CN114102794B - 一种速凝剂用量可调的建筑用3d打印喷头 - Google Patents

一种速凝剂用量可调的建筑用3d打印喷头 Download PDF

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Abstract

本发明属于建筑3D打印领域，具体涉及一种速凝剂用量可调的建筑用3D打印喷头。包括上壳体，下壳体和电机，下壳体侧面设有混凝土浆体入口和下壳体速凝剂导管入口，下壳体内设上下设置的搅拌叶片和螺旋杆；上壳体内设置有速凝剂储存仓、调节速凝剂用料的柱塞结构，通过柱塞结构将速凝剂储存仓内的速凝剂用量可调的通过下壳体速凝剂导管入口输入到下壳体中，电机通过电机转轴带动搅拌叶片和螺旋杆转动，从而将混凝土浆料和速凝剂均匀混合，从喷头喷出，实现3D打印。本发明的装置能够实现混凝土浆体和液体速凝剂的充分混合并能挤出的功能，同时能控制液体速凝剂的用量以此来达到所需混凝土的要求，为能够顺利进行混凝土的3D打印提供了硬件支持。

Description

一种速凝剂用量可调的建筑用3D打印喷头
技术领域
本发明属于建筑3D打印领域，具体涉及一种速凝剂用量可调的建筑用3D打印喷头。
背景技术
3D打印即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。
3D打印与普通打印机工作原理基本相同，只是打印材料不同，3D打印机内装有金属、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”，是实实在在的原材料，打印机与电脑连接后，通过电脑控制可以把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。3D打印机是可以“打印”出真实的3D物体的一种设备。3D打印存在着许多不同的技术。它们的不同之处在于以可用的材料的方式，并以不同层构建创建部件。
3D打印用于建筑领域时，为了提高建筑成型件的强度，需要按比例定量精确添加各类添加剂，但是现有的打印装置不能对添加剂的用量进行调整。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于建筑领域的新型3D打印喷头，用以解决混凝土浆体和液体速凝剂混合后充分均匀搅拌且能控制速凝剂用量并最终挤出的问题和搅拌仓的清洗问题。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种速凝剂用量可调的建筑用3D打印喷头，包括上壳体，下壳体和电机，
所述下壳体侧面设有混凝土浆体入口和下壳体速凝剂导管入口，下壳体内设上下设置的搅拌叶片和螺旋杆；
所述上壳体内设置有速凝剂储存仓、调节速凝剂用料的柱塞结构，通过柱塞结构将速凝剂储存仓内的速凝剂用量可调的通过下壳体速凝剂导管入口输入到下壳体中，电机通过电机转轴带动搅拌叶片和螺旋杆转动，从而将混凝土浆料和速凝剂均匀混合，从喷头喷出，实现3D打印。
进一步的，所述柱塞结构包括与上壳体的偏心距可调的控油壳，柱塞连接环，柱塞，滑靴，隔油盘和隔油盘密封壳；
所述柱塞连接环为底部带有圆形孔的圆筒状，柱塞连接环设置在上壳体的圆形凹槽内，且随电机转轴转动，柱塞连接环侧面周向均布多个柱塞连接口，柱塞的一端与柱塞连接口连接，另一端则与滑靴相连接，滑靴与控油壳内侧的圆形滑靴槽贴合在一起；
隔油盘整体呈下部设有外翻边的圆筒状，隔油盘套设在电机转轴外侧，翻边位于柱塞连接环底部上侧；隔油盘密封壳为整体呈底部带有圆形孔的圆筒状，且底部位于上方设置，隔油盘密封壳的圆筒部分的内周和柱塞连接环外周密封设置，且隔油盘密封壳用于对隔油盘的密封，隔油盘密封壳和隔油盘相对上壳体固定设置；
速凝剂储存仓通过刚性导管连接隔油盘密封壳上的速凝剂进口，隔油盘密封壳上的速凝剂出口通过刚性导管连接下壳体的下壳体速凝剂导管入口。
进一步的，包括设置在上壳体上的手轮，手轮的一端和控油壳的凸起部分螺纹配合，通过转动手轮实现上壳体和控油壳的偏心距可调。
进一步的，柱塞连接环和上壳体之间设有上壳体底部垫片；隔油盘的翻边部分和柱塞连接环下部设有隔油盘垫片。
进一步的，电机转轴依次穿过隔油盘密封壳圆形孔，隔油盘，隔油盘垫片，柱塞连接环的圆形孔，上壳体底部垫片的圆形孔，上壳体圆形孔；螺旋杆与电机转轴固连，搅拌叶片通过键槽与搅拌仓部分的电机转轴配合在一起，柱塞连接环通过键槽配合与上壳体部分的电机转轴连接。
进一步的，速凝剂储存仓的密封仓盖上设有气泵喷头，并通过气泵喷头提供的压力使液体速凝剂经过刚性导管进入柱塞连接环中调节其输出量。
进一步的，上壳体内还设有上壳体储水仓，上壳体储水仓的密封仓盖上设有气泵喷头，上壳体储水仓下部预留口连接刚性导管至下壳体输水管入口。
进一步的，下壳体速凝剂导管入口处的刚性导管上接上单向阀，在上壳体储水仓下部预留口连接刚性导管至下壳体输水管入口处连接上单向阀。
进一步的，隔油盘密封壳内侧设有两块隔板洽与隔油盘紧密配合使隔油盘不能相对于隔油盘密封壳发生转动，与速凝剂出口相连的刚性导管通过管道固定圈和管道固定螺钉固定在上壳体内壁上使隔油盘密封壳不能发生转动也即隔油盘不能发生转动；
通过联轴器实现与电机转轴的键配合，使电机驱动转轴旋转，电机安装在上壳体盖的电机仓内；
上壳体底部通孔上装有密封垫圈；
还包括上壳体盖，上壳体与上壳体盖之间通过上壳体盖螺钉连接，电机仓盖通过电机仓盖螺钉与上壳体盖上部电机仓固定在一起，下壳体通过下壳体螺钉与上壳体固定在一起。
一种利用上述的3D打印喷头进行打印的方法，包括如下步骤：
通过速凝剂储存仓上侧的气泵喷头输送高压气体挤压液体速凝剂仓中的液体速凝剂，使其泵送通过刚性导管后进入柱塞连接环中，而柱塞连接环随电机转轴一同旋转并且带动柱塞一同旋转，使柱塞在柱塞连接环四周的柱塞连接通道中周期性拉伸和压缩以实现压缩时排油和拉伸时吸油的目的；
同时基于预先设定的控油壳和电机转轴轴心之间的偏心距，液体速凝剂会定量的从隔油盘的压油区一侧排出，通过刚性导管进入下壳体的搅拌仓中与通过供料系统泵送入下壳体混泥土浆体入口的混泥土浆体混合，同时由于电机转轴的旋转，其上的搅拌叶片不断的搅拌使混泥土浆体和液体速凝剂充分混合并搅拌均匀，随后通过螺旋杆泵送出喷头；
通过调节手轮改变控油壳和电机转轴轴心之间的偏心距，控制速凝剂吸取的用量；
在打印工作结束后打开刚性输水管开关并通过上壳体储水仓上侧的气泵喷头输送高压气体挤压上壳体储水仓中的水，使其泵送通过刚性导管进入下壳体的搅拌仓中，打开电机带动搅拌叶片旋转，实现搅拌仓的清洗。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：
本发明通过类似径向柱塞泵的结构，将其改进并创新达到控制液体速凝剂的用量及输送液体速凝剂的目的，并将其与浆体混合后充分搅拌均匀并正常挤出；同时，可以在打印途中打印停止时通过电机缓慢反转解决余料可能大量流出的问题；并且在打印结束时可以打开水箱开关，通过电机转动带动搅拌叶片旋转对搅拌仓进行清洗，以此组成实用性很强的新型3D打印喷头；其中，圆形上壳体两侧剩余空间分别设置速凝剂储存箱和储水箱，设计结构紧凑巧妙，空间运用合理。
附图说明
图1为本发明的新型3D打印喷头整体结构的主视图。
图2为本发明的新型3D打印喷头整体结构的左视图。
图3为本发明的新型3D打印喷头整体结构的俯视图。
图4为图1中沿A-A方向的剖视图。
图5为图1中沿B-B方向的剖视图。
图6为图2中沿C-C方向剖视图。
图7为图2中沿D-D方向剖视图。
图8为本发明的新型3D打印喷头整体结构的仰视图。
图9为本发明的转轴结构示意图。
图10为本发明的搅拌叶片结构示意图。
附图标记说明：
1-控油壳，2-手轮，3-刚性导管，4-导管固定圈，5-导管固定圈螺钉，6-联轴器，7-上壳体盖螺钉，8-上壳体盖，9-电机仓盖螺钉，10-电机仓盖，11-电机，12-电机转轴，13-管口螺栓，14-管口螺母，15-隔油盘密封壳，16-上壳体底部垫片，17-上壳体，18-隔油盘，19-隔油盘垫片，20-下壳体螺钉，21-柱塞连接环，22-螺旋杆，23-搅拌叶片，24-密封垫圈，25-下壳体，26-单向阀，27-柱塞，28-滑靴，29-速凝剂进口，30-速凝剂出口，31-气泵喷头，32-上壳体底部导管接口，33-下壳体速凝剂导管入口,34-液体仓密封盖，35-速凝剂储存仓内壁预留口，36-上壳体储水仓下部预留口，37-下壳体输水管入口，38-刚性输水管开关，39-混泥土浆体入口，40-上壳体储水仓，41-速凝剂储存仓。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
如图1-10所示，一种新型3D打印喷头装置，包括：控油壳1，手轮2，刚性导管3，导管固定圈4，导管固定圈螺钉5，联轴器6，上壳体盖螺钉7，上壳体盖8，电机仓盖螺钉9，电机仓盖10，电机11，电机转轴12，管口螺栓13，管口螺母14，隔油盘密封壳15，上壳体底部垫片16，上壳体17，隔油盘18，隔油盘垫片19，下壳体螺钉20，柱塞连接环21，螺旋杆22，搅拌叶片23，密封垫圈24，下壳体25，单向阀26，柱塞27，滑靴28，速凝剂进口29，速凝剂出口30，气泵喷头31，上壳体底部导管接口32，下壳体速凝剂导管入口33,液体仓密封盖34，速凝剂储存仓内壁预留口35，上壳体储水仓下部预留口36，下壳体输水管入口37，刚性输水管开关38,混泥土浆体入口39，上壳体储水仓40，速凝剂储存仓41。
所述上壳体17与上壳体盖8之间由上壳体盖螺钉7连接。电机11则安装在上壳体17上部设置的电机仓中。而电机仓盖10则通过电机仓盖螺钉9与上壳体盖8固定在一起。速凝剂储存仓41和上壳体储水仓40则通过液体仓密封盖34达到密封的效果。下壳体25与上壳体17之间则通过下壳体螺钉20固定在一起。
刚性导管3一端与速凝剂储存仓内壁预留口35连接在一起，另一端则通过管口螺栓13和管口螺母14与隔油盘密封壳15连接在一起；刚性导管3一端通过管口螺栓13和管口螺母14与隔油盘密封壳15连接在一起，另一端则通过管道固定圈4和管道固定圈螺钉5固定在上壳体17内壁上使隔油盘密封壳15不能发生转动也即隔油盘18不能发生转动，接着有通过上壳体底部导管接口32连接至下壳体速凝剂导管入口33，同时在下壳体速凝剂导管入口33附近的刚性导管3上接上单向阀26防止混泥土浆体回流，此时便可以通过速凝剂储存仓41上的气泵喷头31提供压力使液体速凝剂经过刚性导管3进入柱塞连接环21中调节其输出量；在上壳体储水仓下部预留口36连接刚性导管3至下壳体输水管入口37，同时连接上单向阀26防止混泥土浆体回流，在打印工作结束后便可以对搅拌仓进行清洗。
电机转轴12通过联轴器6与电机11连接在一起，电机转轴12依次穿过隔油盘密封壳15圆形孔，隔油盘垫片19，隔油盘18圆形孔，上壳体底部垫片16圆形孔，上壳体17圆形孔；打印出口处的螺旋杆22与电机转轴12固连在一起，四组搅拌叶片23通过键槽与搅拌仓部分的电机转轴12配合在一起，柱塞连接环21放置在上壳体17底部的圆形凹槽中且垫有上壳体底部垫片16减少柱塞连接环21的磨损，且柱塞连接环21通过键槽配合与上壳体17部分的电机转轴12相配合随其一起旋转；隔油盘18放置在柱塞连接环21内侧且下部垫有隔油盘垫片19以减少隔油盘18磨损，隔油盘18上部则与隔油盘密封壳15紧密连接在一起以达到密封效果，且隔油盘密封壳15内部两侧的隔板洽与隔油盘18紧密贴合以防止隔油盘18发生转动；六个柱塞27的一端则分别与柱塞连接环21四周均布的六个柱塞连接口连接，另一端则与滑靴28相连接，而滑靴28则与控油壳1内侧的圆形滑靴槽贴合在一起；手轮2相对固定于上壳体17的手轮孔内且可以进行旋转，手轮2与控油壳1通过螺纹配合，转动手轮2可以控制控油壳1的位置，进而改变速凝剂的输出量。
本发明的新型3D打印喷头的工作流程如下：
打印过程中，通过速凝剂储存仓41上侧的气泵喷头31输送高压气体挤压液体速凝剂仓中的液体速凝剂，使其泵送通过刚性导管3后进入柱塞连接环21中，而柱塞连接环21通过键槽随电机转轴12一同旋转并且带动柱塞27一同旋转，使柱塞27在柱塞连接环21四周的柱塞连接通道中周期性拉伸和压缩以实现压缩时排油和拉伸时吸油的目的。同时又由于预先设定好了控油壳1和电机转轴12轴心之间的偏心距，液体速凝剂会定量的从隔油盘18的压油区一侧排出，通过刚性导管3进入下壳体25的搅拌仓中与通过供料系统泵送入下壳体混泥土浆体入口39的混泥土浆体混合，同时由于电机转轴12的旋转，其上的搅拌叶片23能够不断的搅拌使混泥土浆体和液体速凝剂充分混合并搅拌均匀。随后通过螺旋杆22泵送出喷头，完成搅拌、混合、挤出的操作和目标。而通过调节手轮2可以改变控油壳1和电机转轴12轴心之间的偏心距，达到控制速凝剂吸取的用量问题。同时，在打印工作结束后打开刚性输水管开关38并通过上壳体储水仓40上侧的气泵喷头31输送高压气体挤压上壳体储水仓40中的水，使其泵送通过刚性导管3进入下壳体17的搅拌仓中，再打开电机11带动搅拌叶片23旋转，以达到清洗搅拌仓的目的。

Claims (2)

1.一种速凝剂用量可调的建筑用3D打印喷头，其特征在于，包括上壳体(17)，下壳体(25)和电机，
所述下壳体(25)侧面设有混凝土浆体入口(39)和下壳体速凝剂导管入口(33)，下壳体内设上下设置的搅拌叶片(23)和螺旋杆(22)；
所述上壳体(17)内设置有速凝剂储存仓(41)、调节速凝剂用料的柱塞结构，通过柱塞结构将速凝剂储存仓(41)内的速凝剂用量可调的通过下壳体速凝剂导管入口(33)输入到下壳体中，电机通过电机转轴带动搅拌叶片(23)和螺旋杆(22)转动，从而将混凝土浆料和速凝剂均匀混合，从喷头喷出，实现3D打印；
所述柱塞结构包括与上壳体(17)的偏心距可调的控油壳(1)，柱塞连接环(21)，柱塞(27)，滑靴(28)，隔油盘(18)和隔油盘密封壳(15)；
所述柱塞连接环(21)为底部带有圆形孔的圆筒状，柱塞连接环(21)设置在上壳体(17)的圆形凹槽内，且随电机转轴(12)转动，柱塞连接环(21)侧面周向均布多个柱塞连接口，柱塞(27)的一端与柱塞连接口连接，另一端则与滑靴(28)相连接，滑靴(28)与控油壳(1)内侧的圆形滑靴槽贴合在一起；
隔油盘(18)整体呈下部设有外翻边的圆筒状，隔油盘(18)套设在电机转轴外侧，翻边位于柱塞连接环(21)底部上侧；隔油盘密封壳(15)为整体呈底部带有圆形孔的圆筒状，且底部位于上方设置，隔油盘密封壳(15)的圆筒部分的内周和柱塞连接环(21)外周密封设置，且隔油盘密封壳(15)用于对隔油盘(18)的密封，隔油盘密封壳(15)和隔油盘(18)相对上壳体(17)固定设置；
速凝剂储存仓(41)通过刚性导管(3)连接隔油盘密封壳(15)上的速凝剂进口(29)，隔油盘密封壳(15)上的速凝剂出口(30)通过刚性导管(3)连接下壳体的下壳体速凝剂导管入口(33)；
包括设置在上壳体(17)上的手轮(2)，手轮的一端和控油壳(1)的凸起部分螺纹配合，通过转动手轮(12)实现上壳体(17)和控油壳(1)的偏心距可调；
柱塞连接环(21)和上壳体(17)之间设有上壳体底部垫片(16)；隔油盘(18)的翻边部分和柱塞连接环(21)下部设有隔油盘垫片(19)；
电机转轴(12)依次穿过隔油盘密封壳(15)圆形孔，隔油盘(18)，隔油盘垫片(19)，柱塞连接环(21)的圆形孔，上壳体底部垫片(16)的圆形孔，上壳体(17)圆形孔；螺旋杆(22)与电机转轴(12)固连，搅拌叶片(23)通过键槽与搅拌仓部分的电机转轴(12)配合在一起，柱塞连接环(21)通过键槽配合与上壳体部分的电机转轴(12)连接；
速凝剂储存仓(41)的密封仓盖上设有气泵喷头(31)，并通过气泵喷头(31)提供的压力使液体速凝剂经过刚性导管(3)进入柱塞连接环(21)中调节其输出量；
上壳体(17)内还设有上壳体储水仓(40)，上壳体储水仓(40)的密封仓盖上设有气泵喷头，上壳体储水仓下部预留口(36)连接刚性导管(3)至下壳体输水管入口(37)；
下壳体速凝剂导管入口(33)处的刚性导管(3)上接上单向阀，在上壳体储水仓下部预留口(36)连接刚性导管至下壳体输水管入口(37)处连接上单向阀；
隔油盘密封壳(15)内侧设有两块隔板恰与隔油盘(18)紧密配合使隔油盘(18)不能相对于隔油盘密封壳(15)发生转动，与速凝剂出口(30)相连的刚性导管(3)通过管道固定圈(4)和管道固定螺钉(5)固定在上壳体(17)内壁上使隔油盘密封壳(15)不能发生转动也即隔油盘(18)不能发生转动；
通过联轴器(6)实现与电机转轴(12)的键配合，使电机(11)驱动转轴旋转，电机安装在上壳体盖(8)的电机仓内；
上壳体(17)底部通孔上装有密封垫圈(24)；
还包括上壳体盖(8)，上壳体(17)与上壳体盖(8)之间通过上壳体盖螺钉(7)连接，电机仓盖(10)通过电机仓盖螺钉(9)与上壳体盖(8)上部电机仓固定在一起，下壳体(25)通过下壳体螺钉(20)与上壳体(17)固定在一起。
2.一种利用权利要求1所述的3D打印喷头进行打印的方法，其特征在于，包括如下步骤：
通过速凝剂储存仓(41)上侧的气泵喷头(31)输送高压气体挤压液体速凝剂仓中的液体速凝剂，使其泵送通过刚性导管(3)后进入柱塞连接环(21)中，而柱塞连接环(21)随电机转轴(12)一同旋转并且带动柱塞(27)一同旋转，使柱塞(27)在柱塞连接环(21)四周的柱塞连接通道中周期性拉伸和压缩以实现压缩时排油和拉伸时吸油的目的；
同时基于预先设定的控油壳(1)和电机转轴(12)轴心之间的偏心距，液体速凝剂会定量的从隔油盘(18)的压油区一侧排出，通过刚性导管(3)进入下壳体(25)的搅拌仓中与通过供料系统泵送入下壳体混泥土浆体入口(39)的混泥土浆体混合，同时由于电机转轴(12)的旋转，其上的搅拌叶片(23)不断的搅拌使混泥土浆体和液体速凝剂充分混合并搅拌均匀，随后通过螺旋杆(22)泵送出喷头；
通过调节手轮(2)改变控油壳(1)和电机转轴(12)轴心之间的偏心距，控制速凝剂吸取的用量；
在打印工作结束后打开刚性输水管开关(38)并通过上壳体储水仓(40)上侧的气泵喷头(31)输送高压气体挤压上壳体储水仓(40)中的水，使其泵送通过刚性导管(3)进入下壳体(25)的搅拌仓中，打开电机(11)带动搅拌叶片(23)旋转，实现搅拌仓的清洗。
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