CN111842376B - 用于建筑3d打印的打印头自清洗及控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于建筑3D打印的打印头自清洗及控制系统，包括：打印头，包括料仓及设于所述料仓底端的打印头出料口，所述料仓的内部形成供打印材料容置的空间；高压水供给装置，所述高压水供给装置上连接有第一盘管及第二盘管，所述第一盘管及所述第二盘管均固定于所述料仓内，所述第一盘管及呈环形布置有多个第一喷嘴，所述第二盘管上呈环形布置有多个朝向所述料仓的内壁的第二喷嘴；压缩空气供给装置，所述压缩空气供给装置上连接有第三盘管，所述第三盘管呈环形固定于所述料仓内，所述第三盘管上呈环形布置有多个朝向所述料仓的内壁的第三喷嘴；及远程控制平台。本发明自动化程度高，能及时地冲洗及吹干料仓内壁，保证清洗过程的安全性。

Description

用于建筑3D打印的打印头自清洗及控制系统
技术领域
本发明涉及建筑施工技术领域，具体来说涉及一种用于建筑3D打印的打印头自清洗系统。
背景技术
3D打印是利用累积制造技术，即快速成形技术的一种机器。3D打印技术是一种数字模型文件为基础，运用可粘合材料作为打印材料，通过打印一层层的粘合材料来制造三维的物体，也即用逐层打印方式来构造物体的技术。
建筑混凝土3D打印头装置一般包含：动力装置(电机、减速器、变频器等)、搅拌轴(螺旋输送杆)、料桶、出料管(可变径、可变截面)、混凝土供料管道等机构。
用于建筑3D打印的打印材料具有快硬早强的特点，粘结性能良好，体积稳定性强，具有良好的出泵形态保持能力，能满足建筑3D打印连续打印的工作特性。由于打印材料具有初凝时间短的特点，打印时打印桶里的材料随着搅拌摩擦生热及材料本身水化放热，材料会产生水化热，从而变热变硬，易发生堵管等现象；打印结束后，快速、及时清理打印头料桶、出料管也是个很棘手的问题。
打印结束后，操作人员手动清洗打印头、打印桶内剩余打印材料，手动用高压水进行部件的冲洗，清洗后自然晾干或直接使用。但是部件上残余水分对下一步使用的打印材料有一定的影响，材料配比上要考虑这一小部分残余水分的影响。同时冲洗过程会有水溅到电气元件上，不利于电气元件的保护，并有一定的危险性。冲洗过程费时费力，自动化程度较低。
发明内容
鉴于上述情况，本发明提供一种用于建筑3D打印的打印头自清洗及控制系统，解决现有的打印头清洗装置清洗不及时、自动化程度低及清洗过程中存在危险性的缺陷。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：提供一种用于建筑3D打印的打印头自清洗及控制系统，包括：
打印头，包括料仓及设于所述料仓底端的打印头出料口，所述料仓的内部形成供打印材料容置的空间；
高压水供给装置，包括水箱，所述水箱上连接有出水管，所述出水管上设置有蝶阀及增压泵，所述出水管的出口端连通第一支管及第二支管，所述第一支管及所述第二支管上分别设有蝶阀、温控阀及电磁阀，所述第一支管及所述第二支管的出口端分别连通有第一盘管及第二盘管，所述第一盘管及所述第二盘管均固定于所述料仓内，所述第一盘管上呈环形布置有多个第一喷嘴，所述第二盘管上呈环形布置有多个朝向所述料仓的内壁的第二喷嘴；
压缩空气供给装置，所述压缩空气供给装置上连接有第三盘管，所述第三盘管呈环形固定于所述料仓内，所述第三盘管上呈环形布置有多个朝向所述料仓的内壁的第三喷嘴；所述压缩空气供给装置包括风机、气滤单元及脉冲阻尼器，所述风机的输出端与所述第三盘管之间连接有所述气滤单元及所述脉冲阻尼器；
远程控制平台，所述远程控制平台与所述电磁阀、所述增压泵、所述风机、所述气滤单元及所述脉冲阻尼器电连接。
本发明实施例中，所述第一盘管、所述第二盘管及所述第三盘管呈同心圆设置，所述第一盘管、所述第二盘管及所述第三盘管的直径顺序增大。
本发明实施例中，所述第一盘管与所述第二盘管分别为注水盘管及冲洗盘管。
本发明实施例中，所述第一喷嘴朝向所述料仓的中轴线设置。
本发明实施例中，所述第二喷嘴为自动旋转喷嘴。
本发明实施例中，所述料仓的内部设有螺旋搅拌轴，所述螺旋搅拌轴的底端延伸至所述打印头出料口内，所述料仓的顶部开设有穿孔；所述料仓的顶部设有一驱动机构，所述驱动机构通过所述穿孔而与所述螺旋搅拌轴驱动连接。
本发明实施例中，所述料仓内设有与所述螺旋搅拌轴固定的壁刮杆，所述壁刮杆为空心框结构。
本发明实施例中，所述增压泵的两侧还设置有膨胀节。
本发明实施例中，所述出水管上还设置有过滤器，所述过滤器位于所述蝶阀与所述增压泵之间。
本发明由于采用了以上技术方案，使其具有以下有益效果：
本发明用于建筑3D打印的打印头自清洗系统自动化程度高，在打印结束后能够在料仓内部进行及时地冲洗及冲洗后的吹干，避免残余水分影响下一步打印材料的配比，同时能够避免冲洗过程中水溅到电气元件上，保证了清洗过程的安全性。
附图说明
图1是本发明用于建筑3D打印的打印头自清洗及控制系统的结构示意图。
图2是本发明第一盘管、第二盘管及第三盘管的平面放大示意图。
附图标记与部件的对应关系如下：
打印头1；料仓11；打印头出料口12；螺旋搅拌轴13；驱动机构14；电机141；减速器142；壁刮杆15；注料口16；溢流口17；高压水供给装置2；第一盘管21；第一喷嘴211；第二盘管22；第二喷嘴221；水箱23；出水管24；第一支管241；第二支管242；球阀243；蝶阀344；过滤器245；膨胀节246；增压泵247；止回阀248；废水沟249；压缩空气供给装置3；第三盘管31；第三喷嘴311；风机32；气滤单元33；脉冲阻尼器34。
具体实施方式
为利于对本发明的了解，以下结合附图及实施例进行说明。
请参阅图1、图2所示，本发明提供一种用于建筑3D打印的打印头自清洗及控制系统，包括：打印头1、高压水供给装置2、压缩空气供给装置3及与高压水供给装置2和压缩空气供给装置3电连接的远程控制平台(图未示)，本发明用于建筑3D打印的打印头自清洗及控制系统在打印结束后，通过远程控制平台控制高压水供给装置2对打印头的内壁进行及时冲洗，通过控制平台控制压缩空气供给装置3对打印头1进行吹扫，快速、及时清理打印头内残余打印材料，自动化程度高，并通过吹干能够减少打印头内残留的水分，避免对下一步使用的打印材料有影响，同时由于清洗在打印头内部发生，有利于电气元件的保护，保证了施工的安全性。
具体来说，打印头1包括料仓11及设于料仓底端的打印头出料口12，料仓11的内部形成供打印材料容置的空间；
具体地，料仓11的上部为圆柱体，下部呈锥形，以方便出料，打印头出料口12为细长的筒体形成。
料仓11的内部设有螺旋搅拌轴13，螺旋搅拌轴13一方面能够使打印材料混合均匀，另一方面可以避免料仓11内的温度局部过高，螺旋搅拌轴13的底端延伸至打印头出料口12内，螺旋搅拌轴13的上部位于料仓1内，螺旋搅拌轴13的下部位于打印头出料口12，螺旋搅拌轴13的上部的螺旋叶片的尺寸大于螺旋搅拌轴13的下部的螺旋叶片的尺寸，使得打印头出料口12处的打印材料也能够被搅拌，避免温度过高。
料仓11的顶部开设有穿孔；料仓11的顶部设有一驱动机构14，驱动机构14通过穿孔而与螺旋搅拌轴13驱动连接。驱动机构14包括电机141和减速器142，减速器142的设置有利于改变电机141的转动频率，避免螺旋搅拌轴13的搅拌速率过快导致打印材料温度升高。
料仓11内盛放的打印材料在螺旋搅拌轴13的旋转搅拌过程中，会在料仓11的内壁面上发生堆积，若不清理，堆积在料仓的内壁面上的打印材料会越来越多，也会影响打印效果。料仓11内还设有与螺旋搅拌轴13固定的壁刮杆15，壁刮杆15随着螺旋搅拌轴13的转动带动壁刮杆15在料仓11内转动，并将料仓11的内壁面上的打印材料刮下来，避免随着打印的进行，打印材料越来越多地堆积在料仓11的内壁面；优选地，壁刮杆15呈空心框结构，空心框结构能够最大限度减少搅拌过程中的阻力；壁刮杆的空心框内也可以根据需求设斜杆，斜杆也可以起到搅拌打印材料的作用。壁刮杆213的外轮廓尺寸与料仓11形状相匹配，与料仓11内壁间隙应大于材料骨料尺寸；个数可根据材料性能设置为单臂或多臂。
本发明实施例中，料仓11通过进料管与供料系统(图未示)连接，通过供料系统向料仓11内供应打印材料，进一步地，料仓11的上部设有注料口16和溢流口17，供料系统通过注料口16向料仓11内注入打印材料，在打印材料充满料仓11内时，可以通过溢流口17流出，以便工作人员及时发现并停止注料。
本发明实施例中，高压水供给装置2包括水箱23，水箱23上连接有出水管24，出水管24上设置有蝶阀244及增压泵247，出水管24的出口端连通第一支管241及第二支管242，第一支管241及第二支管242上分别设有蝶阀、温控阀及电磁阀，第一支管241及第二支管242的出口端分别连通有第一盘管21及第二盘管22，第一盘管21及第二盘管22均固定于料仓11内，第一盘管21及呈环形布置有多个第一喷嘴211，第二盘管22上呈环形布置有多个朝向料仓11的内壁的第二喷嘴221。
本发明实施例中，第一盘管21、第二盘管22及第三盘管31呈同心圆设置，第一盘管21、第二盘管22及第三盘管31的直径顺序增大；进一步地，如果空间和安装允许，上述盘管可以平面布置，也可以垂直(轴向)布置，这个布置不限制，只要保证喷嘴之间互相不干涉就好。
本发明实施例中，第一盘管21、第二盘管22及第三盘管23均位于料仓的顶部空间内且位于壁刮杆13之上，避免壁刮杆13在转动时与第一盘管21、第二盘管22及第三盘管23产生刮擦。
本发明实施例中，第一盘管21与第二盘管22分别为注水盘管及冲洗盘管，具体地，注水盘管用于根据打印材料状态需求，及时给料仓11内打印材料按需加水，保证打印材料的流动性、湿度及温度；优选地，第一喷嘴211朝向料仓11的中轴线设置；冲洗盘管通过第二喷嘴221喷射高压水对料仓11的内壁进行冲洗，同时第二喷嘴为自动旋转喷嘴，可绕安装点自动旋转，实现多角度冲洗。
本发明实施例中，出水管24上还设有过滤器245，过滤器245的出口端通过管道连接至废水沟249，管道上设置有球阀243；水箱23上接设有排水管，排水管的出口端连接至另一废水沟249，排水管上设有球阀243；增压泵247的两侧分别设有膨胀节246；增压泵247的出口端还设置有止水阀248。
进一步地，水箱23上水位设置有溢流口，防止水箱充满溢出；除了配备一台增压泵247外，还可以配置一台备用泵，一用一备，防止一台发生故障时影响使用；由于增压泵247在运行时存在震动，因此在增压泵247的入口/出口设置膨胀节246，可以减轻这种震动对管道的损害；蝶阀244、球阀243的开保证水的管道流通，其关是阻断水的流通；止回阀248的作用是防止水倒流；增压泵247前设置有过滤器245，过滤器245是保证水质，保护增压泵247，过滤掉杂质，过滤掉的水排放至废水沟249；增压泵247后设置止回阀248，防止停泵后液体回流；高压水泵出出水管24后分为两路，一路通过第一支管241供给第一盘管21，一路通过第二支管242供给第二盘管，每一支管上设置蝶阀，从而实现每一支管可以单独控制其物理状态通/断；温控阀是控制供水温度，防止水温超出规定温度值；电磁阀是通过远程控制信号控制管道的通/断，实现远程自动控制管道通/断。
压缩空气供给装置3上连接有第三盘管31，第三盘管31呈环形固定于料仓11内，第三盘管31上呈环形布置有多个朝向料仓11的内壁的第三喷嘴311，压缩空气供给装置3包括风机32、气滤单元33及脉冲阻尼器34，风机32的输出端与第三盘管31之间连接有气滤单元33及脉冲阻尼器34。如图1所示，气滤单元从左至右包括减压阀、过滤阀、电磁换向阀及球阀。脉冲阻尼器34用于保证空压压力的稳定性，并保证起源的供给连续性；气滤单元的减压阀用于实现压力控制，保证吹扫工作所需的压力；过滤阀主要是过滤气源中的水分/油气等，电磁换向阀实现远程控制压缩空气的通/断。
远程控制平台远程控制高压水供给装置2及压缩空气供给装置3的启动与关闭，可实现自动注水、清洗、吹扫、风干等工艺需求，节省打印头拆装、人工冲洗等工序，节省劳动时间，减轻劳动强度，提高劳动效率。具体地，远程控制平台与电磁阀、过滤器245、增压泵247、风机32、气滤单元33及脉冲阻尼器34电连接。以上结合附图及实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于建筑3D打印的打印头自清洗及控制系统，其特征在于，包括：
打印头， 包括料仓及设于所述料仓底端的打印头出料口，所述料仓的内部形成供打印材料容置的空间；
高压水供给装置，包括水箱，所述水箱上连接有出水管，所述出水管上设置有蝶阀及增压泵，所述出水管的出口端连通第一支管及第二支管，所述第一支管及所述第二支管上分别设有蝶阀、温控阀及电磁阀，所述第一支管及所述第二支管的出口端分别连通有第一盘管及第二盘管，所述第一盘管及所述第二盘管均固定于所述料仓内，所述第一盘管上呈环形布置有多个第一喷嘴，所述第一喷嘴朝向所述料仓的中轴线设置，所述第二盘管上呈环形布置有多个朝向所述料仓的内壁的第二喷嘴；
压缩空气供给装置，所述压缩空气供给装置上连接有第三盘管，所述第三盘管呈环形固定于所述料仓内，所述第三盘管上呈环形布置有多个朝向所述料仓的内壁的第三喷嘴；所述压缩空气供给装置包括风机、气滤单元及脉冲阻尼器，所述风机的输出端与所述第三盘管之间连接有所述气滤单元及所述脉冲阻尼器；
远程控制平台，所述远程控制平台与所述电磁阀、所述增压泵、所述风机、所述气滤单元及所述脉冲阻尼器电连接。
2.根据权利要求1所述的用于建筑3D打印的打印头自清洗及控制系统，其特征在于，所述第一盘管、所述第二盘管及所述第三盘管呈同心圆设置，所述第一盘管、所述第二盘管及所述第三盘管的直径顺序增大。
3.根据权利要求1所述的用于建筑3D打印的打印头自清洗及控制系统，其特征在于，所述第一盘管与所述第二盘管分别为注水盘管及冲洗盘管。
4.根据权利要求3所述的用于建筑3D打印的打印头自清洗及控制系统，其特征在于，所述第二喷嘴为自动旋转喷嘴。
5.根据权利要求1所述的用于建筑3D打印的打印头自清洗及控制系统，其特征在于，所述料仓的内部设有螺旋搅拌轴，所述螺旋搅拌轴的底端延伸至所述打印头出料口内，所述料仓的顶部开设有穿孔；所述料仓的顶部设有一驱动机构，所述驱动机构通过所述穿孔而与所述螺旋搅拌轴驱动连接。
6.根据权利要求5所述的用于建筑3D打印的打印头自清洗及控制系统，其特征在于，所述料仓内设有与所述螺旋搅拌轴固定的壁刮杆，所述壁刮杆为空心框结构。
7.根据权利要求1所述的用于建筑3D打印的打印头自清洗及控制系统，其特征在于，所述增压泵的两侧还设置有膨胀节。
8.根据权利要求1所述的用于建筑3D打印的打印头自清洗及控制系统，其特征在于，所述出水管上还设置有过滤器，所述过滤器位于所述蝶阀与所述增压泵之间。
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