基于3D打印技术制造冰雪结构物的方法及制造设备

摘要

基于3D打印技术制造冰雪结构物的方法及制造设备属于冰雪结构物制造技术；所述方法是：通过将所需的冰雪结构物外形、构造以电脑建模、或立体扫描、或拍照方式转化为机械软件可读的数字模型，再将数字模型运用电脑程序转换为专用机械设备的运动指令，使机械设备通过三维移动方式实现所需要的运动轨迹或位置，完成冰雪结构物的制造；本冰雪结构物制造方法与设备具有方法科学合理、工艺简单、机械设备作业可靠、操作简易方便、自动化程度高、冰雪结构物制做精度高、质量好、劳动强度低的特点。

说明书

技术领域

本发明属于冰雪结构物制造技术，主要涉及一种基于3D打印技 术并采用机械设备制造冰雪结构物的技术方法及机械设备。

背景技术

在现有的冰、雪景观结构物加工行业中，获得所需外形、内部 结构的物体多是通过对固态冰、雪结构物的切削来完成，其加工过 程为：首先通过特制的冰钎、电锯等从水源地进行挖掘采冰、而后 将大型冰块运输至需求地点，再以电锯类工具切削出大体形状轮廓， 进而人工运用自制的冰雪工具(冰雪铲子等)进一步细致加工而获 得。从采冰、造雪，运输环节直至最后加工过程，均需耗费大量的 人力物力，且在整个制作过程中，由于受到天气环境、人员规模与 人员技术水平、技术条件等因素的干扰与限制，成品存在外形不准 确，尺寸误差大、质量不稳定及耗费时间等一系列问题，这些都给 冰、雪制作行业带来巨大的困扰。3D打印技术是近年来逐渐成熟和 兴起的一种制造技术，是一种以数字模型文件为基础，通过材料的 逐层累加方式来构造物体的技术。它无需机械加工或任何模具，就 能直接从计算机图形数据中生成多种几何形状，从而极大地缩短产 品的研制周期，提高生产率和降低生产成本。随着逐渐成熟的3D打 印技术的兴起，这种技术得以快速的发展，尤其在工业领域3D打印 技术被广泛的应用于模板、样品制作、钢铁制作中，3D技术大大提 高了这些领域的生产制造能力。由于3D技术本身是基于逆向工程 原理，有悖于常规制造模式与思维，同时其也存在一定的技术难度， 除高端的航空航天、军事、工业领域应用较为广泛之外，在其它的 民事领域应用较少或尚处于起步阶段。

发明内容

本发明的目的就是针对上述现有技术存在的问题，研究和设计 一种基于3D打印技术制造冰雪结构物的方法及制造设备，运用逆向 工程的原理与液态水在低温环境下能够凝固的这一特性，通过将模 型数字化与机械运动的组合，将水以冰、雪的形式固化成为所需结 构物体的形状、构造，达到冰雪结构物制做简单快捷、制做质量好、 精度高、劳动强度小的目的。

本发明的目的是这样实现的：基于3D打印技术制造冰雪结构物 的方法包括以下步骤：首先通过将所需的冰雪结构物的外形、构造 以电脑建模或立体扫描、或拍照方式转化为机械软件可解读的数字 模型，使其冰雪结构物外形、构造的必要条件附合实际情况，再将 数字模型运用电脑程序转换为专用机械设备运动指令，专用机械设 备得到电脑指令后，通过三维移动方式实现所需要的运动轨迹或位 置，完成冰雪结构物的制造。

一种基于3D打印技术制造冰雪结构物的制造设备，在相互平行 配置的Y向轨道上沿Y向可往复移动的分别配装立柱，在立柱上固 装x向轨道，喷洒装置可沿x向往复移动的配装在x向轨道上，所 述喷洒装置与进料管连接，在z向轨道上可上下往复运动的配装底 部平台，所述底部平台设置在Y向轨道和立柱之间，且位于x向轨 道下方。

一种基于3D打印技术制造雪结构物的制造设备，在底部平台上 相互平行的固装Y向轨道，立柱可沿Y向往复移动的配装在Y向轨 道上，在立柱上固配z向轨道，在z向轨道上可沿z向移动的配装 x向轨道，喷洒装置可沿x向往复移动的配装在x向轨道上，所述 喷洒装置与进料管连接。

一种基于3D打印技术制造冰雪结构物的制造设备，在底部平 台上相互平行的固装Y向轨道，立柱可沿Y向往复移动的配装在Y 向轨道上，在立柱上固装x向轨道，z向轨道配装在x向轨道上， 与进料管连通的喷洒装置可沿z向往复移动的配装在z向轨道上。

本发明的方法将先进的3D打印技术与液态冰在低温环境下的 凝固特性结合，实现了冰雪结构物的机械设备制做，具有方法科学 合理、工艺简单、机械设备作业可靠、操作简易方便、自动化程度 高、冰雪结构物制造精度高、质量好、劳动强度低的特点，是目前 冰雪结构物制做技术的重大突破和创新，为冰雪结构物的大量制做 提供了技术支持。

附图说明

图1、2、3是三种结构不同的基于3D打印技术制造冰雪结构物 的制造设备结构示意图。

图中件号说明：

1、进料管、2、喷洒装置、3、X向轨道、4、Y向轨道、5、Z 向轨道、6、立柱、7、底部平台。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

实施例1：基于3D打印技术制造冰雪结构物的方法，所述方法 包括以下步骤：首先通过将所需的冰雪结构物的外形、构造以电脑 建模或立体扫描、或拍照方式转化为机械软件可解读的数字模型， 使其冰雪结构物外形、构造的必要条件附合实际情况，再将数字模 型运用电脑程序转换为专用机械设备运动指令，专用机械设备得到 电脑指令后，通过三维移动方式实现所需要的运动轨迹或位置，完 成冰雪结构物的制造。

实施例2：一种基于3D打印技术制造冰雪结构物的制造设备， 在相互平行配置的Y向轨道4上沿Y向可往复移动的分别配装立柱 6，在立柱6上固装x向轨道3，喷洒装置2可沿x向往复移动的配 装在x向轨道3上，所述喷洒装置2与进料管1连接，在z向轨道 5上可上下往复运动的配装底部平台7，所述底部平台7设置在Y向 轨道4和立柱6之间，且位于X向轨道3下方。

实施例3：一种基于3D打印技术制造冰雪结构物的制造设备， 在底部平台7上相互平行的固装Y向轨道4，立柱6可沿Y向往复 移动的配装在Y向轨道4上，在立柱6上固配z向轨道5，在z向 轨道5上可沿z向移动的配装x向轨道3，喷洒装置2可沿x向往 复移动的配装在x向轨道3上，所述喷洒装置2与进料管1连接。

实施例4：一种基于3D打印技术制造冰雪结构物的制造设备， 在底部平台7上相互平行的固装Y向轨道4，立柱6可沿Y向往复 移动的配装在Y向轨道4上，在立柱6上固装x向轨道3，z向轨道 5配装在x向轨道3上，与进料管1连通的喷洒装置2可沿z向往 复移动的配装在z向轨道5上。

通过上述三种机械设备中的任意一种，将数字模型运用电脑程 序转换成机械设备运动指令，喷洒装置2均可实现x轴、Y轴、z轴 方向三维空间的任意轨迹或位置的运动，从而将液态水以小水滴或 小结晶体的形态喷洒在相应的路径或位置上，由于液态水在低温环 境下有自然凝固的特性，喷洒后的水滴或小结晶体可相互冻结、凝 固，不会以液态的形式流动，累积已经冻结水滴、冰晶的高度或厚 度，并按照电脑指令的要求，重复喷洒——凝固——冻结的动作， 即可最终获得所需外形或结构的冰雪景观、结构物。