CN105220879A - 建筑工程3d打印机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种建筑工程3D打印机，包括打印头、横梁、滑轨小车、水平滑轨、打印头滑车、打印头滑轨和提升装置；至少四组所述提升装置的顶部通过横梁连接成方形且提升装置与横梁之间滑动连接；提升装置上滑动连接有两根水平滑轨且两根所述的水平滑轨互相平行且处于同一水平面；两根所述的水平滑轨之间通过滑轨小车滑动连接有打印头滑轨，打印头滑轨上通过打印头滑车滑动连接有打印头。本发明使3D打印机打印建筑不受建筑物高度的限制，对于3D打印机的大面积推广具有重要意义。用较小的设备却能达到无限高度循环往复提升，可以应用到诸多的提升领域，降低设备成本，满足提升要求。
Description
技术领域
本发明涉及3D打印机技术领域，尤其涉及一种建筑工程3D打印机。
背景技术
3D打印建筑是通过3D打印技术建造起来的建筑物，由巨大的三维机械从打印头挤出建筑材料，直接制造出建筑物，而打印头通过框架支撑并带动移动。
但目前的技术普遍采用龙门架整体架构水平运动的方式进行打印。这种装置的打印高度受框架高度影响，只能打印高度较低的建筑物，对于较高建筑物的打印就难以实现。
现有3D打印机的打印头均在3D设备内部，对于超出打印设备范围的位置无法按设计进行打印；另外，由于打印头的设计原因，在打印墙体转角时不够美观。
机械设备提升系统在实现较高的提升时，往往受传动系统体积较大，连续提升轨道过长、过重的困扰，影响轨道精度，增加了安装难度。
3D立柱式打印墙体只是在底部增加底座，该技术方案的缺陷是，立柱过高会产生不稳定晃动，使打印过程中的打印头不能稳定的送料，打印建筑物时，在局部位置有向里或者向外的现象，使得整个建筑物在竖直方向上不与地面垂直，影响建筑物的打印效果。
发明内容
本发明为解决上述的不足问题，提供一种建筑工程3D打印机。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：建筑工程3D打印机，包括打印头、横梁、滑轨小车、水平滑轨、打印头滑车、打印头滑轨和提升装置；至少四组所述提升装置的顶部通过横梁连接成方形且提升装置与横梁之间滑动连接；提升装置上滑动连接有两根水平滑轨且两根所述的水平滑轨互相平行且处于同一水平面；两根所述的水平滑轨之间通过滑轨小车滑动连接有打印头滑轨，打印头滑轨上通过打印头滑车滑动连接有打印头。
进一步的，打印头包括支架a和固定于其顶部的支架b，打印头供料装置位于支架a内，并通过支架a底部的轴承a和支架a上侧部的轴承b与支架a转动连接，所述打印头供料装置内固定设有螺旋旋转轴，螺旋旋转轴顶端固定连接于支架b上的旋转电机c，螺旋旋转轴底端穿过位于打印头供料装置底部的齿轮a和轴承a，并延伸至支架a底部，所述齿轮a与设置在旋转电机b上的齿轮b啮合，所述旋转电机b固定于支架a外底部，打印头供料装置底部连接连接管，所述软管上部位于连接管内，旋转电机a固定在支架c的固定板上，所述支架c上部固定于连接管上，所述旋转电机a连接转盘，所述转盘通过固定装置固定于软管上。
进一步的，软管下端连接刮板。
进一步的，提升装置包括立柱，还包括与立柱滑动连接的滑轮小车a和滑轮小车b，所述滑轮小车a和滑轮小车b上设有卡位器，所述卡位器包括通过支撑架固定的推力电机，立柱上设有与推力电机相配合的卡位孔，传动轮a位于立柱外顶部，绳索a绕过传动轮a，绳索a两端分别固定连接卷扬机a和滑轮小车a的固定挂钩a，滑轮小车a底端设有传动轮b，立柱下侧部设有传动轮c，绳索b绕过传动轮b和传动轮c，所述绳索b两端分别连接卷扬机b和滑轮小车b的固定挂钩b，所述卷扬机b固定于立柱的内底部；横梁固定在滑轮小车a上，水平滑轨固定在滑轮小车b上。
进一步的，提升装置包括立柱、电机、滑轮小车a、丝杆、丝母、滑轮小车b和卡位器；滑轮小车a套装在立柱上并与立柱滑动连接，电机固定在滑轮小车a上，电机的底端连接有丝杆，丝杆上连接有丝母，丝母上固定安装有滑轮小车b，滑轮小车b位于滑轮小车a的下方，滑轮小车a和滑轮小车b上均安装有卡位器；卡位器包括推力电机和支撑架，推力电机固定在支撑架上，支撑架分别安装在滑轮小车a和滑轮小车b上，立柱与卡位器的对应位置处设有卡位孔；横梁固定在滑轮小车a上，水平滑轨固定在滑轮小车b上。
进一步的，提升装置包括立柱，还包括与立柱滑动连接的滑轮小车a和滑轮小车b，所述滑轮小车a和滑轮小车b上设有卡位器，所述卡位器包括通过支撑架固定的推力电机，立柱上设有与推力电机相配合的卡位孔，所述立柱上设有齿条，电机a通过电机固定板a固定于滑轮小车a上，电机b通过电机固定板b固定于滑轮小车b上，电机a连接齿轮a，电机b连接齿轮b，所述齿轮a和齿轮b分别与齿条啮合；横梁固定在滑轮小车a上，水平滑轨固定在滑轮小车b上。
进一步的，提升装置通过立柱锁定装置固定，立柱锁定装置包括夹具a和夹具b，夹具a连接夹具b，夹具b两端分别连接固定螺杆a、固定螺杆b。
本发明使3D打印机打印建筑不受建筑物高度的限制，对于3D打印机的大面积推广具有重要意义。当打印建筑物或构件超出框架范围时，程序控制旋转电机带动打印头上的软管向里或者向外动作，进行打印建筑物或构件，达到超出框架范围也可以正常打印的目的。同时，旋转的打印头可以在墙体转角时打出圆弧形墙角，使打印出的墙体转角更加美观。用较小的设备却能达到无限高度循环往复提升，可以应用到诸多的提升领域，降低设备成本，满足提升要求。卡位器在程序控制下，实现在指定位置的自动卡位锁定和解锁，装配此卡位器的3D打印机能够连续大幅提升垂直方向上的距离不受建筑物高度限制且此卡位器结构简单，现场装配方便。将框架立柱与墙体相连，提高打印机立柱的稳定性，防止打印过程中立柱的晃动，确保打印后整个建筑的效果。
附图说明
图1是本发明实施例一的结构示意图；
图2是本发明实施例二的结构示意图；
图3是本发明实施例三的结构示意图；
图4是打印头的结构示意图；
图5是图4的局部放大视图；
图6是立柱锁定装置的装配示意图；
图7是立柱锁定装置的装配俯视图；
图8是实施例一中提升装置的结构示意图；
图9是实施例二中提升装置的结构示意图；
图10是实施例三中提升装置的结构示意图。
其中：1、打印头，2、横梁，3、滑轨小车，4、水平滑轨，5、打印头滑车，6、打印头滑轨，7、旋转电机a，8、软管，9、旋转电机b，10、轴承a，11、齿轮a，12、齿轮b，13、打印头供料装置，14、支架a，15、轴承b，16、支架b，17、螺旋旋转轴，18、旋转电机c，19、刮板，20、固定装置，21、支架c，22、连接管，23、转盘，24、固定板，25、墙柱，26、夹具a，27、夹具b，28、打印墙体，30.1、固定螺杆a，30.2、固定螺杆b，31、立柱，32、传动轮a，33、绳索a，34、滑轮小车a，35、传动轮b，36、绳索b，37、固定挂钩b，38、滑轮小车b，39、传动轮c，40、卷扬机b，41、卷扬机a，42、固定挂钩a,43、电机a，43.1、电机固定板a，43.2、齿轮a，44、电机b，44.1、电机固定板b，44.2、齿轮b，45、齿条，46.1、支撑架,46.2、推力电机，47、电机c，48、丝杆，49、丝母。
具体实施方式
实施例一
如图1所示，建筑工程3D打印机，包括打印头1、横梁2、滑轨小车3、水平滑轨4、打印头滑车5、打印头滑轨6和提升装置；至少四组所述提升装置的顶部通过横梁2连接成方形且提升装置与横梁2之间滑动连接；提升装置上滑动连接有两根水平滑轨4且两根所述的水平滑轨4互相平行且处于同一水平面；两根所述的水平滑轨4之间通过滑轨小车3滑动连接有打印头滑轨6，打印头滑轨6上通过打印头滑车5滑动连接有打印头1。
如图4和图5所示，打印头1包括支架a14和固定于其顶部的支架b16，打印头供料装置13位于支架a14内，并通过支架a14底部的轴承a10和支架a14上侧部的轴承b15与支架a14转动连接，所述打印头供料装置13内固定设有螺旋旋转轴17，螺旋旋转轴17顶端固定连接于支架b16上的旋转电机c18，螺旋旋转轴17底端穿过位于打印头供料装置13底部的齿轮a11和轴承a10，并延伸至支架a14底部，所述齿轮a11与设置在旋转电机b9上的齿轮b12啮合，所述旋转电机b9固定于支架a14外底部，打印头供料装置13底部连接连接管22，所述软管8上部位于连接管22内，旋转电机a7固定在支架c21的固定板24上，所述支架c21上部固定于连接管22上，所述旋转电机a7连接转盘23，所述转盘23通过固定装置20固定于软管8上，软管8下端连接刮板19。
支架a14与支架b16连接成为框架并固定在滑轨小车上，正常在框架范围内的打印时旋转电机a7不动作使打印头处于垂直状态进行打印；当打印建筑物或构件超出框架范围时，程序控制旋转电机a7运转，旋转电机a7带动转盘23转动，从而带动软管8转动，使软管8运动到框架范围以外进行打印。
当打印到墙体转角时，程序控制软管8垂直沿圆弧轨迹运动，在墙体转角处打印出圆弧墙体，同时，旋转电机b9运转，带动软管8以及软管8上的刮板19转动，刮板19的运动轨迹与打印墙体的圆弧转角相同，刮板19对墙体圆弧转角的外表面进行修整，使圆弧形墙角表面更加平整美观。
如图8所示，提升装置包括立柱31，还包括与立柱31滑动连接的滑轮小车a34和滑轮小车b38，所述滑轮小车a34和滑轮小车b38上设有卡位器，所述卡位器包括通过支撑架46.1固定的推力电机46.2，立柱31上设有与推力电机46.2相配合的卡位孔，传动轮a32位于立柱31外顶部，绳索a33绕过传动轮a32，绳索a33两端分别固定连接卷扬机a41和滑轮小车a34的固定挂钩a42，滑轮小车a34底端设有传动轮b35，立柱31下侧部设有传动轮c39，绳索b36绕过传动轮b35和传动轮c39，所述绳索b36两端分别连接卷扬机b40和滑轮小车b38的固定挂钩b37，所述卷扬机b40固定于立柱31的内底部；横梁2固定在滑轮小车a34上，水平滑轨4固定在滑轮小车b38上。
程序控制卷扬机a41通过绳索a33将滑轮小车a34提升到指定位置时，推力电机46.2动作并伸入卡位孔中，将滑轮小车a34锁住；然后卷扬机b40运转，提升滑轮小车b38进行打印工作，到达指定位置时滑轮小车b38锁住，滑轮小车a34解锁，卷扬机a41运转，卷扬机b40运转以相对应的速度放绳使滑轮小车a34能够上升到指定的位置锁死，停止卷扬机a41和卷扬机b40，再单独让卷扬机b40提升滑轮小车b38上升到指定的位置锁死，重复以上动作，达到提升和打印的目的。
如图6和图7所示，提升装置通过立柱锁定装置固定，立柱锁定装置包括夹具a26和夹具b27，夹具a26连接夹具b27，夹具b27两端分别连接固定螺杆a30.1、固定螺杆b30.2。
固定立柱31竖直平行放置在墙柱25外侧，打印头在打印头滑轨6上打印，当打印头提升到预定高度位置后，放入夹具a26、夹具b27，通过夹具a26和夹具b27夹紧墙柱25，固定螺杆一端连接夹具b27，另一端连接固定立柱31，从而使墙柱25与固定立柱31固定，固定完毕后打印头继续打印，当打印到下一预定高度后，继续固定装配本立柱锁定装置，然后继续打印，如此反复，直至打印墙体28打印完毕，最后切断固定螺杆，将打印装置与打印墙体28分离。
横梁2由滑轮小车a34提升到指定的位置上，再由滑轮小车a34上的卡位器卡住位置；滑轮小车b38提升打印头1根据程序设计打印建筑物。当水平滑轨4接近横梁2时，滑轮小车b38上的卡位器卡住位置，滑轮小车a34的卡位器松开，继续上升至下个指定位置，再由滑轮小车a34上的卡位器卡住位置；滑轮小车b38上的卡位器松开。当完成单层高度打印后，将立柱31与墙体框架通过立柱锁定装置相互锁定形成整体，提高打印机的稳定性，然后按照程序继续打印建筑物，如此反复相互提升完成多层打印，其打印高度不受设备的限制且构造简单。
实施例二
区别于实施例一，如图2、图9所示，提升装置包括立柱31、电机c47、滑轮小车a34、丝杆48、丝母49、滑轮小车b38和卡位器；滑轮小车a34套装在立柱31上并与立柱31滑动连接，电机c47固定在滑轮小车a34上，电机c47的底端连接有丝杆48，丝杆48上连接有丝母49，丝母49上固定安装有滑轮小车b38，滑轮小车b38位于滑轮小车a34的下方，滑轮小车a34和滑轮小车b38上均安装有卡位器；卡位器包括推力电机46.2和支撑架46.1，推力电机46.2固定在支撑架46.1上，支撑架46.1分别安装在滑轮小车a34和滑轮小车b38上，立柱31与卡位器的对应位置处设有卡位孔；横梁2固定在滑轮小车a34上，水平滑轨4固定在滑轮小车b38上。
当丝杆48正转时，丝母49带动滑轮小车b38提升，提升到指定高度时，滑轮小车b38上的卡位器启动，推力电机46.2在程序控制下伸出并进入卡位孔，将滑轮小车b38卡位并锁紧；滑轮小车a34上的卡位器启动，推力电机46.2在程序控制下从卡位孔中缩回，使滑轮小车a34解锁，电机c47反转，丝杆48提升，并带动电机c47、滑轮小车a34一起提升，提升至指定高度后，滑轮小车a34上的卡位器启动，将滑轮小车a34卡位并锁紧，即完成一次提升程序，如此反复提升到需要的高度，完成作业要求。
实施例三
区别于实施例一，如图3、图10所示，提升装置包括立柱31，还包括与立柱31滑动连接的滑轮小车a34和滑轮小车b38，所述滑轮小车a34和滑轮小车b38上设有卡位器，所述卡位器包括通过支撑架46.1固定的推力电机46.2，立柱31上设有与推力电机46.2相配合的卡位孔，所述立柱31上设有齿条45，电机a43通过电机固定板a43.1固定于滑轮小车a34上，电机b44通过电机固定板b44.1固定于滑轮小车b38上，电机a43连接齿轮a43.2，电机b44连接齿轮b44.2，所述齿轮a43.2和齿轮b44.2分别与齿条45啮合；横梁2固定在滑轮小车a34上，水平滑轨4固定在滑轮小车b38上。
滑轮小车a34由电机a43带动齿轮a43.2沿着齿条45的轨道向上提升，提升到指点位置时，卡位器上的推力电机46.2动作并伸入卡位孔中，将滑轮小车a34锁住，电机a43停止工作；然后滑轮小车b38由电机b44带动齿轮b44.2，沿着齿条45的轨道向上运动,达到指定位置时，卡位器的推力电机46.2动作并伸入卡位孔中，锁住滑轮小车b38，电机b44停止工作，与此同时，电机a43继续工作，滑轮小车a34解锁，并继续向上运动，反复进行以上运动，达到反复提升的效果。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明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发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.建筑工程3D打印机，其特征在于：包括打印头(1)、横梁(2)、滑轨小车(3)、水平滑轨(4)、打印头滑车(5)、打印头滑轨(6)和提升装置；至少四组所述提升装置的顶部通过横梁(2)连接成方形且提升装置与横梁(2)之间滑动连接；提升装置上滑动连接有两根水平滑轨(4)且两根所述的水平滑轨(4)互相平行且处于同一水平面；两根所述的水平滑轨(4)之间通过滑轨小车(3)滑动连接有打印头滑轨(6)，打印头滑轨(6)上通过打印头滑车(5)滑动连接有打印头(1)。
2.根据权利要求1所述的建筑工程3D打印机，其特征在于：所述的打印头(1)包括支架a(14)和固定于其顶部的支架b(16)，打印头供料装置(13)位于支架a(14)内，并通过支架a(14)底部的轴承a(10)和支架a(14)上侧部的轴承b(15)与支架a(14)转动连接，所述打印头供料装置(13)内固定设有螺旋旋转轴(17)，螺旋旋转轴(17)顶端固定连接于支架b(16)上的旋转电机c(18)，螺旋旋转轴(17)底端穿过位于打印头供料装置(13)底部的齿轮a(11)和轴承a(10)，并延伸至支架a(14)底部，所述齿轮a(11)与设置在旋转电机b(9)上的齿轮b(12)啮合，所述旋转电机b(9)固定于支架a(14)外底部，打印头供料装置(13)底部连接连接管(22)，所述软管(8)上部位于连接管(22)内，旋转电机a(7)固定在支架c(21)的固定板(24)上，所述支架c(21)上部固定于连接管(22)上，所述旋转电机a(7)连接转盘(23)，所述转盘(23)通过固定装置(20)固定于软管(8)上。
3.根据权利要求2所述的建筑工程3D打印机，其特征在于：所述的软管(8)下端连接刮板(19)。
4.根据权利要求1所述的建筑工程3D打印机，其特征在于：所述的提升装置包括立柱(31)，还包括与立柱(31)滑动连接的滑轮小车a(34)和滑轮小车b(38)，所述滑轮小车a(34)和滑轮小车b(38)上设有卡位器，所述卡位器包括通过支撑架(46.1)固定的推力电机(46.2)，立柱(31)上设有与推力电机(46.2)相配合的卡位孔，传动轮a(32)位于立柱(31)外顶部，绳索a(33)绕过传动轮a(32)，绳索a(33)两端分别固定连接卷扬机a(41)和滑轮小车a(34)的固定挂钩a(42)，滑轮小车a(34)底端设有传动轮b(35)，立柱(31)下侧部设有传动轮c(39)，绳索b(36)绕过传动轮b(35)和传动轮c(39)，所述绳索b(36)两端分别连接卷扬机b(40)和滑轮小车b(38)的固定挂钩b(37)，所述卷扬机b(40)固定于立柱(31)的内底部；横梁(2)固定在滑轮小车a(34)上，水平滑轨(4)固定在滑轮小车b(38)上。
5.根据权利要求1所述的建筑工程3D打印机，其特征在于：所述的提升装置包括立柱(31)、电机c(47)、滑轮小车a(34)、丝杆(48)、丝母(49)、滑轮小车b(38)和卡位器；滑轮小车a(34)套装在立柱(31)上并与立柱(31)滑动连接，电机c(47)固定在滑轮小车a(34)上，电机c(47)的底端连接有丝杆(48)，丝杆(48)上连接有丝母(49)，丝母(49)上固定安装有滑轮小车b(38)，滑轮小车b(38)位于滑轮小车a(34)的下方，滑轮小车a(34)和滑轮小车b(38)上均安装有卡位器；卡位器包括推力电机(46.2)和支撑架(46.1)，推力电机(46.2)固定在支撑架(46.1)上，支撑架(46.1)分别安装在滑轮小车a(34)和滑轮小车b(38)上，立柱(31)与卡位器的对应位置处设有卡位孔；横梁(2)固定在滑轮小车a(34)上，水平滑轨(4)固定在滑轮小车b(38)上。
6.根据权利要求1所述的建筑工程3D打印机，其特征在于：所述的提升装置包括立柱(31)，还包括与立柱(31)滑动连接的滑轮小车a(34)和滑轮小车b(38)，所述滑轮小车a(34)和滑轮小车b(38)上设有卡位器，所述卡位器包括通过支撑架(46.1)固定的推力电机(46.2)，立柱(31)上设有与推力电机(46.2)相配合的卡位孔，所述立柱(31)上设有齿条(45)，电机a(43)通过电机固定板a(43.1)固定于滑轮小车a(34)上，电机b(44)通过电机固定板b(44.1)固定于滑轮小车b(38)上，电机a(43)连接齿轮a(43.2)，电机b(44)连接齿轮b(44.2)，所述齿轮a(43.2)和齿轮b(44.2)分别与齿条(45)啮合；横梁(2)固定在滑轮小车a(34)上，水平滑轨(4)固定在滑轮小车b(38)上。
7.根据权利要求4或5或6所述的建筑工程3D打印机，其特征在于：所述的提升装置通过立柱锁定装置固定，立柱锁定装置包括夹具a(26)和夹具b(27)，夹具a(26)连接夹具b(27)，夹具b(27)两端分别连接固定螺杆a(30.1)、固定螺杆b(30.2)。
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