CN111941585A - 悬挂式立井混凝土井壁3d打印机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种悬挂式立井混凝土井壁3D打印机，包括：升降装置、旋转装置、伸缩装置和打印装置。升降装置包括升降支撑平台、升降丝杆和升降驱动组件，升降驱动组件安装在所述升降支撑平台上，升降丝杆安装在升降驱动组件上；旋转装置包括旋转驱动组件和旋转支撑板，旋转驱动组件安装在旋转支撑板上，旋转支撑板与升降丝杆连接；伸缩装置包括伸缩支撑悬臂和伸缩驱动组件，伸缩支撑悬臂安装在旋转装置上，伸缩驱动组件安装在伸缩支撑悬臂的内部；打印装置包括打印料筒、喷嘴和挤出组件，打印料筒安装在伸缩支撑悬臂的末端，喷嘴位于打印料筒下端，挤出组件安装在打印料筒内。其结构紧凑，安装简单，打印范围广，主要用于立井混凝土井壁的打印。

Description

悬挂式立井混凝土井壁3D打印机

技术领域

本发明涉及3D打印和建筑建造技术领域，尤其涉及一种悬挂式立井混凝土井壁3D打印机。

背景技术

在立井井壁砌筑时，目前国内外均主要靠人工向模板内浇筑凝土，这种传统的生产方式既难以适应自动化、智能化快速掘砌的发展趋势和要求，也难以达到未来超千米深井复杂地层条件下井筒高强筑壁材料的性能需随径向和周向变化的设计要求。

现有的建筑打印机主要有三种结构形式。第一种是笛卡尔空间坐标形式，此形式为中规中举的结构形式，目前也是最常见的结构形式；第二种是COREXY结构形式，这种结构好处是在设计的时候可以做到方方正正，结构紧凑；第三种是DELTA结构，也就是常说的三角洲或者并联臂结构。上述结构形式可以满足大部分的建筑打印要求，但并不完全契合立井井壁打印的需求。

发明内容

针对以上问题，本发明提出一种悬挂式立井混凝土井壁3D打印机。

为实现本发明的目的，提供一种悬挂式立井混凝土井壁3D打印机，包括升降装置、旋转装置、伸缩装置、供料装置和打印装置；

所述升降装置包括升降支撑平台、升降丝杆和升降驱动组件，所述升降驱动组件安装在所述升降支撑平台上，所述升降丝杆安装在升降驱动组件上；

所述旋转装置包括旋转驱动组件和旋转支撑板，所述旋转驱动组件安装在旋转支撑板上，所述旋转支撑板与升降丝杆连接；

所述伸缩装置包括伸缩支撑悬臂和伸缩驱动组件；所述伸缩支撑悬臂安装在旋转装置上，所述伸缩驱动组件用于驱动伸缩支撑悬臂径向移动；所述伸缩驱动组件安装在伸缩支撑悬臂的内部；

所述供料装置包括供料箱、输料管和球头阀。所述输料管用于连接供料箱和打印料筒，所述球头阀安装在输料管路中；

所述打印装置包括具有旋转功能的打印料筒、喷嘴和挤出组件；所述打印料筒可俯仰的安装在伸缩支撑悬臂上，所述喷嘴位于打印料筒的下端，所述挤出组件安装在打印料筒内。

在一个实施例中，上述悬挂式立井混凝土井壁3D打印机还包括支撑座，所述支撑座设置在所述升降支撑平台底端，用于在井口支持所述悬挂式立井混凝土井壁3D打印机进行立井井壁的打印。

具体地，所述支撑座安装井壁固定架，所述井壁固定架悬挂在矿井，使悬挂式立井混凝土井壁3D打印机完成打印。

在一个实施例中，上述悬挂式立井混凝土井壁3D打印机还包括供料箱；所述供料箱安装在井口上，通过输料管连接打印料筒，输料管固定于升降丝杆中间。

具体地，所述输料管路中使用球头阀连接以防止管道缠绕。

在一个实施例中，上述悬挂式立井混凝土井壁3D打印机还包括打印装置；所述打印装置安装在伸缩支撑悬臂的末端，通过俯仰电机带动打印料筒向前倾斜一定角度方便对不平整壁面进行填充。

在一个实施例中，上述悬挂式立井混凝土井壁3D打印机还包括控制箱；所述控制箱安装于所述升降支撑平台上，所述控制箱与所述旋转平台、升降驱动组件、伸缩驱动组件、打印装置信号连接，用于控制悬挂式立井混凝土井壁3D打印机的打印。

具体地，所述伸缩支撑悬臂末端装有激光扫描系统，所述激光扫描系统用于对矿井壁面进行观测以指导打印。

上述悬挂式立井混凝土井壁3D打印机，可按照预设的轨迹运行一层层地“打印”出井壁，整个过程不需要或者只需极少量的人工操作，大大节省了人工成本。同时降低了施工安全风险。该打印机由六大部分组成，包括：升降装置、伸缩装置、旋转装置、供料装置、打印装置和控制箱。升降装置，包括升降支撑平台、升降丝杆、和升降驱动组件；伸缩装置，包括伸缩支撑悬臂和伸缩驱动组件；旋转装置，包括旋转驱动组件和旋转支撑板；供料装置，包括供料箱、输料管和球头阀；打印装置，包括具有俯仰功能的打印料筒、喷嘴和挤出组件。控制箱，包括单片机主板，若干伺服电机控制器和步进电机控制器、交直流电源以及其它传感器和温度计的接线端子和线路。通过升降驱动装置的上下运动、旋转驱动组件驱动伸缩支撑悬臂的旋转运动、伸缩驱动装置驱动打印料筒沿水平方向的径向运动实现三维运动；供料装置用于输送混凝土打印材料至打印料筒，挤出组件将混凝土打印材料挤压至打印喷嘴，完成立井井壁的打印。该3D打印机结构紧凑，安装简单，可打印的井壁半径范围广，主要用于立井混凝土井壁的打印。不但可用于预制立井井壁的打印，也可用于大中型矿井掘进过程中井壁的同步打印。

附图说明

图1是一个实施例的悬挂式立井混凝土井壁3D打印机结构示意图；

图2是一个实施例的悬挂式立井混凝土井壁3D打印机的悬挂安装示意图；

图3是一个实施例的悬挂式立井混凝土井壁3D打印机打印装置的示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

在一个实施例中，提供一种悬挂式立井混凝土井壁3D打印机，包括升降装置、旋转装置、伸缩装置、供料装置和打印装置；

所述升降装置包括升降支撑平台、升降丝杆和升降驱动组件，所述升降驱动组件安装在所述升降支撑平台上，所述升降丝杆安装在升降驱动组件上；

所述旋转装置包括旋转驱动组件和旋转支撑板，所述旋转驱动组件安装在旋转支撑板上，所述旋转支撑板与升降丝杆连接；

所述伸缩装置，包括伸缩支撑悬臂和伸缩驱动组件；所述伸缩支撑悬臂安装在旋转装置上，所述伸缩驱动组件用于驱动伸缩支撑悬臂径向移动；所述伸缩驱动组件安装在伸缩支撑悬臂的内部；

所述供料装置，包括供料箱、输料管和球头阀；所述供料箱安装在井口，所述输料管用于连接供料箱和打印料筒，所述球阀安装在输料管路中。

所述打印装置包括具有俯仰功能的打印料筒、喷嘴和挤出组件；所述打印料筒安装在伸缩支撑悬臂的末端，所述喷嘴位于打印料筒的下端，所述挤出组件安装在打印料筒内。

上述悬挂式立井混凝土井壁3D打印机可以安装在井壁的上部；用于立井井底无法安装打印机的情况，另外也悬挂安装用于大中型的矿井井壁打印。

在一个实施例中，上述悬挂式立井混凝土井壁3D打印机还包括支撑座，所述支撑座设置在所述升降支撑平台底端，用于在井口支持所述悬挂式立井混凝土井壁3D打印机进行立井井壁的打印；

具体地，所述支撑座安装井壁固定架，所述井壁固定架悬挂在矿井，使悬挂式立井混凝土井壁3D打印机完成打印。

在一个实施例中，上述悬挂式立井混凝土井壁3D打印机还包括供料箱；所述供料箱安装在井口，通过输料管连接打印料筒，输料管固定于升降丝杆中间。

上述供料箱用来储存、输送打印所需要的混凝土浆料。

具体地，所述输料管路中使用球头阀连接以防止管道缠绕。

在一个实施例中，上述悬挂式立井混凝土井壁3D打印机还包括打印装置；所述打印装置安装在伸缩支撑悬臂的末端，通过俯仰电机带动打印料筒向前倾斜一定角度方便对不平整壁面进行填充。

上述打印装置可以包括打印料筒，打印料筒用来喷出混凝土浆料。

在一个实施例中，上述悬挂式立井混凝土井壁3D打印机还包括控制箱；所述控制箱安装于所述升降支撑平台上，所述控制箱与所述旋转平台、升降驱动组件、伸缩驱动组件、打印装置信号连接，用于控制悬挂式立井混凝土井壁3D打印机的打印。

在一个实施例中，所述伸缩支撑悬臂末端装有激光扫描系统，所述激光扫描系统用于对矿井壁面进行观测以指导打印。

具体地，悬挂式立井混凝土井壁3D打印机固定后，升降驱动装置驱动旋转装置向下运动到指定位置，伸缩臂伸出至打印半径，旋转平台旋转同时送料电机开始输送混凝土浆料至打印料筒处喷出打印井壁，完成一层的打印后，升降驱动装置带动旋转支撑平台向上运动一个单位的长度继续进行下一层的打印，重复此过程以完成井壁的打印。

进一步地，激光扫描系统通过测量打印平台上升的过程中与井壁的距离，传输回数据以绘制矿井的井壁的三维图，根据信息可以规划打印路径并控制打印料筒俯仰一定角度喷出混凝土浆料对不平整壁面进行填充。

上述悬挂式立井混凝土井壁3D打印机，可按照预设的轨迹运行一层层地“打印”出井壁，整个过程不需要或者只需极少量的人工操作，大大节省了人工成本。同时降低了施工安全风险。该打印机由六大部分组成，包括：升降装置、伸缩装置、旋转装置、供料装置、打印装置和控制箱。升降装置，包括升降支撑平台、升降丝杆、和升降驱动组件；伸缩装置，包括伸缩支撑悬臂和伸缩驱动组件；旋转装置，包括旋转驱动组件和旋转支撑板；供料装置，包括供料箱、输料管和球头阀；打印装置，包括具有旋转功能的打印料筒、喷嘴和挤出组件。控制箱，包括单片机主板，若干伺服电机控制器和步进电机控制器、交直流电源以及其它传感器和温度计的接线端子和线路。通过升降驱动装置的上下运动、旋转驱动组件驱动伸缩支撑悬臂的旋转运动、伸缩驱动装置驱动打印料筒沿水平方向的径向运动实现三维运动；挤出组件用于输送混凝土打印材料至打印料筒，打印料筒将混凝土打印材料挤压至打印喷嘴，完成立井井壁的打印。该3D打印机结构紧凑，安装简单，可打印的井壁半径范围广，主要用于立井混凝土井壁的打印。不但可用于预制立井井壁的打印，也可用于大中型矿井掘进过程中井壁的同步打印。

在一个实施例中，上述悬挂式立井混凝土井壁3D打印机可以参考图1所示，本实施例的立井混凝土井壁3D打印机主要包括升降装置1、旋转装置4、伸缩装置3和打印装置2以及供料装置5。旋转装置4安装在升降装置1的下端，伸缩装置3安装在旋转驱动组件422上，打印装置2可拆卸的安装在伸缩装置3上。

升降装置1，包括升降支撑平台12、升降驱动装置11，升降驱动装置11安装在升降支撑平台12上。升降支撑平台12又包括支撑座123、支撑柱122、支撑板121，升降驱动装置11包括升降驱动组件112、升降丝杆111。

具体地，支撑座123上含有多个螺纹孔，支撑座可以通过这些螺纹孔安装在地上，也可加装支脚安装在立井井壁上。支撑板121通过支撑柱122安装在支撑座123上，支撑板上安装升降驱动装置11。

升降驱动装置11由升降驱动组件112和升降丝杆111组成。具体地，升降驱动组件112由步进电机、换向器和丝杠滑台组成。丝杠滑台带动升降丝杆111完成垂直方向的升降运动。

旋转装置4包括旋转支撑平台411和旋转驱动组件42，旋转驱动组件42由中空旋转平台421和步进电机423组成。旋转支撑平台411可拆卸的安装在升降丝杆111的底部。

伸缩装置3包括伸缩支撑悬臂31、伸缩驱动装置32和激光扫描系统33。伸缩驱动装置31安装在中空旋转台的两侧，驱动伸缩支撑悬臂31完成径向的运动。具体地，伸缩支撑悬臂31上钻有销孔，可以手动控制伸出悬臂的长度。激光扫描系统可以扫描立井周围壁面的凹凸情况，反馈从而控制打印料筒22俯仰进行不同角度的打印。

打印装置2包括打印料筒22、送料电机21、喷嘴23以及俯仰电机24。打印料筒22安装在伸缩支撑悬臂31的末端并与俯仰电机24相连，由俯仰电机24带动打印料筒22向前倾斜完成一定角度的打印。喷嘴23位于打印料筒的下端，可以根据打印要求更换不同直径的喷嘴。送料电机21安装在打印料筒22顶部，带动打印料筒22内的螺旋叶片完成送料工作。

供料装置5由供料箱53、球头阀51和输料管52组成。供料箱53安装在支撑座上，通过输料管52与打印料筒22连接，球头阀51安装在输料管路中，球头阀51可以实现输料管52随着打印料筒22转动而不发生缠绕。

悬挂于深井打印时，吊索穿过悬挂孔63将打印机悬挂在需要打印的井壁上部，打印机通过连接臂62、固定板61固定在井壁上。

在一个示例中，悬挂式立井混凝土井壁3D打印机的悬挂安装示意图可以参考图2所示。

在一个示例中，悬挂式立井混凝土井壁3D打印机打印装置还可以参考图3所示。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

需要说明的是，本申请实施例所涉及的术语“第一\第二\第三”仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二\第三”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序。应该理解“第一\第二\第三”区分的对象在适当情况下可以互换，以使这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

本申请实施例的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或模块的过程、方法、装置、产品或设备没有限定于已列出的步骤或模块，而是可选地还包括没有列出的步骤或模块，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或模块。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种悬挂式立井混凝土井壁3D打印机，其特征在于，包括升降装置、旋转装置、伸缩装置、供料装置和打印装置；

所述升降装置包括升降支撑平台、升降丝杆和升降驱动组件，所述升降驱动组件安装在所述升降支撑平台上，所述升降丝杆安装在升降驱动组件上；

所述旋转装置包括旋转驱动组件和旋转支撑板，所述旋转驱动组件安装在旋转支撑板上，所述旋转支撑板与升降丝杆连接；

所述伸缩装置包括伸缩支撑悬臂和伸缩驱动组件；所述伸缩支撑悬臂安装在旋转装置上，所述伸缩驱动组件用于驱动伸缩支撑悬臂径向移动；所述伸缩驱动组件安装在伸缩支撑悬臂的内部；

所述供料装置包括供料箱、输料管和球头阀。所述输料管用于连接供料箱和打印料筒，所述球头阀安装在输料管路中；

所述打印装置包括具有旋转功能的打印料筒、喷嘴和挤出组件；所述打印料筒可俯仰的安装在伸缩支撑悬臂上，所述喷嘴位于打印料筒的下端，所述挤出组件安装在打印料筒内。

2.根据权利要求1所述的悬挂式立井混凝土井壁3D打印机，其特征在于，还包括支撑座，所述支撑座设置在所述升降支撑平台底端，用于在井口支持所述悬挂式立井混凝土井壁3D打印机进行立井井壁的打印。

3.根据权利要求2所述的悬挂式立井混凝土井壁3D打印机，其特征在于，所述支撑座安装井壁固定架，所述井壁固定架悬挂在矿井，使悬挂式立井混凝土井壁3D打印机完成打印。

4.根据权利要求1所述的悬挂式立井混凝土井壁3D打印机，其特征在于，还包括供料箱；所述供料箱安装在井口，通过输料管连接打印料筒，输料管固定于升降丝杆中间。

5.根据权利要求4所述的悬挂式立井混凝土井壁3D打印机，其特征在于，所述输料管路中使用球头阀连接以防止管道缠绕。

6.根据权利要求1所述的悬挂式立井混凝土井壁3D打印机，其特征在于，还包括打印装置；所述打印装置安装在伸缩支撑悬臂的末端，通过俯仰电机带动打印料筒向前倾斜一定角度方便对不平整壁面进行填充。

7.根据权利要求1至6任一项所述的悬挂式立井混凝土井壁3D打印机，其特征在于，还包括控制箱；所述控制箱安装于所述升降支撑平台上，所述控制箱与所述旋转平台、升降驱动组件、伸缩驱动组件、打印装置信号连接，用于控制悬挂式立井混凝土井壁3D打印机的打印。

8.根据权利要求1至6任一项所述的悬挂式立井混凝土井壁3D打印机，其特征在于，所述伸缩支撑悬臂末端装有激光扫描系统，所述激光扫描系统用于对矿井壁面进行观测以指导打印。

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