CN109605538A - 一种水泥工艺品双轴3d打印装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种水泥工艺品双轴3D打印装置，满足多喷头协作打印以及3D打印定位的需求，其特征在于：包括机座、设于机座上的多轴运动机构、由多轴运动机构驱使的TPU纤维双喷头组件和水泥喷头组件，以及为水泥喷头组件供料的挤料机构；所述多轴运动机构包括底床、Z轴组件、XI轴组件、XII轴组件、YI轴组件和YII轴组件，所述Z轴组件、XI轴组件、YI轴组件构成对应TPU纤维双喷头组件的三维空间坐标系，所述Z轴组件、XII轴组件、YII轴组件构成对应水泥喷头组件的三维空间坐标系，所述底床装设于所述Z轴组件之上并由Z轴组件驱动实现Z轴向运动。
Description
技术领域
本发明涉及一种水泥工艺品双轴3D打印装置。
背景技术
水泥材料是当今社会最为重要的土木工程材料之一，为人类社会的发展与建设做出了不可估量的贡献，而随着社会科学技术的发展，水泥在其他方面的应用也越来越广泛，尤其是水泥工艺品在现代家装设计中越来越受到大家的青睐，不仅可以装饰点缀我们的生活空间，还可以改善家居环境、提高生活品质，满足我们追求舒适环保、个性简约的设计需求，以独特的视角展现全新的装饰美感。
传统的复杂水泥构件成型方法为石膏模具预制成型法，该方法首先制备石膏模具，然后在石膏模具内涂抹油脂类脱模剂，在石膏模具合并对接处还需采用密封塑料布合并，再浇筑水泥材料，最后拆解石膏模具并对得到的复杂装饰水泥工艺品进行清洗等表面处理，流程复杂，而且人工操作部分多，易出现瑕疵，对工人的熟练程度有较高要求。
3D打印技术与水泥材料相结合的3D打印水泥技术是一种新兴的水泥快速成型技术。该技术将材料填充到3D打印机中，设备读取模型后直接打印，形成高精度高品质的水泥模型。目前，所应用的3D打印水泥材料及技术直接用来成型复杂水泥工艺品往往表面精度以及力学性能达不到市场上的需求，出现断面以及易碎等缺陷。因此有必要开发一种新的、针对性更强的水泥工艺品用3D打印水泥相关成型技术。
发明内容
基于背景技术中所提及的问题，本发明提出一种水泥工艺品双轴3D打印装置，其具体技术内容如下：
一种水泥工艺品双轴3D打印装置，其包括机座、设于机座上的多轴运动机构、由多轴运动机构驱使的TPU纤维双喷头组件和水泥喷头组件，以及为水泥喷头组件供料的挤料机构；所述多轴运动机构包括底床、Z轴组件、XI轴组件、XII轴组件、YI轴组件和YII轴组件，所述Z轴组件、XI轴组件、YI轴组件构成对应TPU纤维双喷头组件的三维空间坐标系，所述Z轴组件、XII轴组件、YII轴组件构成对应水泥喷头组件的三维空间坐标系，所述底床装设于所述Z轴组件之上并由Z轴组件驱动实现Z轴向运动。
于本发明的一个或多个实施例当中，所述Z轴组件包括第一电机、传动螺杆和Z轴向导柱，所述底床具有与所述Z轴向导柱配合并沿Z轴向导柱滑动的第一连接部，以及与所述传动螺杆配合的第二连接部，所述第一电机通过传动螺杆带动所述底床作Z轴向的运动；
所述YI轴组件包括第二电机、第一传动带、第一传动轴以及平行设置的第一行程组件和第二行程组件，所述第一行程组件包括第一Y轴向导柱、第一行程座和第二传动带，所述第一行程座与第一Y轴向导柱配合并沿第一Y轴向导柱滑动，所述第二行程组件包括第二Y轴向导柱、第二行程座和第三传动带，所述第二行程座与第二Y轴向导柱配合并沿第二Y轴向导柱滑动，所述第二电机通过第一传动带驱动第一传动轴旋转，并由所述第一传动轴带动所述第二传动带和第三传动带，所述第一行程座与所述第二传动带固定连接以跟随第二传动带运动，所述第二行程座与所述第三传动带固定连接以跟随第三传动带运动；
所述YII轴组件包括第三电机、第四传动带、第二传动轴以及平行设置的第三行程组件和第四行程组件，所述第三行程组件包括第三Y轴向导柱、第三行程座和第五传动带，所述第三行程座与第三Y轴向导柱配合并沿第三Y轴向导柱滑动，所述第四行程组件包括第四Y轴向导柱、第四行程座和第六传动带，所述第四行程座与第四Y轴向导柱配合并沿第四Y轴向导柱滑动，所述第三电机通过第四传动带驱动第二传动轴旋转，并由所述第二传动轴带动所述第五传动带和第六传动带，所述第三行程座与所述第五传动带固定连接以跟随第五传动带运动，所述第四行程座与所述第六传动带固定连接以跟随第六传动带运动；
所述XI轴组件包括第四电机、第七传动带、第五行程座和第一X轴向导柱，所述第一X轴向导柱有两根并架接于所述第一行程座与第二行程座之间，所述第五行程座与所述第一X轴向导柱配合并沿第一X轴向导柱滑动，所述第四电机装设于第一行程座或第二行程座上，由其驱动所述第七传动带，所述第五行程座与所述第七传动带连接并由其带动作X轴向的运动，所述TPU纤维双喷头组件设于第五行程座上；
所述XII轴组件包括第五电机、第八传动带、第六行程座和第二X轴向导柱，所述第二X轴向导柱有两根并架接于所述第三行程座和第四行程座之间，所述第六行程座与所述第二X轴向导柱配合并沿第二X轴向导柱滑动，所述第五电机装设于第三行程座或第四行程座上，由其驱动所述第八传动带，所述第六行程座与所述第八传动带连接并由其带动作X轴向的运动，所述水泥喷头组件设于第六行程座上。
于本发明的一个或多个实施例当中，所述挤料机构包括第一步进电机、第一同步带轮、同步带、第二同步带轮、螺杆挤料机和水泥浆软导管，所述螺杆挤料机包括进料漏斗、挤料螺杆和挤料筒，所述步进电机驱动第一同步带轮，所述螺杆挤料机的挤料螺杆连接第二同步带轮，所述同步带联立所述第一同步带轮和第二同步带轮以实现动力传输，所述挤料筒的底端设置有出料口，所述出料口通过水泥浆软导管连接至水泥喷头组件。
于本发明的一个或多个实施例当中，所述水泥喷头组件包括水泥喷头和超声波距离传感器，所述超声波距离传感器用于检测填充浆体的液面高度。
于本发明的一个或多个实施例当中，所述TPU纤维双喷头组件包括TPU喷头、TPU导管、纤维喷头、纤维导管、第二步进电机、传动齿轮组和刀片，所述刀片由所述第二步进电机和传动齿轮组驱动旋转以切割纤维。
于本发明的一个或多个实施例当中，所述TPU纤维双喷头组件包括与第五行程座连接的支架，所述传动齿轮组、TPU导管和纤维导管装设于所述支架内，所述支架装设于第五行程座下方，其底侧设有所述TPU喷头和纤维喷头。
本发明的有益效果是：通过多轴运动机构满足了多喷头协同工作的应用需求，实现灵活、准确的3D定位及打印；而且设置TPU喷头、纤维喷头和水泥喷头，通过多材料的三维成型来提升水泥工艺品的品质。此外，通过超声波距离传感器实现对水泥浆体填充高度的实时监测，保证水泥浆体填充的高度；还设计了水泥浆体挤料循环系统，有效的防止在未进行空腔填充时，水泥浆体静置凝结导致无法正常挤出的情形发生。
附图说明
图1为本发明的水泥工艺品双轴3D打印装置的结构示意图。
图2为本发明的多轴运动机构的结构示意图。
图3为本发明的Z-XI-YI三维空间坐标系结构示意图。
图4为本发明的Z-XII-YII三维空间坐标系结构示意图。
图5为本发明的底床的结构示意图。
图6为本发明的TPU纤维双喷头组件的立体结构示意图。
图7为本发明的TPU纤维双喷头组件的侧视结构示意图。
图8为本发明的水泥喷头组件的结构示意图。
图9为本发明的挤料机构的结构示意图。
图10为本发明的挤料机构与水泥喷头组件的装配结构示意图。
具体实施方式
如下结合附图，对本申请方案作进一步描述：
参见附图1至5，一种水泥工艺品双轴3D打印装置，其包括机座1、设于机座1上的多轴运动机构2、由多轴运动机构2驱使的TPU纤维双喷头组件3和水泥喷头组件4，以及为水泥喷头组件4供料的挤料机构5；所述多轴运动机构2包括底床21、Z轴组件22、XI轴组件23、XII轴组件24、YI轴组件25和YII轴组件26，所述Z轴组件22、XI轴组件23、YI轴组件25构成对应TPU纤维双喷头组件3的三维空间坐标系，所述Z轴组件22、XII轴组件24、YII轴组件26构成对应水泥喷头组件4的三维空间坐标系，所述底床21装设于所述Z轴组件22之上并由Z轴组件22驱动实现Z轴向运动。具体的：
所述Z轴组件22包括第一电机221、传动螺杆222和Z轴向导柱223，所述底床21具有与所述Z轴向导柱223配合并沿Z轴向导柱223滑动的第一连接部211，以及与所述传动螺杆222配合的第二连接部212，所述第一电机221通过传动螺杆222带动所述底床21作Z轴向的运动；
所述YI轴组件25包括第二电机251、第一传动带252、第一传动轴253以及平行设置的第一行程组件254和第二行程组件255，所述第一行程组件254包括第一Y轴向导柱2541、第一行程座2542和第二传动带2543，所述第一行程座2542与第一Y轴向导柱2541配合并沿第一Y轴向导柱2541滑动，所述第二行程组件255包括第二Y轴向导柱2551、第二行程座2552和第三传动带2553，所述第二行程座2552与第二Y轴向导柱2551配合并沿第二Y轴向导柱2551滑动，所述第二电机251通过第一传动带252驱动第一传动轴253旋转，并由所述第一传动轴53带动所述第二传动带2543和第三传动带2553，所述第一行程座2542与所述第二传动带2543固定连接以跟随第二传动带2543运动，所述第二行程座2552与所述第三传动带2553固定连接以跟随第三传动带2553运动；
所述YII轴组件26包括第三电机261、第四传动带262、第二传动轴263以及平行设置的第三行程组件264和第四行程组件265，所述第三行程组件264包括第三Y轴向导柱2641、第三行程座2642和第五传动带2643，所述第三行程座2642与第三Y轴向导柱2641配合并沿第三Y轴向导柱2641滑动，所述第四行程组件265包括第四Y轴向导柱2651、第四行程座2652和第六传动带2653，所述第四行程座2652与第四Y轴向导柱2651配合并沿第四Y轴向导柱2651滑动，所述第三电机261通过第四传动带262驱动第二传动轴263旋转，并由所述第二传动轴263带动所述第五传动带2643和第六传动带2653，所述第三行程座2642与所述第五传动带2643固定连接以跟随第五传动带2643运动，所述第四行程座2652与所述第六传动带2653固定连接以跟随第六传动带2653运动；
所述XI轴组件23包括第四电机231、第七传动带232、第五行程座233和第一X轴向导柱234，所述第一X轴向导柱234有两根并架接于所述第一行程座2542与第二行程座2552之间，所述第五行程座233与所述第一X轴向导柱234配合并沿第一X轴向导柱234滑动，所述第一行程座2542上具有容放所述第四电机231的槽位，所述第二行程座2552上具有放置传动带转轴的槽位，所述第七传动带232绕于第四电机31的电机轴与传动带转轴上，由第四电机31驱动所述第七传动带232，所述第五行程座233与所述第七传动带232连接并由其带动作X轴向的运动，所述TPU纤维双喷头组件3设于第五行程座233上；
所述XII轴组件24包括第五电机241、第八传动带242、第六行程座243和第二X轴向导柱244，所述第二X轴向导柱244有两根并架接于所述第三行程座2642和第四行程座2652之间，所述第六行程座243与所述第二X轴向导柱244配合并沿第二X轴向导柱244滑动，所述第五电机241装设于第四行程座2652上，由其驱动所述第八传动带242，所述第六行程座243与所述第八传动带242连接并由其带动作X轴向的运动，所述水泥喷头组件4设于第六行程座243上。
参见附图9和10，所述挤料机构5包括第一步进电机51、第一同步带轮52、同步带53、第二同步带轮54、螺杆挤料机55和水泥浆软导管56，所述螺杆挤料机55包括进料漏斗551、挤料螺杆552和挤料筒553，所述第一步进电机51驱动第一同步带轮52，所述螺杆挤料机55的挤料螺杆552连接第二同步带轮54，所述同步带53联立所述第一同步带轮52和第二同步带轮54以实现动力传输，所述挤料筒553的底端设置有出料口554，所述出料口554通过水泥浆软导管56连接至水泥喷头组件4。
参见附图8，所述水泥喷头组件4包括水泥喷头41和超声波距离传感器42，所述超声波距离传感器42用于检测填充浆体的液面高度。
参见附图6和7，所述TPU纤维双喷头组件3包括TPU喷头31、TPU导管32、纤维喷头33、纤维导管34、第二步进电机35、传动齿轮组36和刀片37，所述刀片37由所述第二步进电机35和传动齿轮组36驱动旋转以切割纤维。所述TPU纤维双喷头组件3包括与第五行程座233连接的支架38，所述传动齿轮组36、TPU导管32和纤维导管34装设于所述支架38内，所述支架38装设于第五行程座233下方，其底侧设有所述TPU喷头31和纤维喷头33。
工作原理：
工作开始前，TPU纤维双喷头组件3在Z轴组件22、XI轴组件23、YI轴组件25所构成的三维空间坐标系中进行回零，水泥喷头组件4在Z轴组件21、XII轴组件25、YII轴组件26所构成的三维空间坐标系中进行回零，回零后开始打印。
首先，由TPU纤维双喷头组件3中的TPU喷头31进行模具打印，此时纤维喷头33不工作。当模具打印到预定高度后，暂停打印，且TPU纤维双喷头组件3返回至零点位置等待。
接着，水泥喷头组件4进行空腔的填充，即第二步进电机51工作，通过第一同步带轮52、同步带53和第二同步带轮54驱动挤料螺杆552旋转，浆水泥浆体挤出，并通过水泥浆软导管56输送至水泥喷头。
完成水泥浆体填充后，TPU纤维双喷头组件3继续工作，此时由纤维喷头33在浆体表面进行铺丝，TPU喷头31不工作。完成铺丝后，切换至TPU喷头31进行模具打印，纤维喷头33不工作。
重复上述流程，直至打印结束。
当未进行模具空腔填充水泥浆体时，水泥喷头41始终复位至挤料机构5正上方，水泥浆体构成循环系统，即水泥浆体从挤料筒553的出料口554挤出，流经水泥浆软导管56、水泥喷头41后，从挤料机构5的进料漏斗551中回流至挤料筒553内，有效的防止在未进行空腔填充时，水泥浆体静置凝结导致无法正常挤出。
当进行模具空腔填充时，水泥喷头组件4根据打印路径进行空腔填充，挤料机构5正常工作，均匀的挤出浆体。同时，超声波距离传感器42时刻检测浆体液面高度的变化，以保证浆体填充的高度。当达到预定高度后，挤料机构5暂停工作，水泥喷头回零，回零结束后，挤料机构5继续工作，水泥浆体进行循环流动。
上述优选实施方式应视为本申请方案实施方式的举例说明，凡与本申请方案雷同、近似或以此为基础作出的技术推演、替换、改进等，均应视为本专利的保护范围。
Claims (6)
1.一种水泥工艺品双轴3D打印装置，其特征在于：包括机座、设于机座上的多轴运动机构、由多轴运动机构驱使的TPU纤维双喷头组件和水泥喷头组件，以及为水泥喷头组件供料的挤料机构；所述多轴运动机构包括底床、Z轴组件、XI轴组件、XII轴组件、YI轴组件和YII轴组件，所述Z轴组件、XI轴组件、YI轴组件构成对应TPU纤维双喷头组件的三维空间坐标系，所述Z轴组件、XII轴组件、YII轴组件构成对应水泥喷头组件的三维空间坐标系，所述底床装设于所述Z轴组件之上并由Z轴组件驱动实现Z轴向运动。
2.根据权利要求1所述的水泥工艺品双轴3D打印装置，其特征在于：所述Z轴组件包括第一电机、传动螺杆和Z轴向导柱，所述底床具有与所述Z轴向导柱配合并沿Z轴向导柱滑动的第一连接部，以及与所述传动螺杆配合的第二连接部，所述第一电机通过传动螺杆带动所述底床作Z轴向的运动；
所述YI轴组件包括第二电机、第一传动带、第一传动轴以及平行设置的第一行程组件和第二行程组件，所述第一行程组件包括第一Y轴向导柱、第一行程座和第二传动带，所述第一行程座与第一Y轴向导柱配合并沿第一Y轴向导柱滑动，所述第二行程组件包括第二Y轴向导柱、第二行程座和第三传动带，所述第二行程座与第二Y轴向导柱配合并沿第二Y轴向导柱滑动，所述第二电机通过第一传动带驱动第一传动轴旋转，并由所述第一传动轴带动所述第二传动带和第三传动带，所述第一行程座与所述第二传动带固定连接以跟随第二传动带运动，所述第二行程座与所述第三传动带固定连接以跟随第三传动带运动；
所述YII轴组件包括第三电机、第四传动带、第二传动轴以及平行设置的第三行程组件和第四行程组件，所述第三行程组件包括第三Y轴向导柱、第三行程座和第五传动带，所述第三行程座与第三Y轴向导柱配合并沿第三Y轴向导柱滑动，所述第四行程组件包括第四Y轴向导柱、第四行程座和第六传动带，所述第四行程座与第四Y轴向导柱配合并沿第四Y轴向导柱滑动，所述第三电机通过第四传动带驱动第二传动轴旋转，并由所述第二传动轴带动所述第五传动带和第六传动带，所述第三行程座与所述第五传动带固定连接以跟随第五传动带运动，所述第四行程座与所述第六传动带固定连接以跟随第六传动带运动；
所述XI轴组件包括第四电机、第七传动带、第五行程座和第一X轴向导柱，所述第一X轴向导柱有两根并架接于所述第一行程座与第二行程座之间，所述第五行程座与所述第一X轴向导柱配合并沿第一X轴向导柱滑动，所述第四电机装设于第一行程座或第二行程座上，由其驱动所述第七传动带，所述第五行程座与所述第七传动带连接并由其带动作X轴向的运动，所述TPU纤维双喷头组件设于第五行程座上；
所述XII轴组件包括第五电机、第八传动带、第六行程座和第二X轴向导柱，所述第二X轴向导柱有两根并架接于所述第三行程座和第四行程座之间，所述第六行程座与所述第二X轴向导柱配合并沿第二X轴向导柱滑动，所述第五电机装设于第三行程座或第四行程座上，由其驱动所述第八传动带，所述第六行程座与所述第八传动带连接并由其带动作X轴向的运动，所述水泥喷头组件设于第六行程座上。
3.根据权利要求2所述的水泥工艺品双轴3D打印装置，其特征在于：所述挤料机构包括第一步进电机、第一同步带轮、同步带、第二同步带轮、螺杆挤料机和水泥浆软导管，所述螺杆挤料机包括进料漏斗、挤料螺杆和挤料筒，所述第一步进电机驱动第一同步带轮，所述螺杆挤料机的挤料螺杆连接第二同步带轮，所述同步带联立所述第一同步带轮和第二同步带轮以实现动力传输，所述挤料筒的底端设置有出料口，所述出料口通过水泥浆软导管连接至水泥喷头组件。
4.根据权利要求2所述的水泥工艺品双轴3D打印装置，其特征在于：所述水泥喷头组件包括水泥喷头和超声波距离传感器，所述超声波距离传感器用于检测填充浆体的液面高度。
5.根据权利要求2所述的水泥工艺品双轴3D打印装置，其特征在于：所述TPU纤维双喷头组件包括TPU喷头、TPU导管、纤维喷头、纤维导管、第二步进电机、传动齿轮组和刀片，所述刀片由所述第二步进电机和传动齿轮组驱动旋转以切割纤维。
6.根据权利要求5所述的水泥工艺品双轴3D打印装置，其特征在于：所述TPU纤维双喷头组件包括与第五行程座连接的支架，所述传动齿轮组、TPU导管和纤维导管装设于所述支架内，所述支架装设于第五行程座下方，其底侧设有所述TPU喷头和纤维喷头。
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| CN201910072851.XA Pending CN109605538A (zh) | 2019-01-25 | 2019-01-25 | 一种水泥工艺品双轴3d打印装置 |
Country Status (1)
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| CN (1) | CN109605538A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112571784A (zh) * | 2020-12-15 | 2021-03-30 | 南通立方新材料科技有限公司 | 一种三轴3d打印机 |
| CN112649279A (zh) * | 2020-12-17 | 2021-04-13 | 江苏集萃复合材料装备研究所有限公司 | 一种3d打印水泥基复合材料的性能测试方法 |
Citations (5)
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| CN104786494A (zh) * | 2015-03-25 | 2015-07-22 | 中山市迪迈打印科技有限公司 | 一种双轴定位三维打印机 |
| KR101668955B1 (ko) * | 2015-06-24 | 2016-10-26 | 연세대학교 산학협력단 | 3d 프린터를 이용한 섬유 보강 복합재료 구조물 제조방법 및 그 방법으로 제조된 구조물 |
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-
2019
- 2019-01-25 CN CN201910072851.XA patent/CN109605538A/zh active Pending
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