本實(shí)用新型主要涉及數(shù)控加工領(lǐng)域，具體是一種基于機(jī)械臂的混凝土三維打印系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前混凝土三維打印系統(tǒng)大多基于三軸桁車結(jié)構(gòu)，混凝土打印頭附著于三軸桁車之上，這種系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于工作效率高，經(jīng)濟(jì)性較好，而缺陷在于定位精度不高，對(duì)于復(fù)雜形態(tài)或精細(xì)形體很難實(shí)現(xiàn)三維打印，且打印懸空構(gòu)件或橋式構(gòu)件需要打印大量的支撐。

總體來說，目前已有的機(jī)械臂工作系統(tǒng)不足之處有：（1）桁車式混凝土三維打印，精度低，造型能力一般；（2）加工有懸空的物體需要大量支撐，造成材料浪費(fèi)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提出一種基于機(jī)械臂的混凝土三維打印系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)三維打印混凝土的高精度加工與多角度少支撐加工。

本實(shí)用新型提出的基于機(jī)械臂的混凝土三維打印系統(tǒng)，由砂漿攪拌機(jī)、混凝土泵送機(jī)、機(jī)械臂工具端及操作平臺(tái)組成，其中：

砂漿攪拌機(jī)包括攪拌料斗1、料斗旋轉(zhuǎn)把手２和攪拌機(jī)電機(jī)及控制器３，攪拌料斗1連接攪拌機(jī)電機(jī)及控制器３，攪拌料斗1一側(cè)設(shè)置料斗旋轉(zhuǎn)把手２，攪拌料斗1兩側(cè)固定于轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)把手２，能使攪拌料斗1繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)；

混凝土泵送機(jī)包括混凝土泵送料斗8、混凝土泵送螺旋加壓管9和泵送系統(tǒng)電機(jī)及控制器10，混凝土泵送料斗8連接泵送系統(tǒng)電機(jī)及控制器10，混凝土泵送料斗8的出料口連接混凝土泵送螺旋加壓管9一端；

機(jī)械臂工具端包括混凝土泵送高壓管６和混凝土三維打印噴頭７；

操作平臺(tái)包括鋼制操作平臺(tái)５和泵送進(jìn)料口蓋板４；

混凝土泵送料斗8頂部設(shè)置泵送進(jìn)料口蓋板４，砂漿攪拌機(jī)位于鋼制操作平臺(tái)５一側(cè)，鋼制操作平臺(tái)5為框架結(jié)構(gòu)，混凝土泵送料斗8、混凝土泵送螺旋加壓管9和泵送系統(tǒng)電機(jī)及控制器10位于鋼制操作平臺(tái)5內(nèi)，鋼制操作平臺(tái)５頂部開孔，用于設(shè)置泵送進(jìn)料口蓋板４，混凝土泵送螺旋加壓管9另一端連接混凝土泵送高壓管６，混凝土泵送高壓管６連接機(jī)械臂，混凝土三維打印噴頭７位于機(jī)械臂上；攪拌料斗1繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)后，攪拌料斗1的出料口對(duì)準(zhǔn)混凝土泵送料斗8。

本實(shí)用新型的工作過程如下：

本實(shí)用新型是配合機(jī)械臂系統(tǒng)工作的混凝土三維打印系統(tǒng)。在進(jìn)行加工作業(yè)之前，使用鋼制操作平臺(tái)5，將特制的三維打印混凝土粉末（包括高標(biāo)號(hào)混凝土與外加劑）加入砂漿攪拌機(jī)攪拌料斗1中，由攪拌機(jī)電機(jī)及控制器3提供動(dòng)力按照流程進(jìn)行變速攪拌。攪拌完成后，打開泵送進(jìn)料口蓋板4，轉(zhuǎn)動(dòng)料斗旋轉(zhuǎn)把手2，將材料倒入混凝土泵送料斗8中，并由泵送系統(tǒng)電機(jī)及控制器10提供動(dòng)力，通過混凝土泵送螺旋加壓管9，將三維打印混凝土材料擠入混凝土泵送高壓管6，并最終由通過法蘭盤附著于機(jī)械臂上混凝土三維打印噴頭7擠出。進(jìn)行加工作業(yè)時(shí)，混凝土三維打印噴頭的位置與朝向跟隨機(jī)械臂的控制程序控制，混凝土三維打印噴頭7上的節(jié)流閥按照加工需求進(jìn)行流量控制，從而完成打印過程。

本實(shí)用新型的有益效果在于：1. 系統(tǒng)基于機(jī)械臂系統(tǒng)，精度高，可實(shí)現(xiàn)工作范圍內(nèi)空間任意角度及位置的定位加工；2. 混凝土擠出速率可與打印需求進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，滿足更復(fù)雜的混凝土打印要求；3. 利用機(jī)械臂的多角度加工優(yōu)勢(shì)，可以大幅減小支撐的數(shù)量，節(jié)省材料4. 本實(shí)用新型為開放的加工系統(tǒng)，可以依據(jù)加工需求選用不同的機(jī)械臂或行走機(jī)械臂系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)大尺度打印或在場(chǎng)打印。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型軸測(cè)圖；

圖2為本實(shí)用新型送料泵送部分展開軸測(cè)圖。

圖中標(biāo)號(hào)：1為砂漿攪拌機(jī)攪拌料斗；2為料斗旋轉(zhuǎn)把手；3為攪拌機(jī)電機(jī)及控制器；4為泵送進(jìn)料口蓋板；5為鋼制操作平臺(tái)；6為混凝土泵送高壓管；7為混凝土三維打印噴頭；8為混凝土泵送料斗；9為混凝土泵送螺旋加壓管；10為泵送系統(tǒng)電機(jī)及控制器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本實(shí)用新型。

實(shí)施例１：

如圖1所示，本實(shí)用新型由一臺(tái)砂漿攪拌機(jī)、混凝土泵送機(jī)、機(jī)械臂工具端及操作平臺(tái)組成，工具端附著的機(jī)械臂根據(jù)加工需求可選擇不同型號(hào)，砂漿攪拌機(jī)包括攪拌料斗1、料斗旋轉(zhuǎn)把手２和攪拌機(jī)電機(jī)及控制器３，攪拌料斗1由攪拌機(jī)電機(jī)及控制器３控制，攪拌料斗1一側(cè)設(shè)置料斗旋轉(zhuǎn)把手２；混凝土泵送機(jī)包括混凝土泵送料斗8、混凝土泵送螺旋加壓管9和泵送系統(tǒng)電機(jī)及控制器10，混凝土泵送料斗8由泵送系統(tǒng)電機(jī)及控制器10控制，混凝土泵送料斗8的出料口連接混凝土泵送螺旋加壓管9；機(jī)械臂工具端包括混凝土泵送高壓管６和混凝土三維打印噴頭７；操作平臺(tái)包括鋼制操作平臺(tái)５和泵送進(jìn)料口蓋板４；砂漿攪拌機(jī)位于鋼制操作平臺(tái)５一側(cè)，鋼制操作平臺(tái)5為框架結(jié)構(gòu)，混凝土泵送料斗8、混凝土泵送螺旋加壓管9和泵送系統(tǒng)電機(jī)及控制器10位于鋼制操作平臺(tái)5內(nèi)，鋼制操作平臺(tái)５頂部長(zhǎng)方形孔，用于設(shè)置泵送進(jìn)料口蓋板４，進(jìn)料口蓋板4蓋于混凝土泵送料斗8上方，混凝土泵送螺旋加壓管9另一端連接混凝土泵送高壓管６，混凝土泵送高壓管６連接機(jī)械臂，混凝土三維打印噴頭７位于機(jī)械臂上；攪拌料斗1繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)后，攪拌料斗1的出料口對(duì)準(zhǔn)混凝土泵送料斗8。

本實(shí)用新型在開始工作前，首先需要依據(jù)加工需求，選定系統(tǒng)附著的機(jī)械臂類型，并使用為本系統(tǒng)定制的機(jī)械臂動(dòng)作優(yōu)化軟件來生成機(jī)械臂動(dòng)作控制程序與打印流量控制程序，將程序輸入至機(jī)械臂及本系統(tǒng)中并開始運(yùn)行。首先是材料準(zhǔn)備，按照加工要求配置特定性能的混凝土粉末,登上鋼制操作平臺(tái)5將材料加入砂漿攪拌機(jī)攪拌料斗1中，料斗體積400L，可一次性加工0.3m3的混凝土材料；由攪拌機(jī)電機(jī)及控制器3提供動(dòng)力按照流程進(jìn)行變速攪拌，功率4kw，轉(zhuǎn)速30-180r/min,攪拌時(shí)間根據(jù)要求為10-20分鐘不等。攪拌完成后，打開泵送進(jìn)料口蓋板4，轉(zhuǎn)動(dòng)料斗旋轉(zhuǎn)把手2，分次將材料倒入混凝土泵送料斗8中。料斗容積為100L，并由泵送系統(tǒng)電機(jī)及控制器10提供動(dòng)力，功率10kw，轉(zhuǎn)速10-100r/min,通過混凝土泵送螺旋加壓管9，將三維打印混凝土材料擠入混凝土泵送高壓管6，Φ32mm，6MP,并最終由通過法蘭盤附著于機(jī)械臂上混凝土三維打印噴頭7擠出。根據(jù)不同的打印精度要求，可選5-30mm不同直徑的噴頭用進(jìn)行加工作業(yè)，混凝土三維打印噴頭的位置與朝向跟隨機(jī)械臂的控制程序控制，打印噴頭7上的節(jié)流閥按照加工需求進(jìn)行流量控制，流量為0.05-0.5L/s。整套系統(tǒng)依照加工流程基于機(jī)械臂完成打印過程。