一种上下并置对接型水下3D打印机

技术领域

本发明涉及水下机器人技术领域，尤其是涉及一种上下并置对接型水下3D打印机。

背景技术

3D打印是一种基于材料堆积法的快速成型技术，可实现快速建造，创造出大量传统建筑工艺不易建造甚至无法实现的新型建筑结构。3D打印诞生于20世纪80年代后期，又被称为增材制造、快速成型。3D打印技术的引入，把建筑业带入数字领域，扩大了建筑设计和建筑的可能性。与传统建筑工艺相比，3D打印技术具有施工周期短、建造工艺简洁、降低劳动强度、促进文明施工等优势。

3D打印技术在我国已经涉及各个领域，但对水下3D打印技术的探索尚未开始，本发明涉及水下3D打印机，3D打印机直接利用海水资源，打印机中的纺丝剂遇海水发生固化，形成丝状，构成想要的结构。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种上下并置对接型水下3D打印机。本发明的动力装置和打印装置可进行拆分，通过上下连接、松开分离的形式进行对接和分离；由于动力装置内动力料和打印装置内纺丝料两者消耗的速率不一致，因此，当二者中有一舱先消耗掉材料后，可以通过对接部件脱开的形式分离，在水下将准备好的备用动力装置或打印装置中选择再进行连接，之后可以继续不间断工作。比原有的设计效率更高，机动性更强。由于不需要浮出水面人工更换，而是采用水下自动更换，更隐蔽，智能程度更高；该水下打印机可以实现水下3D打印，填补了我国水下3D打印的空白；本发明水下3D打印机，可快速构件立体，适合用在深水区进行建造，体积小不易被雷达探测。

为解决上述技术问题，发明采用如下的技术方案：

一种上下并置对接型水下3D打印机，包括前进动力装置、打印装置和控制模块；

所述动力装置从右到左依次包括第一机动舱、动力料存储舱和动力反应舱；所述动力反应舱上固设供水装置；

所述动力反应舱与动力料存储舱用隔板隔开，且动力料存储舱内的动力料可进入动力反应舱；所述动力反应舱的尾部设有喷射向前推进器；

所述第一机动舱内设有第一电力推动装置，该第一电力推动装置包括第一电动缸、第一伸缩杆和第一活塞，所述第一活塞设置在第一电动缸的左侧，所述第一电动缸通过通过第一伸缩杆与第一活塞右侧端面固定连接，所述第一活塞的左侧端面顶住动力料存储舱内的动力料；

所述控制模块固定在动力装置上；

所述打印装置从右到左依次包括第二机动舱、纺丝剂存储舱和纺丝舱；

所述纺丝舱与纺丝剂存储舱用隔板隔开，且纺丝剂存储舱内的纺丝剂可喷射进入纺丝舱内；所述纺丝舱的左侧为开口设置；

所述第二机动舱内设有第二电力推动装置，该第二电力推动装置包括第二电动缸、第二伸缩杆和第二活塞，所述第二活塞设置在第二电动缸的左侧，所述第二电动缸通过通过第二伸缩杆与第二活塞右侧端面固定连接，所述第二活塞的左侧端面顶住纺丝剂存储舱内的纺丝剂；

所述动力装置的底部和打印装置的顶部通过对接部件可拆卸固定连接。

根据本发明某些实施方式，所述对接部件包括：设置在所述动力装置底部外的对接探针和夹持器；以及设置在打印装置外的对接探针接口和夹持法兰；所述对接探针和对接探针接口形状匹配贴合，所述夹持器和夹持法兰相互匹配可拆卸扣合连接。

根据本发明某些优选实施方式，所述对接部件在动力装置和打印装置之间至少设置两个，以保证并列连接的稳固性。

根据本发明某些实施方式，所述纺丝舱靠近隔板的圆周壁上均匀设置4-6个进水补充口，该进水补充口的开口方向向右。

根据本发明某些实施方式，所述动力料存储舱包括动力料出口阀，所述动力料出口阀位于所述动力料存储舱与动力反应舱之间的隔板上并延伸到所述动力反应舱内，所述动力料存储舱内装有动力料；所述纺丝剂存储舱包括纺丝喷头，所述纺丝喷头位于所述纺丝剂存储舱与纺丝舱之间的隔板上并延伸到所述纺丝舱内，所述纺丝剂存储舱内装有纺丝剂。

根据本发明某些实施方式，所述动力料出口阀为单向阀。

根据本发明某些实施方式，所述动力料是与水能进行反应并产生气体和/或能量的物质。

优选的实施方式，所述动力料选自钠金属颗粒或钠金属粉末与煤油或其他不反应的油类物质形成的凝胶状液体。所述料舱内的动力料采用钠金属颗粒或钠金属粉末与煤油或其他不反应的油类物质形成的凝胶状液体，钠金属颗粒或钠金属粉末均匀悬浮在上述介质之中，通过料舱后部的动力料出口阀喷入至反应舱，与水进行反应，产生气体和/或能量，作为水下航行器的运动能量。

根据本发明某些实施方式，所述纺丝剂选自卡拉胶或海藻酸纤维或其他遇到含有氯离子会发生凝固作用的凝胶状液体。

根据本发明某些实施方式，所述控制模块包括环境感应器、深度感应器、温度感应器、控制器、主控板、能源管理板、无线电台部件、定位模块、姿态传感器模块、电子罗盘模块和电池；所述环境感应器、深度感应器、温度感应器、控制器、主控板、能源管理板、无线电台部件、定位模块、姿态传感器模块、电子罗盘模块和电池均设置于控制模块内。

本发明所记载的任何范围包括端值以及端值之间的任何数值以及端值或者端值之间的任意数值所构成的任意子范围。

如无特殊说明，本发明中的各原料均可通过市售购买获得，本发明中所用的设备可采用所属领域中的常规设备或参照所属领域的现有技术进行。

与现有技术相比较，本发明具有如下有益效果：

本发明的动力装置和打印装置可进行拆分，通过上下夹持连接、松开分离的形式进行对接和分离；由于打印装置内纺丝料和动力装置内的动力料两者消耗的速率不一致，因此，当二者中有一舱先消耗掉材料后，可以通过夹持脱开的形式分离，在水下将准备好的备用动力装置或打印装置中选择再进行连接，之后可以继续不间断工作。比原有的设计效率更高，机动性更强。由于不需要浮出水面人工更换，而是采用水下自动更换，更隐蔽，智能程度更高。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明

图1是本发明中所述水下打印机的剖视示意图；

图2是本发明中所述水下打印机的俯视示意图；

图3是本发明中所述水下打印机的侧视示意图；

图4是本发明中所述水下打印机的后视示意图；

图5是本发明的动力装置和打印装置的对接口展开示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

参见图1-图5所示，作为本发明的一个方面，一种上下并置对接型水下3D打印机，包括前进动力装置100、打印装置200和控制模块300；

所述动力装置100从右到左依次包括第一机动舱110、动力料存储舱120和动力反应舱130；所述动力反应舱130上固设供水装置140；

所述动力反应舱130与动力料存储舱120用隔板隔开，且动力料存储舱120内的动力料121可进入动力反应舱130；所述动力反应舱130的尾部上设有喷射向前推进器131；

所述第一机动舱110内设有第一电力推动装置111，该第一电力推动装置111包括第一电动缸112、第一伸缩杆113和第一活塞114，所述第一活塞114设置在第一电动缸112的左侧，所述第一电动缸112通过通过第一伸缩杆113与第一活塞114右侧端面固定连接，所述第一活塞114的左侧端面顶住动力料存储舱120内的动力料121；

所述控制模块300固定在动力装置100上；

所述打印装置200从右到左依次包括第二机动舱210、纺丝剂存储舱220和纺丝舱230；

所述纺丝舱230与纺丝剂存储舱220用隔板隔开，且纺丝剂存储舱220内的纺丝剂221可喷射进入纺丝舱230内；所述纺丝舱230的左侧为开口设置；

所述第二机动舱210内设有第二电力推动装置211，该第二电力推动装置211包括第二电动缸212、第二伸缩杆213和第二活塞214，所述第二活塞214设置在第二电动缸212的左侧，所述第二电动缸212通过通过第二伸缩杆213与第二活塞214右侧端面固定连接，所述第二活塞214的左侧端面顶住纺丝剂存储舱220内的纺丝剂221；

所述动力装置100的底部和打印装置200的顶部通过对接部件400可拆卸固定连接。可以理解，动力装置100和打印装置200的可拆卸固定方式可采用现有的螺栓固定等方式，为方便动力装置和打印装置之间的脱离；本申请所述对接部件400包括：设置在所述动力装置100底部外的对接探针401和夹持器402；以及设置在打印装置200外的对接探针接口403和夹持法兰404；所述对接探针401和对接探针接口403形状匹配贴合，所述夹持器402和夹持法兰404相互匹配可拆卸扣合连接。为了更好使得对接探针401方便进入对接探针接口403内，所述对接探针接口403的的开口部设置呈锥形槽405，相应的，所述对接探针401的根部设有与锥形槽405能相匹配贴合的锥形座406。

在一种优选实施方式中，所述对接部件400在动力装置100和打印装置200的前端和后端之间设置两个，以保证并列连接的稳固性。

在一种实施方式中，所述纺丝舱230靠近隔板的圆周壁上均匀设置4-6个进水补充口231，该进水补充口231的开口方向向右。可以理解，由于纺丝舱230左侧为开口设置，本发明水下打印机在水下运行时，水流从左侧进入纺丝舱230内会产生一定的涡流，从而对自纺丝喷头222喷出的纺丝剂221形成打印结构有一定的影响，因此，设置进水补充口231，且由于进水补充口231的开口倾斜向右，在水下打印机向右航行的过程中，外界水流更容易从正对的进水补充口231方向进入纺丝舱230，方便纺丝剂221与水接触凝固成型。

在一种实施方式中，所述动力料存储舱120包括动力料出口阀122，所述动力料出口阀122位于所述动力料存储舱120与动力反应舱130之间的隔板上并延伸到所述动力反应舱130内，所述动力料存储舱120内装有动力料121；所述纺丝剂存储舱220包括纺丝喷头222，所述纺丝喷头222位于所述纺丝剂存储舱220与纺丝舱230之间的隔板上并延伸到所述纺丝舱230内，所述纺丝剂存储舱220内装有纺丝剂221。

在一种实施方式中，所述动力料出口阀122为单向阀。

在一种实施方式中，所述动力料121是与水能进行反应并产生气体和/或能量的物质。

在一种实施方式中，所述动力料121选自钠金属颗粒或钠金属粉末与煤油或其他不反应的油类物质形成的凝胶状液体。所述料舱内的动力料采用钠金属颗粒或钠金属粉末与煤油或其他不反应的油类物质形成的凝胶状液体，钠金属颗粒或钠金属粉末均匀悬浮在上述介质之中，通过料舱后部的动力料出口阀喷入至反应舱，与水进行反应，产生气体和/或能量，作为水下航行器的运动能量。

在一种实施方式中，所述纺丝剂221选自卡拉胶或海藻酸纤维或其他遇到含有氯离子会发生凝固作用的凝胶状液体。

在一种实施方式中，所述控制模块300包括环境感应器、深度感应器、温度感应器、控制器、主控板、能源管理板、无线电台部件、定位模块、姿态传感器模块、电子罗盘模块和电池；所述环境感应器、深度感应器、温度感应器、控制器、主控板、能源管理板、无线电台部件、定位模块、姿态传感器模块、电子罗盘模块和电池均设置于控制模块内。

本发明一种上下并置对接型水下3D打印机的工作原理如下：

参见图1-图5所示，本发明水下打印机无初始动力，可由水面舰艇、潜艇、飞机等系统搭载，使用时将其发射到预定位置，通过控制模块300里的环境感应器接收指令；开启第一电动缸112，推动第一连杆113，再推动第一活塞114挤压动力料存储舱120内的动力料121，打开动力反应舱130与动力料存储舱120之间的单向阀122，动力料121即钠金属颗粒或钠金属粉末与煤油或其他不反应的油类物质的凝胶状液体进入动力反应舱130；动力装置100上的供水阀门140打开后进入水到动力反应舱130中，与从动力料存储舱120进入的动力料121混合发生反应，释放气体，并产生大量压力，此时喷射推进器131打开，使得气水混合液体通过喷射推进器131向外喷出，快速推动水下航行器的前进，循环上述过程使得水下航行器即使无外力作用下也有持续前进的动力。在动力反应舱130内发生反应产生气体及压力后，关闭喷射推进器131，可以使水下打印机停止前进。

打开纺丝舱230与纺丝剂存储舱220之间的纺丝喷头222，纺丝剂存储舱220内部装有纺丝剂221，水下无人航行器持续前进时，第二电动缸212带动第二伸缩杆213再带动第二活塞214挤压纺丝剂存储舱220内的纺丝剂221，通过纺丝喷头222喷入到纺丝舱230内，所述纺丝舱230内部通过左侧开口和进水补充口231进水，使水进入纺丝舱230内，与从纺丝剂存储舱220进入的纺丝剂221混合凝固，快速构建立体的固体结构。

当动力料存储舱120内的动力料121或纺丝剂存储舱220内的纺丝剂221使用完毕后，控制对接部件400，通过夹持法兰404和夹持器402的松开而打开动力装置100和打印装置200之间的连接；然后用充满动力料121或纺丝剂221的动力装置100或打印装置200进行相应的替换；可以理解，这些替换组件可以来自水下的母舰，从而实现水下打印的持续进行；

控制模块300依靠环境感应器、深度感应器、温度感应器、控制器、主控板、能源管理板、无线电台部件、定位模块、姿态传感器模块、电子罗盘模块和电池来调整水下航行器的状态，前进、后退、上下浮动的速度以及信息的传输功能。

本发明的动力装置和打印装置可进行拆分，通过上下夹持连接、松开分离的形式进行对接和分离；由于打印装置内纺丝料和动力装置内的动力料两者消耗的速率不一致，因此，当二者中有一舱先消耗掉材料后，可以通过夹持脱开的形式分离，在水下将准备好的备用动力装置或打印装置中选择再进行连接，之后可以继续不间断工作。比原有的设计效率更高，机动性更强。由于不需要浮出水面人工更换，而是采用水下自动更换，更隐蔽，智能程度更高。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。