴111连接，利用减速驱动电机6驱动减速箱11内部的驱动齿轮组转动时，转动轴111顶部在减速箱11内部转动，转动轴111带动安装件12和打印喷头组件2在减速箱11下方整体旋转，在转动轴111转动时平齿轮二115与转动轴111同步转动，平齿轮二115驱动平齿轮一113自转，由于平齿轮一113顶部与延伸板112套接，延伸板112一侧与转动轴111固定连接，在转动轴111转动时，延伸板112沿转动轴111的轴心转动，因此可实现平齿轮一113沿转动轴111轴心的公转，在平齿轮一113与锥齿轮一114同步转动，利用锥齿轮一114与锥齿轮二116啮合，可驱动锥齿轮二116的转动，进而实现锥齿轮二116和皮带轮二222的转动，在皮带本体221的传动作用下驱动皮带轮一22转动，皮带轮一22转动后可带动蜗杆28在支撑板一23和支撑板二26之间转动连接；

将物料通过连接台242一侧的导向孔后进入喷头主体24内，不同的物料经过加热处理后分别进入料管二246和料管二246内，利用电磁阀248可调节物料下移的方向，使物料沿料管二246下移进入芯管29内或进入环形管二249内，通过环形管二249排出后进入料管一245和内置管244围成的空腔内，另一种物料通过料管一245进入环形管一247内，通过环形管一247排出后进入内置管244与喷头主体24内壁围成的环形空腔内，通过喷头主体24排出不同的物料，在喷头主体24转动时，可实现螺旋打印，喷头主体24不转动时，可实现传统线状结构的打印，上述中的物料即为3D打印时所使用的耗材，在利用喷头主体24完成3D打印后，将成品从打印台3顶部取下，排出喷头主体24内部的余料，余料掉落在打印台3上汇集，在喷头主体24使用时，蜗杆28的转动可驱动蜗轮241在喷头主体24外部转动，刮板243沿喷头主体24外壁移动，刮板243的转动速度与喷头主体24的转动速度之间存在速度差，而刮板243一侧与喷头主体24外壁贴合，从而在刮板243转动时可实现刮板243对喷头主体24表面的刮除，减少喷头主体24表面物料的残留；

在蜗杆28转动时，平齿轮三261与蜗杆28同步转动，利用平齿轮三261与散热扇264的啮合，可驱动散热扇264在支撑架262一侧的转动，进而驱动散热扇264和平齿轮四263的同步转动，利用散热扇264的转动加速喷头主体24的散热，辅助物料的冷却凝固，散热扇264与喷头主体24外壁之间的空隙较大，在刮板243移动到喷头主体24和散热扇264之间时，散热扇264不会与刮板243接触，可保证刮板243的正常转动调节，对喷头主体24表面处理结束后，可利用细针将残余在喷头主体24里面的余料挑出，防止喷头主体24内部的堵塞，利于喷头主体24的后续使用，在安装件12一侧取下限位块18，限位轴16末端与限位块18分离，将限位块18从定位块17和延伸件19内部抽出，将延伸件19和辅助箱21下移，可将喷头主体24与安装件12拆卸分离，对喷头主体24进行更换。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。