CN209509523U - 一种建筑3d打印加工装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种建筑3D打印加工装置，包括依次连接的机架、设置在Z轴方向的Z轴组件、设置在Y轴方向的Y轴组件，及设置在X轴方向的X轴组件；所述X轴组件设置有卡具；所述建筑3D打印加工装置还包括与所述卡具相适配的3D打印喷头及机械加工刀头，所述3D打印喷头用于与所述卡具固定连接，在所述X轴组件、Y轴组件及Z轴组件的带动下进行3D打印；所述机械加工刀头用于与所述卡具固定连接，在所述X轴组件、Y轴组件及Z轴组件的带动下进行机械加工。本实用新型利用同一装置实现增材制造和减材制造有机融合，在进行3D打印后在原平台上无缝对接机械加工，丰富了细节，实现了模型结构的复杂化。

Description

一种建筑3D打印加工装置

技术领域

本实用新型涉及建筑3D打印技术领域，尤其涉及的是一种建筑3D打印加工装置。

背景技术

3D打印也称为增材制造，制造过程中应用已经设计好的三维CAD数学模型，由计算机或微处理器控制一台3D打印机快速而精确地层层堆叠出具有较复杂结构的零件、不同成品的部件或完整的成品物件。3D打印能够不受传统工艺加工难或无法加工的限制，大大缩短了具有复杂结构的成品的加工周期。

而建筑3D打印则是指通过3D打印技术生产制造建筑模型，沙盘模型，整幢的房屋、别墅，建筑砌块、构件等。3D打印建筑设备中有一个较大的供给和挤出半流质打印材料的喷头，也叫打印头。3D打印建筑设备喷头将半流质的建筑材料一层一层地打印喷涂在一定的轨迹路径上。半流质的建筑材料可以是不同材质的混合材料，也可以是特殊混凝土，普通混凝土也常用作打印材料。

现在绝大多数的建筑3D打印机喷头直径普遍在10mm以上，并且建筑3D打印用到的浆料普遍不像普通FDM式3D打印材料能速凝，因此打印出来的模型细节不丰富，线条不规整。并且因为现在的大多数建筑3D打印机不能打印填充，因此也不能打印一些较复杂的模型，例如上大下小的模型或者其它需要先行打印填充才能打印的模型。

可见，现有技术还有待于改进和发展。

实用新型内容

鉴于上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种建筑3D打印加工装置，旨在解决现有技术中建筑3D打印机打印出来的模型细节不丰富，不能打印一些较复杂的模型的问题。

本实用新型的技术方案如下：

一种建筑3D打印加工装置，其中，包括：依次连接的机架、设置在Z轴方向的Z轴组件、设置在Y轴方向的Y轴组件，及设置在X轴方向的X轴组件；所述X轴组件上设置有卡具；

所述建筑3D打印加工装置还包括：与所述卡具相适配的3D打印喷头及机械加工刀头，所述3D打印喷头用于与所述卡具固定连接，并在所述X轴组件、Y轴组件及Z轴组件的带动下进行3D打印；所述机械加工刀头用于与所述卡具固定连接，并在所述X轴组件、Y轴组件及Z轴组件的带动下进行机械加工。

进一步地，所述X轴组件包括：两条平行设置的X轴同步带，以及与两条X轴同步带连接，用于带动两条X轴同步带同步运动的X轴电机；所述卡具设置在两条X轴同步带之间。

进一步地，所述卡具包括第一滑块及第二滑块，所述第一滑块与一条X轴同步带固定连接，所述第二滑块与另一条X轴同步带固定连接；所述第一滑块上固定连接有第一固定板，所述第二滑块上固定连接有第二固定板，所述第一固定板与第二固定板之间用于卡持固定所述3D打印喷头或机械加工刀头。

进一步地，所述3D打印喷头包括：依次连接的第一电机、料筒及喷嘴，所述料筒上设置有第一连接件和第二连接件，所述第一连接件与所述第一固定板可拆卸连接，所述第二连接件与所述第二固定板可拆卸连接。

进一步地，所述第一电机和料筒之间通过弹簧连接，所述料筒中设置有用于搅拌筒内浆料的叶片，所述第一电机与所述叶片连接，用于带动所述叶片旋转搅拌筒内浆料。

进一步地，所述机械加工刀头包括依次连接的电机安装座，第二电机及刀头，所述电机安装座与所述第一固定板或第二固定板可拆卸连接。

进一步地，所述刀头为铣刀、钻头、攻丝锥或打磨头。

进一步地，所述Y轴组件包括：两条平行设置的Y轴同步带，以及与两条Y轴同步带连接，用于带动两条Y轴同步带同步运动的Y轴电机；所述X轴组件还包括用于固定所述X轴同步带的X轴横梁，所述X轴横梁两端通过第三滑块与Y轴同步带连接。

进一步地，所述Z轴组件包括：在机架Z轴方向上平行设置的四条滚珠丝杠，及与所述滚珠丝杠连接的Z轴电机；所述滚珠丝杠上还设置有支撑板；所述Y轴组件还包括用于固定所述Y轴同步带的Y轴横梁，所述Y轴横梁两端通过支撑板与所述滚珠丝杠连接。

进一步地，所述滚珠丝杠之间通过Z轴传动轴连接，所述Z轴电机设置于Z轴传动轴上。

与现有技术相比，本实用新型提供的一种建筑3D打印加工装置，所述建筑3D打印加工装置上设置有卡具，在卡具上既可以固定连接3D打印喷头，进行3D打印，又可以固定连接机械加工刀头，进行机械加工，利用同一装置实现了增材制造和减材制造的有机融合，所述卡具可沿X轴、Y轴、Z轴自由移动，进行3D打印后在原平台上无缝对接数控机械加工，这样打印出来的模型经机械加工刀头进行加工，丰富了细节，实现了模型结构的复杂化，并且使用同一套装置，非常方便。

附图说明

图1是本实用新型中建筑3D打印加工装置较佳实施例中处于3D打印状态的结构示意图。

图2是本实用新型中建筑3D打印加工装置较佳实施例中处于机械加工状态的结构示意图。

图3是图1中A处的放大图。

图4是图2中C处的放大图。

图5是图1中B处的放大图。

具体实施方式

本实用新型提供一种建筑3D打印加工装置，为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅图1和图2，本实用新型提供了一种建筑3D打印加工装置，所述建筑3D打印加工装置包括：机架100、X轴组件、Y轴组件、Z轴组件及卡具200。

所述Z轴组件设置在所述机架100的Z轴方向上，且与所述机架100固定连接；所述Y轴组件设置在所述机架100的Y轴方向上，且与所述Z轴组件相连接；所述X轴组件设置在所述机架100的X轴方向上，且与所述Y轴组件相连接；所述X轴组件上设置有卡具200。

所述建筑3D打印加工装置还包括：与所述卡具200相适配的3D打印喷头300及机械加工刀头400，当处于3D打印状态时，如图1所示，所述3D打印喷头300与所述卡具200固定连接，并在所述X轴组件、Y轴组件及Z轴组件的带动下进行3D打印；当处于机械加工状态时，如图2所示，所述机械加工刀头400与所述卡具200固定连接，并在所述X轴组件、Y轴组件及Z轴组件的带动下进行机械加工。

现有的建筑3D打印机因为其喷头较大，且由于打印浆料的局限性（无法速凝，在打印过程中无法即时变硬），因此其普遍不能打印较高精确度、较丰富细节及结构较复杂的模型。而传统CNC加工则不能有效利用原材料，加工工时长。因此本实用新型将两者的优势有机的结合，取长补短，实现先增后减的打印加工方式，极大地提高了打印的精确度，利用数控机床控制3D打印喷头300，提高了加工精度，误差通常仅在微米级。同时极大地提高了打印成品的细节丰富度，例如水泥摆件、水泥雕塑或其它水泥工艺品可以根据需要无损定制，不再受传统建筑3D打印机各方面的局限。而传统建筑3D打印机不能打印结构复杂模型的缺点也可以弥补，在打印完毛胚后，通过数控的一系列铣、切、磨、钻等的加工，可以实现其结构的复杂化。而对于数控加工来说，由于加工的是3D打印完之后的毛胚，因此在该毛胚上的加工要比在一块规整的传统毛胚料上的加工要更快，更省力，节省的原材料也更多。本实用新型的原料利用率通常可达到90%以上，极大地缩短了加工时长，提高了原料利用率，对刀具的磨损也更少。

因此，本实用新型的卡具200既可以固定连接3D打印喷头300，进行3D打印，又可以固定连接机械加工刀头400，进行机械加工，利用一套装置实现了增材制造和减材制造的有机融合，所述卡具200可沿X轴、Y轴、Z轴自由移动，利用数控技术进行3D打印后在原平台上无缝对接数控机械加工，这样打印出来的模型经机械加工刀头400进行加工，丰富了细节，并且使用同一套装置，非常方便。本实用新型运用数控技术进行建筑3D打印和进一步的机械加工，实现了模型结构的复杂化。

在本实用新型较佳实施例中，请继续参阅图1和图2，所述X轴组件包括：两条平行设置的X轴同步带510，以及X轴电机520；所述X轴电机520与两条X轴同步带510连接，用于带动两条X轴同步带510同步运动。优选的，所述X轴电机520与一条X轴同步带510的一端连接，两条X轴同步带510之间通过联轴器连接。所述卡具200设置在两条X轴同步带510之间，两条X轴同步带510可带动卡具200进行运动。

进一步的，请参阅图3和图4，所述卡具200包括第一滑块210及第二滑块220，所述第一滑块210与一条X轴同步带510固定连接，所述第二滑块220与另一条X轴同步带510固定连接；所述第一滑块210上固定连接有第一固定板230，所述第二滑块220上固定连接有第二固定板240，所述第一固定板230与第二固定板240之间用于卡持固定所述3D打印喷头300或机械加工刀头400。在X轴电机520的带动下，所述X轴同步带510带动第一滑块210和第二滑块220沿X轴运动，从而带动卡具200沿X轴进行运动。

在本实用新型较佳实施例中，请继续参阅图3，所述3D打印喷头300包括：依次连接的第一电机310、料筒320及喷嘴330；所述料筒320上设置有第一连接件（未图示）和第二连接件（未图示），所述第一连接件与所述第一固定板230可拆卸连接，所述第二连接件与所述第二固定板240可拆卸连接。当需要进行3D打印时，将3D打印喷头300卡持固定在卡具200上，并将第一连接件与第一固定板230连接起来，将第二连接件与第二固定板240连接起来。

进一步的，所述第一电机310和料筒320之间通过弹簧340连接，所述料筒320中设置有用于搅拌筒内浆料的叶片，所述第一电机310与所述叶片连接，用于带动所述叶片旋转搅拌筒内浆料，所述喷嘴用于挤出浆料。

第一电机310与料筒320设置为弹簧340连接，由于弹簧340的弹性，可自动调节电机与料筒320的相对位置，第一电机310又与叶片连接，进而调节了叶片与喷嘴330之间的距离。当筒内浆料的流动性较差时，浆料对叶片的反作用力较大，这时，与叶片连接的第一电机310也因受到反作用力而抬升，弹簧340拉伸，叶片位置随着电机而抬升，叶片与喷嘴330之间的距离增大，此时出料增加；当筒内浆料的流动性较好时，浆料对叶片的反作用力较小，与第一电机310则会因为重力作用而下降，弹簧340收缩， 叶片位置随着第一电机310的下降而下降，叶片与喷嘴330之间的距离减小，此时出料减少。在这两个过程中，由于有弹簧340的存在，可以保持压力变化较小，从而使得出料较为均匀流畅，且不会有料一直留在料筒320中造成堵塞。

所述第一电机310面向料筒320的一侧设置有电机法兰板350，所述料筒320面向第一电机310的一侧设置有固定板，所述弹簧340一端固定连接在电机法兰板350上，另一端固定连接在固定板上。也就是说，在喷头正常放置时，所述第一电机310、电机法兰板350、弹簧340、固定板、料筒320及喷嘴330从上到下依次连接。

进一步的，为了防止弹簧340倾斜，可在弹簧340中间设置导向杆，即，所述弹簧340套设于所述导向杆上，当然的，所述导向杆设置于电机法兰板350与固定板之间。所述固定板上设置有运动孔位，所述导向杆一端与电机法兰板350通过紧固螺杆固定连接，另一端贯穿所述运动孔位设置。在固定板上设置运动孔位，供导向杆上下运动，既可以防止弹簧340伸缩时歪斜，起到为弹簧340导向的作用，又可以自动调整料筒320与第一电机310之间的距离。

在本实用新型较佳实施例中，请参阅图4，所述机械加工刀头400包括依次连接的电机安装座410、第二电机420及刀头430，所述电机安装座410与所述第一固定板230或第二固定板240可拆卸连接。当3D打印完毕后，需要对打印的模型进行进一步精细加工时，将3D打印喷头300从卡具200上拆卸下来，将机械加工刀头400卡持固定在卡具200上，并将电机安装座410安装在第一固定板230或第二固定板240上，继续进行加工。

优选的，所述刀头430为铣刀、钻头、攻丝锥或打磨头，这些刀头430均可与第二电机420进行连接，继而在第二电机420的驱动下进行工作。

进一步的，所述Y轴组件包括：两条平行设置的Y轴同步带610，以及Y轴电机620；所述Y轴电机620与两条Y轴同步带610连接，用于带动两条Y轴同步带610同步运动；优选的，所述Y轴电机620与一条Y轴同步带610的一端连接，两条Y轴同步带610之间通过联轴器连接。所述X轴组件还包括用于固定所述X轴同步带510的X轴横梁530，所述X轴横梁530两端通过第三滑块640与Y轴同步带610连接。即，所述Y轴同步带610上设置有4个第三滑块640，每条X轴横梁530的两端均与第三滑块640连接，所述Y轴同步带610在Y轴电机620的带动下沿Y轴运动，继而带动第三滑块640上的X轴横梁530沿Y轴运动，因此，所述卡具200也同时沿Y轴运动。

在本实用新型较佳实施例中，请参阅图5，所述Z轴组件包括：四条滚珠丝杠710和Z轴电机720；四条滚珠丝杠710设置在机架100Z轴方向上，且平行设置，所述Z轴电机720与所述滚珠丝杠710连接，用于驱动所述滚珠丝杠710转动。所述滚珠丝杠710上还设置有支撑板730；所述Y轴组件还包括用于固定所述Y轴同步带610的Y轴横梁630，所述Y轴横梁630两端通过支撑板730与所述滚珠丝杠710连接。具体的，每个滚珠丝杠710上都设置有一个支撑板730，每条Y轴横梁630的两端均与支撑板730固定连接，当滚珠丝杠710在Z轴电机720的带动下转动时，所述支撑板730可沿Z轴移动，从而带动Y轴横梁630沿Z轴移动，继而带动X轴横梁530及卡具200沿Z轴移动。

进一步的，所述滚珠丝杠710之间通过Z轴传动轴连接，所述Z轴电机720设置于Z轴传动轴上，所述Z轴电机720通过Z轴传动轴带动四条滚珠丝杠710同步运动。

综上所述，本实用新型提供的一种建筑3D打印加工装置，所述建筑3D打印加工装置上设置有卡具，在卡具上既可以固定连接3D打印喷头，进行3D打印，又可以固定连接机械加工刀头，进行机械加工，利用同一装置实现了增材制造和减材制造的有机融合，所述卡具可沿X轴、Y轴、Z轴自由移动，利用数控技术进行3D打印，提高了3D打印的加工精度，然后在原平台上无缝对接数控机械加工，这样打印出来的模型经机械加工刀头进行加工，丰富了细节，并且使用同一套装置，非常方便。本实用新型运用数控技术进行建筑3D打印和进一步的机械加工，实现了模型结构的复杂化。

应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种建筑3D打印加工装置，其特征在于，包括：依次连接的机架、设置在Z轴方向的Z轴组件、设置在Y轴方向的Y轴组件，及设置在X轴方向的X轴组件；所述X轴组件上设置有卡具；

所述建筑3D打印加工装置还包括：与所述卡具相适配的3D打印喷头及机械加工刀头，所述3D打印喷头用于与所述卡具固定连接，并在所述X轴组件、Y轴组件及Z轴组件的带动下进行3D打印；所述机械加工刀头用于与所述卡具固定连接，并在所述X轴组件、Y轴组件及Z轴组件的带动下进行机械加工。

2.根据权利要求1所述的建筑3D打印加工装置，其特征在于，所述X轴组件包括：两条平行设置的X轴同步带，以及与两条X轴同步带连接，用于带动两条X轴同步带同步运动的X轴电机；所述卡具设置在两条X轴同步带之间。

3.根据权利要求2所述的建筑3D打印加工装置，其特征在于，所述卡具包括第一滑块及第二滑块，所述第一滑块与一条X轴同步带固定连接，所述第二滑块与另一条X轴同步带固定连接；所述第一滑块上固定连接有第一固定板，所述第二滑块上固定连接有第二固定板，所述第一固定板与第二固定板之间用于卡持固定所述3D打印喷头或机械加工刀头。

4.根据权利要求3所述的建筑3D打印加工装置，其特征在于，所述3D打印喷头包括：依次连接的第一电机、料筒及喷嘴，所述料筒上设置有第一连接件和第二连接件，所述第一连接件与所述第一固定板可拆卸连接，所述第二连接件与所述第二固定板可拆卸连接。

5.根据权利要求4所述的建筑3D打印加工装置，其特征在于，所述第一电机和料筒之间通过弹簧连接，所述料筒中设置有用于搅拌筒内浆料的叶片，所述第一电机与所述叶片连接，用于带动所述叶片旋转搅拌筒内浆料。

6.根据权利要求3所述的建筑3D打印加工装置，其特征在于，所述机械加工刀头包括依次连接的电机安装座，第二电机及刀头，所述电机安装座与所述第一固定板或第二固定板可拆卸连接。

7.根据权利要求6所述的建筑3D打印加工装置，其特征在于，所述刀头为铣刀、钻头、攻丝锥或打磨头。

8.根据权利要求2所述的建筑3D打印加工装置，其特征在于，所述Y轴组件包括：两条平行设置的Y轴同步带，以及与两条Y轴同步带连接，用于带动两条Y轴同步带同步运动的Y轴电机；所述X轴组件还包括用于固定所述X轴同步带的X轴横梁，所述X轴横梁两端通过第三滑块与Y轴同步带连接。

9.根据权利要求8所述的建筑3D打印加工装置，其特征在于，所述Z轴组件包括：在机架Z轴方向上平行设置的四条滚珠丝杠，及与所述滚珠丝杠连接的Z轴电机；所述滚珠丝杠上还设置有支撑板；所述Y轴组件还包括用于固定所述Y轴同步带的Y轴横梁，所述Y轴横梁两端通过支撑板与所述滚珠丝杠连接。

10.根据权利要求9所述的建筑3D打印加工装置，其特征在于，所述滚珠丝杠之间通过Z轴传动轴连接，所述Z轴电机设置于Z轴传动轴上。