船舶智能防振3d打印的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及3D打印機(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種船舶智能防振3D打印機(jī)。本發(fā)明的3D打印機(jī)由打印機(jī)構(gòu)和隔震平臺(tái)構(gòu)成；打印機(jī)構(gòu)由打印噴頭、平移桿、升降桿和轉(zhuǎn)盤組成；隔震平臺(tái)由上平臺(tái)、下平臺(tái)及連接上、下平臺(tái)的作動(dòng)桿構(gòu)成；通過精確控制轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)，平移桿在升降桿上的上下移動(dòng)，打印噴頭在平移桿上的水平移動(dòng)可進(jìn)行空間三維尋點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)三維打??；隔震平臺(tái)多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的作動(dòng)桿通過柔性球鉸兩端分別連接上平臺(tái)和下平臺(tái)；船體等物體的多自由度的干擾振動(dòng)被作動(dòng)桿改變?yōu)楠?dú)立的單方向振動(dòng)，并被作動(dòng)桿隔離。本發(fā)明解決了3D打印機(jī)的防震問題；可以應(yīng)用于震動(dòng)環(huán)境的3D打印中。
【專利說明】船舶智能防振3D打印機(jī)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及3D打印機(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種船舶智能防振3D打印機(jī)。

【背景技術(shù)】
[0002] 3D打印，即快速成形技術(shù)的一種，它通過軟件把3D數(shù)字模型進(jìn)行分層離散化處 理，然后運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合性材料，通過逐層堆積的方式來(lái)構(gòu)造實(shí)體。3D打印 技術(shù)屬于一種加式制造范疇，有別于傳統(tǒng)的減式制造范疇，能夠更好的節(jié)約生產(chǎn)原料。在面 向個(gè)性化和特定性服務(wù)制造要求的推動(dòng)之下，3D打印已經(jīng)開始應(yīng)用在模具生成、個(gè)性化產(chǎn) 品生產(chǎn)、醫(yī)療、軍事等方面。隨著即使的發(fā)展，3D打印機(jī)的應(yīng)用需求也越來(lái)越廣。
[0003] 目前，在不規(guī)則震動(dòng)的船舶等環(huán)境中，也存在著對(duì)3D打印機(jī)的需求。但是，目前所 能見到的3D打印機(jī)并不具備防振能力；無(wú)法適用于船舶等震動(dòng)的環(huán)境中。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明解決的技術(shù)問題在于提供一種夠在船舶振動(dòng)環(huán)境下平穩(wěn)使用的3D打印 機(jī)。
[0005] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是：
[0006] 所述的3D打印機(jī)由打印機(jī)構(gòu)和隔震平臺(tái)構(gòu)成；所述的打印機(jī)構(gòu)由打印噴頭、平 移桿、升降桿和轉(zhuǎn)盤組成；所述的隔震平臺(tái)由上平臺(tái)、下平臺(tái)及連接上、下平臺(tái)的作動(dòng)桿構(gòu) 成；
[0007] 兩升降桿對(duì)稱、垂直固定安裝于隔震平臺(tái)的上平臺(tái)的兩側(cè)；平移桿的兩端分別安 裝于兩升降桿上，且水平設(shè)置、可在升降桿上上下滑動(dòng)；打印噴頭安裝在平移桿上并可在平 移桿兩端之間來(lái)回滑動(dòng)；用于安置打印實(shí)體的轉(zhuǎn)盤安裝隔震上平臺(tái)的正上方，且可繞垂直 于隔震平臺(tái)上平臺(tái)與轉(zhuǎn)盤的中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)；3D打印噴頭用于熔融打印材料并擠噴物料；通過 精確控制轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)，平移桿在升降桿上的上下移動(dòng)，打印噴頭在平移桿上的水平移動(dòng)可 進(jìn)行空間三維尋點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)三維打??；
[0008] 所述的隔震平臺(tái)的下平臺(tái)可固定在平整的船體等上；多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的作動(dòng)桿通過 柔性球鉸兩端分別連接上平臺(tái)和下平臺(tái)；船體等物體的多自由度的干擾振動(dòng)被作動(dòng)桿改變 為獨(dú)立的單方向振動(dòng)，并被作動(dòng)桿隔離。
[0009] 所述的隔震平臺(tái)的作動(dòng)桿為6個(gè)，相鄰作動(dòng)桿之間的夾角為90° ;與上下平臺(tái)相 連的柔性球鉸分別圓周分布于上下平臺(tái)。
[0010] 所述的上平臺(tái)的半徑、下平臺(tái)的半徑、作動(dòng)桿的長(zhǎng)度的值之比為VL VL#。
[0011] 所述的作動(dòng)桿內(nèi)部的隔振單元由磁流變液阻尼器或壓電陶瓷片疊堆而成的壓電 堆棧構(gòu)成；還配置力傳感器、加速度傳感器、信號(hào)采集、信號(hào)處理模塊、功率放大模塊等功能 性部件；信號(hào)采集單元獲取下平臺(tái)的三維加速度和作用力信號(hào)，經(jīng)過信號(hào)處理、運(yùn)算，輸出 主動(dòng)控制率，經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換和功率放大后輸入隔振單元，迅速的調(diào)整磁流變液阻尼器的參 數(shù)，較好的抑制不同程度的振動(dòng)。
[0012] 所述作動(dòng)桿中的磁流變液阻尼器由腔體、活塞桿、活塞、擋板等幾個(gè)部分組成；活 塞中的橫向通道是在活塞頭上直接加工一個(gè)通孔形成的，流經(jīng)這里的磁流變液將受到磁場(chǎng) 強(qiáng)度的作用產(chǎn)生阻尼力；活塞頭下端的凹槽與位于其下方的擋板組成另一個(gè)環(huán)形間隙，在 此間隙中也有磁流變液受到磁場(chǎng)作用產(chǎn)生阻尼力；擋板上的多個(gè)圓形孔是聯(lián)通活塞內(nèi)部與 下腔體的通道；另外活塞內(nèi)部與上腔體聯(lián)通的通道是由活塞與腔體之間的間隙組成的；當(dāng) 活塞上下移動(dòng)時(shí)，腔內(nèi)的壓差迫使磁流變液從一個(gè)腔經(jīng)過孔隙流入另一個(gè)腔，此時(shí)由于各 個(gè)通道內(nèi)的磁流變液流動(dòng)方向均垂直于磁場(chǎng)方向，在磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生磁流變效應(yīng)，形成阻 尼力。
[0013] 本發(fā)明的3D打印機(jī)可以通過隔震平臺(tái)將船舶在停泊或行進(jìn)的過程中受到的不同 程度的多自由度干擾振動(dòng)完全隔離，即使是在船舶等震動(dòng)的環(huán)境中也可以使用3D打印機(jī) 進(jìn)行打印。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明：
[0015] 圖1為本發(fā)明船舶防振3D打印機(jī)的整體結(jié)構(gòu)圖；
[0016] 圖2為本發(fā)明船舶防振3D打印機(jī)的機(jī)電系統(tǒng)原理圖；
[0017] 圖3為本發(fā)明作動(dòng)桿108中的磁流變液阻尼器結(jié)構(gòu)圖。

【具體實(shí)施方式】
[0018] 如圖1所示，為本發(fā)明船舶3D打印機(jī)的整體結(jié)構(gòu)圖，包括3D打印噴頭102,平移桿 101，升降桿103,升降桿104,轉(zhuǎn)盤105,基于Stewart并聯(lián)機(jī)構(gòu)的六自由度隔震平臺(tái)。
[0019] 3D打印噴頭102用于熔融打印材料并擠噴物料。
[0020] 打印噴頭102安裝在平移桿101上并可在平移桿101兩端之間來(lái)回滑動(dòng)。
[0021] 升降桿103,104對(duì)稱固定安裝于六自由度隔震平臺(tái)上平臺(tái)的兩側(cè)。
[0022] 平移桿101的兩端分別安裝于升降桿103,104上。
[0023] 平移桿101分別與升降桿103,104垂直。
[0024] 平移桿101可在升降桿103,104上上下滑動(dòng)。
[0025] 轉(zhuǎn)盤105安裝在六自由度隔震平臺(tái)的正上方，且轉(zhuǎn)盤105可繞垂直于六自由度隔 震平臺(tái)與轉(zhuǎn)盤105的中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0026] 打印實(shí)體可在轉(zhuǎn)盤105上隨轉(zhuǎn)盤105轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0027] 通過程序精確控制轉(zhuǎn)盤105的轉(zhuǎn)動(dòng)，平移桿101在升降桿103,104上的上下移動(dòng)， 打印噴頭102在平移桿101上的水平移動(dòng)可進(jìn)行空間三維尋點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)三維打印。
[0028] 六自由度隔振平臺(tái)，包括上平臺(tái)106,下平臺(tái)110及連接上、下平臺(tái)的六個(gè)并聯(lián)的 作動(dòng)桿108。該機(jī)構(gòu)本身的下平臺(tái)110固定在平整的船體上。船舶在停泊或行進(jìn)的過程中 都會(huì)受到不同程度的多自由度干擾振動(dòng)。其中該六自由度隔震平臺(tái)將多自由度的干擾振動(dòng) 轉(zhuǎn)變?yōu)榱鶄€(gè)獨(dú)立的單方向振動(dòng)，被六個(gè)獨(dú)立的作動(dòng)桿108分別隔離，每個(gè)作動(dòng)桿108的結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)完全相同。六個(gè)作動(dòng)桿分別通過柔性球鉸107和柔性球鉸109與上下平臺(tái)相連。
[0029] 其中，相鄰作動(dòng)桿之間的夾角為90°。
[0030] 與上下平臺(tái)相連的柔性球鉸分別圓周分布于上下平臺(tái)。
[0031] 上平臺(tái)的半徑、下平臺(tái)的半徑、作動(dòng)桿的長(zhǎng)度的值之比約為 L414 : L414 : L 732(實(shí)際為
[0032] 作動(dòng)桿108內(nèi)部的隔振單元由磁流變液阻尼器或壓電陶瓷片疊堆而成的壓電堆 棧構(gòu)成。本發(fā)明中主要介紹磁流變液阻尼器，同時(shí)磁流變液阻尼器集成力傳感器，用于精確 控制磁流變液阻尼器的輸出力。
[0033] 如圖2所示，主動(dòng)單元還配置力傳感器、加速度傳感器、信號(hào)采集、信號(hào)處理模塊、 功率放大模塊等功能性部件。信號(hào)采集單元獲取下平臺(tái)110的三維加速度和作用力信號(hào)， 經(jīng)過信號(hào)處理、運(yùn)算，輸出主動(dòng)控制率，經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換和功率放大后輸入隔振單元，可迅速 的調(diào)整磁流變液阻尼器的參數(shù)，較好的抑制不同程度的振動(dòng)。
[0034] 如圖3所示為作動(dòng)桿中的磁流變液阻尼器結(jié)構(gòu)圖，該磁流變液阻尼器由腔體、活 塞桿、活塞、擋板等幾個(gè)部分組成。其中，吊環(huán)301、307,可通過柔性球鉸107和柔性球鉸109 與上下平臺(tái)相連?；钊麠U304 -端通過引線302連接吊環(huán)301，另一端穿設(shè)在活塞缸體內(nèi)后 連接活塞310 ;該穿設(shè)部分設(shè)有密封圈308和上端蓋303密封；并套設(shè)在活塞桿304有導(dǎo)向 套309。在活塞310和遠(yuǎn)離活塞桿304方向的擋板305之間設(shè)有線圈311和磁流變液；在缸 體另一端設(shè)有下端蓋312和吊環(huán)307。在下端蓋312和擋板305間設(shè)有浮動(dòng)活塞306。活 塞中的橫向通道是在活塞頭上直接加工一個(gè)通孔形成的，流經(jīng)這里的磁流變液將受到磁場(chǎng) 強(qiáng)度的作用產(chǎn)生阻尼力?；钊^下端的凹槽與位于其下方的擋板組成另一個(gè)環(huán)形間隙，在 此間隙中也有磁流變液受到磁場(chǎng)作用產(chǎn)生阻尼力。擋板上的多個(gè)圓形孔是聯(lián)通活塞內(nèi)部與 下腔體的通道。另外活塞內(nèi)部與上腔體聯(lián)通的通道是由活塞與腔體之間的間隙組成的。當(dāng) 活塞上下移動(dòng)時(shí)，腔內(nèi)的壓差迫使磁流變液從一個(gè)腔經(jīng)過孔隙流入另一個(gè)腔，此時(shí)由于各 個(gè)通道內(nèi)的磁流變液流動(dòng)方向均垂直于磁場(chǎng)方向，在磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生磁流變效應(yīng)，形成阻 尼力。
[0035] 磁流變液是在外加磁場(chǎng)作用下流變特性發(fā)生急劇變化的材料。其基本特征是在強(qiáng) 磁場(chǎng)作用下能在瞬間（ms級(jí)）從自由流動(dòng)的液體轉(zhuǎn)變?yōu)榘牍腆w，呈現(xiàn)可控的屈服強(qiáng)度，而且 這種變化是可逆的。磁場(chǎng)對(duì)磁流變液的粘度、塑性和粘彈性等特性的影響稱為磁流變效應(yīng)。 磁流變液阻尼器是應(yīng)用磁流變液加工制造的一種阻尼減振裝置。當(dāng)其安裝在結(jié)構(gòu)上時(shí)，根 據(jù)受控結(jié)構(gòu)的振動(dòng)狀態(tài)，按照一定的控制規(guī)則迅速自動(dòng)調(diào)整阻尼器的參數(shù)（阻尼），從而抑 制結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)，因此可以作為一種理想的智能控制裝置。
[0036] 隔震平臺(tái)是由英國(guó)一名高級(jí)工程師提出的，并將其應(yīng)用于飛行模擬器的運(yùn)動(dòng)平 臺(tái)。它是一種并聯(lián)減震機(jī)構(gòu)，因其具有承載能力強(qiáng)、剛度大、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、精度高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛 應(yīng)用于航天航空和精密儀器領(lǐng)域。采用Cubic構(gòu)型（即六根作動(dòng)桿相鄰正交）的隔震平臺(tái) 將平臺(tái)受到的多自由振動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榱鶄€(gè)獨(dú)立的單方向線振動(dòng)。
【權(quán)利要求】
1. 船舶智能防振3D打印機(jī)，其特征在于：所述的3D打印機(jī)由打印機(jī)構(gòu)和隔震平臺(tái)構(gòu) 成；所述的打印機(jī)構(gòu)由打印噴頭、平移桿、升降桿和轉(zhuǎn)盤組成；所述的隔震平臺(tái)由上平臺(tái)、 下平臺(tái)及連接上、下平臺(tái)的作動(dòng)桿構(gòu)成； 兩升降桿對(duì)稱、垂直固定安裝于隔震平臺(tái)的上平臺(tái)的兩側(cè)；平移桿的兩端分別安裝于 兩升降桿上，且水平設(shè)置、可在升降桿上上下滑動(dòng)；打印噴頭安裝在平移桿上并可在平移桿 兩端之間來(lái)回滑動(dòng)；用于安置打印實(shí)體的轉(zhuǎn)盤安裝隔震上平臺(tái)的正上方，且可繞垂直于隔 震平臺(tái)上平臺(tái)與轉(zhuǎn)盤的中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)；3D打印噴頭用于熔融打印材料并擠噴物料；通過精確 控制轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)，平移桿在升降桿上的上下移動(dòng)，打印噴頭在平移桿上的水平移動(dòng)可進(jìn)行 空間三維尋點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)三維打??； 所述的隔震平臺(tái)的下平臺(tái)可固定在平整的船體等上；多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的作動(dòng)桿通過柔性 球鉸兩端分別連接上平臺(tái)和下平臺(tái)；船體等物體的多自由度的干擾振動(dòng)被作動(dòng)桿改變?yōu)楠?dú) 立的單方向振動(dòng)，并被作動(dòng)桿隔離。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶智能防振3D打印機(jī)，其特征在于：所述的隔震平臺(tái)的作 動(dòng)桿為6個(gè)，相鄰作動(dòng)桿之間的夾角為90° ;與上下平臺(tái)相連的柔性球鉸分別圓周分布于 上下平臺(tái)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶智能防振3D打印機(jī)，其特征在于：所述的上平臺(tái)的半
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的船舶智能防振3D打印機(jī)，其特征在于：所述的上平臺(tái)的半
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的船舶智能防振3D打印機(jī)，其特征在于：所述的作 動(dòng)桿內(nèi)部的隔振單元由磁流變液阻尼器或壓電陶瓷片疊堆而成的壓電堆棧構(gòu)成；還配置力 傳感器、加速度傳感器、信號(hào)采集、信號(hào)處理模塊、功率放大模塊等功能性部件；信號(hào)采集單 元獲取下平臺(tái)的三維加速度和作用力信號(hào)，經(jīng)過信號(hào)處理、運(yùn)算，輸出主動(dòng)控制率，經(jīng)過數(shù) 模轉(zhuǎn)換和功率放大后輸入隔振單元，迅速的調(diào)整磁流變液阻尼器的參數(shù)，較好的抑制不同 程度的振動(dòng)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求根據(jù)權(quán)利要求5所述的船舶智能防振3D打印機(jī)，其特征在于：所述作 動(dòng)桿中的磁流變液阻尼器由腔體、活塞桿、活塞、擋板等幾個(gè)部分組成；活塞中的橫向通道 是在活塞頭上直接加工一個(gè)通孔形成的，流經(jīng)這里的磁流變液將受到磁場(chǎng)強(qiáng)度的作用產(chǎn)生 阻尼力；活塞頭下端的凹槽與位于其下方的擋板組成另一個(gè)環(huán)形間隙，在此間隙中也有磁 流變液受到磁場(chǎng)作用產(chǎn)生阻尼力；擋板上的多個(gè)圓形孔是聯(lián)通活塞內(nèi)部與下腔體的通道； 另外活塞內(nèi)部與上腔體聯(lián)通的通道是由活塞與腔體之間的間隙組成的；當(dāng)活塞上下移動(dòng) 時(shí)，腔內(nèi)的壓差迫使磁流變液從一個(gè)腔經(jīng)過孔隙流入另一個(gè)腔，此時(shí)由于各個(gè)通道內(nèi)的磁 流變液流動(dòng)方向均垂直于磁場(chǎng)方向，在磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生磁流變效應(yīng)，形成阻尼力。
【文檔編號(hào)】F16F15/03GK104500646SQ201410822706
【公開日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年12月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月22日
【發(fā)明者】熊剛, 沈震, 劉學(xué), 王飛躍 申請(qǐng)人:東莞中國(guó)科學(xué)院云計(jì)算產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新與育成中心