CN107081839B - 一种可实现对层纹进行修补的3d打印建筑喷头总成 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可实现对层纹进行修补的3D打印建筑喷头总成，包括与3D打印机连接的供喷头总成来回滑动的导轨和与所述导轨滑动连接的喷头，所述喷头包括打印装置，控制所述打印装置沿导轨滑动的驱动装置，以及安装在所述驱动装置下方用于修正打印成型物料侧面平整度的修补装置；本发明通过在成型盒两侧安装有用于整平打印建筑侧面的滚轮，并在滚轮之间设置有进一步对打印过程中产生的层纹进行填补的修补喷嘴，能够同时将层纹的凹陷部分填充，同时也能将表面进行整平。

Description

一种可实现对层纹进行修补的3D打印建筑喷头总成

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，尤其涉及建筑领域的3D打印机的喷头领域，具体的说，是一种可实现对层纹进行修补的3D打印建筑喷头总成。

背景技术

3D打印（3DP)即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。

3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工（AEC）、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。

增材制造（Additive Manufacturing，AM）技术是采用材料逐渐累加的方法制造实体零件的技术，相对于传统的材料去除－切削加工技术，是一种“自下而上”的制造方法。近二十年来，AM技术取得了快速的发展，“快速原型制造（RapidPrototyping）”、“三维打印(3DPrinting )”、“实体自由制造(Solid Free-form Fabrication) ”之类各异的叫法分别从不同侧面表达了这一技术的特点。

增材制造技术是指基于离散-堆积原理，由零件三维数据驱动直接制造零件的科学技术体系。基于不同的分类原则和理解方式，增材制造技术还有快速原型、快速成形、快速制造、3D打印等多种称谓，其内涵仍在不断深化，外延也不断扩展，这里所说的“增材制造”与“快速成形”、“快速制造”意义相同。

如今的3D打印一般采用FDM（熔融沉积成型）打印技术，对于3D打印建筑也是如此，但是采用这种技术进行打印会产生层纹影响美观和墙面平整度，如图3所示，且结构强度也不会太高，于是针对这种情况设计了一种可实现对层纹进行修补的3D打印建筑喷头总成，其能在打印过程中对层纹进行修补，以此对墙面平整度进行优化并增加一定的结构强度。

中国发明专利申请，申请号为201510149094.3，申请公布号为CN 104742371 A，公开了一种 3D 建筑打印装置，其通过增设打印头装置，使该 3D 建筑打印装置在打印时可多个打印头装置同时工作，加快了其打印速度，提高了其打印效率；同时该 3D 建筑打印装置的各结构组合使其中的各打印头装置均能够在空间内做六自由度运动，各打印头装置均能够在适合的位置上协同进行打印工作，从而更进一步地提高了该 3D 建筑打印装置的打印效率，并能够适应不同的建筑类型。上述专利申请是通过增加喷头数量提供打印效率，并未对本案需要解决的，由于打印堆积会造成侧面出现层纹，影响外观效果和结构强度的问题进行有效解决。

中国发明专利申请，申请号为201610619399.0，申请公布号为 CN 106273472 A，公开了一种基于3D技术的建筑母模打印喷头，包括立柱，立柱正面上设置有机筒，机筒内部设置有螺杆，螺杆穿过机筒顶部与减速电机连接，机筒外表面上位于减速电机一侧设置有进料漏斗，机筒底部设置有挤出模头，进料漏斗与挤出模头之间的机筒外表面上设置有若干加热圈，挤出模头朝下设置。本发明通过3D打印模具代替传统的人工木模，能够有效节约人力成本和模具材料成本，同时实现高精度、高可靠性等特点，具有巨大的市场潜力。上述发明专利申请也没有相应的修复，修正装置解决打印过程中产生的层纹问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可实现对层纹进行修补的3D打印建筑喷头总成，用于解决现有的3D建筑打印过程中形成的推挤层纹，影响美观和墙面平整度，且结构强度也不会太高，对于现在的建筑行业标准而言，无法达标，因此，在打印过程中对于打印墙体的侧面平整度的修复，提高平整度和整体性非常迫切的需要解决。

本发明设计了一种全新的喷头总成，在打印过程中能够对打印建筑的侧面进行修补和整平，既保证了打印建筑浇筑结构的整体性，又提高了打印后建筑侧面的表面质量和平整度。

为了解决上述技术问题，达到上述技术效果，本发明通过下述技术方案实现：

一种可实现对层纹进行修补的3D打印建筑喷头总成，包括与3D打印机连接的供喷头总成来回滑动的导轨和与所述导轨滑动连接的喷头，所述喷头包括打印装置，控制所述打印装置沿导轨滑动的驱动装置，以及安装在所述驱动装置下方用于修正打印成型物料侧面平整度的修补装置；

所述驱动装置包括套接在所述导轨上的滑车座，以及驱动所述滑车座沿导轨来回滑动的水平滑移电机，所述滑车座下部转动连接有安装板，所述安装板通过安装在滑车座上的水平偏转电机驱动实现水平偏转，

以及固定安装在所述安装板两侧用于固定所述打印装置的凸耳，靠近所述凸耳位于所述安装板相对两侧均安装有所述修补装置；

所述修补装置包括可拆卸固定连接在所述安装板上的滚轮转轴，所述滚轮转轴上安装有用于修平未固化打印物料且可以自由转动的滚轮。

为了使打印过程中物料的层次叠放融合更好，整体性更完整且易于掌握，优选地，所述打印装置包括与3D打印供料端连接的供料管，所述供料管连接有安装在所述凸耳上的成型盒，所述成型盒具有一个斜向下且截面呈矩形的物料成型喷嘴。

为了更进一步的实现本发明，为了平均分配供料在成型盒内的压力，避免挤出速率不一致导致打印效果不均匀，优选地，所述供料管与成型盒之间还设置有与供料管呈九十度密闭连接的供料分流管，以及连通所述供料分流管与成型盒之间的多根供料导管。

为了更进一步的实现本发明，优选地，所述分流管的两端头连接有修补导管，所述修补导管的末端连接有与所述滚轮转轴平行设置的修补分流管，所述修补分流管上靠近成型盒一侧设置有多个修补喷嘴，所述修补喷嘴与成型盒的最短直线距离大于所述滚轮表面距离成型盒的最短距离。这样设置的目的是为了防止修补喷嘴接触到刚刚打印的建筑，破坏建筑的侧面外观质量。按照上述设置，则可以保证始终由滚轮与建筑体的侧面接触，在来回往复打印的过程中，滚轮则会不断的反复对建筑两个侧面进行修复整平。

为了更进一步的实现本发明，实现当滑车座沿导轨来回运动均能够实现整平作用，优选地，所述滚轮转轴与滚轮的数量为两个，所述修补分流管安装在所述两个滚轮的中间。

为了更进一步的实现本发明，提高滑车座沿着导轨移动的精准性和扭矩的刚性传递，优选地，所述导轨沿长度方向的中部开设有凹槽，所述凹槽的两个侧壁上均设置有齿条，所述水平滑移电机驱动轴上安装有齿轮，所述齿轮嵌入在所述凹槽内并与齿条啮合。

为了更进一步的实现本发明，提高所述导轨与滑车座之间的稳定性，优选地，所述导轨沿长度方向的两侧边设置有轮槽，所述滑车座上安装有与所述轮槽滑动配合的滑轮轴，所述滑轮轴平行设置有两行并对所述导轨两侧边的轮槽实现夹持。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）本发明通过在成型盒两侧安装有用于整平打印建筑侧面的滚轮，并在滚轮之间设置有进一步对打印过程中产生的层纹进行填补的修补喷嘴，能够同时将层纹的凹陷部分填充，同时也能将表面进行整平。

（2）本发明通过增设水平偏转电机调节成型盒与导轨之间的相对角度，能够实现不同宽度的建筑物打印，且通过修补喷嘴进行物料补偿，再通过滚轮进行整平，保证了打印建筑的结构整体性，具有更高的凝固强度，避免了后期修补出现脱层的问题。

附图说明

图1为本发明的左侧向45°立体结构示意图；

图2为本发明的右侧向45°立体结构示意图；

图3为现有建筑打印中出现的层纹结构示意图；

其中1-水平滑移电机；2-滑车座；3-滑轮；4-导轨；5-齿轮；6-滑轮轴；7-滚轮；8-滚轮转轴；9-修补喷嘴；10-修补导管；11-供料分流管；12-供料管；13-成型盒；14-修补分流管；15-水平偏转电机；16-安装板；17-供料导管；18-凸耳；41-轮槽；42-齿条。

具体实施方式

下面结合本发明的优选实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

结合附图1和2所示，一种可实现对层纹进行修补的3D打印建筑喷头总成，包括与3D打印机连接的供喷头总成来回滑动的导轨4和与所述导轨4滑动连接的喷头，所述喷头包括打印装置，控制所述打印装置沿导轨4滑动的驱动装置，以及安装在所述驱动装置下方用于修正打印成型物料侧面平整度的修补装置；

所述驱动装置包括套接在所述导轨4上的滑车座2，以及驱动所述滑车座2沿导轨4来回滑动的水平滑移电机1，所述滑车座2下部转动连接有安装板16，所述安装板16通过安装在滑车座2上的水平偏转电机15驱动实现水平偏转，

以及固定安装在所述安装板16两侧用于固定所述打印装置的凸耳18，靠近所述凸耳18位于所述安装板16相对两侧均安装有所述修补装置；

所述修补装置包括可拆卸固定连接在所述安装板16上的滚轮转轴8，所述滚轮转轴8上安装有用于修平未固化打印物料且可以自由转动的滚轮7。

为了使打印过程中物料的层次叠放融合更好，整体性更完整且易于掌握，优选地，所述打印装置包括与3D打印供料端连接的供料管12，所述供料管12连接有安装在所述凸耳18上的成型盒13，所述成型盒13具有一个斜向下且截面呈矩形的物料成型喷嘴。

工作原理：

在对本实施例的工作原理进行阐述之前，值得强调的是，本发明只涉及用于建筑领域的3D打印机的打印喷头，由于一个完整的3D打印机涉及的机械构件有成千上万个，故而，涉及到3D打印机其他部分或者功能性构件，在本实施例中就不做详述，默认现有。譬如，为本发明中供料管12提供打印原料的设备，不属于本发明要求保护和公开的内容，但在原理描述过程中，必不可少的会提及到相关的协同或者配合部件，因此，作为本领域技术人员，应当正确理解本案的撰写意图，置于原料供应多少，如何供应均不属于本实施例要求公开的范畴，且不应当理解为涉及公开不充分的问题，为此，特别做上述说明。

水平滑移电机1工作后正反转均驱动与所述水平滑移电机1固定连接的滑车座2沿着导轨4做往复直线运动，由于整个喷头总成都通过滑车座2固定，详见附图1或2所示，当滑车座2移动时，喷头总成则随之移动。供料管12不断将塑状混凝土通过成型盒13不断挤出，来回以叠加的方式对需要打印的建筑进行堆砌，由于成型盒13的两侧均安装有滚轮7，且滚轮7可以相对于滚轮转轴8自由的转动，则在挤压过程中将成型盒13来回叠加打印的塑状混凝土的层与层之间形成的层纹进行修正，压平；明显减轻或者避免了层纹的出现。在此，需要强调和说明的是，在采用相同材料的情况下，所述滚轮7的直径越小，修复，整平的效果越好；当滚轮7的直径较大时，由于滚轮7在转动过程中会不可避免的粘接部分粘度较大，硬度较低的混凝土物料，在反复辊轧的过程中会降低修复的表面平整度；若滚轮7的直径较小，可将其视作滑动，将建筑表面的层纹线性刮除，表面平整度会更佳。

实施例2：

为了更进一步的实现本发明，为了平均分配供料在成型盒13内的压力，避免挤出速率不一致导致打印效果不均匀，在实施例1的基础上，进一步结合附图1和如2所示，本实施例中，所述供料管12与成型盒13之间还设置有与供料管12呈九十度密闭连接的供料分流管11，以及连通所述供料分流管11与成型盒13之间的多根供料导管17。

为了更进一步的实现本发明，本实施例中，所述分流管11的两端头连接有修补导管10，所述修补导管10的末端连接有与所述滚轮转轴8平行设置的修补分流管14，所述修补分流管14上靠近成型盒13一侧设置有多个修补喷嘴9，所述修补喷嘴9与成型盒13的最短直线距离大于所述滚轮7表面距离成型盒13的最短距离。这样设置的目的是为了防止修补喷嘴9接触到刚刚打印的建筑，破坏建筑的侧面外观质量。按照上述设置，则可以保证始终由滚轮7与建筑体的侧面接触，在来回往复打印的过程中，滚轮7则会不断的反复对建筑两个侧面进行修复整平。

为了更进一步的实现本发明，实现当滑车座2沿导轨4来回运动均能够实现整平作用，本实施例中，所述滚轮转轴8与滚轮7的数量为两个，所述修补分流管14安装在所述两个滚轮7的中间。

为了更进一步的实现本发明，提高滑车座2沿着导轨4移动的精准性和扭矩的刚性传递，本实施例中，所述导轨4沿长度方向的中部开设有凹槽，所述凹槽的两个侧壁上均设置有齿条42，所述水平滑移电机1驱动轴上安装有齿轮5，所述齿轮5嵌入在所述凹槽内并与齿条42啮合。

为了更进一步的实现本发明，提高所述导轨4与滑车座2之间的稳定性，本实施例中，所述导轨4沿长度方向的两侧边设置有轮槽41，所述滑车座2上安装有与所述轮槽41滑动配合的滑轮轴6，所述滑轮轴6平行设置有两行并对所述导轨4两侧边的轮槽41实现夹持。

需要强调说明的是，上述任意一个实施例均是对本发明中所要求保护的技术方案举的案例方案，由于本案解决的技术问题是提高3D建筑打印表面质量的技术问题，避免或消除打印过程中产生层纹的技术问题，因此，能够采用上述方案进行打印的混凝土原料的粒度不应当出现粗骨料，否则会对供料管12和修补喷嘴9造成堵塞，无法实现打印作业。这对于本领域技术人员而言是显而易见的，为此，将本发明适用的塑状混凝土的最大粒度要求按照现有的采用层次叠加打印的3D建筑打印机适用的混凝土粒度为准，在本实施例中不做单独说明。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种可实现对层纹进行修补的3D打印建筑喷头总成，包括与3D打印机连接的供喷头总成来回滑动的导轨（4）和与所述导轨（4）滑动连接的喷头，其特征在于：所述喷头包括打印装置，控制所述打印装置沿导轨（4）滑动的驱动装置，以及安装在所述驱动装置下方用于修正打印成型物料侧面平整度的修补装置；

所述驱动装置包括套接在所述导轨（4）上的滑车座（2），以及驱动所述滑车座（2）沿导轨（4）来回滑动的水平滑移电机（1），所述滑车座（2）下部转动连接有安装板（16），所述安装板（16）通过安装在滑车座（2）上的水平偏转电机（15）驱动实现水平偏转，

以及固定安装在所述安装板（16）两侧用于固定所述打印装置的凸耳（18），靠近所述凸耳（18）位于所述安装板（16）相对两侧均安装有所述修补装置；

所述修补装置包括可拆卸固定连接在所述安装板（16）上的滚轮转轴（8），所述滚轮转轴（8）上安装有用于修平未固化打印物料且可以自由转动的滚轮（7）；

所述打印装置包括与3D打印供料端连接的供料管（12），所述供料管（12）连接有安装在所述凸耳（18）上的成型盒（13），所述成型盒（13）具有一个斜向下且截面呈矩形的物料成型喷嘴；

所述供料管（12）与成型盒（13）之间还设置有与供料管（12）呈九十度密闭连接的供料分流管（11），以及连通所述供料分流管（11）与成型盒（13）之间的多根供料导管（17）；

所述导轨（4）沿长度方向的中部开设有凹槽，所述凹槽的两个侧壁上均设置有齿条（42），所述水平滑移电机（1）驱动轴上安装有齿轮（5），所述齿轮（5）嵌入在所述凹槽内并与齿条（42）啮合；

所述导轨（4）沿长度方向的两侧边设置有轮槽（41），所述滑车座（2）上安装有与所述轮槽（41）滑动配合的滑轮轴（6），所述滑轮轴（6）平行设置有两行并对所述导轨（4）两侧边的轮槽（41）实现夹持。

2.根据权利要求1所述的一种可实现对层纹进行修补的3D打印建筑喷头总成，其特征在于，所述分流管（11）的两端头连接有修补导管（10），所述修补导管（10）的末端连接有与所述滚轮转轴（8）平行设置的修补分流管（14），所述修补分流管（14）上靠近成型盒（13）一侧设置有多个修补喷嘴（9），所述修补喷嘴（9）与成型盒（13）的最短直线距离大于所述滚轮（7）表面距离成型盒（13）的最短距离。

3.根据权利要求2所述的一种可实现对层纹进行修补的3D打印建筑喷头总成，其特征在于，所述滚轮转轴（8）与滚轮（7）的数量为两个，所述修补分流管（14）安装在所述两个滚轮（7）的中间。