CN109551607A - 一种升降杆式水泥制品3d打印设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种升降杆式水泥制品3D打印设备，包括可移动底盘、水泥输送机构和固定在可移动底座上的机架装置；所述的打印设备还包括控制驱动机构，所述控制驱动机构分别与水泥输送机构、机架装置和可移动底座连接；机架装置包括主升降杆，所述的主升降杆通过固定板固定连接在可移动底座上，所述的主升降杆通过连接板连接有水平伸缩杆，水平伸缩杆远离连接板的方向连接有打印喷头；水泥输送机构与打印喷头连接；控制驱动机构通过控制主升降杆升降进行控制打印设备的执行高度，控制可移动底座的运动方向，配合水平伸缩杆伸缩完成在三维空间内任意运动。
Description
技术领域
本发明属于水泥制品3D打印技术领域，具体涉及一种升降杆式水泥制品3D打印设备。
背景技术
3D打印属于快速成形技术的一种，它是一种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，通过逐层堆叠累积的方式来构造物体的技术（即“积层造形法”）。过去其常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，现正逐渐用于一些产品的直接制造。
随着3D打印技术的不断发展，传统的模具制造方法愈发暴露出效率低、成本高、周期长、精度提高空间有限等缺陷。3D打印技术是近几年国内外快速发展的一种快速成型制造技术，具有成型速度快、设备价格便宜、运行和维护成本低、可以个性化创意制作，作为大数据云计算新时代的制造方式，目前已在机械、电子、飞机、生物制造、制药、微型机电等现代社会的各个工程领域得到广泛应用，展示了广阔的市场前景。
但目前3D打印的主要材料为ABS、尼龙等化工材料，大型的建筑领域所使用的水泥材料的打印设备，设备不易操作，打印效率比较低。
发明内容
针对大型建筑领域使用水泥材料进行3D打印效率比较低的问题，本发明提供一种升降杆式水泥制品3D打印机通过升降杆的易操作性与灵活性，大大提高3D打印技术这方面不易操作，效率低的技术问题。
本发明的技术方案是：
一种升降杆式水泥制品3D打印设备，包括可移动底盘、水泥输送机构和固定在可移动底座上的机架装置；
所述的打印设备还包括控制驱动机构，所述控制驱动机构分别与水泥输送机构、机架装置和可移动底座连接；
机架装置包括主升降杆，所述的主升降杆通过固定板固定连接在可移动底座上，所述的主升降杆通过连接板连接有水平伸缩杆，水平伸缩杆远离连接板的方向连接有打印喷头；
水泥输送机构与打印喷头连接；
控制驱动机构通过控制主升降杆升降进行控制打印设备的执行高度，控制可移动底座的运动方向，配合水平伸缩杆伸缩完成在三维空间内任意运动。
优选地，所述的连接板上等距离设置有四根水平伸缩杆，每根水平伸缩杆均与主升降杆垂直，且每根水平伸缩杆的输出端均连接有打印喷头。开始工作时，根据打印需求控制单个打印喷头或多个打印喷头同时工作，提高工作效率。
优选地，所述的可移动底座包括链条式履带车。控制驱动机构控制链条式履带车的移动，大型的链条式履带车适应室外环境建筑领域大型建筑结构的打印，链条式履带车运动用于调节X轴方向的运行路线。
优选地，控制驱动机构包括控制器和与控制器连接的伸缩驱动电机；所述的伸缩电机为多个，分别用于驱动主升降杆和水平伸缩杆根据打印需求通过控制器进行伸缩控制；
链条式履带车底部设有伺服电机，伺服电机与控制器连接，控制器控制伺服电机驱动的链条式履带车可以使车的启动、行驶、停止都会更加稳定，防止干扰打印工作，当然也有节能的作用。链条式履带车使用寿命长，故障率低。
优选地，打印喷头包括料筒、搅拌电机、转动轴和螺旋搅拌棒；
料筒的顶部设有封盖，转动轴的一端连接封盖且穿过封盖中心深入料筒内部与螺旋搅拌棒连接，转动轴的另一端与搅拌电机连接；搅拌电机与控制器连接。搅拌电机驱动螺旋搅拌棒进行搅拌动作，防止水泥原料在料筒内沉淀，使打印过程水泥原料均匀。
优选地，螺旋搅拌棒采用螺旋渐小的结构，螺旋搅拌棒的螺旋形状沿着远离转动轴的方向变小，这种结构防止旋转过程中由于转速过快使水泥原料出现断流现象。
优选地，所述的料筒上部分圆柱体结构，下部分锥形结构；料筒顶部封盖上设有进料口，料筒锥形结构的底部设有出料口；
料筒圆柱体结构的外壁固定连接有安装板，打印喷头通过安装板固定连接到水平伸缩杆的输出端。水平伸缩杆带动打印喷头进行打印使打印喷头在水平伸缩杆固定的轨道上运动，使工作时更加稳定。
优选地，为了严格控制进入打印喷头内部水泥颗粒的大小，在打印喷头进料口的位置设置有过滤网。
优选地，水泥输送机构包括水泥容器、连接管、泵机和送料软管；
所述的连接管设有一个进口和四个出口，水泥容器的出口与连接管的进口连接，连接管的每个出口分别通过一个泵机与一根送料软管连接；
每根送料软管远离泵机的一端分别与打印喷头的进料口连接。
使用送料软管进行水泥原料的输送，方便打印过程带动软管来回移动软管不容易损坏。
优选地，为了防止水泥原料在水泥容器中出现分层或沉淀，水泥容器中还可设有搅拌装置，所述的搅拌装置与控制器连接。
优选地，为了使主升降杆的固定更加稳定，主升降杆通过固定板固定在链条式履带车上，主升降杆通过固定支架固定在链条式履带车上，固定支架一端与主升降杆连接，固定支架的另一端与链条式履带车固定连接。固定支架起拉筋的作用。
将搅拌好的水泥放入水泥容器中，水泥容器中的水泥原料通过连接过经过泵机将水泥原料送至打印喷头的进料口并通过过滤网将符合要求的水泥原料颗粒送入打印喷头内部。
在正式打印之前，首先从上位机将所需要打印的图形进行解析，将参数传入控制器，控制器按照设定的程序算法控制打印设备进行移动。控制链条式履带车进行启动，水泥输送机构启动，泵机启动，将打印材料准备就绪，从起点开始，控制器确定要打印物品的高度，位置以及图案后，控制链条式履带车按照的给定方向移动，控制器控制机架装置与链条式履带车的共同协作使水平伸缩杆连接的四个打印喷头到达指定打印的位置。水泥输送机构将水泥原料输送到打印喷头的位置开始打印，喷头内部的搅拌螺旋杆运动，水泥原料从喷嘴中挤出，通过控制主升降杆移动以及水平伸缩杆移动带动打印喷头移动，完成打印要求的水泥制品。在打印物品期间，该设备可以根据控制器的要求随时更换打印喷头的位置以完成打印工作直到最后打印工作的完成。
本发明的升降杆式水泥制品3D打印设备通过链条式履带车和机架装置的共同协作，可以显著提高和改善打印效率低易实施打印的缺点。
当打印机处于不工作状态时，主升降杆将处于最大拉深处，使得水泥软管内水泥流出，防止时间过长会在内部凝固。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：本发明的升降杆式水泥制品3D打印设备中的机架装置是由五根可伸缩的升降杆组成，控制器控制伺服电机驱动链条式履带车运动，控制主升降杆可以控制执行高度，配合水平伸缩杆就可以完成在三维空间内任意的运动。搅拌电机驱动螺旋搅拌棒进行搅拌动作，防止水泥原料在料筒内沉淀，使打印过程水泥原料均匀。本发明的升降杆式水泥制品3D打印机通过升降杆的易操作性与灵活性，大大提高3D打印技术这方面不易操作，效率低的技术问题。
此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。
由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著地进步，其实施的有益效果也是显而易见的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一种升降杆式水泥制品3D打印设备示意图；
图2为一种升降杆式水泥制品3D打印设备主升降杆连接示意图；
图3为一种升降杆式水泥制品3D打印设备水平伸缩杆连接示意图；
图4为一种升降杆式水泥制品3D打印设备主升降杆连接管连接示意图；
图5为打印喷头结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
下面对本发明中出现的关键术语进行解释。
实施例一
如图1-图4所示，本实施例提供一种升降杆式水泥制品3D打印设备，包括可移动底盘、水泥输送机构和固定在可移动底座上的机架装置；
所述的打印设备还包括控制驱动机构，所述控制驱动机构分别与水泥输送机构、机架装置和可移动底座连接；
机架装置包括主升降杆1，所述的主升降杆1通过固定板7固定连接在可移动底座上，所述的主升降杆1通过连接板8连接有水平伸缩杆3，水平伸缩杆3远离连接板8的方向连接有打印喷头2；
水泥输送机构与打印喷头2连接；
水泥输送机构包括水泥容器5、连接管11、泵机9和送料软管10；
所述的连接管11设有一个进口和四个出口，水泥容器的出口5.1与连接管11的进口连接，连接管11的每个出口分别通过一个泵机9与一根送料软管10连接；
每根送料软管10远离泵机9的一端分别与打印喷头的进料口2.2连接。
使用送料软管10进行水泥原料的输送，方便打印过程带动软管来回移动软管不容易损坏。
为了防止水泥原料在水泥容器5中出现分层或沉淀，水泥容器5中还可设有搅拌装置，所述的搅拌装置与控制器连接。
控制驱动机构通过控制主升降杆1升降进行控制打印设备的执行高度，控制可移动底座的运动方向，配合水平伸缩杆3伸缩完成在三维空间内任意运动。
本实施例中，所述的连接板8上等距离设置有四根水平伸缩杆3，每根水平伸缩杆3均与主升降杆1垂直，且每根水平伸缩杆3的输出端均连接有打印喷头2。开始工作时，根据打印需求控制单个打印喷头或多个打印喷头同时工作，提高工作效率。在这里连接板的形状可以是圆柱体也可以是长方体或正方体；本实施例中没连接板为长方体，其中长方体的上下底面均为正方形，，长方体的四个侧面的中间位置分别固定连接有水平伸缩杆。
本实施例中，所述的可移动底座包括链条式履带车4。控制驱动机构控制链条式履带车4的移动，大型的链条式履带车4适应室外环境建筑领域大型建筑结构的打印，链条式履带车4运动用于调节X轴方向的运行路线。
控制驱动机构包括控制器和与控制器连接的伸缩驱动电机13；所述的伸缩电机13为多个，分别用于驱动主升降杆1和水平伸缩杆3根据打印需求通过控制器进行伸缩控制；
链条式履带车1底部设有伺服电机驱动，伺服电机与控制器连接，控制器控制伺服电机驱动的链条式履带车可以使车的启动、行驶、停止都会更加稳定，防止干扰打印工作，当然也有节能的作用。链条式履带车使用寿命长，故障率低。
打印喷头通过安装板固定连接到水平伸缩杆3的输出端。水平伸缩杆3带动打印喷头2进行打印使打印喷头2在水平伸缩杆3固定的轨道上运动，使工作时更加稳定。
为了使主升降杆1的固定更加稳定，主升降杆1通过固定板7固定在链条式履带车上，主升降杆1通过固定支架6固定在链条式履带车4上，固定支架6一端与主升降杆1连接，固定支架6的另一端与链条式履带车4固定连接。固定支架6起拉筋的作用。
将搅拌好的水泥放入水泥容器5中，水泥容器5中的水泥原料通过连接管11经过泵机9将水泥原料送至打印喷头2的进料口并通过过滤网将符合要求的水泥原料颗粒送入打印喷头2内部。
在正式打印之前，首先从上位机将所需要打印的图形进行解析，将参数传入控制器，控制器按照设定的程序算法控制打印设备进行移动。控制链条式履带车4进行启动，泵机9启动，将打印材料准备就绪，从起点开始，控制器确定要打印物品的高度，位置以及图案后，控制链条式履带车4按照的给定方向移动，控制器控制机架装置与链条式履带车4的共同协作使水平伸缩杆3连接的四个打印喷头2到达指定打印的位置。通过控制主升降杆1移动以及水平伸缩杆3移动带动打印喷头2移动，完成打印要求的水泥制品。在打印物品期间，该设备可以根据控制器的要求随时更换打印喷头2的位置以完成打印工作直到最后打印工作的完成。
实施例二
如图1-图5所示，本实施例提供一种升降杆式水泥制品3D打印设备，包括可移动底盘、水泥输送机构和固定在可移动底座上的机架装置；
所述的打印设备还包括控制驱动机构，所述控制驱动机构分别与水泥输送机构、机架装置和可移动底座连接；
机架装置包括主升降杆1，所述的主升降杆1通过固定板7固定连接在可移动底座上，所述的主升降杆1通过连接板8连接有水平伸缩杆3，水平伸缩杆3远离连接板8的方向连接有打印喷头2；
水泥输送机构与打印喷头2连接；
水泥输送机构包括水泥容器5、连接管11、泵机9和送料软管10；
所述的连接管11设有一个进口和四个出口，水泥容器的出口5.1与连接管11的进口连接，连接管11的每个出口分别通过一个泵机9与一根送料软管10连接；
每根送料软管10远离泵机9的一端分别与打印喷头的进料口2.2连接。
使用送料软管10进行水泥原料的输送，方便打印过程带动软管来回移动软管不容易损坏。
为了防止水泥原料在水泥容器5中出现分层或沉淀，水泥容器5中还可设有搅拌装置，所述的搅拌装置与控制器连接。
控制驱动机构通过控制主升降杆1升降进行控制打印设备的执行高度，控制可移动底座的运动方向，配合水平伸缩杆3伸缩完成在三维空间内任意运动。
本实施例中，所述的连接板8上等距离设置有四根水平伸缩杆3，每根水平伸缩杆3均与主升降杆1垂直，且每根水平伸缩杆3的输出端均连接有打印喷头2。开始工作时，根据打印需求控制单个打印喷头或多个打印喷头同时工作，提高工作效率。在这里连接板的形状可以是圆柱体也可以是长方体或正方体；本实施例中没连接板为长方体，其中长方体的上下底面均为正方形，，长方体的四个侧面的中间位置分别固定连接有水平伸缩杆。
本实施例中，所述的可移动底座包括链条式履带车4。控制驱动机构控制链条式履带车4的移动，大型的链条式履带车4适应室外环境建筑领域大型建筑结构的打印，链条式履带车4运动用于调节X轴方向的运行路线。
控制驱动机构包括控制器和与控制器连接的伸缩驱动电机13；所述的伸缩电机13为多个，分别用于驱动主升降杆1和水平伸缩杆3根据打印需求通过控制器进行伸缩控制；
链条式履带车1底部设有伺服电机驱动，伺服电机与控制器连接，控制器控制伺服电机驱动的链条式履带车可以使车的启动、行驶、停止都会更加稳定，防止干扰打印工作，当然也有节能的作用。链条式履带车使用寿命长，故障率低。
进一步的本实施例中，打印喷头2包括料筒2.3、搅拌电机2.7、转动轴2.8和螺旋搅拌棒2.4；
料筒2.3的顶部设有封盖2.6，转动轴2.8的一端连接封盖2.6且穿过封盖2.6中心深入料筒2.3内部与螺旋搅拌棒2.4连接，转动轴2.8的另一端与搅拌电机2.7连接；搅拌电机2.7与控制器连接。搅拌电机2.7驱动螺旋搅拌棒2.4进行搅拌动作，防止水泥原料在料筒2.3内沉淀，使打印过程水泥原料均匀。
螺旋搅拌棒2.3采用螺旋渐小的结构，螺旋搅拌棒的螺旋形状沿着远离转动轴的方向变小，这种结构防止旋转过程中由于转速过快使水泥原料出现断流现象。
所述的料筒2.3上部分圆柱体结构，下部分锥形结构；料筒2.3顶部封盖2.6上设有进料口2.2，料筒锥形结构的底部设有出料口2.1；
料筒2.3圆柱体结构的外壁固定连接有安装板2.5，打印喷头2通过安装板2.5固定连接到水平伸缩杆3的输出端。水平伸缩杆3带动打印喷头2进行打印使打印喷头2在水平伸缩杆3固定的轨道上运动，使工作时更加稳定。
为了严格控制进入打印喷头2内部水泥颗粒的大小，在打印喷头进料口的位置设置有过滤网。
为了使主升降杆1的固定更加稳定，主升降杆1通过固定板7固定在链条式履带车上，主升降杆1通过固定支架6固定在链条式履带车4上，固定支架6一端与主升降杆1连接，固定支架6的另一端与链条式履带车4固定连接。固定支架6起拉筋的作用。
将搅拌好的水泥放入水泥容器5中，水泥容器5中的水泥原料通过连接管11经过泵机9将水泥原料送至打印喷头2的进料口2.2并通过过滤网将符合要求的水泥原料颗粒送入打印喷头2内部。
在正式打印之前，首先从上位机将所需要打印的图形进行解析，将参数传入控制器，控制器按照设定的程序算法控制打印设备进行移动。控制链条式履带车4进行启动，泵机9启动，将打印材料准备就绪，从起点开始，控制器确定要打印物品的高度，位置以及图案后，控制链条式履带车4按照的给定方向移动，控制器控制机架装置与链条式履带车4的共同协作使水平伸缩杆3连接的四个打印喷头2到达指定打印的位置。水泥输送机构将水泥原料输送到打印喷头2的位置开始打印，打印喷头2内部的搅拌螺旋杆2.4运动，水泥原料从喷头中挤出，通过控制主升降杆1移动以及水平伸缩杆3移动带动打印喷头2移动，完成打印要求的水泥制品。在打印物品期间，该设备可以根据控制器的要求随时更换打印喷头2的位置以完成打印工作直到最后打印工作的完成。
尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种升降杆式水泥制品3D打印设备，其特征在于，包括可移动底盘、水泥输送机构和固定在可移动底座上的机架装置；
所述的打印设备还包括控制驱动机构，所述控制驱动机构分别与水泥输送机构、机架装置和可移动底座连接；
机架装置包括主升降杆（1），所述的主升降杆（1）通过固定板（7）固定连接在可移动底座上，所述的主升降杆（1）通过连接板（8）连接有水平伸缩杆（3），水平伸缩杆（3）远离连接板（8）的方向连接有打印喷头（2）；
水泥输送机构与打印喷头（2）连接；
控制驱动机构通过控制主升降杆（1）升降进行控制打印设备的执行高度，控制可移动底座的运动方向，配合水平伸缩杆（3）伸缩完成在三维空间内任意运动。
2.根据权利要求1所述的一种升降杆式水泥制品3D打印设备，其特征在于，所述的连接板（8）上等距离设置有四根水平伸缩杆（3），每根水平伸缩杆（3）均与主升降杆（1）垂直，且每根水平伸缩杆（3）的输出端均连接有打印喷头（2）。
3.根据权利要求2所述的一种升降杆式水泥制品3D打印设备，其特征在于，所述的可移动底座包括链条式履带车（4）。
4.根据权利要求3所述的一种升降杆式水泥制品3D打印设备，其特征在于，控制驱动机构包括控制器和与控制器连接的伸缩驱动电机；
链条式履带车（1）与控制器连接。
5.根据权利要求4所述的一种升降杆式水泥制品3D打印设备，其特征在于，打印喷头（2）包括料筒（2.3）、搅拌电机（2.7）、转动轴（2.8）和螺旋搅拌棒（2.4）；
料筒（2.3）的顶部设有封盖（2.6），转动轴（2.8）的一端连接封盖(2.6)且穿过封盖（2.6）中心深入料筒（2.3）内部与螺旋搅拌棒（2.4）连接，转动轴（2.8）的另一端与搅拌电机（2.7）连接；搅拌电机（2.7）与控制器连接。
6.根据权利要求5所述的一种升降杆式水泥制品3D打印设备，其特征在于，所述的料筒（2.3）上部分圆柱体结构，下部分锥形结构；料筒（2.3）顶部封盖上设有进料口（2.2），料筒锥形结构的底部设有出料口（2.1）；
料筒（2.3）圆柱体结构的外壁固定连接有安装板（2.5），打印喷头（2）通过安装板（2.5）固定连接到水平伸缩杆的输出端。
7.根据权利要求4或5所述的一种升降杆式水泥制品3D打印设备，其特征在于，水泥输送机构包括水泥容器（5）、连接管（11）、泵机（9）和送料软管（10）；
所述的连接管（11）设有一个进口和四个出口，水泥容器的出口（5.1）与连接管（11）的进口连接，连接管（11）的每个出口分别通过一个泵机（9）与一根送料软管（10）连接；
每根送料软管（10）远离泵机（9）的一端分别与打印喷头的进料口（2.2）连接。
8.根据权利要求3所述的一种升降杆式水泥制品3D打印设备，其特征在于，该设备还包括固定支架（6），主升降杆（1）通过固定支架（6）固定在链条式履带车（4）上，固定支架（6）一端与主升降杆（1）连接，固定支架（6）的另一端与链条式履带车（4）固定连接。
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