CN104453227A - 一种用于建筑行业的3d打印设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于建筑行业的3D打印设备。所述用于建筑行业的3D打印设备包括主体结构、打印头装置、控制单元、数据处理单元。本发明旨在提高建筑施工效率，节约建材，降低成本，改善建筑施工环境。同时解决了目前建筑行业异型模板制作难度大、成本高的问题。

Description

一种用于建筑行业的3D打印设备
技术领域
本发明属于3D打印领域，具体涉及一种用于建筑行业的3D打印设备，用于房屋混凝土墙体、雕塑建筑、建筑模板与建筑装饰构件打印。
背景技术
3D打印即快速成形技术的一种，它是一种数字模型文件为基础，运用粉末、丝状材料、液态可固化材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印是一种增材制造技术，将三维实体切片后按层轮廓截面一层层成形后叠加而得到最终的制件
目前较为主流的3D打印技术包括：熔融沉积快速成型（Fused Deposition Modeling，FDM），光固化成型（Stereolithigraphy Apparatus，SLA），三维粉末粘接型（Three Dimensional Printing and Gluing，3DP），选择性激光烧结型（Selecting Laser Sintering，SLS）等
随着3D打印技术及其应用的发展，3D打印技术应用扩展到越来越多领域，截止到2013年1月，3D打印的产品还都是小件物体。此后，美国南加州大学、荷兰的宇宙建筑公司相继研发了3D打印建筑的技术，但都不是整体打印，而是打印出来模块后进行组装。国内青岛尤尼科技、上海盈创也在2014年成功研制出巨型3D建筑打印设备
相信在不久的将来，技术先进可靠、建筑材料普遍适应的3D打印技术可以帮助建筑师创造出更多超现实的建筑艺术品。
发明内容
为了克服现有3D建筑打印设备打印材料单一性与打印精度低的不足，本发明所用装置配置两个喷头，一个用来打印添加纤维的混凝土材料，另一个用来打印工程塑料、玻璃纤维等热熔材料；在结构、传动方式与控制设计方面满足高精度打印。本发明的装置不仅满足混凝土主体的打印需求，还能精细打印建筑装饰构件、异形建筑模板。
本发明所采用的技术方案如下：
一种用于建筑行业的3D打印设备，包括主体结构、打印头装置、控制单元、数据处理单元。能够适应多种建筑材料打印，满足不同打印速度与精度要求。
所述打印设备的主体结构如图1所示，包括X轴导轨（1），Y轴导轨（2），Z轴导轨（3），底座（4），热塑性材料打印头（5），混凝土材料打印头（6），滑套（7），配重（8）。其中至少一个喷头、至少一个X轴导轨、至少一个Y轴导轨，至少一个Z轴导轨。X、Y、Z三轴导轨实现打印头装置三维运动定位，三轴全采用半闭环伺服驱动，X、Y轴采用齿轮齿条传动，Z轴采用链轮链条传动；
滑套（7）保证Z轴方向运动导向，内部包含电磁抱闸装置；
配重（8）是为了减轻Z轴电机的负载，配重装置在自己的导轨上随X、Y轴同步升降。
所述打印头装置有两个，包括热塑性材料打印头（5）和混凝土材料打印头（6）：
所述热塑性材料打印头（5）用来打印热塑性材料，例如工程塑料、玻璃纤维。塑性材料打印头（5）的结构如图2所示，包括电机A（9）、热熔材料进料口（10）、螺杆A（11）、喷嘴（12）。电机A为具有无级调速特性的变频电机；螺杆A为变径螺杆，从进料口到喷嘴方向螺杆直径逐渐变粗；分五段区域渐进分段加热升温
所述混凝土材料打印头（6）用来打印混凝土材料。混凝土材料打印头（6）的结构如图3所示，包括电机B（18）、混凝土进料口（19）、螺杆B（20）、出料口（21）、螺杆C(22)，螺杆B与螺杆C异向齿合。
所述控制单元包括直流电源、控制电路板、位置传感器、温度传感器、物料传感器、压力传感器、电机驱动电流。控制电路板接受来着PC软件的打印命令与数据，实现对XYZ三轴的运动控制；检测各传感器状态；根据对打印参数（例如材料、速度、精度、加热温度）的设置，进行不同形式的运动控制与打印头中材料挤出控制。
所述数据处理单元为上位机软件，实现打印模型编辑、分层切片、打印参数设定等功能
所述数据处理单元还具有打印断点记忆恢复功能，在设备执行打印作业过程中设备故障或断电引起作业中断，在重启机器后能够从上次作业断点继续执行打印作业余下任务。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
具体实施方式1
打印建筑物混凝土主体结构，采用纤维材料加混凝土代替传统的钢筋混凝土结构
打印建筑物混凝土主体结构时包括如下步骤：
a、建立三维建筑计算机模型，对其进行切片分层，经边界确定、填充，得到每一层的所有像素信息，进行数据处理，规划打印路径，启动打印后PC向设备发送命令行；
b、打印主板控制三轴复位，检测各传感器状态，确认机器正常，打印物料充足；
c、打印控制电路控制进料速度、进料通断、运行速度，混凝土打印头在同一高度层面沿PC发出的运动轨迹打印完一层；
d、打印设备的X、Y轴导轨沿Z轴方向向上上升相应的打印层厚，准备下一层打印；
d、打印下一层；
e、如此循环，直到打印完所有切片层数。
具体实施方式2
采用热塑性材料打印异形建筑模板或建筑装饰构件，可以不在建筑工地作业。因为3D打印是自下而上一层层堆叠截面，所以在制作有悬空部分的形状时，就需要利用支撑结构提供支撑
本发明的设备在打印支撑结构时使用与构件实体的同一种材料，只是支撑结构打印得稀疏，打印作业完成后去除支撑结构
打印异形建筑模板或建筑装饰构件时包括如下步骤：
a、建立三维建筑计算机模型，对其进行切片分层，经边界确定、填充，合理设定支撑，得到每一层的所有像素信息，进行数据处理，规划打印路径，启动打印后PC向设备发送命令行；
b、打印主板控制三轴复位，检测各传感器状态，确认机器正常，打印物料充足；
c、打印控制电路控制进料速度、进料通断、运行速度，分段加热温度，热塑性材料打印头在同一高度层面沿PC发出的运动轨迹打印完一层；
d、打印设备的X、Y轴导轨沿Z轴方向向上上升相应的打印层厚，准备下一层打印；
d、打印下一层；
e、如此循环，直到打印完所有切片层数；
f、除去支撑结构
说明书附图
图1：本发明整体结构示意图：1-X轴导轨，2-Y轴导轨，3-Z轴导轨，4-底座，5-热塑性材料打印头，6-混凝土材料打印头，7-滑套，8-配重
图2：热塑性材料打印头结构示意图：9-电机A，10-热熔材料进料口，11-螺杆A，12-喷嘴，13-第五加热段，14-第四加热段，15-第三加热段，16-第二加热段，17-第一加热段
图3：混凝土材料打印头结构示意图：18-电机B，19-混凝土进料口，20-螺杆B，21-出料口，22-螺杆C。

Claims (7)

1.一种用于建筑行业的3D打印设备，包括主体结构、打印头装置、控制单元、数据处理单元；打印设备的主体结构如图1所示，包括X轴导轨（1），Y轴导轨（2），Z轴导轨（3），底座（4），热塑性材料打印头（5），混凝土材料打印头（6），滑套（7），配重（8）；其中至少一个喷头、至少一个X轴导轨、至少一个Y轴导轨，至少一个Z轴导轨。
2.根据权利要求1所述的用于建筑行业的3D打印设备，其特征在于使用两个不同类型的打印头，分别是混凝土材料打印头与热塑性材料打印头。
3.根据权利要求2所述的混凝土材料打印头，其特征在于使用双螺杆挤出。
4.根据权利要求2所述的热塑性材料打印头，其特征在于使用分段加热单螺杆挤出。
5.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于Z轴方向设有配重装置，且配重装置有专门导轨。
6.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于Z轴方向设有电磁抱闸装置。
7.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于具有打印断点记忆恢复功能。
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