CN108544633B - 一种适用于大型复杂地质模型3d成型的打印头 - Google Patents

Abstract

一种适用于大型复杂地质模型3D成型的打印头，包括打印头安装板、打印喷嘴快换机构、相似材料供料管、相似材料循环防堵塞机构及相似材料冲洗净化防堵塞机构；打印喷嘴快换机构包括打印喷嘴快换驱动电机、电机安装架、管道转接盘及打印喷嘴转接盘；打印喷嘴转接盘上均布有三个打印喷嘴，三个打印喷嘴的喷嘴孔径各不相同且打印精度由高到低；相似材料循环防堵塞机构包括相似材料循环进料管、相似材料循环回料管及相似材料循环料管快接机构；相似材料冲洗净化防堵塞机构包括进水管、出水管及水管快接机构；本发明能够快速调节打印精度，在暂停打印期间，可根据暂停时间的长短，启用相似材料循环防堵塞功能或相似材料冲洗净化防堵塞功能。

Description

一种适用于大型复杂地质模型3D成型的打印头

技术领域

本发明属于大型三维物理模型制备技术领域，特别是涉及一种适用于大型复杂地质模型3D成型的打印头。

背景技术

通过物理模型试验来模拟自然岩体工程开挖过程，是预测和预报大型岩体工程地质灾害的重要方法。地质模型需要由岩体相似材料制成，而岩体相似材料通常由水泥、石膏、砂子、铁粉及重晶石等组成，在制作地质模型前，需要先将岩体相似材料搅拌均匀，然后由泵送设备将搅拌好的岩体相似材料供给3D成型机的打印头进行使用。

目前，大型地质模型3D成型机的打印头功能单一，其打印精度固定而无法调节，特别是在暂停打印的期间，打印头内残留的岩体相似材料极易出现快速凝固而堵塞打印头的情况。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种适用于大型复杂地质模型3D成型的打印头，能够根据实际打印需要而快速调节打印精度，同时具备了打印头的防堵塞功能，在暂停打印的期间，可根据暂停时间的长短，启用相似材料循环防堵塞功能或相似材料冲洗净化防堵塞功能。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种适用于大型复杂地质模型3D成型的打印头，包括打印头安装板、打印喷嘴快换机构、相似材料供料管、相似材料循环防堵塞机构及相似材料冲洗净化防堵塞机构；所述打印喷嘴快换机构包括打印喷嘴快换驱动电机、电机安装架、管道转接盘及打印喷嘴转接盘，管道转接盘固装在电机安装架上；所述相似材料供料管一端通过第一控制阀接入相似材料，相似材料供料管另一端通过管道密封圈水平固装在管道转接盘上，且在管道密封圈与管道转接盘之间加装有顶紧弹簧；所述打印喷嘴快换驱动电机固装在电机安装架上，打印喷嘴快换驱动电机的电机轴穿过管道转接盘的中小孔与打印喷嘴转接盘的圆心相固连；在所述打印喷嘴转接盘的盘面上均匀分布有三个打印喷嘴，打印喷嘴的尾部管体通过喷嘴密封圈水平固装在打印喷嘴转接盘上，打印喷嘴的嘴部管体与尾部管体相垂直；所述相似材料循环防堵塞机构包括相似材料循环进料管、相似材料循环回料管及相似材料循环料管快接机构；所述相似材料循环进料管一端通过第二控制阀接入相似材料，相似材料循环进料管另一端通过管道密封圈水平固装在管道转接盘上，且在管道密封圈与管道转接盘之间加装有顶紧弹簧；所述相似材料循环回料管一端通过相似材料循环料管快接机构与打印喷嘴密封连通，相似材料循环回料管另一端导出相似材料并返回相似材料的供料源；所述相似材料冲洗净化防堵塞机构包括进水管、出水管及水管快接机构；所述进水管一端通过第三控制阀与供水源相接，进水管另一端通过管道密封圈水平固装在管道转接盘上，且在管道密封圈与管道转接盘之间加装有顶紧弹簧；所述出水管一端通过水管快接机构与打印喷嘴密封连通，出水管另一端接入污水处理系统。

三个所述打印喷嘴的喷嘴孔径各不相同，喷嘴孔径最小的打印喷嘴的打印精度最高，喷嘴孔径居中的打印喷嘴的打印精度次之，喷嘴孔径最大的打印喷嘴的打印精度最低。

所述相似材料循环料管快接机构与水管快接机构结构相同，均包括软管、打印喷嘴对接管、对接驱动电机、丝母、丝杆、对接管转接架及对接驱动电机固定架；所述打印喷嘴对接管一端通过软管与相似材料循环回料管或出水管相连接，打印喷嘴对接管与打印喷嘴压接配合；所述对接驱动电机通过对接驱动电机固定架与打印头安装板相固连，丝杆与对接驱动电机的电机轴相固连，丝母套装在丝杆上，且丝母固装在对接管转接架上，对接管转接架固连在打印喷嘴对接管上；在所述对接驱动电机固定架上安装有转接架导向杆，且转接架导向杆与丝杆相平行。

本发明的有益效果：

本发明的适用于大型复杂地质模型3D成型的打印头，能够根据实际打印需要而快速调节打印精度，同时具备了打印头的防堵塞功能，在暂停打印的期间，可根据暂停时间的长短，启用相似材料循环防堵塞功能或相似材料冲洗净化防堵塞功能。

附图说明

图1为本发明的一种适用于大型复杂地质模型3D成型的打印头的结构示意图；

图2为图1中A-A剖视图；

图3为图1中B-B剖视图；

图中，1—打印头安装板，2—打印喷嘴快换结构，3—相似材料供料管，4—相似材料循环防堵塞机构，5—相似材料冲洗净化防堵塞机构，6—打印喷嘴快换驱动电机，7—电机安装架，8—管道转接盘，9—打印喷嘴转接盘，10—第一控制阀，11—管道密封圈，12—顶紧弹簧，13—打印喷嘴，14—喷嘴密封圈，15—相似材料循环进料管，16—相似材料循环回料管，17—相似材料循环料管快接机构，18—第二控制阀，19—进水管，20—出水管，21—水管快接机构，22—第三控制阀，23—软管，24—打印喷嘴对接管，25—对接驱动电机，26—丝母，27—丝杆，28—对接管转接架，29—对接驱动电机固定架，30—转接架导向杆，31—快速接头。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1～3所示，一种适用于大型复杂地质模型3D成型的打印头，包括打印头安装板1、打印喷嘴快换机构2、相似材料供料管3、相似材料循环防堵塞机构4及相似材料冲洗净化防堵塞机构5；所述打印喷嘴快换机构2包括打印喷嘴快换驱动电机6、电机安装架7、管道转接盘8及打印喷嘴转接盘9，管道转接盘8固装在电机安装架7上；所述相似材料供料管3一端通过第一控制阀10接入相似材料，相似材料供料管3另一端通过管道密封圈11水平固装在管道转接盘8上，且在管道密封圈11与管道转接盘8之间加装有顶紧弹簧12；所述打印喷嘴快换驱动电机6固装在电机安装架7上，打印喷嘴快换驱动电机6的电机轴穿过管道转接盘8的中小孔与打印喷嘴转接盘9的圆心相固连；在所述打印喷嘴转接盘9的盘面上均匀分布有三个打印喷嘴13，打印喷嘴13的尾部管体通过喷嘴密封圈14水平固装在打印喷嘴转接盘9上，打印喷嘴13的嘴部管体与尾部管体相垂直；所述相似材料循环防堵塞机构4包括相似材料循环进料管15、相似材料循环回料管16及相似材料循环料管快接机构17；所述相似材料循环进料管15一端通过第二控制阀18接入相似材料，相似材料循环进料管15另一端通过管道密封圈11水平固装在管道转接盘8上，且在管道密封圈11与管道转接盘8之间加装有顶紧弹簧12；所述相似材料循环回料管16一端通过相似材料循环料管快接机构17与打印喷嘴13密封连通，相似材料循环回料管16另一端导出相似材料并返回相似材料的供料源；所述相似材料冲洗净化防堵塞机构5包括进水管19、出水管20及水管快接机构21；所述进水管19一端通过第三控制阀22与供水源相接，进水管19另一端通过管道密封圈11水平固装在管道转接盘8上，且在管道密封圈11与管道转接盘8之间加装有顶紧弹簧12；所述出水管20一端通过水管快接机构21与打印喷嘴13密封连通，出水管20另一端接入污水处理系统。

三个所述打印喷嘴13的喷嘴孔径各不相同，喷嘴孔径最小的打印喷嘴13的打印精度最高，喷嘴孔径居中的打印喷嘴13的打印精度次之，喷嘴孔径最大的打印喷嘴13的打印精度最低。

所述相似材料循环料管快接机构17与水管快接机构21结构相同，均包括软管23、打印喷嘴对接管24、对接驱动电机25、丝母26、丝杆27、对接管转接架28及对接驱动电机固定架29；所述打印喷嘴对接管24一端通过软管23与相似材料循环回料管16或出水管20相连接，打印喷嘴对接管24与打印喷嘴13压接配合；所述对接驱动电机25通过对接驱动电机固定架29与打印头安装板1相固连，丝杆27与对接驱动电机25的电机轴相固连，丝母26套装在丝杆27上，且丝母26固装在对接管转接架28上，对接管转接架28固连在打印喷嘴对接管24上；在所述对接驱动电机固定架29上安装有转接架导向杆30，且转接架导向杆30与丝杆27相平行。

下面结合附图说明本发明的一次应用过程：

首先根据打印需要，选择相应打印精度的打印喷嘴13，通过启动打印喷嘴快换驱动电机6，控制打印喷嘴转接盘9旋转，将选中的打印喷嘴13旋转到与相似材料供料管3相连通的位置即可。

开始打印，第一控制阀10开启，相似材料通过相似材料供料管3进入打印喷嘴13，而3D成型机只需按照打印程序执行打印动作即可。

当打印喷嘴13需要短时间暂停打印时，首先关闭第一控制阀10，然后启动打印喷嘴快换驱动电机6，控制打印喷嘴转接盘9旋转，将用于打印工作的打印喷嘴13旋转到与相似材料循环进料管15相连通的位置。

接下来，启动相似材料循环料管快接机构17内的对接驱动电机25，进而控制丝杆27转动，通过丝杆27转动来带动丝母26沿丝杆27向下移动，从而带动对接管转接架28及打印喷嘴对接管24向下移动，直到打印喷嘴对接管24与打印喷嘴13压接连通在一起。

当打印喷嘴对接管24与打印喷嘴13对接完成时，开启第二控制阀18，此时相似材料从供料源进入相似材料循环进料管15，然后依次通过打印喷嘴13、打印喷嘴对接管24、软管23及相似材料循环回料管16重新回到供料源。

通过相似材料的动态循环流动，有效避免了相似材料在短时间暂停打印时出现凝固情况，防止凝固的相似材料堵塞打印喷嘴13。

当短时间暂停结束后，首先关闭第二控制阀18，然后反向启动相似材料循环料管快接机构17内的对接驱动电机25，以使打印喷嘴对接管24与打印喷嘴13重新分离，最后重新驱动打印喷嘴转接盘9旋转，使打印喷嘴13旋转到与相似材料供料管3相连通的位置，再开启第一控制阀10，继续打印工作。

当打印工作结束后，打印喷嘴13需要长时间停止打印时，首先关闭第一控制阀10，然后启动打印喷嘴快换驱动电机6，控制打印喷嘴转接盘9旋转，将用于打印工作的打印喷嘴13旋转到与进水管19相连通的位置。

接下来，启动水管快接机构21内的对接驱动电机25，进而控制丝杆27转动，通过丝杆27转动来带动丝母26沿丝杆27向下移动，从而带动对接管转接架28及打印喷嘴对接管24向下移动，直到打印喷嘴对接管24与打印喷嘴13压接连通在一起。

当打印喷嘴对接管24与打印喷嘴13对接完成时，开启第三控制阀22，此时清水从供料源进入进水管19，然后依次通过打印喷嘴13、打印喷嘴对接管24、软管23及出水管20排入污水处理系统内。

通过水冲洗作用，有效将打印喷嘴13中残留的相似材料清除，防止相似材料在打印喷嘴13中发生固结，使下一次打印能够顺利进行。

当3D成型机上设置多个打印头时，且不同打印头还用于打印不同材料，在此种情况下，不同打印头在交替打印时，经常会出现某一个或几个打印头需要暂停打印的情况，此时处于暂停打印的打印头则可以依情况适时启动相似材料循环防堵塞功能或相似材料冲洗净化防堵塞功能，进而保证打印过程的顺利进行。

实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims (2)

1.一种适用于大型复杂地质模型3D成型的打印头，其特征在于：包括打印头安装板、打印喷嘴快换机构、相似材料供料管、相似材料循环防堵塞机构及相似材料冲洗净化防堵塞机构；所述打印喷嘴快换机构包括打印喷嘴快换驱动电机、电机安装架、管道转接盘及打印喷嘴转接盘，管道转接盘固装在电机安装架上；所述相似材料供料管一端通过第一控制阀接入相似材料，相似材料供料管另一端通过管道密封圈水平固装在管道转接盘上，且在管道密封圈与管道转接盘之间加装有顶紧弹簧；所述打印喷嘴快换驱动电机固装在电机安装架上，打印喷嘴快换驱动电机的电机轴穿过管道转接盘的中小孔与打印喷嘴转接盘的圆心相固连；在所述打印喷嘴转接盘的盘面上均匀分布有三个打印喷嘴，打印喷嘴的尾部管体通过喷嘴密封圈水平固装在打印喷嘴转接盘上，打印喷嘴的嘴部管体与尾部管体相垂直；所述相似材料循环防堵塞机构包括相似材料循环进料管、相似材料循环回料管及相似材料循环料管快接机构；所述相似材料循环进料管一端通过第二控制阀接入相似材料，相似材料循环进料管另一端通过管道密封圈水平固装在管道转接盘上，且在管道密封圈与管道转接盘之间加装有顶紧弹簧；所述相似材料循环回料管一端通过相似材料循环料管快接机构与打印喷嘴密封连通，相似材料循环回料管另一端导出相似材料并返回相似材料的供料源；所述相似材料冲洗净化防堵塞机构包括进水管、出水管及水管快接机构；所述进水管一端通过第三控制阀与供水源相接，进水管另一端通过管道密封圈水平固装在管道转接盘上，且在管道密封圈与管道转接盘之间加装有顶紧弹簧；所述出水管一端通过水管快接机构与打印喷嘴密封连通，出水管另一端接入污水处理系统；所述相似材料循环料管快接机构与水管快接机构结构相同，均包括软管、打印喷嘴对接管、对接驱动电机、丝母、丝杆、对接管转接架及对接驱动电机固定架；所述打印喷嘴对接管一端通过软管与相似材料循环回料管或出水管相连接，打印喷嘴对接管与打印喷嘴压接配合；所述对接驱动电机通过对接驱动电机固定架与打印头安装板相固连，丝杆与对接驱动电机的电机轴相固连，丝母套装在丝杆上，且丝母固装在对接管转接架上，对接管转接架固连在打印喷嘴对接管上；在所述对接驱动电机固定架上安装有转接架导向杆，且转接架导向杆与丝杆相平行。

2.根据权利要求1所述的一种适用于大型复杂地质模型3D成型的打印头，其特征在于：三个所述打印喷嘴的喷嘴孔径各不相同，喷嘴孔径最小的打印喷嘴的打印精度最高，喷嘴孔径居中的打印喷嘴的打印精度次之，喷嘴孔径最大的打印喷嘴的打印精度最低。

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