CN114986652A - 一种3d打印水泥材料构件的电加热打印平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种3D打印水泥材料构件的电加热打印平台，包括：工作台、承载部、加热部、找平部，承载部固定安装在工作台的顶面上，承载部包括顺序设置的第一传输机构与转运机构，第一传输机构的上方放置有打印面板，第一传输机构与转运机构之间设置有第一限位机构，第一传输机构的两侧设置有导向机构，加热部设置在第一传输机构的内侧，加热部固定安装在工作台的顶面上，加热部包括固定安装在工作台顶面的若干电加热器，若干电加热器阵列分布且均位于打印面板的正下方，电加热器的外侧罩设有防护罩，防护罩的内侧壁上涂覆有反射层；找平部包括设置在工作台底面边角处的伸缩支脚和固定安装在工作台底面的找平组件。
Description
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，特别是涉及一种3D打印水泥材料构件的电加热打印平台。
背景技术
由于我国人口结构变化和自动化施工普及，3D打印建筑和装配式建筑将逐渐成为工程建设的主流。3D打印建筑构件是利用3D打印机在指定的空间位置挤出水泥基材料(包括水泥砂浆、混凝土或固废混凝土等)，具有流动性的新鲜水泥基材料会通过自凝固的方式形成固化实体，并逐层堆积形成可用于装配式建造的三维构件。
目前，3D打印建筑或装配式构件制作过程中一个突出的问题是构件早期强度较低，材料的流动度较大，导致底部打印层在上层重力作用下出现变形，影响构件的成型精度和强度。
同时，水泥材料的凝固和硬化过程对温度特别敏感，温度较高时，水泥材料可以快速凝固并获得强度；而温度较低时，水泥材料凝结较慢，强度变低，甚至会出现冻胀开裂。特别是在冬季施工期，水泥材料的初凝和终凝时间会分别延长约60％和30％，严重影响后续进度，并对构件强度产生不利影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种3D打印水泥材料构件的电加热打印平台，以解决上述现有技术存在的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种3D打印水泥材料构件的电加热打印平台，包括：
工作台；
承载部，固定安装在所述工作台的顶面上，所述承载部包括顺序设置的第一传输机构与转运机构，所述第一传输机构的上方放置有打印面板，所述第一传输机构与所述转运机构之间设置有第一限位机构，所述第一传输机构的两侧设置有导向机构，所述导向机构固定安装在所述工作台的顶面上；
加热部，设置在所述第一传输机构的内侧，所述加热部固定安装在所述工作台的顶面上，所述加热部包括固定安装在所述工作台顶面的若干电加热器，若干所述电加热器阵列分布且均位于所述打印面板的正下方，所述电加热器的外侧罩设有防护罩，所述防护罩的内侧壁上涂覆有反射层；
找平部，包括设置在所述工作台底面边角处的伸缩支脚和固定安装在所述工作台底面的找平组件。
优选的，所述第一传输机构包括若干传动轴，若干所述传动轴通过轴座转动连接在所述工作台的顶面上，若干所述传动轴间隔顺序排列，相邻所述传动轴之间传动连接，所述传动轴的两端均固定安装有传动轮，位于同侧的若干传动轮上均套设有传送带，所述打印面板位于所述传送带上方，任一所述传动轴上固定安装有第一链轮；
所述工作台的底面上固定安装有第一传动电机，所述第一传动电机的输出轴上固定安装有第二链轮，所述第一链轮与所述第二链轮之间通过链条传动连接。
优选的，所述导向机构包括固定安装在所述工作台顶面的若干第一导向杆与若干第二导向杆，若干所述第一导向杆与若干所述第二导向杆分别对称设置在所述传送带的两侧，位于同侧的若干第二导向杆向所述工作台的外缘处倾斜排列；
所述第一导向杆的顶端转动连接有第一导向轮；
所述第二导向杆内固定安装有第一辅助电机，所述第二导向杆的顶端转动连接有第二导向轮，所述第一辅助电机的输出轴与所述第二导向轮固接，所述第一导向轮、所述第二导向轮的底面均与所述传送带的顶面平齐。
优选的，所述第一限位机构包括固定安装在所述工作台顶面的第一套筒，所述第一套筒内滑动连接有第二套筒，所述第一套筒的底壁上固接有压缩弹簧，所述压缩弹簧固接在所述第二套筒的底端，所述第一套筒的底壁上还固接有限位电机，所述限位电机位于所述压缩弹簧内，所述限位电机的输出轴上固接有螺杆，所述螺杆伸入所述第二套筒内且螺纹连接有滑块，所述滑块滑动连接在所述第二套筒内，所述第二套筒的顶端转动连接有辅助轮。
优选的，所述转运机构包括两第一传输轮以及设置在两所述第一传输轮两侧的第一支撑轮，两所述第一传输轮通过传输带传动连接有第二传输轮，所述第二传输轮固定安装在传输电机的输出轴上，所述传输电机固定安装在所述工作台的底面上；
若干所述第一支撑轮均转动连接在所述工作台的顶面上，若干所述第一支撑轮阵列分布，所述第一支撑轮、所述第一传输轮的中轴线均平行设置。
优选的，所述找平组件包括固定安装在所述工作台底面的防护壳，所述防护壳内垂直设置有光线发生器，所述光线发生器通过电线连接在所述工作台的底面上，所述防护壳的底壁上固定安装有感光组件，所述感光组件电性连接有外部控制器。
优选的，所述伸缩支脚的底端固接有固定片，所述伸缩支脚的顶端固接有套环，所述套环的内侧壁设置为弧形，所述套环内滑动连接有内环，所述内环的外侧壁与所述套环的内侧壁相适配，所述内环内固接有连接杆，所述连接杆的两端穿出所述内环且固接有支撑杆，所述支撑杆远离所述连接杆的一端固接在所述工作台的底面上。
优选的，所述工作台的底面上固定安装有若干伸缩支杆。
优选的，两所述传送带之间设置有若干第二支撑轮，若干所述第二支撑轮间隔顺序排列，所述第二支撑轮转动连接在所述工作台的顶面上。
优选的，相邻两所述传动轮之间设置有若干第三支撑轮，若干所述第三支撑轮间隔顺序排列，所述第三支撑轮转动连接在所述工作台的顶面上。
本发明公开了以下技术效果：
本发明中，首先通过找平部对打印平台找平，将打印面板放置在第一传输机构的上方，导向机构能够使打印面板摆正位置；然后使电加热器通电，对打印面板进行加热至30-40摄氏度后启动3D打印机，在打印面板的顶面上打印水泥材料构件，水泥材料在电加热器的作用下初步凝固，避免底部打印层在上方打印层重力的作用下出现变形，影响构件的成型精度以及强度；同时，电加热器的外侧罩设有倒置棱台形的防护罩，防护罩的内侧设置有反射层，能够减少热量的散发，加速打印面板的升温速度；打印完成后，第一限位机构下降，不在阻拦打印面板，打印面板从第一传输机构上移动至转运机构上方，另拿一张打印面板放置在第一传输机构上方，继续下一次打印。
本发明能够加速水泥构件的凝固，避免底部打印层在上方打印层重力的作用下出现变形，同时设置转运机构放置打印完成的水泥构件，不影响下一构件的打印，有效提高了3D打印机的工作效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明3D打印水泥材料构件的电加热打印平台的俯视图；
图2为本发明3D打印水泥材料构件的电加热打印平台未放置打印面板时的俯视图；
图3为本发明3D打印水泥材料构件的电加热打印平台未放置打印面板时的正视图；
图4为图3中A处的局部放大图；
图5为图3中B处的局部放大图；
图6为图3中C处的局部放大图；
图7为图3中D处的局部放大图；
图8为本发明中感光组件的俯视图；
其中，1、工作台；2、打印面板；3、伸缩支脚；4、电加热器；5、防护罩；6、反射层；7、传动轴；8、轴座；9、第一传动电机；10、第一链轮；11、第二链轮；12、传动轮；13、传送带；14、链条；15、第一导向杆；16、第二导向杆；17、第一辅助电机；18、第二导向轮；19、第一导向轮；20、第一套筒；21、第二套筒；22、压缩弹簧；23、限位电机；24、螺杆；25、滑块；26、辅助轮；27、第一传输轮；28、第一支撑轮；29、传输带；30、第二传输轮；31、传输电机；32、防护壳；33、光线发生器；34、电线；35、感光组件；36、固定片；37、套环；38、内环；39、连接杆；40、支撑杆；41、伸缩支杆；42、第二支撑轮；43、第三支撑轮；44、张紧轮；45、立板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供一种3D打印水泥材料构件的电加热打印平台，包括：
工作台1；
承载部，固定安装在工作台1的顶面上，承载部包括顺序设置的第一传输机构与转运机构，第一传输机构的上方放置有打印面板2，第一传输机构与转运机构之间设置有第一限位机构，第一传输机构的两侧设置有导向机构，导向机构固定安装在工作台1的顶面上；
加热部，设置在第一传输机构的内侧，加热部固定安装在工作台1的顶面上，加热部包括固定安装在工作台1顶面的若干电加热器4，若干电加热器4阵列分布且均位于打印面板2的正下方，电加热器4的外侧罩设有防护罩5，防护罩5的内侧壁上涂覆有反射层6；
找平部，包括设置在工作台1底面边角处的伸缩支脚3和固定安装在工作台1底面的找平组件。
本发明中，首先通过找平部对整个装置找平，将打印面板2放置在第一传输机构的上方，导向机构能够使打印面板2摆正位置；然后使电加热器4通电，对打印面板2加热至30-40摄氏度后启动3D打印机，在打印面板2的顶面上打印水泥材料构件，水泥材料在电加热器4的作用下初步凝固，避免底部打印层在上方打印层重力的作用下出现变形，影响构件的成型精度以及强度；同时，电加热器4的外侧罩设有倒置棱台形的防护罩5，防护罩5的内侧设置有反射层6，能够减少热量的散发，加速打印面板2的升温速度；打印完成后，第一限位机构下降，不在阻拦打印面板2，打印面板2从第一传输机构上移动至转运机构上方，另拿一张打印面板2放置在第一传输机构上方，继续下一次打印。
本发明能够加速水泥构件的凝固，避免底部打印层在上方打印层重力的作用下出现变形，同时设置转运机构放置打印完成的水泥构件，不影响下一构件的打印，有效提高了3D打印机的工作效率。
本发明中打印面板2为陶瓷面板。
进一步优化方案，第一传输机构包括若干传动轴7，若干传动轴7通过轴座8转动连接在工作台1的顶面上，若干传动轴7间隔顺序排列，相邻传动轴7之间传动连接，传动轴7的两端均固定安装有传动轮12，位于同侧的若干传动轮12上均套设有传送带13，打印面板2位于传送带13上方，任一传动轴7上固定安装有第一链轮10；
工作台1的底面上固定安装有第一传动电机9，第一传动电机9的输出轴上固定安装有第二链轮11，第一链轮10与第二链轮11之间通过链条14传动连接。
进一步优化方案，相邻的传动轴7之间通过链条与链轮传动连接。传送带13套设在传动轮12上，第一传动电机9带动任一传动轴7转动，传动轴7带动传动轮12转动，进而带动传送带13运动，带动传送带13上方的打印面板2移动。
进一步优化方案，导向机构包括固定安装在工作台1顶面的若干第一导向杆15与若干第二导向杆16，若干第一导向杆15与若干第二导向杆16分别对称设置在传送带13的两侧，位于同侧的若干第二导向杆16向工作台1的外缘处倾斜排列；
第一导向杆15的顶端转动连接有第一导向轮19；
第二导向杆16内固定安装有第一辅助电机17，第二导向杆16的顶端转动连接有第二导向轮18，第一辅助电机17的输出轴与第二导向轮18固接，第一导向轮19、第二导向轮18的底面均与传送带13的顶面平齐。打印面板2放置在传送带13上后，在第一传动电机9的作用下移动，此时若打印面板2的位置不正，会在第二导向轮18的作用下摆正并进入传送带13两侧的第一导向轮19之间，最终与限位机构抵接，打印面板2的两侧均与第二导向轮18的侧壁摩擦接触。
进一步优化方案，第一限位机构包括固定安装在工作台1顶面的第一套筒20，第一套筒20内滑动连接有第二套筒21，第一套筒20的底壁上固接有压缩弹簧22，压缩弹簧22固接在第二套筒21的底端，第一套筒20的底壁上还固接有限位电机23，限位电机23位于压缩弹簧22内，限位电机23的输出轴上固接有螺杆24，螺杆24伸入第二套筒21内且螺纹连接有滑块25，滑块25滑动连接在第二套筒21内，第二套筒21的顶端转动连接有辅助轮26。如此设置，当水泥构件打印完成后，限位电机23启动，带动第二套筒21下降，此时打印面板2向转运机构移动，然后限位电机23翻转，滑块25上滑，第二套筒21在打印面板2的压力下不会上升，当打印面板2完全进入转运机构时，第二套筒21在压缩弹簧22的作用下弹起，对下一张打印面板2起限位作用。
进一步优化方案，转运机构包括两第一传输轮27以及设置在两第一传输轮27两侧的第一支撑轮28，两部第一传输轮27通过传输带29传动连接有第二传输轮30，第二传输轮30固定安装在传输电机31的输出轴上，传输电机31固定安装在工作台1的底面上；打印面板首先在传送带13的作用下运输到传输带29上方，此时传输电机31运动带动传输带29运动，进而带动打印面板2继续运动，避免打印面板2与传送带13脱离后无法继续运动，影响下一次打印工作。
若干第一支撑轮28均转动连接在工作台1的顶面上，若干第一支撑轮28阵列分布，第一支撑轮28、第一传输轮27的中轴线均平行设置。第一支撑轮28起支撑作用。
进一步优化方案，找平组件包括固定安装在工作台1底面的防护壳32，防护壳32内垂直设置有光线发生器33，光线发生器33通过电线34连接在工作台1的底面上，防护壳32的底壁上固定安装有感光组件35，感光组件35电性连接有外部控制器。工作时，光线发生器33发出光线并垂直照射在感光组件35上方，感光组件35上的感光片感受到光线并将之转化为电信号传递给外部控制器，外部控制器控制伸缩支脚3相应方向的伸缩支脚3伸长，直至光线发生器33发出的光线照射在感光组件中心的位置，找平完成。外部控制器优选为plc控制器。光线发生器33由电线34供电或者电池供电均可。
进一步优化方案，伸缩支脚3的底端固接有固定片36，伸缩支脚3的顶端固接有套环37，套环37的内侧壁设置为弧形，套环37内滑动连接有内环38，内环38的外侧壁与套环37的内侧壁相适配，内环38内固接有连接杆39，连接杆39的两端穿出内环38且固接有支撑杆40，支撑杆40远离连接杆39的一端固接在工作台1的底面上。内环38滑动连接在套环37内，使得内环38在套环37能够进行多角度的运动，与找平组件配合使用，便于本装置找平。
进一步优化方案，工作台1的底面上固定安装有若干伸缩支杆41。在找平完成后伸出，伸缩支杆41的底端与底面抵接，对工作台1进行支撑。
进一步优化方案，两传送带13之间设置有若干第二支撑轮42，若干第二支撑轮42间隔顺序排列，第二支撑轮42转动连接在工作台1的顶面上。对打印面板2进行支撑，避免打印面板2因承重而发生弯曲，影响水泥构件的成型精度。
进一步优化方案，相邻两传动轮12之间设置有若干第三支撑轮43，若干第三支撑轮43间隔顺序排列，第三支撑轮43转动连接在工作台1的顶面上。第三支撑轮43对传送带13进行支撑，减轻传动轮12以及传动轴7的承压，延长装置使用寿命。
进一步优化方案，任意两传动轴7之间还设置有张紧轮44，张紧轮44通过螺栓固定安装在滑槽内，滑槽开设在立板45上，立板45固定安装在工作台1的顶面上。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种3D打印水泥材料构件的电加热打印平台，其特征在于，包括：
工作台(1)；
承载部，固定安装在所述工作台(1)的顶面上，所述承载部包括顺序设置的第一传输机构与转运机构，所述第一传输机构的上方放置有打印面板(2)，所述第一传输机构与所述转运机构之间设置有第一限位机构，所述第一传输机构的两侧设置有导向机构，所述导向机构固定安装在所述工作台(1)的顶面上；
加热部，设置在所述第一传输机构的内侧，所述加热部固定安装在所述工作台(1)的顶面上，所述加热部包括固定安装在所述工作台(1)顶面的若干电加热器(4)，若干所述电加热器(4)阵列分布且均位于所述打印面板(2)的正下方，所述电加热器(4)的外侧罩设有防护罩(5)，所述防护罩(5)的内侧壁上涂覆有反射层(6)；
找平部，包括设置在所述工作台(1)底面边角处的伸缩支脚(3)和固定安装在所述工作台(1)底面的找平组件。
2.根据权利要求1所述的3D打印水泥材料构件的电加热打印平台，其特征在于：所述第一传输机构包括若干传动轴(7)，若干所述传动轴(7)通过轴座(8)转动连接在所述工作台(1)的顶面上，若干所述传动轴(7)间隔顺序排列，相邻所述传动轴(7)之间传动连接，所述传动轴(7)的两端均固定安装有传动轮(12)，位于同侧的若干传动轮(12)上均套设有传送带(13)，所述打印面板(2)位于所述传送带(13)上方，任一所述传动轴(7)上固定安装有第一链轮(10)；
所述工作台(1)的底面上固定安装有第一传动电机(9)，所述第一传动电机(9)的输出轴上固定安装有第二链轮(11)，所述第一链轮(10)与所述第二链轮(11)之间通过链条(14)传动连接。
3.根据权利要求2所述的3D打印水泥材料构件的电加热打印平台，其特征在于：所述导向机构包括固定安装在所述工作台(1)顶面的若干第一导向杆(15)与若干第二导向杆(16)，若干所述第一导向杆(15)与若干所述第二导向杆(16)分别对称设置在所述传送带(13)的两侧，位于同侧的若干第二导向杆(16)向所述工作台(1)的外缘处倾斜排列；
所述第一导向杆(15)的顶端转动连接有第一导向轮(19)；
所述第二导向杆(16)内固定安装有第一辅助电机(17)，所述第二导向杆(16)的顶端转动连接有第二导向轮(18)，所述第一辅助电机(17)的输出轴与所述第二导向轮(18)固接，所述第一导向轮(19)、所述第二导向轮(18)的底面均与所述传送带(13)的顶面平齐。
4.根据权利要求1所述的3D打印水泥材料构件的电加热打印平台，其特征在于：所述第一限位机构包括固定安装在所述工作台(1)顶面的第一套筒(20)，所述第一套筒(20)内滑动连接有第二套筒(21)，所述第一套筒(20)的底壁上固接有压缩弹簧(22)，所述压缩弹簧(22)固接在所述第二套筒(21)的底端，所述第一套筒(20)的底壁上还固接有限位电机(23)，所述限位电机(23)位于所述压缩弹簧(22)内，所述限位电机(23)的输出轴上固接有螺杆(24)，所述螺杆(24)伸入所述第二套筒(21)内且螺纹连接有滑块(25)，所述滑块(25)滑动连接在所述第二套筒(21)内，所述第二套筒(21)的顶端转动连接有辅助轮(26)。
5.根据权利要求1所述的3D打印水泥材料构件的电加热打印平台，其特征在于：所述转运机构包括两第一传输轮(27)以及设置在两所述第一传输轮(27)两侧的第一支撑轮(28)，两所述第一传输轮(27)通过传输带(29)传动连接有第二传输轮(30)，所述第二传输轮(30)固定安装在传输电机(31)的输出轴上，所述传输电机(31)固定安装在所述工作台(1)的底面上；
若干所述第一支撑轮(28)均转动连接在所述工作台(1)的顶面上，若干所述第一支撑轮(28)阵列分布，所述第一支撑轮(28)、所述第一传输轮(27)的中轴线均平行设置。
6.根据权利要求1所述的3D打印水泥材料构件的电加热打印平台，其特征在于：所述找平组件包括固定安装在所述工作台(1)底面的防护壳(32)，所述防护壳(32)内垂直设置有光线发生器(33)，所述光线发生器(33)通过电线(34)连接在所述工作台(1)的底面上，所述防护壳(32)的底壁上固定安装有感光组件(35)，所述感光组件(35)电性连接有外部控制器。
7.根据权利要求1所述的3D打印水泥材料构件的电加热打印平台，其特征在于：所述伸缩支脚(3)的底端固接有固定片(36)，所述伸缩支脚(3)的顶端固接有套环(37)，所述套环(37)的内侧壁设置为弧形，所述套环(37)内滑动连接有内环(38)，所述内环(38)的外侧壁与所述套环(37)的内侧壁相适配，所述内环(38)内固接有连接杆(39)，所述连接杆(39)的两端穿出所述内环(38)且固接有支撑杆(40)，所述支撑杆(40)远离所述连接杆(39)的一端固接在所述工作台(1)的底面上。
8.根据权利要求1所述的3D打印水泥材料构件的电加热打印平台，其特征在于：所述工作台(1)的底面上固定安装有若干伸缩支杆(41)。
9.根据权利要求3所述的3D打印水泥材料构件的电加热打印平台，其特征在于：两所述传送带(13)之间设置有若干第二支撑轮(42)，若干所述第二支撑轮(42)间隔顺序排列，所述第二支撑轮(42)转动连接在所述工作台(1)的顶面上。
10.根据权利要求2所述的3D打印水泥材料构件的电加热打印平台，其特征在于：相邻两所述传动轮(12)之间设置有若干第三支撑轮(43)，若干所述第三支撑轮(43)间隔顺序排列，所述第三支撑轮(43)转动连接在所述工作台(1)的顶面上。
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