CN108145828B - 一种建筑3d打印表面修形装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种建筑3D打印表面修形装置，用于砂浆类耗材系列增材制造技术成形表面形状的修整。进料喷嘴通过弹簧卡与打印机机体送料管道连接，侧壁切削刀片、侧壁修形刀片与平行连接板为一体化结构，且侧壁切削所述的一体化结构为对称结构，即有两个对称布置的一体化结构；横截面刮刀在上述对称结构的上方，与进料喷嘴连接。装置装配在挤出机构两侧，在机器运行的同时，去除多余砂浆，刮平表面优化成型表面。

Description

一种建筑3D打印表面修形装置

技术领域

本发明涉及一种建筑3D打印机上使用的表面修形装置，用于砂浆类耗材系列增材制造技术成形表面形状的修整。装置装配在挤出机构两侧，在机器运行的同时，去除多余砂浆，刮平表面优化成型表面。

背景技术

目前公知的建筑3D打印机所用喷头多数是圆形喷头，喷嘴上没有挤出整形的装置，砂浆随机挤出，挤出形状不规则，即便使用方形带刮刀的机构喷头，由于刮刀的单向性，最终打印成型的建筑表面凹凸不平，切开打印试样，通过没有整形装置的喷头打印试样，极大影响了打印成品的质量。

发明内容

为了使打印出来的建筑表面轮廓清晰，形状规则，本发明采用侧壁切削刀、侧壁刮平刀和顶部刮平刀三种组合而成，通过一个独立轴电机使本发明装置切削方向始终与运动方向一致。

侧壁切削刀刀片为斜向刀片，这样既能保证刀片与顶部连接处的应力要求，又能保证切削应力线性增强，与此同时切削刀片向两侧延，目的是将切削过程中耗材废料与整形面有效分离。

完成切削过程后，通过后面的两侧及顶部的刮平刀片进行表面平整度修复，于此，由于三面的刀片形成了一个相对封闭的空间，由于挤出机构的自身压力，周围的刚性装置会对挤出的砂浆有一个压实的力，更有利于砂浆耗材的成型质量，有效的防止了挤出耗材内部有空穴，挤出不均匀，有断层等诸多传统建筑3D打印的缺陷。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为建筑3D打印机打印表面修形装置立体示意图

图2为本发单侧刀片展开图及单侧刀片示意图

图3为本发明切削及修形刀片部分示意图

图4为本发明主视图及沟槽局部示意图

具体实施方式

进料喷嘴1通过弹簧卡2与打印机机体送料管道连接，图2中侧壁切削刀片4、侧壁修形刀片5与平行连接板3为精密铸造的一体化结构，从图3可以看出，本发明刀片为对称分布。最终整体通过焊接技术与图1中的横截面刮刀10进料喷嘴1连接。在横截面刮刀10上有一个勾槽6和尾部楔角8，勾槽6包括斜面7和一个局部圆弧面9。

图2中上图为单侧刀片展开图，单侧刀片是由一个高L2的平行四边形板材沿中间斜线弯折变形得来的，高度L2根据用户要求的打印层厚决定。切削刀片4为平行四边形板材沿中间两条斜线中的右侧斜线向内弯折θ度，弯折角度可因要求打印截面积而适量改变，建议角度在20-50度的范围，侧壁修形刀片5是由一部分圆弧面与一部分平行面构成的，圆弧面是由平行四边形板材向内弯折一个圆弧R3直至圆弧切线与平行连接板3平行后停止弯折，未弯折的部分为平行面，圆弧半径R3要根据切削刀片4的弯折角度而定，只要保证于修形刀片5的平行面的延伸面与切削刀片4前端内侧边缘线共面。通过力学仿真及实验发现修形刀片5尾部如果做成直线边，会在刀片与横截面刮刀10的连接处形成应力集中，影响刀片使用寿命，故将刀片尾部切割成一个圆弧R2，圆弧R2的圆心角范围根据刀具高度L2而定，通常范围为100-260度。刀片在纵深方向并不是传统的竖直分布，而是斜向前倾斜，这样能使得切削应力由点及线逐渐增加，并可将分离的废料斜向下有效的从本体分离。

图3可以看出本发明的切削修形部分是由两个刀片沿中轴线对称分布的。为了防止切削应力集中，本发明将刀片向两侧倾斜，这样做有效的增大了刀片的切削面积，增大了切削力，使切削平面更加均匀，减少砂型外观磨损与此同时，有效的将应力分散，大大增加了刀具的使用寿命。当耗材被挤入空腔时，四周受到的是一致指向中心的压力，使砂型耗材更好地塑形，紧接着在运动的作用下，耗材被拉成类长方形，再通过尾部的刀片进行水平校准修形。后端刀片与圆弧相切并且平行于方向，圆弧起到了很好的圆滑作用，使空腔内的耗材可以更好地运动向后方。侧壁修形刀片5与侧壁切削刀片4中间由一块平行连接板3连接，及能很好的收集耗材到空腔，耗材又可以及时运动离开，粘附耗材最少，距离过短会造成材料的物理堆叠，不利于成型以及修行机构的运动，而长度过长，会使一些耗材堆积在空腔不便及时排出。

横截面刮刀10平铺在侧壁修形刀片5与侧壁切削刀片4上部，与侧壁切削刀片4、侧壁修形刀片5垂直。用于对挤出砂型耗材的横截面修形，而打印体横截面不仅仅需要形状规则，同时需要有凹凸不平的结构用来增大上下层之间的接触面积，从而实现更好地粘接。而勾槽6和尾部楔角8就是用来实现凹凸的纹路结构。

图4中勾槽6是由斜面7和一个局部圆弧面9构成的勾状槽型机构，斜面7与横截面刮刀10的下表面的夹角为角度γ，角度γ要根据制作横截面刀片10的板材厚度，通常板材厚度为5mm，角度γ范围为2.5-3.8度。圆弧面9是由一个圆弧R1构成的，圆弧大小与弹性大小息息相关，在通常板材5mm的情况下，圆弧R1的圆心角通常在40-260度。

移动过程中沟槽结构6和粗糙横截面发生碰撞，产生一个斜向上垂直于直边的推力，使得横截面刮刀10尾部结构形变，向上翘起，之后又在自身弹性复位力的作用下复位，而为了刀片可以有更好的柔韧性，能够更好地复位，本发明将横截面刮刀10尾部从中间部分向尾部切削，形成一个角度β，角度β范围为3-10度。由于惯性的作用，尾部会在复位过程中继续下移，敲击砂型耗材挤出部分的横截面，从而形成细微的凹陷区，并通过这样的结构增大上层与打印层之间的接触面积，从而使整体层与层之间更加紧凑坚固。

由横截面刮刀10、侧壁修形刀片5、侧壁切削刀片4形成的修形装置模组通过焊接实现与进料喷嘴1的连接，由于此装置连接的管道和旋转机构副部分是一个双层管状结构，为了便于安装。进料管道外壁接触进料喷嘴1的内壁，进料喷嘴1的外壁通过弹簧卡2与主机构的主动旋转副结构连接，实现整修行装置运动过程中的转向。

Claims (6)

1.一种建筑3D打印表面修形装置，其特征在于：

进料喷嘴通过弹簧卡与打印机机体送料管道连接，侧壁切削刀片、侧壁修形刀片与平行连接板为一体化结构，且侧壁切削所述的一体化结构为对称结构，即有两个对称布置的一体化结构；横截面刮刀在上述对称结构的上方，与进料喷嘴连接；

横截面刮刀平铺在侧壁修形刀片与侧壁切削刀片上部，与侧壁切削刀片和侧壁修形刀片垂直。

2.根据权利要求1所述装置，其特征在于：一体化结构的单侧刀片是由一个高L2的平行四边形板材沿中间斜线弯折变形得来的，高度L2为打印层厚度；侧壁切削刀片为平行四边形板材沿中间两条斜线中的右侧斜线向内弯折θ度，两条斜线中间部分为平行连接板；θ在20-50度的范围，侧壁修形刀片是由一部分圆弧面与一部分平面构成的，圆弧面是由平行四边形板材向内弯折一个圆弧R3直至圆弧切线与平行连接板平行后停止弯折，未弯折的部分为平行面，修形刀片的平面的延伸面与切削刀片前端内侧边缘线共面。

3.根据权利要求2所述装置，其特征在于：侧壁修形刀片尾部切割成一个圆弧R2，圆弧R2的圆心角范围为100-260度。

4.根据权利要求1所述装置，其特征在于：在横截面刮刀上有一个勾槽和尾部楔角，勾槽包括斜面和一个局部圆弧面。

5.根据权利要求4所述装置，其特征在于：斜面与横截面刮刀的下表面的夹角为角度γ，角度γ范围为2.5-3.8度；圆弧面是由一个圆弧R1构成的，圆弧R1的圆心角为40-260度。

6.根据权利要求4所述装置，其特征在于：将横截面刮刀尾部从中间部分向尾部切削，形成一个角度β，角度β范围为3-10度。