CN112847733A - 一种便于提高3d打印砂浆层间强度的打印头 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种便于提高3D打印砂浆层间强度的打印头，属于砂浆3D打印领域，其包括储料筒、螺旋送料杆和打印喷头，所述储料筒的一侧设置有进料管，所述螺旋送料杆沿储料筒的长度方向设置在储料筒内，所述螺旋送料杆上分布有螺旋叶片，所述打印喷头设置在储料筒的端部，所述储料筒的一侧设置有用于向打印喷头的出料口输送钢丝的钢丝供给装置，所述钢丝供给装置包括用于输送钢丝的送料机构和用于剪断钢丝的剪切机构，所述剪切机构的下方设置有导向管，所述导向管的出口端朝向打印喷头的出料端。本申请具有便于在提高植筋均匀度的同时降低工作人员的劳动强度的效果。

Description

一种便于提高3D打印砂浆层间强度的打印头
技术领域
本申请涉及砂浆3D打印的领域，尤其是涉及一种便于提高3D打印砂浆层间强度的打印头。
背景技术
建筑3D打印技术的原理是通过三维切片软件对建筑构件的三维模型进行切片分层生成3D打印机运动代码，然后由3D打印机的移动平台驱动挤出机逐层挤出砂浆，多次堆叠成型具有实用功能的建筑构件，砂浆3D打印技术相较于传统砂浆构筑工艺能构建拥有更丰富造型特征的建筑，也具有更好自动化性能，为建筑行业提供了一种全新的生产方式，但是由于3D打印逐层构造的特点，砂浆3D打印的强度明显弱于传统的构筑方式。因此，在打印过程中需要向砂浆层内铺设钢丝进行植筋，以便于提高砂浆在凝固后的强度。
针对上述中的相关技术，发明人认为存在有以下缺陷：在砂浆3D打印过程中，需工作人员手动铺设钢丝对砂浆层进行植筋，工作人员劳动强度大且植筋均匀度不佳。
发明内容
为了提高植筋均匀度、同时降低工作人员的劳动强度，本申请提供一种便于提高3D打印砂浆层间强度的打印头。
本申请提供的一种便于提高3D打印砂浆层间强度的打印头采用如下的技术方案：
一种便于提高3D打印砂浆层间强度的打印头，包括储料筒、螺旋送料杆和打印喷头，所述储料筒的一侧设置有进料管，所述螺旋送料杆沿储料筒的长度方向设置在储料筒内，所述螺旋送料杆上分布有螺旋叶片，所述打印喷头设置在储料筒的端部，所述储料筒的一侧设置有用于向打印喷头的出料口输送钢丝的钢丝供给装置，所述钢丝供给装置包括用于输送钢丝的送料机构和用于剪断钢丝的剪切机构，所述剪切机构的下方设置有导向管，所述导向管的出口端朝向打印喷头的出料端。
通过采用上述技术方案，通过在储料筒的一侧设置钢丝供给装置，在砂浆3D打印的过程中，送料机构将钢丝输送到剪切机构处，由剪切机构将钢丝剪断为指定长度，然后经导向管输送至打印喷头的出口端，从而在打印的同时将钢丝输送至砂浆层内进行植筋，无需工作人员手动进行植筋，从而降低了人工劳动强度，同时采用机械化的铺设方式相比于人工铺设提高了对钢丝铺设的均匀性。
可选的，所述送料机构包括支撑架、步进电机和绕线盘，所述步进电机固定设置在支撑架上，所述绕线盘转动设置在支撑架上，所述步进电机的输出轴与绕线盘同轴线连接。
通过采用上述技术方案，步进电机能够将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机。每输入一个脉冲信号，转子就转动一个角度或前进一步。从而能够对钢丝的输送速度进行调节，从而在一定程度上保证了对钢丝输送的均匀性。
可选的，所述剪切机构包括气动剪刀和气泵，所述气泵通过第一输气管向气动剪刀输送压缩气体。
通过采用上述技术方案，气泵通过第一输气管将压缩气体输送至气动剪刀，为气动剪刀提供动力，以实现对钢丝的剪切。选用气动剪刀作为剪切机构的剪切部件能够通过控制入气量来调节输出功率与速度，操作简单。
可选的，所述气泵上还设置有第二输气管，所述第二输气管与导向管相连通。
通过采用上述技术方案，通过在气泵上设置第二输气管，第二输气管能够向导向管内输送气体，当气动剪刀将钢丝剪断后，第二输气管输出的压缩空气对剪断的钢丝进行加速，提高钢丝的速度，使钢丝能够穿透上一层砂浆层并射入到下一层砂浆层内，从而提高砂浆的层间强度。
可选的，所述导向管的外部设置有电磁发射器和环形电感式接近开关，所述环形电感式接近开关设置在电磁发射器的上方，所述环形电感式接近开关用于控制电磁发射器启闭。
通过采用上述技术方案，当剪断的钢丝进入到导向管时，环形电感式接近开关开启电磁发射器，电磁发射器产生电磁力对钢丝进行加速，使钢丝能够穿透上一层砂浆层并射入下一层砂浆层内。
可选的，所述导向管的出口端固定设置在打印喷头上，所述储料筒上设置有用于驱动打印喷头转动的驱动组件，所述驱动组件包括驱动电机，所述驱动电机的输出轴上设置有驱动齿轮，所述打印喷头的外圆周面上设置有与驱动齿轮相啮合的从动齿轮。
通过采用上述技术方案，启动驱动电机，驱动电机的输出轴带动驱动齿轮转动，位于打印喷头外部的从动齿轮随驱动齿轮同步转动，使打印喷头发生转动。
可选的，还包括集成壳体，所述储料筒、剪切机构和导向管均设置在集成壳体内，所述储料筒包括第一直筒部、弯筒部和第二直筒部，所述弯筒部设置在第一直筒部的底端，所述第二直筒部设置在弯筒部远离第一直筒部的一端，所述打印喷头设置在第二直筒部远离弯筒部的一端。
通过采用上述技术方案，通过将储料筒、剪切机构和导向管集中安装在集成壳体内，以便于使整体结构更为紧凑。
可选的，所述弯筒部上设置有固定座，所述导向管插设在固定座内，所述导向管的出口端穿过第二直筒部并延伸至打印喷头内。
通过采用上述技术方案，通过在弯筒部上设置固定座，以便于对导向管的位置进行固定，提高导向管的稳定性。
可选的，所述导向管为碳纤维材质制成的管。
通过采用上述技术方案，由于碳纤维材质具有较高的抗弯曲能力，在弯曲后能够立即恢复形状，通过选用碳纤维材质的管作为导向管，在一定程度上避免了导向管发生弯曲变形。
可选的，所述导向管位于剪切机构的正下方，所述导向管的进口端设置有倒锥形口。
通过采用上述技术方案，通过在导向管的进口端设置倒锥形口，以便于增大导向管进口的面积，从而使钢丝能够更为方便地进入到导向管内。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.本申请通过在储料筒的一侧设置送料机构和剪切机构，在砂浆3D打印的过程中，送料机构将钢丝输送到剪切机构处，由剪切机构将钢丝剪断为指定长度，然后经导向管输送至打印喷头的出口端，从而在打印的同时将钢丝输送至砂浆层内进行植筋，无需工作人员手动进行植筋，从而降低了人工劳动强度；
2.本申请通过在导向管的外部设置电磁发射器和环形电感式接近开关，当剪断的钢丝进入到导向管时，环形电感式接近开关能够开启电磁发射器，从而对导向管内的钢丝进行加速，使钢丝能够穿透上一层砂浆层并插设至下一层砂浆层内，进而提高砂浆的层间强度；
3.本申请通过设置集成壳体，将储料筒、剪切机构和导向管集中安装在集成壳体内，以便于使整体结构更为紧凑。
附图说明
图1是本申请实施例一砂浆3D打印头的结构示意图。
图2是本申请实施例一储料筒的内部结构示意图。
图3是本申请实施例一送料机构的结构示意图。
图4是本申请实施例二砂浆3D打印头的结构示意图。
附图标记说明：1、储料筒；101、第一直筒部；102、弯筒部；1021、固定座；103、第二直筒部；11、进料管；2、螺旋送料杆；21、螺旋叶片；22、转动电机；23、支撑座；3、打印喷头；31、从动齿轮；4、送料机构；41、支撑架；411、连接杆；42、步进电机；43、绕线盘；5、剪切机构；51、气动剪刀；52、52；521、第一输气管；522、第二输气管；6、导向管；61、电磁发射器；62、环形电感式接近开关；63、倒锥形口；7、驱动组件；71、驱动电机；72、驱动齿轮；73、电机座；8、集成壳体。
具体实施方式
以下结合附图对本申请作进一步详细说明。
实施例一、
本申请实施例公开一种便于提高3D打印砂浆层间强度的打印头，参照图1、图2，包括储料筒1、螺旋送料杆2和打印喷头3，储料筒1的一侧安装有与储料筒1相连通的进料管11，螺旋送料杆2安装在储料筒1内且螺旋送料杆2的长度方向与储料筒1的长度方向一致。螺旋送料杆2上沿自身长度方向分布有螺旋叶片21，储料筒1上且位于螺旋送料杆2的顶端安装有转动电机22，转动电机22的输出轴与螺旋送料杆2同轴线连接，储料筒1内且位于螺旋送料杆2的外部安装有支撑座23，以便于对螺旋送料杆2进行支撑。打印喷头3转动安装在储料筒1的底端，砂浆物料从进料管11进入到储料筒1后，从打印喷头3的出口输出，打印喷头3在随3D打印机移动的过程中即能够使用砂浆进行3D打印。
参照图1，储料筒1的一侧设有用于向打印喷头3的出料口输送钢丝的钢丝供给装置，钢丝供给装置包括送料机构4和剪切机构5，剪切机构5的下方安装有导向管6，导向管6固定安装在打印喷头3上且导向管6的出口端朝向打印喷头3的出料端，以便于将钢丝输送至打印喷头3的出口位置处。送料机构4用于输送钢丝，剪切机构5用于将输送过来的钢丝剪断，剪断后的钢丝经导向管6输送至打印喷头3的出口端，从而在打印的同时将钢丝输送至砂浆层内进行植筋。
参照图1，导向管6位于剪切机构5的正下方，且导向管6的进口端设有倒锥形口63。以便于增大导向管6进口的面积，从而使钢丝能够更为方便地进入到导向管6内。导向管6由碳纤维材质制成，碳纤维材质具有较高的抗弯曲能力，在弯曲后能够立即恢复形状，通过选用碳纤维材质的管作为导向管6，在一定程度上避免了导向管6在随3D打印机移动的过程中发生弯曲变形。
参照图1、图3，送料机构4包括支撑架41、步进电机42和绕线盘43，支撑架41上焊接有连接杆411并通过连接杆411焊接在储料筒1的一侧，步进电机42固定安装在支撑架41上，绕线盘43转动安装在支撑架41上，步进电机42的输出轴与绕线盘43同轴线连接。步进电机42能够将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机。每输入一个脉冲信号，转子就转动一个角度或前进一步，从而将钢丝均匀输送到剪切机构5处。
参照图1，剪切机构5包括气动剪刀51和气泵52，气泵52上安装有第一输气管521，第一输气管521远离气泵52的一端与气动剪刀51连接，为气动剪刀51提供动力，以便于向气动剪刀51输送压缩气体。
参照图1，在本实施例中，气泵52上还安装有第二输气管522，第二输气管522与导向管6相连通，气动剪刀51将钢丝剪断后，第二输气管522输出的压缩空气对剪断的钢丝进行加速，提高钢丝的速度，使钢丝能够穿透上一层砂浆层并射入到下一层砂浆层内，从而提高砂浆的层间强度。
参照图1，导向管6倾斜设置且导向管6的出口端固定安装在打印喷头3上，储料筒1上安装有用于驱动打印喷头3转动的驱动组件7，驱动组件7包括驱动电机71，驱动电机71的输出轴上固定连接有驱动齿轮72，打印喷头3的外圆周面上焊接有与驱动齿轮72相啮合的从动齿轮31。驱动电机71的输出轴带动驱动齿轮72转动，位于打印喷头3外部的从动齿轮31随驱动齿轮72同步转动，使打印喷头3发生转动，带动导向管6的朝向发生改变。通过驱动组件7即能够调节导向管6的朝向，以适应打印喷头3的打印路径。
实施例二、
参照图4，本实施例与实施例一的区别之处在于，本实施例中砂浆3D打印头还包括集成壳体8，储料筒1、剪切机构5和导向管6均安装在集成壳体8内，使整体结构更为紧凑。本实施例中的储料筒1由第一直筒部101、弯筒部102和第二直筒部103组成，弯筒部102焊接在第一直筒部101的底端，第二直筒部103焊接在弯筒部102远离第一直筒部101的一端，打印喷头3安装在第二直筒部103远离弯筒部102的一端。弯筒部102上焊接有固定座1021，导向管6插设在固定座1021内并通过固定座1021对位置进行固定，导向管6的出口端穿过第二直筒部103并延伸至打印喷头3内。砂浆经第一直筒部101和弯筒部102和第二直筒部103后，从打印喷头3流出。同时，剪切机构5剪断的钢丝通过第二直筒部103后也能够从打印喷头3处随砂浆同时流出。
在将储料筒1、剪切机构5和导向管6安装到集成壳体8后，将集成壳体安装到3D打印机的机架上，将送料机构4和气泵52安装在3D打印机的机架上并使送料机构4和气泵52位于集成壳体8的外部，使送料机构4和气泵52均能够与集成壳体8同步运动，同时又不会造成集成壳体8上因安装的设备过多而造成体积和重量过大。
参照图4，导向管6的外部安装有电磁发射器61和环形电感式接近开关62，环形电感式接近开关62用于控制电磁发射器61启闭。当剪断的钢丝进入到导向管6时，环形电感式接近开关62开启电磁发射器61，电磁发射器61产生瞬时的电磁力对钢丝进行加速，使钢丝能够穿透上一层砂浆层并射入下一层砂浆层内，从而提高砂浆的层间强度。
本申请一种便于提高3D打印砂浆层间强度的打印头的实施原理为：通过在储料筒1的一侧设置钢丝供给装置，在砂浆3D打印的过程中，送料机构4将钢丝输送到剪切机构5处，由剪切机构5将钢丝剪断为指定长度，然后经导向管6输送至打印喷头3的出口端，从而在打印的同时将钢丝输送至砂浆层内进行植筋，无需工作人员手动进行植筋，从而降低了人工劳动强度，同时采用机械化的铺设方式相比于人工铺设提高了对钢丝铺设的均匀性。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种便于提高3D打印砂浆层间强度的打印头，包括储料筒(1)、螺旋送料杆(2)和打印喷头(3)，所述储料筒(1)的一侧设置有进料管(11)，所述螺旋送料杆(2)沿储料筒(1)的长度方向设置在储料筒(1)内，所述螺旋送料杆(2)上分布有螺旋叶片(21)，所述打印喷头(3)设置在储料筒(1)的端部，其特征在于：所述储料筒(1)的一侧设置有用于向打印喷头(3)的出料口输送钢丝的钢丝供给装置，所述钢丝供给装置包括用于输送钢丝的送料机构(4)和用于剪断钢丝的剪切机构(5)，所述剪切机构(5)的下方设置有导向管(6)，所述导向管(6)的出口端朝向打印喷头(3)的出料端。
2.根据权利要求1所述的一种便于提高3D打印砂浆层间强度的打印头，其特征在于：所述送料机构(4)包括支撑架(41)、步进电机(42)和绕线盘(43)，所述步进电机(42)固定设置在支撑架(41)上，所述绕线盘(43)转动设置在支撑架(41)上，所述步进电机(42)的输出轴与绕线盘(43)同轴线连接。
3.根据权利要求1所述的一种便于提高3D打印砂浆层间强度的打印头，其特征在于：所述剪切机构(5)包括气动剪刀(51)和气泵(52)，所述气泵(52)通过第一输气管(521)向气动剪刀(51)输送压缩气体。
4.根据权利要求3所述的一种便于提高3D打印砂浆层间强度的打印头，其特征在于：所述气泵(52)上还设置有第二输气管(522)，所述第二输气管(522)与导向管(6)相连通。
5.根据权利要求1所述的一种便于提高3D打印砂浆层间强度的打印头，其特征在于：所述导向管(6)的外部设置有电磁发射器(61)和环形电感式接近开关(62)，所述环形电感式接近开关(62)设置在电磁发射器(61)的上方，所述环形电感式接近开关(62)用于控制电磁发射器(61)启闭。
6.根据权利要求1所述的一种便于提高3D打印砂浆层间强度的打印头，其特征在于：所述导向管(6)的出口端固定设置在打印喷头(3)上，所述储料筒(1)上设置有用于驱动打印喷头(3)转动的驱动组件(7)，所述驱动组件(7)包括驱动电机(71)，所述驱动电机(71)的输出轴上设置有驱动齿轮(72)，所述打印喷头(3)的外圆周面上设置有与驱动齿轮(72)相啮合的从动齿轮(31)。
7.根据权利要求1所述的一种便于提高3D打印砂浆层间强度的打印头，其特征在于：还包括集成壳体(8)，所述储料筒(1)、剪切机构(5)和导向管(6)均设置在集成壳体(8)内，所述储料筒(1)包括第一直筒部(101)、弯筒部(102)和第二直筒部(103)，所述弯筒部(102)设置在第一直筒部(101)的底端，所述第二直筒部(103)设置在弯筒部(102)远离第一直筒部(101)的一端，所述打印喷头(3)设置在第二直筒部(103)远离弯筒部(102)的一端。
8.根据权利要求7所述的一种便于提高3D打印砂浆层间强度的打印头，其特征在于：所述弯筒部(102)上设置有固定座(1021)，所述导向管(6)插设在固定座(1021)内，所述导向管(6)的出口端穿过第二直筒部(103)并延伸至打印喷头(3)内。
9.根据权利要求1所述的一种便于提高3D打印砂浆层间强度的打印头，其特征在于：所述导向管(6)为碳纤维材质制成的管。
10.根据权利要求1所述的一种便于提高3D打印砂浆层间强度的打印头，其特征在于：所述导向管(6)位于剪切机构(5)的正下方，所述导向管(6)的进口端设置有倒锥形口(63)。
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