一种基于3D打印技术的物理模型制作装置的制作方法

本实用新型涉及水利工程技术领域，尤其涉及一种基于3d打印技术的物理模型制作装置。

背景技术：

河流泥沙模拟技术作为泥沙研究的重要手段之一，得到了迅猛的发展，河流泥沙模拟技术包括泥沙实体模型和泥沙数学模型两部分。在泥沙实体模型方面，目前已建立了一整套河工模型的相似理论、设计方法和试验技术，并在研究和解决大量的工程泥沙问题中积累了丰富的经验。模型试验技术包括水沙过程概化技术、水沙控制技术、异重流产生与分流模拟技术、高含沙水流模拟技术、以及模型制作技术等。

天然河流水沙运动十分复杂，属三维问题，目前尚非单纯的理论分析和计算所能解决，需要借助数值模拟和实体模型进行研究。若要严格模拟水流泥沙运动及相应的河床变形，理应采用三维(或二维)模型。然而，利用二维、三维模型进行长河段、长水沙系列的河流泥沙模拟，还存在相当大的困难；对于复杂的三维水沙问题，数学模型常常受到局限，往往借助于实体模型试验，才能得到比较满意的结果，特别是重要的河道整治和大型水利水电工程建设问题，一般都要通过泥沙实体模型试验的论证才能付诸实施。

然而，现有技术中缺乏标准化、精准化的物理模型制作装置。因此，为了能够提前预测设计结果，提供一种物理模型的制作装置成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本实用新型的其中一个目的是提出一种基于3d打印技术的物理模型制作装置，解决了现有技术中缺乏标准化、精准化的物理模型制作装置的技术问题。本实用新型优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案：

本实用新型基于3d打印技术的物理模型制作装置，包括雕刻机构和喷塑机构，所述雕刻机构和所述喷塑机构连接，其中，所述雕刻机构基于采集的实测地形数据完成实际地形的雕刻；所述喷塑机构包括数据控制组件、3d打印组件和校核组件，并且所述数据控制组件和所述校核组件与所述3d打印组件连接，以通过所述数据控制组件和所述校核组件控制所述3d打印组件的启动和停止；所述数据控制组件用于对实测数据进行储存，所述3d打印组件基于所述数据控制组件存储的数据完成模型的喷塑，所述校核组件与所述雕刻机构连接，并且所述校核组件基于所述雕刻机构对所述3d打印组件喷塑的模型进行校核。

根据一个优选实施方式，所述雕刻机构包括铲车，所述铲车用于填土，并通过所述铲车的碾压形成密度大于1.2t/m³的土体。

根据一个优选实施方式，所述雕刻机构还包括数据采集组件、第一控制器和雕刻组件，所述数据采集组件与所述第一控制器连接，所述第一控制器与所述雕刻组件连接，其中，所述数据采集组件用于采集实际地形数据，并将采集的实际地形数据发送至所述第一控制器，所述第一控制器基于采集的实际地形数据生成第一数字高程模型dem，并给出每个点的三维坐标和/或高程值，所述第一控制器还用于驱动所述雕刻组件完成实际地形的雕刻。

根据一个优选实施方式，所述雕刻组件包括雕刻钻机和第一gps定位装置，所述第一gps定位装置设置于所述雕刻钻机上并与所述雕刻钻机连接，并且所述雕刻钻机和所述第一gps定位装置与所述第一控制器连接，使得所述雕刻钻机和所述第一gps定位装置能够在所述第一控制器的驱动下通过对土体的雕刻而完成实际地形的雕刻。

根据一个优选实施方式，所述雕刻机构还包括土方收集组件，所述土方收集组件包括带托盘的吸嘴和收集框，所述带托盘的吸嘴和所述收集框之间通过连接管连接，其中，所述带托盘的吸嘴设置于雕刻钻机的钻头下方，用于吸附所述钻头雕刻下的散粒土，并且所述带托盘的吸嘴将吸附的散粒土通过所述连接管输送至所述收集框。

根据一个优选实施方式，所述喷塑机构还包括储沙池、喷淋组件和搅拌组件，其中，所述储沙池为圆柱形地下空腔，用于储放铲车运送的模型沙或商品混凝土，所述喷淋组件位于所述储沙池上方，并通过所述喷淋组件向所述储沙池中的模型沙或商品混凝土加水，所述搅拌组件位于所述储沙池内，并通过所述搅拌组件将模型沙或商品混凝土与水搅拌均匀。

根据一个优选实施方式，所述喷塑机构还包括输送组件，所述输送组件包括输送泵和输送管道，其中，所述输送泵位于所述储沙池内，所述输送管道的一端与所述输送泵连接，另一端与所述3d打印组件连接，以通过所述输送泵将所述储沙池内的模型沙或商品混凝土输送至河床，并通过所述3d打印组件先后完成模型定床和动床的喷塑。

根据一个优选实施方式，所述数据控制组件包括数据存储单元和第二控制器，其中，所述数据存储单元与所述雕刻机构的数据采集组件连接，并且所述数据存储单元用于存储和/或读取所述数据采集组件采集的实际地形数据；所述第二控制器与所述数据存储单元连接，并且所述第二控制器基于所述数据存储单元存储和/或读取的实际地形数据生成第二数字高程模型dem，将所述第二数字高程模型dem分成多个单元并给出每个单元的高程值，所述第二控制器还与所述3d打印组件连接，并用于驱动所述3d打印组件完成模型的喷塑。

根据一个优选实施方式，所述3d打印组件包括喷嘴、第二gps定位装置和激光探头，其中，所述喷嘴与输送管道的出口连接，所述第二gps定位装置设置于所述喷嘴上并与所述喷嘴连接，以通过所述喷嘴和所述第二gps定位装置将输送泵输送的模型沙或商品混凝土喷塑至河床；所述激光探头与数据控制组件连接，并且所述激光探头用于探测所述喷嘴和所述第二gps定位装置喷塑的模型的高程值，并使所述喷嘴和所述第二gps定位装置喷塑的模型的高程值与所述数据控制组件中的预定值的差值满足制作精度。

根据一个优选实施方式，所述3d打印组件还包括烘干定型装置，所述烘干定型装置用于将所述喷嘴和所述第二gps定位装置喷塑的模型烘干定型。

本实用新型提供的基于3d打印技术的物理模型制作装置至少具有如下有益技术效果：

本实用新型基于3d打印技术的物理模型制作装置，包括雕刻机构和喷塑机构，雕刻机构可基于采集的实测地形数据完成实际地形的雕刻；喷塑机构完成模型的喷塑后，利用雕刻机构对喷塑的模型进行校核，从而可以使得制作的物理模型符合实际地形。即本实用新型基于3d打印技术的物理模型制作装置，利用雕刻机构对喷塑的模型进行校核，可提高模型的准确性，从而为提前预测河道整治和/或大型水利水电工程建设的设计结果提供保障。

即本实用新型基于3d打印技术的物理模型制作装置，通过雕刻机构和喷塑机构的作用，可制作精准的物理模型，解决了现有技术中缺乏标准化、精准化的物理模型制作装置的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型基于3d打印技术的物理模型制作装置的一个优选实施方式模块示意图；

图2是雕刻机构的一个优选实施方式的剖面图；

图3是喷塑机构的一个优选实施方式的剖面图；

图4是喷塑机构的一个优选实施方式的俯视图。

图中：1、雕刻机构；11、数据采集组件；12、第一控制器；13、雕刻组件；131、钻头；14、土方收集组件；141、带托盘的吸嘴；142、收集框；143、连接管；2、喷塑机构；21、数据控制组件；211、数据存储单元；212、第二控制器；22、3d打印组件；221、喷嘴；222、第二gps定位装置；23、校核组件；24、储沙池；25、喷淋组件；26、搅拌组件；27、输送组件；271、输送泵；272、输送管道。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。

下面结合说明书附图1～4对本实施例基于3d打印技术的物理模型制作装置进行详细说明。

本实施例基于3d打印技术的物理模型制作装置，包括雕刻机构1和喷塑机构2，雕刻机构1和喷塑机构2连接，如图1所示。优选的，雕刻机构1基于采集的实测地形数据完成实际地形的雕刻。优选的，喷塑机构2包括数据控制组件21、3d打印组件22和校核组件23，并且数据控制组件21和校核组件23与3d打印组件22连接，以通过数据控制组件21和校核组件23控制3d打印组件22的启动和停止。如图1所示。更优选的，数据控制组件21用于对实测数据进行储存。3d打印组件22基于数据控制组件21存储的数据完成模型的喷塑。校核组件23与雕刻机构1连接，并且校核组件23基于雕刻机构1对3d打印组件22喷塑的模型进行校核。

优选的，雕刻机构1基于采集的实测地形数据完成实际地形的雕刻，并预留商品混凝土制作模型定床、模型沙制作模型动床的厚度。优选的，3d打印组件22完成模型的喷塑包括利用商品混凝土喷塑制作模型定床和利用模型沙喷塑制作模型动床。

本实施例基于3d打印技术的物理模型制作装置，包括雕刻机构1和喷塑机构2，雕刻机构1可基于采集的实测地形数据完成实际地形的雕刻；喷塑机构2完成模型的喷塑后，利用雕刻机构1对喷塑的模型进行校核，从而可以使得制作的物理模型符合实际地形。即本实施例基于3d打印技术的物理模型制作装置，利用雕刻机构1对喷塑的模型进行校核，可提高模型的准确性，从而为提前预测河道整治和/或大型水利水电工程建设的设计结果提供保障。

即本实施例基于3d打印技术的物理模型制作装置，通过雕刻机构1和喷塑机构2的作用，可制作精准的物理模型，解决了现有技术中缺乏标准化、精准化的物理模型制作装置的技术问题。

根据一个优选实施方式，雕刻机构1包括铲车。铲车用于填土，并通过铲车的碾压形成密度大于1.2t/m³的土体。本实施例优选技术方案的雕刻机构1包括铲车，其用于填土和碾压。优选的，铲车为一般的通用型铲车即可，碾压后通过贯入实验确定土体的密度大于1.2t/m³即可。

根据一个优选实施方式，雕刻机构1还包括数据采集组件11、第一控制器12和雕刻组件13，数据采集组件11与第一控制器12连接，第一控制器12与雕刻组件13连接，如图1所示。优选的，数据采集组件11用于采集实际地形数据，并将采集的实际地形数据发送至第一控制器12。第一控制器12基于采集的实际地形数据生成第一数字高程模型dem，并给出每个点的三维坐标和/或高程值，第一控制器12还用于驱动雕刻组件13完成实际地形的雕刻。更优选的，本实施例优选技术方案通过现有技术中的方法采集数据，数据采集组件11为现有技术中的设备，在此不再赘述。

根据一个优选实施方式，雕刻组件13包括雕刻钻机和第一gps定位装置。优选的，第一gps定位装置设置于雕刻钻机上并与雕刻钻机连接，并且雕刻钻机和第一gps定位装置与第一控制器12连接，使得雕刻钻机和第一gps定位装置能够在第一控制器12的驱动下通过对土体的雕刻而完成实际地形的雕刻。本实施例优选技术方案雕刻钻机的钻头131上绑定第一gps定位装置，通过第一控制器12驱动雕刻钻机雕塑实际地形。

根据一个优选实施方式，雕刻机构1还包括土方收集组件14，土方收集组件14包括带托盘的吸嘴141和收集框142，带托盘的吸嘴141和收集框142之间通过连接管143连接，如图1和2所示。优选的，带托盘的吸嘴141设置于雕刻钻机的钻头131下方，用于吸附钻头131雕刻下的散粒土，并且带托盘的吸嘴141将吸附的散粒土通过连接管143输送至收集框142，如图2所示。本实施例优选技术方案的雕刻机构1还包括土方收集组件14，带托盘的吸嘴141可对钻头131雕刻下来的土方进行抽吸，再通过连接管143输送到收集框142收集即可。

根据一个优选实施方式，喷塑机构2还包括储沙池24、喷淋组件25和搅拌组件26，如图1或3或4所示。优选的，储沙池24为圆柱形地下空腔，用于储放铲车运送的模型沙或商品混凝土。喷淋组件25位于储沙池24上方，并通过喷淋组件25向储沙池24中的模型沙或商品混凝土加水。搅拌组件26位于储沙池24内，并通过搅拌组件26将模型沙或商品混凝土与水搅拌均匀。本实施例优选技术方案的喷塑机构2还包括储沙池24、喷淋组件25和搅拌组件26，通过喷淋组件25和搅拌组件26的作用，可将铲车运送的模型沙或商品混凝土配成具有一定湿度的模型沙或商品混凝土，便于输送组件27的输送以及3d打印组件22的喷塑。具体的，模型沙或商品混凝土的湿度可根据实际需求确定。

更优选的，储沙池24为圆柱形空腔，即储沙池24的上下两个底面为圆形。储沙池24的尺寸可依据实际需求设置，例如圆形的上下底面的直径为4m，储沙池24的深度为3m。更优选的，喷淋组件25为常用的喷水装置即可。更优选的，搅拌组件26的结构如图3所示，其为竖向轴的搅拌器，包括多个桨叶，从而可以通过搅拌器的作用将模型沙或商品混凝土与水搅拌均匀。

根据一个优选实施方式，喷塑机构2还包括输送组件27，输送组件27包括输送泵271和输送管道272，如图3所示。优选的，输送泵271位于储沙池24内，输送管道272的一端与输送泵271连接，另一端与3d打印组件22连接，以通过输送泵271将储沙池24内的模型沙或商品混凝土输送至河床，并通过3d打印组件22先后完成模型定床和动床的喷塑。本实施例优选技术方案的喷塑机构2还包括输送组件27，通过输送组件27的作用，可将储沙池24中的模型沙或商品混凝土输送至河床。具体的，喷塑机构2先利用商品混凝土制作模型定床，再利用模型沙制作模型动床。

根据一个优选实施方式，数据控制组件21包括数据存储单元211和第二控制器212，如图1所示。优选的，数据存储单元211与雕刻机构1的数据采集组件11连接，并且数据存储单元211用于存储和/或读取数据采集组件11采集的实际地形数据。第二控制器212与数据存储单元211连接，并且第二控制器212基于数据存储单元211存储和/或读取的实际地形数据生成第二数字高程模型dem，将第二数字高程模型dem分成多个单元并给出每个单元的高程值。第二控制器212还与3d打印组件22连接，并用于驱动3d打印组件22完成模型的喷塑。本实施例优选技术方案的第二控制器212基于数据存储单元211存储和/或读取的实际地形数据生成第二数字高程模型dem，将第二数字高程模型dem分成多个单元并给出每个单元的高程值，使得3d打印组件22可以基于第二控制器212划分的多个单元逐一打印，从而可以减小打印误差，提高模型的准确性。

根据一个优选实施方式，3d打印组件22包括喷嘴221、第二gps定位装置222和激光探头，如图3或4所示。优选的，喷嘴221与输送管道272的出口连接，第二gps定位装置222设置于喷嘴221上并与喷嘴221连接，以通过喷嘴221和第二gps定位装置222将输送泵271输送的模型沙或商品混凝土喷塑至河床。激光探头与数据控制组件21连接，并且激光探头用于探测喷嘴221和第二gps定位装置222喷塑的模型的高程值，并使喷嘴221和第二gps定位装置222喷塑的模型的高程值与数据控制组件21中的预定值的差值满足制作精度。本实施例优选技术方案的激光探头与喷嘴221和/或第二gps定位装置222同步，可实现精准导航和定位的功能。

本实施例优选技术方案的喷嘴221为柔性管道出口，第二控制器212控制柔性管道出口作为打印探头，将输送泵271输送的模型沙或商品混凝土喷塑至河床，同时激光探头探测喷嘴221喷塑的模型的高程值，并将探测到的高程值与预定值进行比较，在二者的差值满足制作精度时，才进行下一单元的喷塑。本实施例优选技术方案通过激光探头的作用，可使喷嘴221喷塑的每一单元符合模型的制作精度，从而可以提高模型的标准化和精度。

根据一个优选实施方式，3d打印组件22还包括烘干定型装置，烘干定型装置用于将喷嘴221和第二gps定位装置222喷塑的模型烘干定型。优选的，烘干定型装置为现有技术中常用的烘干定型装置，在此不再赘述。本实施例优选技术方案的3d打印组件22还包括烘干定型装置，通过烘干定型装置可立刻对喷嘴221喷塑的模型进行定型，避免因模型的流动造成误差。

根据一个优选实施方式，使用本实施例基于3d打印技术的物理模型制作装置制作物理模型的方法至少包括如下步骤：

s1：利用雕刻机构1雕刻实际地形。优选的，利用雕刻机构1雕刻实际地形至少包括如下步骤：

利用铲车运送土方，并通过铲车的碾压形成密度大于1.2t/m³的土体。

利用数据采集组件11采集实际地形数据，并将采集的实际地形数据发送至第一控制器12。

通过第一控制器12生成第一数字高程模型dem，并给出每个点的三维坐标和/或高程值。

第一控制器12对数据进行读入，并控制雕刻钻机雕刻实际地形。

利用带托盘的吸嘴141吸附钻头131雕刻下的散粒土，并且将吸附的散粒土通过连接管143输送至收集框142收集。

s2：利用喷塑机构2喷塑物理模型。优选的，利用喷塑机构2喷塑物理模型至少包括如下步骤：

利用铲车运送模型沙或商品混凝土至储沙池24中，在利用喷淋组件25和搅拌组件26将模型沙或商品混凝土配制成具有一定湿度的模型沙或商品混凝土。

利用输送泵271将储沙池24内的模型沙或商品混凝土输送至河床。

利用数据存储单元211读取数据采集组件11采集的实际地形数据，并将读取的实际地形数据发送至第二控制器212。

通过第二控制器212生成第二数字高程模型dem，将第二数字高程模型dem分成多个单元并给出每个单元的高程值。

利用第二控制器212驱动喷嘴221将输送泵271输送的模型沙或商品混凝土喷塑至河床。

利用激光探头探测喷嘴221喷塑的模型的高程值，并将探测到的高程值与预定值进行比较，在二者的差值满足制作精度时，循环进行下一单元的喷塑，直至将整个物理模型喷塑完成。

具体的，先利用商品混凝土制作模型定床，再利用模型沙制作模型动床。

利用校核组件23对喷塑的模型进行校核。具体的，利用雕刻钻机进行地形校核，通过带托盘的吸嘴141对雕刻下来的散粒土进行抽吸，再通过连接管143将吸附的散粒土输送到收集框142中，即可完成。

使用本实施例基于3d打印技术的物理模型制作装置制作的物理模型，可制作标准化、精准化的物理模型，从而可为提前预测河道整治和/或大型水利水电工程建设的设计结果提供保障。

可以理解的是，本实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

本申请中描述的“连接”，可以是数据连接、通信连接、有线连接、无线连接、通过物理连接件连接等中的一种或多种形式的连接，具体连接方式为本申请的实施例所属技术领域的技术人员所熟知。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现，如本申请提到的数据控制组件21、校核组件23和第一控制器12等。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

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