CN219650159U - 一种混凝土3d打印机硬件系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种混凝土3D打印机硬件系统，包括三维移动架体、打印喷头和独立打印平台，打印喷头安装在三维移动架体上，独立打印平台设置在三维移动架体的底板上，打印喷头通过一个接头与混凝土3D打印机的控制器和电源连接，打印喷头包括挤出杆、料仓、夹具和挤出头，挤出杆通过螺栓固定在料仓的顶部，挤出杆的底端延伸至挤出头的上部，挤出头通过夹具与料仓连接，挤出杆包括搅拌杆和刮平杆。本实用新型的一种混凝土3D打印机硬件系统，能够满足高触变性3D打印混凝土的打印工作，适用于小尺寸构件的打印工作。

Description

一种混凝土3D打印机硬件系统

技术领域

本实用新型涉及3D打印混凝土领域，具体涉及一种混凝土3D打印机硬件系统。

背景技术

3D打印混凝土技术要求打印材料具有泵送性、挤出性和建造性，泵送性和挤出性要求打印材料具有较小的动态屈服应力，而建造性要求材料具有较大的静态屈服应力，这显然是矛盾的，这种性能要求打印材料具有优越的触变性，触变性指的是材料在受到剪切外力时屈服应力下降，流动度增大，不受剪切外力作用时屈服应力恢复，流动度下降的性质。试验研究发现，高触变性打印材料受到剪切作用时，需要在一定搅拌强度下流动度才能释放，搅拌不足时，材料流动度较小，导致挤出性下降，打印条带表面状态下降。此外，当下所用3D打印混凝土材料一般粘度较大，会黏附到打印喷头料仓内壁。

混凝土3D打印喷头的挤出头多为倒圆台形，打印尺寸和形状一般不是固定的，为方便清理和更换应便于拆卸，且打印喷头部件多为不锈钢材质，因此，挤出头接口不宜设置为螺纹连接，避免因锈蚀导致连接紧密性下降或部件损耗频繁。混凝土3D打印喷头一般质量较大，且需要直接架设在移动框架上，这给移动框架的承重能力带来考验，采用型材搭设稳定的框架是有效的解决办法，但却会提高打印成品从打印平台取出的难度。

现有技术CN111251409A提供了一种台式混凝土3D打印机，包括：框架；三维运动平台，通过其X轴模组的两条滑轨上的支撑座可拆卸地固定于框架上；打印喷头，固定于三维运动平台的Y轴模组的滑块上；控制模块，用于控制三维运动平台中X轴模组、Y轴模组和Z轴模组的驱动电机运行，将打印喷头移动到设定位置；控制打印喷头内的打印电机运行将物料挤出。虽然公开了三维运动平台，但没有公开挤出头等部件的具体结构。

实用新型内容

为解决现有技术中存在的技术问题，本实用新型提供了一种混凝土3D打印机硬件系统，能够满足高触变性3D打印混凝土的打印工作，适用于小尺寸构件的打印工作。

为达到上述目的，本实用新型的技术解决方案如下:

一种混凝土3D打印机硬件系统，包括三维移动架体、打印喷头和独立打印平台，打印喷头安装在三维移动架体上，独立打印平台设置在三维移动架体的底板上，打印喷头通过一个接头与混凝土3D打印机的控制器和电源连接，打印喷头包括挤出杆、料仓、夹具和挤出头，挤出杆通过螺栓固定在料仓的顶部，挤出杆的底端延伸至挤出头的上部，挤出头通过夹具与料仓连接，挤出杆包括搅拌杆和刮平杆。

作为优选的技术方案，三维移动架体包括支撑架体、两条平行的Y轴导轨、X轴导轨、Z轴导梁、固定底座、底板、坡道和四个支脚，坡道与底板铰接，四个支脚分别安装于三维移动架体下表面的四角上，两条平行的Y轴导轨固定在支撑架体上，X轴导轨架设在两条Y轴导轨上，X轴导轨与两条Y轴导轨滑动连接，Z轴导梁竖向安装在X轴导轨上，Z轴导梁与X轴导轨滑动连接，固定底座安装在Z轴导梁的下端，固定底座与Z轴导梁滑动连接。

作为优选的技术方案，料仓包括固定背板、凸月环、加料口、仓体、出料口和上密封套，打印喷头通过固定背板安装在固定底座上，仓体上部形状为圆筒，下部形状为倒圆台筒，凸月环位于仓体的顶部，加料口位于仓体的一侧，加料口和固定背板分别位于仓体的对向两侧，加料口的顶部与仓体的顶部处于同一水平面，出料口位于仓体的下端，上密封套位于出料口的下端，上密封套的下底面与出料口的下底面齐平。

作为优选的技术方案，挤出杆还包括浆体进料口、螺杆电机、液体进料口、顶盖、和绞龙。浆体进料口和液体进料口安装在顶盖上部，浆体进料口和液体进料口均与料仓连通，搅拌杆、刮平杆与绞龙均平行设置，搅拌杆位于刮平杆和绞龙之间，绞龙、搅拌杆及刮平杆之间通过架设横梁固定连接，挤出杆与螺杆电机之间设有减速机。

作为优选的技术方案，搅拌杆和刮平杆均在与绞龙中心轴线等距的位置处等距设有2～4根。

作为优选的技术方案，挤出头包括下密封套、圆筒上部和倒圆台筒下部，下密封套包裹在圆筒上部周围，顶面与圆筒上部顶面平齐，倒圆台筒下部的顶面与圆筒上部的底面重合。

作为优选的技术方案，挤出头包括下密封套、圆筒上部和矩形收缩口下部，下密封套套设在圆筒上部上，下密封套的顶面与圆筒上部的顶面齐平，矩形收缩口下部的顶面与圆筒上部底面重合。

作为优选的技术方案，独立打印平台包括保护膜、滚轮、套杆、台面和磁铁，滚轮安装在台面底部，套杆架设在台面的一端，保护膜套设在套杆上，打印时，保护膜通过磁铁固定在台面上。

与现有技术相比，本实用新型的一种混凝土3D打印机硬件系统的有益效果为：

(1)在挤出杆上同时设置搅拌杆和刮平杆，搅拌杆使打印材料即使在低速搅拌下也能充分释放流动性，提高高触变性打印材料的挤出性，改善打印条带表面状态，刮平杆在打印过程中对黏附在打印喷头料仓内壁上的打印材料进行清理，避免打印材料的死角堆积，节约打印材料，提高打印完成后的清理效率。

(2)采用小型挤出头设计，通过夹具连接挤出头和打印喷头料仓的出料口，方便拆卸和更换，不惧接口锈蚀，在接口连接处设置皮套使连接更加紧密，防止材料溢出。

(3)通过抬高支撑架体正面型材横梁的高度，在不降低架体稳定性的情况下增大了Y向打印范围和操作范围，给打印成品取出预留出口，支撑架体四角安装可升降支脚，解决了打印场地不平整的问题。

(4)通过带轮轴的独立可移动打印平台设计，解决了打印成品从打印机中的转移问题，可以提高打印设备的使用效率，打印平台上设置有保护膜加盖部件，方便打印平台清理，防止打印平台表面磨损，提高了打印平台的使用寿命。

附图说明

图1是本实用新型的一种混凝土3D打印机硬件系统的结构示意图。

图2是本实用新型的一种混凝土3D打印机硬件系统中的打印喷头的结构示意图；

图3是本实用新型的一种混凝土3D打印机硬件系统中的独立打印平台的结构示意图；

图4是本实用新型的一种混凝土3D打印机硬件系统中的料仓的结构示意图；

图5是本实用新型的一种混凝土3D打印机硬件系统中实施例1的挤出头的结构示意图；

图6是本实用新型的一种混凝土3D打印机硬件系统中实施例2的挤出头的结构示意图

图7是本实用新型的一种混凝土3D打印机硬件系统中的挤出杆的结构示意图。

图8是本实用新型的一种混凝土3D打印机硬件系统中实施例1的挤出头的安装示意图；

图中：1.三维移动架体；11.支撑架体；12.Y轴导轨；13.X轴导轨；14.Z轴导梁；15.固定底座；16.底板；17.支脚；18.坡道；2.打印喷头；21.挤出杆；211.浆体进料口；212.螺杆电机；213.液体进料口；214.顶盖；215.搅拌杆；216.绞龙；217.刮平杆；22.料仓；221.固定背板；222.凸月环；223.加料口；224.仓体；225.出料口；226.上密封套；23.夹具；24.挤出头；241下密封套；242.圆筒上部；243.倒圆台筒下部；244矩形收缩口下部；3.独立打印平台；31.保护膜；32.滚轮；33.套杆；34.台面；35.磁铁。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型的技术方案进行进一步的描述：

实施例1

如图1所示，一种混凝土3D打印机硬件系统，包括三维移动架体1、打印喷头2和独立打印平台3，打印喷头2安装在三维移动架体1上，打印喷头2在三维移动架体11的带动下按照输入的指令进行三维移动，独立打印平台3设置在三维移动架体1的底板16上，打印喷头2通过一个接头与混凝土3D打印机的控制器和电源连接，打印喷头2挤出打印材料到独立打印平台3上进行打印工作。打印喷头2包括挤出杆21、料仓22、夹具23和挤出头24，挤出杆21通过螺栓固定在料仓22的顶部，挤出杆21的底端延伸至挤出头24的上部，挤出头24通过夹具23与料仓22连接，挤出杆21包括搅拌杆215和刮平杆217。通过在打印喷头2中设置搅拌杆215，使打印材料即使在低速搅拌下也能充分释放流动性，改善了高触变性打印材料的挤出性。通过在打印喷头2中设置刮平杆217，在打印过程中对黏附在喷头内壁上的打印材料进行清理，避免打印材料的死角堆积，节约打印材料，提高打印完成后的清理效率。独立打印平台3在打印成品终凝后即可直接从三维移动架体1中移出，可设置多个独立打印平台3，以减少打印机的空闲时间，提高打印机的使用效率。

如图1所示，三维移动架体1包括支撑架体11、两条平行的Y轴导轨12、X轴导轨13、Z轴导梁14、固定底座15、底板16、坡道18和四个支脚17，支撑架体11在打印喷头2正向处的型材做加高处理，以扩大人工操作空间及提供方便打印成品运输的通道。坡道18与底板16铰接，坡道18与底板16通过铰链或荷叶等方式连接，坡道18可围绕底板16转。四个支脚17分别安装于三维移动架体1下表面的四角上，四个支脚17将支撑架体11支离地面，支脚17的高度可调整，方便支撑架体11的调平。两条平行的Y轴导轨12固定在支撑架体11上，X轴导轨13架设在两条Y轴导轨12上，X轴导轨13与两条Y轴导轨12滑动连接，Z轴导梁14竖向安装在X轴导轨13上，Z轴导梁14与X轴导轨13滑动连接，固定底座15安装在Z轴导梁14的下端，固定底座15与Z轴导梁14滑动连接。通过Y轴导轨12、X轴导轨13和Z轴导梁14，实现打印喷头2的三维移动。

如图4所示，料仓22包括固定背板221、凸月环222、加料口223、仓体224、出料口225和上密封套226，打印喷头2通过固定背板221安装在固定底座15上，仓体224上部形状为圆筒，下部形状为倒圆台筒，凸月环222位于仓体224的顶部，加料口223位于仓体224的一侧，加料口223和固定背板221分别位于仓体224的对向两侧，加料口223的顶部与仓体224的顶部处于同一水平面，出料口225位于仓体224的下端，上密封套226位于出料口225的下端，上密封套226的下底面与出料口225的下底面齐平。打印材料从加料口223进入仓体224，再通过出料口225从挤出头24喷出。

如图7所示，挤出杆21还包括浆体进料口211、螺杆电机212、液体进料口213、顶盖214、和绞龙216。浆体进料口211和液体进料口213安装在顶盖214上部，浆体进料口211和液体进料口213均与料仓22连通，通过浆体进料口211向打印喷头2注入浆体材料，通过液体进料口213向打印喷头2注入液体材料，搅拌杆215、刮平杆217与绞龙216均平行设置，搅拌杆215位于刮平杆217和绞龙216之间，绞龙216、搅拌杆215及刮平杆217之间通过架设横梁固定连接，搅拌杆215和刮平杆217均在与绞龙216中心轴线等距的位置处等距设有2～4根，挤出杆21与螺杆电机212之间设有减速机，用于提高挤出杆21的转动力矩，减小电机功率，降低电机的重量，提高打印机的稳定性。

如图5所示，挤出头24包括下密封套241、圆筒上部242和倒圆台筒下部243，下密封套241包裹在圆筒上部242周围，顶面与圆筒上部242顶面平齐，倒圆台筒下部243的顶面与圆筒上部242的底面重合。如图8所示，通过夹具23将出料口225和挤出头24紧固在一起，上密封套226和下密封套241在夹具23的压力下将出料口225和挤出头24之间的接口密封。

如图3所示，独立打印平台3包括保护膜31、滚轮32、套杆33、台面34和磁铁35，滚轮32安装在台面34底部，便于独立打印平台3的移动，套杆33架设在台面34的一端，保护膜31套设在套杆33上，每次打印前在台面34上铺设保护膜31，用磁铁35将保护膜31固定在台面34上，若台面34为非铁磁性材料，则采用其它固定方式。

实施例2

如图6所示，一种混凝土3D打印机硬件系统，采用出口为矩形的挤出头24，挤出头24包括下密封套241、圆筒上部242和矩形收缩口下部244，下密封套241包裹在圆筒上部242周围，下密封套241的顶面与圆筒上部242顶面平齐，矩形收缩口下部244的顶面与圆筒上部242的底面重合。其余结构与实施例1相同。

本实施例只是对本实用新型的进一步解释，并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性的修改，但是只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种混凝土3D打印机硬件系统，其特征在于，包括三维移动架体、打印喷头和独立打印平台，所述打印喷头安装在所述三维移动架体上，所述独立打印平台设置在所述三维移动架体的底板上，所述打印喷头通过一个接头与混凝土3D打印机的控制器和电源连接，所述打印喷头包括挤出杆、料仓、夹具和挤出头，所述挤出杆通过螺栓固定在所述料仓的顶部，所述挤出杆的底端延伸至所述挤出头的上部，所述挤出头通过夹具与料仓连接，所述挤出杆包括搅拌杆和刮平杆。

2.根据权利要求1所述的一种混凝土3D打印机硬件系统，其特征在于，所述三维移动架体包括支撑架体、两条平行的Y轴导轨、X轴导轨、Z轴导梁、固定底座、底板、坡道和四个支脚，所述坡道与底板铰接，四个支脚分别安装于三维移动架体下表面的四角上，两条平行的Y轴导轨固定在支撑架体上，所述X轴导轨架设在两条Y轴导轨上，所述X轴导轨与两条Y轴导轨滑动连接，所述Z轴导梁竖向安装在X轴导轨上，所述Z轴导梁与所述X轴导轨滑动连接，所述固定底座安装在Z轴导梁的下端，所述固定底座与所述Z轴导梁滑动连接。

3.根据权利要求2所述的一种混凝土3D打印机硬件系统，其特征在于，所述料仓包括固定背板、凸月环、加料口、仓体、出料口和上密封套，所述打印喷头通过固定背板安装在所述固定底座上，所述仓体上部形状为圆筒，下部形状为倒圆台筒，所述凸月环位于所述仓体的顶部，所述加料口位于仓体的一侧，所述加料口和所述固定背板分别位于所述仓体的对向两侧，所述加料口的顶部与所述仓体的顶部处于同一水平面，所述出料口位于所述仓体的下端，所述上密封套位于所述出料口的下端，所述上密封套的下底面与所述出料口的下底面齐平。

4.根据权利要求1所述的一种混凝土3D打印机硬件系统，其特征在于，所述挤出杆还包括浆体进料口、螺杆电机、液体进料口、顶盖、和绞龙，所述浆体进料口和液体进料口安装在顶盖上部，所述浆体进料口和液体进料口均与所述料仓连通，所述搅拌杆、刮平杆与绞龙均平行设置，所述搅拌杆位于所述刮平杆和绞龙之间，所述绞龙、搅拌杆及刮平杆之间通过架设横梁固定连接，所述挤出杆与螺杆电机之间设有减速机。

5.根据权利要求4所述的一种混凝土3D打印机硬件系统，其特征在于，所述搅拌杆和所述刮平杆均在与绞龙中心轴线等距的位置处等距设有2～4根。

6.根据权利要求1所述的一种混凝土3D打印机硬件系统，其特征在于，所述挤出头包括下密封套、圆筒上部和倒圆台筒下部，所述下密封套包裹在圆筒上部周围，顶面与圆筒上部顶面平齐，所述倒圆台筒下部的顶面与所述圆筒上部的底面重合。

7.根据权利要求1所述的一种混凝土3D打印机硬件系统，其特征在于，所述挤出头包括下密封套、圆筒上部和矩形收缩口下部，所述下密封套套设在所述圆筒上部上，所述下密封套的顶面与所述圆筒上部的顶面齐平，所述矩形收缩口下部的顶面与所述圆筒上部底面重合。

8.根据权利要求1所述的一种混凝土3D打印机硬件系统，其特征在于，所述独立打印平台包括保护膜、滚轮、套杆、台面和磁铁，所述滚轮安装在台面底部，所述套杆架设在台面的一端，所述保护膜套设在所述套杆上，打印时，所述保护膜通过磁铁固定在所述台面上。