CN108927884A - 一种龙门式建筑水泥用3d打印方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种龙门式建筑水泥用3D打印方法，其中包括相应的水泥料的搅拌、输送、以及成型等相应的操作流程；本发明还提供了一种实现龙门式建筑水泥用3D打印方法的装置，包括固定底座、Z轴升降机构、横梁、喷嘴、喷嘴安装板、围板、压辊、移动工作台、搅拌与喷涂装置、顶梁等结构，实现了喷嘴的XYZ方向的三维空间运动，成型可无限放大，其打印的产品结构稳定，精度高。

Description

一种龙门式建筑水泥用3D打印方法及装置

技术领域

本发明涉及建筑沉积制造技术领域，具体是一种龙门式建筑水泥用3D打印方法及装置。

背景技术

增材制造是以数字模型为基础，将材料逐层堆积制造出实体物品的新兴制造技术，体现了信息网络技术与先进材料技术、数字制造技术的密切结合，是先进制造业的重要组成部分。增材制造装备、成型工艺等技术发展越来越成熟，近年来建筑类增材制造在工业领域得到了广泛的应用，其正在快速地改变着传统的生产方式和生活方式。当前，增材制造技术已经从研发转向产业化应用，其与信息网络技术的深度融合，或将给传统制造业带来变革性影响。加快增材制造技术发展，尽快形成产业规模，对于推进我国制造业转型升级具有重要意义。

目前快速成型机种类、本体结构型式愈来愈多样化，但国内建筑水泥用3D打印方法及装置，并未形成相应的体系，现有技术中快速成型设备多为悬臂式或机器人式结构，其装置的稳定性性能较差，成型精度较差，内部结构稀松，性能较差等。

发明内容

为了解决国内现有建筑沉积制造技术中的短缺，以及现有建筑水泥沉积装置的结构繁琐、打印精度差、内部结构性能差的不足之处，本发明提供一种结构稳定、成型区域最大化、打印精度高、内部结构性能较高的一种龙门式建筑水泥用3D打印方法及装置。

本发明提供了一种龙门式建筑水泥用3D打印方法，在综合本龙门式建筑水泥用3D打印装置的基础上，提供相应的水泥料的搅拌、输送、以及成型等相应的操作流程，完成建筑水泥的打印，其主要操作步骤包括：

1、打印前准备：

a.设计完成模型后，采用3D成型软件，对其进行编程，编程后把相应的程序传输至数控系统内；

b.把水泥和水按照一定比例，比如10：3的比例放入搅拌机内，进行搅拌均匀，并在水泥料加入少量的增粘剂，防止水泥与水分离；

c.水泥浆料搅拌均匀后，通过输送泵输送至喷涂机内；

d.打印喷头移动至适当位置；

e.空压机开启，围板升起。

2、打印中的工作：

启动数控程序，设备进行工作；

每层打印时，喷头移动至打印起始点后进行等待，待喷涂机提前开启10秒后，机床开始运行，打印时，先进行轮廓扫描，而后进行内部XY轴打印，每打印一层后，龙门升至下层高度，同时围板也随着龙门进行升高，而后压辊对水泥面进行压实，防止出现水泥稀松等问题；并且打印时，如发现长距离的缺陷，可对数控系统进行编制修补程序，对缺陷进行修补。

3、打印完成后的后续处理：

a.打印完成后，停止4~5小时，待水泥初凝后，降下围板；

b.台车把水泥模锭运出设备外，对该模锭进行后续处理，包括表面处理、切层、受力分析等。

本发明还提供了一种实现龙门式建筑水泥用3D打印方法的装置，包括固定底座、Z轴升降机构、横梁、喷嘴、喷嘴安装板、围板、压辊、移动工作台、搅拌与喷涂装置、顶梁等，所述固定底座位于设备底部，固定底座上部与框架本体连接，设备底部通过地脚螺栓与地面连接后，用水泥浇筑，起到把设备与地面固定的作用；顶部与Z轴升降机构连接；所述Z轴升降机构与横梁连接，所述围板由四个气缸同时驱动，沿Z轴升降；所述压辊对水泥进行压密；所述喷嘴安装于喷嘴安装处，跟随安装板及其相应的XYZ运动结构沿XYZ方向的三维空间运动；所述搅拌与喷涂装置由搅拌机、喷涂机以及输送管道组成，所述的搅拌机可采用双层搅拌机，搅拌时仅需把水泥、水、增粘剂按一定的比例加入搅拌机内即可；将水泥进行搅拌后，把水泥浆料加之喷涂机内，由喷涂机输送至喷头内进行打印；所述移动工作台，在设备打印完成后，沿轨道把工件移动至设备外侧，以便进行吊卸等。

所述Z轴升降机构、横梁、喷嘴安装板以及其相应的XYZ运动结构等，实现喷嘴的XYZ方向的三维空间运动；所述的Z轴升降机构采用升降机+直线轴承的方式进行进行传动；所述的Y轴采用伺服电机+一分二减速机+齿轮齿条进行传动；所述X轴采用伺服电机+直角减速机+齿轮齿条的方式进行传动。

所述的Z轴升降机构四周框架由方管拼接而成，内侧运动机构由升降梁、中部升降机和两端导向柱组成；伺服电机与减速机进行直连后，通过联轴器与升降机进行连接，在中间位置对升降梁进行驱动，两导向柱在升降梁两端进行导向，导向柱采用直线轴承的结构进行导向。

所述的X轴运动结构，采用一台伺服电机与直角减速机进行直连、而后经过齿轮齿条进行驱动，导向结构采用一组“V”型轮、一组平轮进行导向，在横梁处相应的位置配备有齿条、“V”型轮和平轮运动轮面。

所述Y轴运动结构采用伺服电机、一个“一分二”T型双输出减速机、两根传动轴进行传动，所述一个“一分二”T型双输出减速机的输入轴与伺服电机的输出轴连接，在所述一个“一分二”T型双输出减速机的两个输出轴上分别连接一个传动轴，导向结构采用一组“V”型轮、一组平轮进行导向。

所述喷嘴主体采用不锈钢焊接而成，喷头处采用螺纹连接以便随时进行更换，与水泥管道连接处采用快速接头连接；整体采用塑料管夹固定在喷嘴安装板处。

所述围板由空压机、调压阀、一分四接头同时驱动四个气缸进行驱动，采用导向轴、直线轴承进行导向，该导向与Z轴运动结构共用一条导向轴，上升时该直线轴承顶至Z轴运动梁的底部，随Z轴进行上升。

所述压辊由空压机、调压阀、一分二接头同时驱动两个直线气缸驱动，压辊带有转动功能，对打印的水泥工件进行压密等功能；所述的直线气缸带有导向功能；所述压辊内部含有轴承，可满足压辊在水泥面上无阻力的运动。

本发明的优点是：

1、本发明在XY轴运动，采用伺服电机控制，传动结构采用高精度齿轮齿条驱动，避免了因大行程滚珠丝杠水平安置，自身下垂对传动精度的影响。Z轴上下运动机构采用一个双伺服电机输入，两台升降机同步输出的驱动方式，结合丝杠竖直放置传动精度高的特性，达到了快速成型过程中运动的高精度要求；

2、本发明设计有压辊功能，避免了现有打印中出现水泥断流、夹缝等缺陷；

3、本发明设计有围板功能，防止打印过程水泥侧边外流的缺陷，成型外形较为光滑，无需对外表面进行处理；

4、本发明以数字模型为基础，采用数控系统进行控制，减少了人力消耗的同时，也提高成型的效率以及精度。

本发明在综合现有技术的基础上，提供了一种结构稳定、成型可无限放大、打印精度高、成型性能较大的龙门式水泥快速成型方法及装置。

附图说明

图1为一种龙门式建筑水泥用3D打印装置的示意图

图中：1 固定底座；2压辊；3移动工作台；4围板；5喷嘴；6喷嘴安装板；7空压机；8电控柜；9搅拌机；10喷涂机；11操作台；12Z轴升降机构；13横梁；14顶梁。

具体实施方式

以下结合附图1对本发明进一步描述。

图1所示，固定底座1由四根H型钢拼接而成，底部与地面采用地脚螺栓连接，起到把设备固定的作用；上部安装有两件Z轴升降机构12；Z轴升降机构12四周框架由方管拼接而成，内侧运动机构由升降梁、中部升降机和两端导向柱组成；伺服电机+减速机+升降机在中间位置对升降梁进行驱动，两导向柱在升降梁两端进行导向，导向柱采用直线轴承的结构进行导向；两Z轴升降机构12与顶部两件顶梁14进行连接固定；两升降梁中间安装有横梁13，横梁采用强度高，重量轻的铝合金焊接而成，横梁一端安装有横梁Y轴移动驱动机构，该驱动机构采用伺服电机+“一分二”T型双输出减速机减速后，由两根传动轴传递扭矩，再通过齿轮的方式传动至两升降梁的齿条处的方式进行驱动，横梁13两端附带两组平轮、两份“V”型轮，进行导向，使横梁可以沿Z轴升降梁作Y轴移动，横梁13正面安装有X轴运动齿条和导向轨道；横梁正面安装有喷嘴安装板6，该安装板钢板和驱动机构组成，驱动机构采用伺服电机+直角减速机组成带动齿轮，传动至横梁的齿条处的方式进行传动，喷嘴安装板6正面安装有两件塑料管夹和压辊2；喷嘴5安装于喷嘴安装板6正面的塑料管夹处，该喷嘴5采用不锈钢焊接而成，底部采用螺纹的方式连接有喷头，该喷头可随时更换，顶部配备有快速接头，以便与水泥管道相连，水泥一端与喷涂机10相连，经喷涂机10输送水泥进行工件打印；压辊2由两件直线气缸与滚子组成，气缸可以通过压力调节阀调整气缸内气体压力，以便对水泥的密实程度进行调整，滚子内部含有轴承，可以使滚子在水泥水中自由转动；围板4不工作时，位于设备底部，当进行工件打印时，围板4通过四个气动驱动，随着Z轴升降梁上下运动，围板4主体采用304不锈钢焊接而成，保证了其强度；移动工作台3在设备主体处，配备有台车移动轨道，移动工作台3移至适当位置时，围板4升起，进行工件的打印；除主体设备外还配备有全自动化的水泥搅拌机9、水泥喷涂机10、空压机7、电控柜8、操作台11等。

设备运转时，移动工作台3移动至适当位置，而后围板4升起，导向位置升至Z轴升降梁处，而后水泥搅拌机9搅拌完水泥后，输送至喷涂机10内，喷涂机10经过水泥管道输送至喷嘴5处，然后通过设备主体实现喷头的XYZ方向的三维运动。

Claims (10)

1.一种龙门式建筑水泥用3D打印方法，其特征在于：在综合本龙门式建筑水泥用3D打印装置的基础上，提供相应的水泥料的搅拌、输送、以及成型等相应的操作流程，完成建筑水泥的打印，其主要操作步骤包括：

a、设计完成模型后，采用3D成型软件，对其进行编程，编程后把相应的程序传输至数控系统内；

b、把水泥和水按一定的比例放入搅拌机内，搅拌均匀，并加入相应的增粘剂；

c、水泥浆料搅拌均匀后，倒入喷涂机内；

d、打印喷头移动至适当位置，空压机开启，围板升起；

e、启动数控程序，设备进行工作；

f、打印完成后，停止4~5小时，待水泥初凝后，降下围板；

g、用车把水泥模锭运出设备外，对该模锭进行后续处理，包括表面处理、切层、受力分析等。

2.一种实现龙门式建筑水泥用3D打印方法的装置，包括固定底座、Z轴升降机构、横梁、喷嘴、喷嘴安装板、围板、压辊、移动工作台、搅拌与喷涂装置、顶梁等，其特征在于：所述固定底座底部与地面连接，顶部与Z轴升降机构连接；所述Z轴升降机构与横梁连接，所述围板由四个气缸同时驱动，沿Z轴升降；所述压辊对水泥进行压密；所述喷嘴安装于喷嘴安装处，跟随安装板及其相应的XYZ运动结构沿XYZ方向的三维空间运动；所述搅拌与喷涂装置将水泥进行搅拌后，输送至喷嘴处进行打印；所述移动工作台，在设备打印完成后，把工件移动至设备外侧。

3.根据权利要求2所述的一种实现龙门式建筑水泥用3D打印方法的装置，其特征在于：所述Z轴升降机构、横梁、喷嘴安装板以及其相应的XYZ运动结构等，实现喷嘴的XYZ方向的三维空间运动；所述的Z轴升降机构采用升降机+直线轴承的方式进行传动；所述的Y轴采用伺服电机+一分二减速机+齿轮齿条进行传动；所述X轴采用伺服电机+直角减速机+齿轮齿条的方式进行传动。

4.根据权利要求2或3所述的一种实现龙门式建筑水泥用3D打印方法的装置，其特征在于：所述的Z轴升降机构四周框架由方管拼接而成，内侧运动机构由升降梁、中部升降机和两端导向柱组成；伺服电机与减速机进行直连后，通过联轴器与升降机进行连接，在中间位置对升降梁进行驱动，两导向柱在升降梁两端进行导向，导向柱采用直线轴承的结构进行导向。

5.根据权利要求3所述的一种实现龙门式建筑水泥用3D打印方法的装置，其特征在于：所述的X轴运动结构，采用一台伺服电机与直角减速机进行直连、而后经过齿轮齿条进行驱动，导向结构采用一组“V”型轮、一组平轮进行导向。

6.根据权利要求3所述的一种实现龙门式建筑水泥用3D打印方法的装置，其特征在于：所述Y轴运动结构采用伺服电机、一个“一分二”T型双输出减速机、两根传动轴进行传动，所述一个“一分二”T型双输出减速机的输入轴与伺服电机的输出轴连接，在所述一个“一分二”T型双输出减速机的两个输出轴上分别连接一个传动轴，导向结构采用一组“V”型轮、一组平轮进行导向。

7.根据权利要求2所述的一种实现龙门式建筑水泥用3D打印方法的装置，其特征在于：所述喷嘴主体采用不锈钢焊接而成，喷头处采用螺纹连接以便随时进行更换，与水泥管道连接处采用快速接头连接；整体采用塑料管夹固定在喷嘴安装板处。

8.根据权利要求2所述的一种实现龙门式建筑水泥用3D打印方法的装置，其特征在于：所述围板由空压机、调压阀、一分四接头同时驱动四个气缸进行驱动，采用导向轴、直线轴承进行导向。

9.根据权利要求2所述的一种实现龙门式建筑水泥用3D打印方法的装置，其特征在于：所述压辊由空压机、调压阀、一分二接头同时驱动两个直线气缸驱动，压辊带有转动功能，对打印的水泥工件进行压密。

10.根据权利要求2所述的一种实现龙门式建筑水泥用3D打印方法的装置，其特征在于：所述搅拌与喷涂装置由搅拌机、喷涂机以及输送管道组成。