CN211164452U - 多材料混凝土3d打印装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多材料混凝土3D打印装置，包括三轴联动机构和设置在三轴联动机构上具有至少2个进料口和出料口的混料打印头，该三轴联动机构可带动混料打印头实现X方向、Y方向和Z方向的移动；所述混料打印头包括与进料口相连通的混料筒体、伸入混料筒体内的挤出螺杆和用于驱动挤出螺杆旋转的驱动电机。本实用新型可采用多边进料，将多种混料搅拌融合，便于调配超高强度混凝土，打印出高强度3D产品。

Description

多材料混凝土3D打印装置

技术领域

本实用新型涉及一种打印设备，尤其涉及一种多材料混凝土3D打印装置。

背景技术

现今市场上3D打印技术及设备日益月新，各行各业都在利用新的3D打印技术完成产品革命机创新。在建筑行业中，也有各式各样的水泥打印机在市场上使用，但都有着各方面的缺陷；例如设备比较笨重，造价高昂，难以推广；此外打印工艺比较单一，只能实现打印各种建筑样式的轮廓工艺，对打印的材料有所限制。即传统的混凝土3D 打印机是采用轮廓打印的方法，先将需要打印的工件轮廓外形打印出来，采用传统的混凝土材料打印完成后，再开始配筋工艺，等混凝土固化后，再继续浇筑填充饱满，无法一次成型。

因此，亟待解决上述问题。

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型的目的是提供一种可混合多种原材料实现打印超高强度混凝土产品的多材料混凝土3D打印装置。

技术方案：为实现以上目的，本实用新型公开一种多材料混凝土3D打印装置，包括三轴联动机构和设置在三轴联动机构上具有至少2个进料口和出料口的混料打印头，该三轴联动机构可带动混料打印头实现X方向、Y方向和Z方向的移动；所述混料打印头包括与进料口相连通的混料筒体、伸入混料筒体内的挤出螺杆和用于驱动挤出螺杆旋转的驱动电机。

其中，所述三轴联动机构包括X轴组件、Y轴组件和Z轴组件，X轴组件包括两平行对称设置的X轴支架、设置在一侧X轴支架上的X轴动力导轨、可沿X轴动力导轨来回移动的X轴动力滑块、设置在另一侧X轴支架上的X轴从动导轨和可沿X轴从动导轨来回移动的X轴从动滑块，Y轴组件包括两端分别与X轴动力滑块和X轴从动滑块固定的Y轴支架、设置在Y轴支架上的Y轴动力导轨和可沿Y轴动力导轨来回移动的Y轴动力滑块，Z轴组件包括固定在Y轴动力滑块上Z轴支架、设置在Z轴支架上的Z轴动力导轨和可沿Z轴动力导轨来回移动的Z轴动力滑块，该Z轴动力滑块设置有用于安装混料打印头的联接板。

优选的，所述挤出螺杆通过轴承组件与混料筒体相连接，该轴承组件包括与混料筒体固定的轴承座、与轴承座相适配的轴承端盖和位于轴承座内的轴承，挤出螺杆依次穿过轴承端盖、轴承和轴承座伸入混料筒体内。

再者，所述混料筒体上还设有高压冲洗口和添加剂进口。

进一步，所述挤出螺杆上螺旋设置有若干个叶片，该叶片与挤出螺杆轴向夹角为100°～150°。

优选的，所述驱动电机与挤出螺杆之间设有减速器。

再者，所述X轴动力导轨、Y轴动力导轨和Z轴动力导轨均为滚珠丝杆传动组件，该滚珠丝杆传动组件包括由伺服电机驱动的滚柱丝杆。

进一步，所述进料口上连接有进料机构，该进料机构包括具有进气口和挤出口的进料筒、与进料筒相适配的进料端盖和位于进料筒内的活塞，在活塞与挤出口之间的进料筒内填充混凝土原料，将高压气体注入进气口，高压气体推动活塞运动，将混凝土原料从挤出口挤出。

优选的，所述进料筒上开设有便于观察混凝土原料挤出情况的窥视窗。

再者，所述进料口对称设置在混料筒体上。

有益效果：与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

(1)本实用新型的打印装置利用X轴组件、Y轴组件和Z轴组件实现三轴联动带动混料打印头实现三轴运动；利用伺服电机和高精度滚珠丝杆带动XYZ三轴实现设备的三向运动，打印出混凝土产品；

(2)、本实用新型可采用多边进料，将多种混料搅拌融合，便于调配超高强度混凝土，打印出高强度3D产品，即本实用新型使用市场上常用的硅酸盐水泥，加上各种粗细不一的骨料和纤维，如石英砂，玄武岩，钢纤维等材料，并将材料放置在两边的进料机构中，预先加水混合，利用高压气体推动活塞使其将放置好的物料挤入到混料打印头中；通过驱动电机和减速器带动便于流动挤出的挤出螺杆及其叶片，在混料筒体中先进行混料搅拌，最后利用挤出螺杆将打印材料输出；此外可通过改变出料口的挤出口径，使得打印装置可一机多用，能够实现精细和粗旷多种打印模式的转变；

(3)、本实用新型为了方便二次清洗打印装置内腔里工作残留的混凝土材料，通过上部高压冲洗口，采用高压水喷淋装置，利用高压水产生的压力，将内腔清洗干净，通过启动驱动电机带动螺杆，将废料排出，反复冲洗几次达到无残留；

(4)本实用新型可将多种材料如石英砂、水泥、固化剂和钢纤维等同时进入到打印装置中，进行预制搅拌混合，直接打印出所需工件，不需要进行配筋和填充混凝土工作，本实用新型可实现一次打印成型，快速打印工艺。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型中三轴联动机构的结构示意图；

图3为本实用新型中X轴组件和Y轴组件的结构示意图；

图4为本实用新型中X轴组件的结构示意图；

图5为本实用新型中混料打印头和进料机构的装配示意图；

图6为本实用新型中混料打印头的剖面示意图；

图7为本实用新型中进料机构的结构示意图；

图8为本实用新型中进料机构的剖面示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案作进一步说明。

如图1所示，本实用新型一种多材料混凝土3D打印装置，包括三轴联动机构、混料打印头2和进料机构26。

如图2所示，本实用新型的三轴联动机构包括X轴组件、Y轴组件和Z轴组件，X 轴组件是打印装置的承载部件，Y轴组件是打印装置的承重部件，Z轴组件是打印装置的承载部件。

如图3和图4所示，X轴组件包括X轴支架6、X轴动力导轨7、X轴动力滑块8、 X轴从动导轨9和X轴从动滑块10，两个X轴支架6平行对称设置，X轴动力导轨7 位于一侧X轴支架6上，X轴从动导轨9位于另一侧X轴支架6上，X轴动力滑块8 设置在X轴动力导轨7上，且可沿X轴动力导轨来回移动，X轴从动滑块10设置在X 轴从动导轨9上，且可沿X轴从动导轨来回移动。Y轴组件包括Y轴支架11、Y轴动力导轨12和Y轴动力滑块13，Y轴支架11的两端分别与X轴动力滑块8和X轴从动滑块10固定连接，Y轴动力导轨12固定在Y轴支架11上，Y轴动力滑块13设置在Y 轴动力导轨12上，且可沿Y轴动力导轨来回移动。Z轴组件包括Z轴支架14、Z轴动力导轨15、Z轴动力滑块16和联接板17。Z轴支架14与Y轴动力滑块13固定连接， Z轴动力导轨15固定在Z轴支架14上，Z轴动力滑块16设置在Z轴动力导轨15上，且可可沿Z轴动力导轨来回移动；联接板17固定在Z轴动力滑块16上，随着Z轴动力滑块16一同移动。

上述X轴动力导轨7、Y轴动力导轨12和Z轴动力导轨15均可选用滚珠丝杆传动组件，该滚珠丝杆传动组件包括由伺服电机25驱动的滚柱丝杆。滚珠丝杆传动组件为模块化组件，其外壳结构采用高强度铝板，内部使用滚珠丝杆，使用伺服电机25带动高强度铝板内滚珠丝杆运动，实现设备的X轴、Y轴和Z轴的往复运动，实现点动，连续运动。

如图5和图6所示，本实用新型的混料打印头2通过卡箍组件37安装在联接板17上，三轴联动机构带动混料打印头2实现三轴联动。混料打印头2包括混料筒体3、挤出螺杆4、驱动电机5、轴承组件和减速器。混料筒体3上设有至少2个进料口1、高压冲洗口21、添加剂进口22和出料口36，其中进料口1对称设置在混料筒体3上。挤出螺杆4通过轴承组件与混料筒体3相连接，且该挤出螺杆4伸入混料筒体3内。挤出螺杆4通过减速器与驱动电机5相连接，减速器采用行星齿轮高传动比减速，减速比为10： 1，驱动电机启动，通过减速器减速后驱动挤出螺杆4旋转。轴承组件包括与混料筒体固定的轴承座18、与轴承座相适配的轴承端盖19和位于轴承座内的轴承20，挤出螺杆 4依次穿过轴承端盖19、轴承20和轴承座18伸入混料筒体3内。挤出螺杆4上螺旋设置有若干个叶片23，该叶片23与挤出螺杆4轴向夹角为100°～150°，优选角度为 120°。出料口36上可连接实现不同精度要求的多规格口径接头。挤出螺杆4采用高耐磨性38Crmov，大螺旋角设计，表面氮化处理，大外径，使其储料增加，便于挤出。高压冲洗口21可接入高压水，通过高压喷淋装置，将带有压力的清洗液喷射在混料筒体3 内腔中，实现去除残留打印材料，快速完成内部清洗，减少人员干预，方便快捷。混凝土中的液体添加剂，从添加剂进口22进入，可以同时2个以上的进料口1输入多种材料，必要时高压冲洗口21也可进料，实现多种混合材料打印。

如图7和图8所示，本实用新型的进料口1上连接有进料机构26，该进料机构26 包括进气口27、挤出口28、进料筒29、进料端盖30、活塞31和窥视窗33。进料筒29 和进料端盖30相适配，进气口27和挤出口28均开设在进料筒29上，进气口27上连接有高压气管34，挤出口28通过弯道接头35与混料打印头2上的进料口1相连接。活塞31位于进料筒29内，在活塞31与挤出口28之间的进料筒29内填充混凝土原料32，混凝土原料32可包裹在硅胶套内。将高压气体通过高压气管34注入进气口27，高压气体推动活塞31运动，将混凝土原料32从挤出口28挤出再经由弯道接头35进入混料打印头2的混料筒体3内，在进料过程中，可通过窥视窗33观察混凝土原料挤出情况。进料机构26利用活塞原理，采用高精度进料筒与活塞配合，利用高压气体推动活塞前进，将放在进料筒里的混凝土原料通过进料口1打入到混料打印头2中。

Claims (10)

1.一种多材料混凝土3D打印装置，其特征在于：包括三轴联动机构和设置在三轴联动机构上具有至少2个进料口(1)和出料口(36)的混料打印头(2)，该三轴联动机构可带动混料打印头(2)实现X方向、Y方向和Z方向的移动；所述混料打印头(2)包括与进料口(1)相连通的混料筒体(3)、伸入混料筒体(3)内的挤出螺杆(4)和用于驱动挤出螺杆旋转的驱动电机(5)。

2.根据权利要求1所述的多材料混凝土3D打印装置，其特征在于：所述三轴联动机构包括X轴组件、Y轴组件和Z轴组件，X轴组件包括两平行对称设置的X轴支架(6)、设置在一侧X轴支架上的X轴动力导轨(7)、可沿X轴动力导轨来回移动的X轴动力滑块(8)、设置在另一侧X轴支架(6)上的X轴从动导轨(9)和可沿X轴从动导轨来回移动的X轴从动滑块(10)，Y轴组件包括两端分别与X轴动力滑块(8)和X轴从动滑块(10)固定的Y轴支架(11)、设置在Y轴支架(11)上的Y轴动力导轨(12)和可沿Y轴动力导轨来回移动的Y轴动力滑块(13)，Z轴组件包括固定在Y轴动力滑块上Z轴支架(14)、设置在Z轴支架上的Z轴动力导轨(15)和可沿Z轴动力导轨来回移动的Z轴动力滑块(16)，该Z轴动力滑块(16)设置有用于安装混料打印头(2)的联接板(17)。

3.根据权利要求2所述的多材料混凝土3D打印装置，其特征在于：所述X轴动力导轨(7)、Y轴动力导轨(12)和Z轴动力导轨(15)均为滚珠丝杆传动组件，该滚珠丝杆传动组件包括由伺服电机(25)驱动的滚柱丝杆。

4.根据权利要求1所述的多材料混凝土3D打印装置，其特征在于：所述挤出螺杆(4)通过轴承组件与混料筒体(3)相连接，该轴承组件包括与混料筒体固定的轴承座(18)、与轴承座相适配的轴承端盖(19)和位于轴承座内的轴承(20)，挤出螺杆(4)依次穿过轴承端盖(19)、轴承(20)和轴承座(18)伸入混料筒体(3)内。

5.根据权利要求1所述的多材料混凝土3D打印装置，其特征在于：所述混料筒体(3)上还设有高压冲洗口(21)和添加剂进口(22)。

6.根据权利要求1所述的多材料混凝土3D打印装置，其特征在于：所述挤出螺杆(4)上螺旋设置有若干个叶片(23)，该叶片(23)与挤出螺杆(4)轴向夹角为100°～150°。

7.根据权利要求1所述的多材料混凝土3D打印装置，其特征在于：所述驱动电机(5)与挤出螺杆(4)之间设有减速器(24)。

8.根据权利要求1所述的多材料混凝土3D打印装置，其特征在于：所述进料口(1)上连接有进料机构(26)，该进料机构(26)包括具有进气口(27)和挤出口(28)的进料筒(29)、与进料筒(29)相适配的进料端盖(30)和位于进料筒(29)内的活塞(31)，在活塞(31)与挤出口(28)之间的进料筒(29)内填充混凝土原料(32)，将高压气体注入进气口(27)，高压气体推动活塞(31)运动，将混凝土原料(32)从挤出口(28)挤出。

9.根据权利要求8所述的多材料混凝土3D打印装置，其特征在于：所述进料筒(29)上开设有便于观察混凝土原料挤出情况的窥视窗(33)。

10.根据权利要求1所述的多材料混凝土3D打印装置，其特征在于：所述进料口(1)对称设置在混料筒体(3)上。

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