CN111379423A - 一种建筑3d打印机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种建筑3D打印机，其技术方案要点是包括搅拌腔以及设置于搅拌腔侧面的多根入料管，搅拌腔包括上腔以及下腔，上腔与下腔之间连通，入料管与上腔之间可拆卸连接，搅拌腔内设置有搅拌杆，搅拌杆贯穿上腔与下腔，下腔底部具有出料组件，下腔与出料组件之间具有第二橡胶连接件，上腔底部与下腔上部设置有震动组件，震动组件下方设置有第一橡胶连接件，震动组件用于防止水泥凝固，第二橡胶连接件和第一橡胶连接件外侧连接有辅助支架，辅助支架上端与上腔连接，辅助支架下端与下腔连接，下腔底部连接用于出料的喷嘴，该建筑3D打印机能够在打印过程中调整打印物料的混合比例和改变喷嘴直径。

Description

一种建筑3D打印机

技术领域

本发明涉及3D打印机领域，更具体的说是涉及一种建筑3D打印机。

背景技术

随着3D打印技术的不断进步，3D打印技术在各行业领域得到充分发展，将3D打印技术应用在建筑领域，具有建筑形式自由、高效成型、绿色节能等优势，因此此项技术的发展受到国内外相关学者的重视。

建筑3D打印采用和熔融沉积成型Fused Deposition Modeling(FDM)相似的工艺，将打印材料挤压成型，层层堆叠，形成三维实体房屋或构件。具体来说，是将混凝土构件利用计算机进行3D建模和离散分层生成二维截面信息，然后将配制好的混凝土拌合物通过挤出装置，按照设定好的程序，通过机械控制，由喷嘴挤出进行分层堆积，最后得到混凝土构件即成型建筑。

目前建筑3D打印机还存在在打印过程中不能调整混凝土拌合物物料比例和改变喷嘴直径的问题，导致打印机在打印复杂构件时效率不高，自动化程度低。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种建筑3D打印机，该建筑3D打印机能够在打印过程中调整混凝土拌合物的物料比例和实时改变喷嘴直径的大小。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种建筑3D打印机，包括搅拌腔以及设置于搅拌腔侧面的多根入料管，所述搅拌腔包括上腔以及下腔，所述上腔与下腔之间连通，所述入料管与上腔之间可拆卸连接，所述搅拌腔内设置有搅拌杆，所述搅拌杆贯穿上腔与下腔，所述下腔底部具有出料组件，所述下腔与出料组件之间具有第二橡胶连接件，所述上腔底部与下腔上部设置有震动组件，所述震动组件下方设置有第一橡胶连接件，所述震动组件用于防止流体材料凝固，所述第二橡胶连接件和第一橡胶连接件外侧连接有辅助支架，所述辅助支架用于防止震动组件工作时引起3D打印机喷嘴的相对位置变化，所述辅助支架上端与上腔连接，辅助支架下端与下腔连接，所述下腔底部连接用于出料的喷嘴。

作为本发明的进一步改进，所述搅拌杆上设置有多个搅拌支架，所述搅拌支架沿着搅拌杆的长度方向延伸设置，所述搅拌支架呈十字结构，所述搅拌杆下方还设置有渐进杆。

作为本发明的进一步改进，所述入料管包括流体进料管以及液体进料管，所述流体进料管内侧设置有等分立体球，所述液体进料管上设置有流量计。

作为本发明的进一步改进，所述等分立体球包括转盘，设置于转盘外部的外壳，所述转盘上设置有若干个均匀分布的定量腔，所述定量腔以转盘的圆心为中心呈圆周阵列分布，所述转盘同轴连接有微型电机，所述微型电机用于驱动转盘转动，所述外壳与流体进料管连通。

作为本发明的进一步改进，所述下腔上还设置有通气口以及维护口，所述下腔上端面设置有旋转对接器。

作为本发明的进一步改进，所述旋转对接器上设置有若干个孔径大小不同的通孔，所述通孔下方均设置了与其相对应的喷嘴，所述旋转对接器与喷嘴偏心设置。

本发明的有益效果：

1、泥浆混料比例实时可变，打印过程中可随时更换泥浆混料比例，例如承重墙可提高粘结剂比例，内墙可降低粘结剂比例，不需更换打印泥浆，节省时间，节省成本。

2、喷嘴直径在打印过程中可随时变换，根据需要调整，节省打印时间。

3、可拆卸外管，方便运输。

4、打印泥浆在打印过程中实时按需制作，避免泥浆长时间放置沉降造成材料浪费。

附图说明

图1为建筑3D打印机的剖面结构示意图；

图2为等分立体球的剖面结构示意图；

图3为旋转对接器的结构示意图。

图4为3D打印建筑物示意图。

图5为另一种3D建筑物示意图。

附图标记：1、搅拌腔；11、上腔；12、下腔；2、入料管；21、流体进料管；22、液体进料管；23、流量计；3、搅拌杆；31、搅拌支架；32、渐进杆；4、出料组件；5、第二橡胶连接件；51、第一橡胶连接件；52、辅助支架；6、震动组件；7、等分立体球；71、转盘；72、外壳；73、定量腔；74、微型电机；8、通气口；81、维护口；9、旋转对接器；91、通孔；92、喷嘴。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、

“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

参照图1至5所示，本实施例的一种建筑3D打印机，包括搅拌腔1以及设置于搅拌腔1侧面的多根入料管2，所述搅拌腔1包括上腔11以及下腔12，所述上腔11与下腔12之间连通，所述入料管2与上腔11之间可拆卸连接，所述搅拌腔1内设置有搅拌杆3，所述搅拌杆3贯穿上腔11与下腔12，所述下腔12底部具有出料组件4，所述上腔11底部与下腔12上部设置有震动组件6，所述震动组件6下方设置有第一橡胶连接件51，所述震动组件6用于防止混合材料凝固，所述第二橡胶连接件5和第一橡胶连接件51外侧连接有辅助支架52，所述辅助支架52用于防止震动组件6工作时引起喷嘴92的相对位置变化，所述辅助支架52上端与上腔11连接，辅助支架52下端与下腔12连接。

上述具体改进为：流体材料通过流体进料管21进入搅拌腔1内，液体材料通过液体进料管22进入搅拌腔1内，混合物在搅拌腔下腔12内进行搅拌，搅拌完成之后从喷嘴92内喷出进行打印，为了防止搅拌腔1内的流体材料进行固化，因此将搅拌腔1分为上腔11以及下腔12，上腔11和下腔12之间设置了第一橡胶连接件51和第二橡胶连接件5，第一橡胶连接件51和第二橡胶连接件5之间设置了震动组件6，通过震动组件6的设置，能够有效的减少材料沉降及堆积在装置内壁上产生堵塞的现象，第一橡胶连接件51和第二橡胶连接件5采用橡胶材料制成，缓冲效果好，连接处可产生横向剪切力，使建筑材料顺利输送至出料组件4处，但为了防止喷嘴92的相对位置变化，因此在第一橡胶连接件51和第二橡胶连接件5之间焊接了辅助支架52，辅助支架52能够防止震动组件6工作时引起喷嘴92的相对位置变化。

作为改进的一种具体实施方式，所述搅拌杆3上设置有多个搅拌支架31，所述搅拌支架31沿着搅拌杆3的长度方向延伸设置，所述搅拌支架31呈十字结构。

上述具体改进为：为了使搅拌腔1内的混合材料能够搅拌的更加均匀，因此在搅拌杆3上横向设置了搅拌支架31，搅拌支架31设置在下腔12上部部位的作用在于使混合材料搅拌均匀，在搅拌杆3相对于下腔12下部的部位设置了渐进杆32，搅拌腔1内部具有一个单独的腔室，渐进杆32设置在单独的腔室内，当水泥由于自身的重力作用沉入单独的腔室内，渐进杆32开始进行搅拌，渐进杆32的作用能够更好的将混合材料输送至出料的喷嘴92处，并且能够有效的防止混合材料堆积在下腔12的侧壁上(若是混合材料堆积在下腔12的侧壁上，混合材料固化容易影响上腔11内部的流体材料和液体材料输送至喷嘴92处)。

作为改进的一种具体实施方式，所述入料管2包括流体进料管21以及液体进料管22，所述流体进料管21内侧设置有等分立体球7，所述液体进料管22上设置有流量计23。

上述具体改进为：流体材料由粉体材料、粘合剂以及水混合搅拌而成，为了精确并且更加有效率的控制流体材料以及液体进入搅拌腔1的量，因此在流体进料口上设置了等分立体球7，等分立体球7能够有效的控制流体材料进入搅拌腔1内，而通过流量计23的设置，能够有效的监测液体材料通过液体进料管22内的流量，以便精确控制混合打印材料各物料比例。

作为改进的一种具体实施方式，所述等分立体球7包括转盘71，设置于转盘71外部的外壳72，所述转盘71上设置有若干个均匀分布的定量腔73，所述定量腔73以转盘71的圆心为中心呈圆周阵列分布，所述转盘71同轴连接有微型电机74，所述微型电机74用于驱动转盘71转动，所述外壳72与流体进料管21连通。且定量腔73的开口最大宽度与流体进料管21的直径相等。

上述具体改进为：本实施例中的微型电机为步进电机，假设每一个定量腔73内所容纳的流体材料为100g，需要倒入容纳腔内的流体材料为1kg，则驱动步进电机转动10格即可，如此便能够精确的控制流体材料倒入搅拌腔1内的量，以达到精确配比的效果。

作为改进的一种具体实施方式，所述下腔12上还设置有通气口8以及维护口81，所述下腔12上端面设置有旋转对接器9。

上述具体改进为：通过通气口8的设置，可向搅拌腔1内通入辅助气体，使搅拌腔内外形成压力差，能够辅助混合材料从喷嘴92内喷出，有效的防止混合物在流出过程中堵塞，而通过维护口81的设置，能够在混合物堵塞喷头时将搅拌腔1内的混合物排出，便于维护维修。

通过设置震动组件6、渐进杆32、通气口8的配合使建筑材料均匀定量出料，并且减少材料堆积在装置内壁上以及产生堵塞的现象。

作为改进的一种具体实施方式，所述旋转对接器9上设置有若干个孔径大小不同的通孔91，所述通孔91下方均设置有与其相对应的喷头92，所述旋转对接器9与喷头92偏心设置。

上述具体改进为：旋转对接器9上具有不同孔径的通孔91，通孔91孔径在50mm～300mm，在打印建筑时，可以根据建筑物形状的特征，随时调整打印机喷嘴的直径，有效的节约时间成本。

喷嘴92的材料为软质橡胶，打印时可起到对建筑材料的塑形作用，同时可避免打印过程中和旋转对接器旋9转时误碰撞已完成的建筑而造成的打印失败。

实施例1

建筑3D打印所采用的层高(即建筑3D打印机打印一层的厚度)直接影响打印的时间，层高越大打印同样物体所需的时间就越少。而建筑3D打印的层高受3D打印机喷嘴直径的影响(层高不能超过建筑3D打印机的喷嘴直径)。建筑3D打印机打印时所采用的层高也直径影响建筑的精度，成高越小精度越高，阶梯效应就越小。

3D打印如图4所示的建筑物，采用单一喷嘴直径的3D打印机打印很难兼顾时间成本和精度要求。但如果在打印过程中采用人工更换建筑3D打印机的喷嘴，势必增加时间成本和打印风险。

如使用本发明中的建筑3D打印机进行打印，可使用下列流程打印：

1、先使用300mm直径喷嘴打印A区域。

2、当A区域打印完成时可通过旋转对接器9调整喷嘴直径，将喷嘴直径更换为200mm。

3、使用200mm直径喷嘴打印B区域。

4、当B区域打印完成时可通过旋转对接器9调整喷嘴直径，将喷嘴直径更换为300mm。

5、使用300mm直径喷嘴打印C区域。

6、当C区域打印完成时可通过旋转对接器9调整喷嘴直径，将喷嘴直径更换为100mm。

7、使用100mm直径喷嘴打印D区域。

8、打印完毕。

由于A和C区域结构简单，使用大喷嘴直径可以节省打印时间。而B和D区结构复杂，建筑特征明显，结构变化梯度大，如使用大喷嘴直径打印将影响建筑物精度和外观，故使用小喷嘴直径进行打印。这样可以兼顾打印时间和打印精度，同时全过程自动化程度高，节省人工成本。

实施例2

3D打印建筑物的不同部位需要不同强度的材料，常规建筑3D打印机很难实时更换打印材料。3D打印如图5的建筑，只能使用1种材料或停机更换材料进行打印，这样会增加材料投入和时间成本。

以3D打印图5所示建筑物为例，具体打印逻辑如下：

1、打印房体区域时，通过流体进料管21进入基础打印混合材料，使用基础料进行打印。

2、打印到门框或窗框上方区域时，通过液体进料管22定量进入粘合剂以提高打印材料强度，使用高强度材料打印2区域以提高建筑物2区域的机械强度。

3、打印到屋顶区域时，通过液体进料管22定量进入粘合剂和防水剂以提高打印材料强度和防水效果，使用功能材料打印这部分区域以提高建筑物该区域的强度和防水效果。

4、打印完毕。

使用本发明中的建筑3D打印机进行打印，可以在打印过程中通过液体进料管22加入不同的液体辅料来实时定量改变打印混合材料的物料比，从而降低成本、提高效率。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种建筑3D打印机，其特征在于：包括搅拌腔(1)以及设置于搅拌腔(1)侧面的多根入料管(2)，所述搅拌腔(1)包括上腔(11)以及下腔(12)，所述上腔(11)与下腔(12)之间连通，所述入料管(2)与上腔(11)之间可拆卸连接，所述搅拌腔(1)内设置有搅拌杆(3)，所述搅拌杆(3)贯穿上腔(11)与下腔(12)，所述下腔(12)底部具有出料组件(4)，所述下腔(12)与出料组件(4)之间具有第二橡胶连接件(5)，所述上腔(11)底部与下腔(12)上部设置有震动组件(6)，所述震动组件(6)下方设置有第一橡胶连接件(51)，所述震动组件(6)用于防止流体材料凝固，所述第二橡胶连接件(5)和第一橡胶连接件(51)外侧连接有辅助支架(52)，所述辅助支架(52)用于防止震动组件(6)工作时引起喷嘴(92)的相对位置变化，所述辅助支架(52)上端与上腔(11)连接，辅助支架(52)下端与下腔(12)连接，所述下腔(12)底部连接用于出料的喷嘴(92)。

2.根据权利要求1所述的一种建筑3D打印机，其特征在于：所述搅拌杆(3)上设置有多个搅拌支架(31)，所述搅拌支架(31)沿着搅拌杆(3)的长度方向延伸设置，所述搅拌支架(31)呈十字结构，所述搅拌杆(3)下方还设置有渐进杆(32)。

3.根据权利要求2所述的一种建筑3D打印机，其特征在于：所述入料管(2)包括流体进料管(21)以及液体进料管(22)，所述流体进料管(21)内侧设置有等分立体球(7)，所述液体进料管(22)上设置有流量计(23)。

4.根据权利要求3所述的一种建筑3D打印机，其特征在于：所述等分立体球(7)包括转盘(71)，设置于转盘(71)外部的外壳(72)，所述转盘(71)上设置有若干个均匀分布的定量腔(73)，所述定量腔(73)以转盘(71)的圆心为中心呈圆周阵列分布，所述转盘(71)同轴连接有微型电机(74)，所述微型电机(74)用于驱动转盘(71)转动，所述外壳(72)与流体进料管(21)连通。

5.根据权利要求4所述的一种建筑3D打印机，其特征在于：所述下腔(12)上还设置有通气口(8)以及维护口(81)，所述下腔(12)上端面设置有旋转对接器(9)。

6.根据权利要求5所述的一种建筑3D打印机，其特征在于：所述旋转对接器(9)上设置有若干个孔径大小不同的通孔(91)，所述通孔(91)下方均设置了与其相对应的喷嘴(92)，所述旋转对接器(9)与喷嘴(92)偏心设置。

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