CN115351873A - 一种料斗式水泥基材料3d打印装置及3d打印的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及料斗式水泥基材料3D打印装置及3D打印的方法，其中，料斗式水泥基材料3D打印装置，包括出料管和控制器，出料管包括出料管体和锥状出料口，出料管体的一侧固设空压管，空压管的上方设有料斗，料斗固定在出料管体的侧壁上，出料管体的顶部固设环状内板，环状内板中插接连接料管，连接料管的底部具有环状外板，在环状内板和环状外板之间设置推力轴承，环状内板的上表面具有环状齿条，连接料管的外侧壁上水平设置固定板，固定板的底部设置减速电机，减速电机的输出轴上具有齿轮；还包括3D打印的方法。本发明的料斗式水泥基材料3D打印装置，水泥基材料出料装置和钢纤维插入装置设置在一个机械臂上即可，大大节省了成本，也可以利用3D打印机轨道。
Description
技术领域
本发明涉及建筑领域，尤其涉及料斗式水泥基材料3D打印装置及3D打印的方法。
背景技术
3D打印技术是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的快速成型技术，已逐渐应用于航空航天、汽车构件、医疗器械、文化艺术和建筑工程等领域。在建筑工程方面，3D打印技术虽然发展很快，但在应用上还存在一定的缺陷，主要是由于利用3D打印水泥基材料所打印的大多数结构没有筋材，致使其抗拉及抗震性能较弱，较高及较大跨距结构的成型不易实现。
目前，已有少部分国内外研究者使用钢纤维、聚乙烯醇纤维、聚乙烯纤维、玻璃纤维等纤维材料来提高3D打印增强水泥基复合材料的抗拉及抗震性能。在现有的建筑3D打印技术中，往往将纤维混合在水泥基材料中，随水泥基材料一起逐层打印。但这种打印方式，一方面由于纤维降低了水泥基材料的流动性，增加了堵塞喷头的可能性；另一方面，水泥基材料层与层之间的粘接方式与一体式的浇筑相比，强度和稳定性大大降低。针对这个问题，有研究提出在现有水泥基材料逐层打印的基础上，在层间额外插接钢纤维，这种方式大大增强了打印结构层与层之间的粘接强度和稳定性，且额外插接钢纤维的方式不存在堵塞喷头的可能。
当下现有的钢纤维安装方式一般是采用两套机械臂，钢纤维插接机械臂跟在水泥基材料打印机械臂的后面，分别进行水泥基材料打印和钢纤维插接，但配合起来非常麻烦，尤其是两套机械臂在路径小范围转弯或复位时，容易形成干涉；两套万向机械臂，成本也非常高。另外，对于在3D打印机轨道上的水泥基材料打印系统，则根本无法将水泥基材料打印、钢纤维插接两套装置在同一3D打印机轨道上操作，本发明所述的3D打印机轨道即3D打印通常使用的X、Y、Z三个方向上的轨道。
为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了一种料斗式水泥基材料3D打印装置及3D打印的方法。
本发明所采用的技术方案是：
料斗式水泥基材料3D打印装置，包括供水泥基材料挤出的出料管以及控制器，出料管包括筒状的出料管体以及设于出料管体底部的锥状出料口，所述出料管体的一侧固设空压管，空压管的上方设有用于容纳钢纤维的料斗，料斗固定在出料管体的侧壁上，料斗底部通过三通管件与空压管连接，三通管件包括用于与气泵连接的进气管、与料斗底部连接的导向管以及与空压管进气口连接的排气管，进气管、导向管和排气管呈V字形结构，导向管的底部具有单向阀结构，出料管体的顶部固设环状内板，环状内板中插接连接料管，连接料管的底部具有环状外板，在环状内板和环状外板之间设置推力轴承，推力轴承的上板与环状内板固定，推力轴承的下板与环状外板固定，连接料管与上板、下板以及环状内板之间具有转动间隙，所述环状内板的上表面具有环状齿条，连接料管的外侧壁上水平设置固定板，固定板的底部设置减速电机，所述减速电机的输出轴上具有与环状齿条啮合配合的齿轮，控制器与减速电机控制连接。
优选的，所述单向阀结构包括固设于导向管中的环形固定板、固设在环形固定板下表面上的弹性片以及与弹性片连接的用于向上封闭环形固定板中心孔的圆形封板。
利用所述料斗式水泥基材料3D打印装置进行3D打印的方法，包括以下步骤：
步骤1 、控制器根于预先设定的打印路径控制机械臂或3D打印机轨道，使得安装在其上的料斗式水泥基材料3D打印装置的按照打印路径运行；
步骤2、在料斗式水泥基材料3D打印装置按照打印路径运行的过程中，水泥基材料从出料管流出，在需要插入钢纤维的位置，减速电机驱动出料管转动进而带动空压管及料斗一起沿出料管轴线转过一定角度， 使得空压管的下端正对需要插入钢纤维的位置，然后通过空气压力将空压管中的钢纤维插入水泥基材料中。
本发明的料斗式水泥基材料3D打印装置，采用巧妙结构，将出料管旋转装配在连接料管底部，并通过减速电机控制转动，并且将空压管及料斗固定在出料管一侧，这样在需要插入钢纤维的位置，减速电机驱动出料管转动进而带动空压管及料斗一起沿出料管轴线转过一定角度， 使得空压管的下端正对需要插入钢纤维的位置，然后通过空气压力将空压管中的钢纤维插入水泥基材料中。这样，水泥基材料出料装置和钢纤维插入装置设置在一个机械臂上即可，大大节省了成本，且有效防止干涉；另外，也完美解决了水泥基材料打印、钢纤维插接两套装置无法利用同一3D打印机轨道进行打印操作的问题。
更进一步的，导向管中设置单向阀结构，当钢纤维从导向管中进入空压管之后，单向阀结构包括固设于导向管中的环形固定板、固设在环形固定板下表面上的弹性片以及与弹性片连接的用于向上封闭环形固定板中心孔的圆形封板。
附图说明
图1是本发明实施例中料斗式水泥基材料3D打印装置的结构示意图。
图2是图1中A处放大结构示意图。
图3是图1中B处放大结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
实施例1
料斗式水泥基材料3D打印装置，如图1-3，包括供水泥基材料挤出的出料管以及控制器，出料管包括筒状的出料管，2以及设于出料管体底部的锥状出料口1，出料管体的一侧焊接固设空压管7，空压管的上方设有用于容纳钢纤维8的料斗3，本发明料斗为振动盘自动上料料斗，专门用于杆状物料的筛选、排列等，为现有技术，此处不多赘述，料斗固定在出料管体的侧壁上，料斗底部通过三通管件与空压管连接，三通管件包括用于与气泵连接的进气管6、与料斗底部连接的导向管4以及与空压管进气口连接的排气管，进气管、导向管和排气管呈V字形结构且留出足够的钢纤维穿过空间，导向管4的底部具有单向阀结构，单向阀结构包括固设于导向管中的环形固定板19、固设在环形固定板下表面上的弹性片20以及与弹性片连接的用于向上封闭环形固定板中心孔的圆形封板4，环形固定板19的截面为直角三角形，弹性片可以采用弹性橡胶片，圆形封板为硬质板，可以为金属板或塑料板，且上表面还可以设置密封垫层。出料管体的顶部固设环状内板14，环状内板中插接连接料管5，连接料管的底部具有环状外板17，在环状内板和环状外板之间设置推力轴承，推力轴承的上板15与环状内板15固定，推力轴承的下板16与环状外板17固定，连接料管与上板、下板以及环状内板之间具有转动间隙，环状内板的上表面具有环状齿条10，连接料管的外侧壁上水平设置固定板12，固定板的底部设置减速电机11，减速电机的输出轴上具有与环状齿条啮合配合的齿轮13，控制器与减速电机控制连接。
本实施例的料斗式水泥基材料3D打印装置，采用巧妙结构，将出料管旋转装配在连接料管底部，并通过减速电机控制转动，并且将空压管及料斗固定在出料管一侧，这样在需要插入钢纤维的位置，减速电机驱动出料管转动进而带动空压管及料斗一起沿出料管轴线转过一定角度， 使得空压管的下端正对需要插入钢纤维的位置，然后通过空气压力将空压管中的钢纤维插入水泥基材料中，这样，在水泥基材料3D打印领域，水泥基材料出料装置和钢纤维插入装置设置在一个机械臂上即可，大大节省了成本，且有效防止干涉；另外，也完美解决了水泥基材料打印、钢纤维插接两套装置无法利用同一3D打印机轨道进行打印操作的问题。导向管中设置单向阀结构，当钢纤维从导向管中进入空压管之后，单向阀结构包括固设于导向管中的环形固定板、固设在环形固定板下表面上的弹性片以及与弹性片连接的用于向上封闭环形固定板中心孔的圆形封板。
实施例2
利用所述料斗式水泥基材料3D打印装置进行3D打印的方法，包括以下步骤：
步骤1 、控制器根于预先设定的打印路径控制机械臂或3D打印机轨道，使得安装在其上的料斗式水泥基材料3D打印装置的按照打印路径运行，机械臂以及3D打印机轨道为现有技术，此处不多赘述；
步骤2、在料斗式水泥基材料3D打印装置按照打印路径运行的过程中，水泥基材料从出料管流出，在需要插入钢纤维的位置，减速电机驱动出料管转动进而带动空压管及料斗一起沿出料管轴线转过一定角度， 使得空压管的下端正对需要插入钢纤维的位置，然后通过空气压力将空压管中的钢纤维插入水泥基材料中。
Claims (3)
1.料斗式水泥基材料3D打印装置，包括供水泥基材料挤出的出料管以及控制器，出料管包括筒状的出料管体以及设于出料管体底部的锥状出料口，其特征在于：所述出料管体的一侧固设空压管，空压管的上方设有用于容纳钢纤维的料斗，料斗固定在出料管体的侧壁上，料斗底部通过三通管件与空压管连接，三通管件包括用于与气泵连接的进气管、与料斗底部连接的导向管以及与空压管进气口连接的排气管，进气管、导向管和排气管呈V字形结构，导向管的底部具有单向阀结构，出料管体的顶部固设环状内板，环状内板中插接连接料管，连接料管的底部具有环状外板，在环状内板和环状外板之间设置推力轴承，推力轴承的上板与环状内板固定，推力轴承的下板与环状外板固定，连接料管与上板、下板以及环状内板之间具有转动间隙，所述环状内板的上表面具有环状齿条，连接料管的外侧壁上水平设置固定板，固定板的底部设置减速电机，所述减速电机的输出轴上具有与环状齿条啮合配合的齿轮，控制器与减速电机控制连接。
2.根据权利要求1所述的料斗式水泥基材料3D打印装置，其特征在于：所述单向阀结构包括固设于导向管中的环形固定板、固设在环形固定板下表面上的弹性片以及与弹性片连接的用于向上封闭环形固定板中心孔的圆形封板。
3.利用权利要求1或2的料斗式水泥基材料3D打印装置进行3D打印的方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1 、控制器根于预先设定的打印路径控制机械臂或3D打印机轨道，使得安装在其上的料斗式水泥基材料3D打印装置的按照打印路径运行；
步骤2、在料斗式水泥基材料3D打印装置按照打印路径运行的过程中，水泥基材料从出料管流出，在需要插入钢纤维的位置，减速电机驱动出料管转动进而带动空压管及料斗一起沿出料管轴线转过一定角度， 使得空压管的下端正对需要插入钢纤维的位置，然后通过空气压力将空压管中的钢纤维插入水泥基材料中。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20221118 |