深海潜艇专用3D打印机制造技术

本发明专利技术公开了一种深海潜艇专用3D打印机，旨在解决现有3D打印机无法适应船舶、潜艇等经常发生振动、颠簸环境。本发明专利技术提供一种深海潜艇专用3D打印机，包括信号采集模块、打印模块、旋转陀螺仪、振动模块和控制器；本发明专利技术使用时先启动旋转陀螺仪，待其运行平稳后打印模块开始打印，本发明专利技术工作时通过减振模块与信号采集模块配合以达到减振效果并提高水平稳定性，旋转陀螺仪的设置使本发明专利技术具有良好的定方向性和稳定性，避免由于潜艇的运动状态的不确定性对3D打印造成的影响。悬挂式的结构设计使本发明专利技术节省空间，实用性强。本发明专利技术适用于深海潜艇等剧烈颠簸的环境下的零部件3D打印，可以实现深海移动平台快速精确制造。

Special 3D Printer for Deep-sea Submarine

【技术实现步骤摘要】
深海潜艇专用3D打印机
本专利技术属于3D打印
，具体涉及一种深海潜艇专用3D打印机。
技术介绍
随着现代社会科学技术水平的不断发展,越来越多的新技术及新工艺得以出现,而3D打印技术就是其中比较常见的一种,并且有着越来越广泛的应用。3D打印即快速成形技术的一种，它通过软件把3D数字模型进行分层离散化处理，然后运用粉末状金属或塑料等可粘合性材料，通过逐层堆积的方式来构造实体。对于3D打印技术而言，由于其独特原理决定其优势主要包括以下几个方面：其一，技术不必对物体进行切削，并且不需要应用模具；其二，该技术在实际应用过程中加工速度比较快，其生产周期比较短；其三，对于结构比较复杂且体积较小的一些物体，表现出明显的应用优势，对于利用传统手工很难完成的一些模型，通过这一技术的应用可得以轻松实现，主要就是因为能够一体成型，且不需二次加工；其四，能够进行批量生产，且能够联机，从而也就能够使远程操作得以实现3D打印技术。在面向个性化和特定性服务制造要求的推动之下，3D打印机的应用需求也越来越广，不但在航空、机械及医疗领域内能够得以更广泛应用，3D打印也常应用于军事零件制造等领域中，其对于这些行业的进一步发展能够起到很好的促进作用。潜艇作为水下运输，搜救，军事等目的常用工具，潜艇特别是核动力潜艇，长期在水下作业，具有工作环境非水平，剧烈颠簸等特点，且由于工作环境特殊，会经常进行空间机动，另外潜艇还具有补给困难，补给周期长等特点。历史上，由于机械故障引起的潜艇事故数不胜数，他们动辄耗费大量的人力/物力资源来搜救，严重者会直接造成潜艇的沉没。同时，由于潜艇内部空间狭小，严重限制了潜艇可携带的零件的种类和数量，因此一种可以用于潜艇的便携式防振快速精确的制造方式就显得十分重要。3D打印具有快速精确，可编程，可定制化制造，便携等特点。但现有技术中3D打印机多数是应用于稳定环境下，不具备抗振性，无法适用于船舶、潜艇等经常发生振动、颠簸的环境。因此，需要一种可以用于潜艇的新型防振3D打印机，以解决或改善上述问题。
技术实现思路
为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有3D打印机抗振性较差且无法适用于潜艇、船舶等颠簸环境，现有潜艇由于内部空间狭小，无法携带过多零件，同时还具有补给困难，补给周期长的问题，本专利技术提供了一种深海潜艇专用3D打印机，包括信号采集模块、打印模块、平衡模块和控制器，所述信号采集模块将采集到的信号输入到控制器中，控制器经过一些处理，向所述打印模块、所述平衡模块和所述减振模块输出控制信号，其中：所述打印模块与所述平衡模块连接，所述控制器的功能为基于所述信号采集模块采集到的信息控制所述平衡模块以保持所述打印模块的稳定和平衡。在一些优选技术方案中，所述深海潜艇专用3D打印设备还包括减振模块；所述打印模块通过所述减振模块设置于深海潜艇，所述控制器还具有为基于所述信号采集模块采集到的输入信息控制所述减振模块减小所述打印模块的振动，提高运行稳定性的功能。在一些优选技术方案中，所述旋转陀螺仪与所述打印模块连接。在一些优选技术方案中，所述打印模块包括打印喷头、平移杆、两个升降杆和打印平台，其中：所述两个升降杆对称、垂直固定安装于所述打印平台的上两侧，所述旋转陀螺仪与所述打印平台连接；所述平移杆的两端分别安装于所述两个升降杆上，且所述平移杆可以沿升降杆滑动，其水平轴线与所述打印平台平行；所述打印喷头滑动设置于所述平移杆上；所述打印喷头用于熔融打印材料并挤喷物料；所述平移杆可以在所述升降杆上进行上下移动，所述打印喷头可以在所述平移杆上水平移动，这样可进行空间三维寻点，实现三维打印。在一些优选技术方案中，所述减振模块包括第一减振模块，所述第一减振模块包括若干纵向减振杆，所述纵向减振杆沿所述打印平台周向均匀分布，所述若干纵向减振杆两端均通过第一连接件转动连接于外部结构；所述信号检测模块包括水平度传感器和纵向减振传感器组，所述水平度传感器设置于所述打印平台底部，所述纵向减振传感器组设置在所述纵向减振杆内部，所述纵向减振传感器组包括加速度传感器、位移传感器以及力传感器，所述纵向减振传感器组和所述水平度传感器均与所述控制器信号连接。在一些优选技术方案中，所述纵向减振杆包括纵向电磁减振阻尼组、减振弹簧组和沿自身的长度方向嵌套的至少两个减振段，其中：任意两个相邻的所述减振段之间均安装有一个所述纵向电磁减振阻尼组，所述纵向电磁减振阻尼组的控制端与所述控制器信号连接，可以实现主动减振和水平度微调等功能。在一些优选技术方案中，任意两个相邻的所述减振段之间均安装有一个所述减振弹簧组，以进行被动减振。在一些优选技术方案中，所述减振模块包括第二减振模块，所述第二减振模块为悬挂式结构，所述深海潜艇专用3D打印设备通过所述悬挂式结构与所述外接结构连接。在一些优选技术方案中，所述第二减振模块包括减振平台和纵向连接杆构件；所述减振平台通过所述若干纵向减振杆与所述打印平台连接；所述纵向连接杆构件包括第一连接杆、第二连接杆和第二连接件；所述第一连接杆与第二连接杆通过所述第二连接件转动连接，所述第二连接杆与所述减振平台中心连接，所述第一连接杆与外接结构转动连接；所述外接结构为深海潜艇舱体，所述打印模块和所述平衡模块通过所述减振模块的第二减振模块悬挂于深海潜艇舱体内部。在一些优选技术方案中，所述第二减振模块还包括环向减振轴承，所述环向减振轴承包括圆锥滚子轴承、环向减振橡胶套和环向减振阻尼组；所述第一连接杆的一端设置于所述圆锥滚子轴承内部，所述环向减振橡胶套包覆于所述圆锥滚子轴承外部，所述圆锥滚子轴承通过所述环向减振阻尼组连接于外接结构；所述信息采集模块还包括若干组环向减振轴承传感器组；所述若干组环向减振轴承传感器组沿所述环向减振轴承外均匀设置，且与所述控制器信号连接；所述若干组环向减振轴承传感器组的每组均包括加速度传感器、力传感器和位移传感器。本专利技术的有益效果：本专利技术的深海潜艇专用3D打印机，基于旋转陀螺仪结构，具有较好的方向稳定性与水平稳定性，适用于船舶、潜艇等振动、漂浮及大幅度晃荡、存在方向急剧改变等移动平台的变水平环境快速精确制造。本专利技术采用悬挂式结构，并利用环向减振轴承为打印平台提供了水平方向360°旋转，使得本专利技术3D打印平台更加灵活，不会受艇体空间方向及运动状态的影响。本专利技术小巧便携、结构简单，实用性强，应用本专利技术可有效利用潜艇的空间和物力资源，解决潜艇无法携带过多零件，补给困难、补给周期长的缺点。本专利技术的环向减振轴承的减振结构由环向减振阻尼和减振橡胶套组成，其中环向减振阻尼可实现主动减振，减振橡胶套可实现被动减振。环向同时设置有加速度传感器和位移传感器，纵向减振杆的减振结构由纵向减振弹簧组和纵向电磁减振阻尼组组成，纵向减振杆处设置有力传感器，位移传感器和加速度传感器，纵向减振杆具有纵向减振(纵向加速度传感器与纵向力传感器结合)和水平度微调的功能(水平度传感器与纵向位移传感器相结合)。本专利技术在环向减振方面，将主动减振与被动减振相结合，将加速度检测与位移检测相结合，采用环向减振阻尼与橡胶减振相结合，大大提高了打印平台环向减振的效果。本专利技术采用减振弹簧组与纵向电磁减振阻尼组相结合的方式，并采用加速度检测与力检测相结合的方式，大大提高了纵向减振的效果。附图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种深海潜艇专用3D打印设备，其特征在于，包括信号采集模块、打印模块、平衡模块和控制器，所述信号采集模块、所述打印模块、所述平衡模块均与所述控制器信号连接，其中：所述打印模块与所述平衡模块连接，所述控制器配置为基于所述信号采集模块采集到的输入信息控制所述平衡模块以保持所述打印模块的平衡。

【技术特征摘要】
1.一种深海潜艇专用3D打印设备，其特征在于，包括信号采集模块、打印模块、平衡模块和控制器，所述信号采集模块、所述打印模块、所述平衡模块均与所述控制器信号连接，其中：所述打印模块与所述平衡模块连接，所述控制器配置为基于所述信号采集模块采集到的输入信息控制所述平衡模块以保持所述打印模块的平衡。2.根据权利要求1所述的深海潜艇专用3D打印设备，其特征在于，所述深海潜艇专用3D打印设备还包括减振模块；所述打印模块通过所述减振模块设置于外接结构，所述控制器还配置为基于所述信号采集模块采集到的输入信息控制所述减振模块缓冲对所述打印模块的振动，提高运行稳定性。3.根据权利要求2所述的深海潜艇专用3D打印设备，其特征在于，所述平衡模块包括旋转陀螺仪，所述旋转陀螺仪与所述打印模块连接。4.根据权利要求3所述的深海潜艇专用3D打印设备，其特征在于，所述打印模块包括打印喷头、平移杆、两个升降杆和打印平台，其中：所述两个升降杆对称、垂直固定安装于所述打印平台的上两侧，所述旋转陀螺仪与所述打印平台连接；所述平移杆的两端分别滑动安装于所述两个升降杆上，且所述平移杆水平轴线与所述打印平台平行；所述打印喷头滑动设置于所述平移杆上；所述打印喷头用于熔融打印材料并挤喷物料；所述平移杆在所述升降杆上下移动时，所述打印喷头在所述平移杆上水平移动可进行空间三维寻点，实现三维打印。5.根据权利要求4所述的深海潜艇专用3D打印设备，其特征在于，所述减振模块包括第一减振模块，所述第一减振模块包括若干纵向减振杆，所述若干纵向减振杆沿所述打印平台周向均匀布置，所述若干纵向减振杆两端均通过第一连接件转动连接于外部结构；所述信号检测模块包括水平度传感器、纵向减振传感器组，所述水平度传感器设置于所述打印平台，所述纵向减振传感器组设置在所述若干纵向减振杆内部，所述纵向减振传感器组包括加速度传感器、位移传感器以及力传感器，所述纵向减振传感...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊刚，魏培企，沈震，刘胜，董西松，赵美华，牛璐璐，商秀芹，王飞跃，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，东莞中国科学院云计算产业技术创新与育成中心，
类型：发明
国别省市：北京,11