一种桌面式水泥基材料3D打印机制造技术

本发明专利技术公开了一种桌面式水泥基材料3D打印机，包括主框架、移动系统、挤料系统和控制系统；移动系统包括x轴移动机构、y轴移动机构和z轴移动机构；x轴移动机构安装于主框架上，y轴移动机构安装于x轴移动机构上，z轴移动机构安装于y轴移动机构上，挤料系统安装于z轴移动机构上，控制系统安装在主框架上。本打印机依据笛卡尔空间直角坐标系原理，采用单一打印喷头，同时配合x轴移动机构、y轴移动机构和z轴移动机构，能实现打印喷头精确、稳定地空间移动，实现打印模型的高精度打印和快速打印，在水泥基材料性能研究、建筑小品模型制作等方面具有良好的应用前景。

A desktop 3D printer for Cement-based Materials

The invention discloses a desktop cement-based material 3D printer, which comprises a main frame, a moving system, an extrusion system and a control system; a moving system includes an X-axis moving mechanism, a Y-axis moving mechanism and a Z-axis moving mechanism; an X-axis moving mechanism is installed on the main frame, a Y-axis moving mechanism is installed on an X-axis moving mechanism, and a Z-axis moving mechanism is installed on a Y-axis moving mechanism, and the extrusion system is secure. The control system is mounted on the main frame. According to Cartesian space rectangular coordinate system principle, this printer adopts a single printing sprinkler, and cooperates with X-axis moving mechanism, Y-axis moving mechanism and z-axis moving mechanism. It can realize precise and stable spatial movement of printing sprinkler, and realize high-precision printing and fast printing of printing model. It has good application in the performance of cement-based materials and the manufacture of building sketch models. Prospects.

【技术实现步骤摘要】
一种桌面式水泥基材料3D打印机
本专利技术属于3D打印机械装备
，具体是一种桌面式水泥基材料3D打印机。
技术介绍
近年来，随着我国传统建筑行业的快速发展，资源消耗大、高污染，安全质量管控难度大，人员成本大，施工条件差、效率低和建筑寿命短等都涉及到传统制造业的产业转型和技术创新问题。智能建造技术是解决传统建筑业诸多问题的主要手段之一，其优点在于快速、灵活、自动、节能地实现建筑物建造。由于智能建造技术与传统建造技术所应用的工程材料，在混合料性能等方面诸多问题的存在，当前尚无成熟的机械设备用于探究智能建造技术在工程材料方面的制备研究。3D打印技术作为智能建造技术的其中之一，包括诸多方面前沿技术知识，是具有高科技含量的制造技术，已经在生物医疗、航天航空、模具制造、电子信息制造、汽车制造等领域获得广泛应用。用于3D打印技术的工程材料可打印性能探索是实现智能建造技术的基础。3D打印技术的最大优点是可以实现模型的可控制性和可复制性，适合于重复性的实验研究。随着当前建筑级3D技术的快速发展，适用于3D打印技术的水泥基材料对其流动性、挤出性、建造性、收缩性、凝结时间和早期强度等方面具有非常严格的要求，如何科学严谨地测试水泥基材料相关性能指标成为建筑级3D打印技术在材料研究方面的瓶颈之一。目前已经报道的绝大多数混凝土3D打印机均为大型的或者工程用的设备。而混凝土3D打印技术的重要一个环节，则为3D打印材料的研发。为此，研发一种可用于3D打印技术的水泥基材料试验研究同时又可兼顾打印建筑小品的桌面式3D打印机可极大的减小实验测试所需的空间，便于对材料可打印性能的测试和评估。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是，提供一种桌面式水泥基材料3D打印机。本专利技术解决所述技术问题的技术方案是，提供一种桌面式水泥基材料3D打印机，其特征在于该打印机包括主框架、移动系统、挤料系统和控制系统；所述移动系统和控制系统安装在主框架上，挤料系统安装在移动系统上；所述移动系统包括x轴移动机构、y轴移动机构和z轴移动机构；所述x轴移动机构安装于主框架上，y轴移动机构安装于x轴移动机构上，z轴移动机构安装于y轴移动机构上，挤料系统安装于z轴移动机构上；所述挤料系统包括挤料步进电机、联轴器、轴承支座、搅龙轴、盛料筒、打印喷头、挤料系统滑板和挤料系统支撑板；所述挤料系统支撑板安装于z轴移动机构的z轴啮合滑块和z轴丝杠滑块上；所述挤料系统滑板固定于挤料系统支撑板上；所述挤料步进电机设置在挤料系统滑板上，其输出端通过联轴器与搅龙轴连接；轴承支座固定于挤料系统滑板上，用于通过轴承定位联轴器；所述盛料筒固定于挤料系统滑板上；所述打印喷头密封连接于盛料筒末端；所述搅龙轴的末端放置于盛料筒内。与现有技术相比，本专利技术有益效果在于：(1)依据笛卡尔空间直角坐标系原理，采用单一打印喷头，同时配合x轴移动机构、y轴移动机构和z轴移动机构实现打印喷头精确、稳定地空间移动，实现打印模型的高精度打印和快速打印。(2)挤料系统由步进电机联动搅龙轴实现精确挤料过程，在打印的过程中可以根据拟打印模型的几何结构，灵活地控制挤料步进电机的开关，实现建筑3D打印的精细化控制。(3)控制面板输入三维数字模型并形成数字信号通过导线传入控制电箱，控制电箱控制电信号的输出完成对相应步进电机的精确控制；控制电箱在遇紧急情况可独立关停本打印机。(4)本打印机可联合其他大型打印机共同实现结构部件的加工成型。(5)移动系统中安装有感应器，保证移动系统运行的安全可靠性。(6)打印喷头处设置有压力传感器，用于感应水泥基材料在挤出过程中压力变化。打印喷头具有多种直径类型，可依据要求选用适当的打印喷头。(7)本打印机可以顺利实现水泥基材料3D打印，且精度高、速度快，具有较强的实验性、实用性和可操作性。该打印机以实验研究为主，同时具有可打印小型建筑小品等应用，能够实现水泥基材料的可打印性能的研究，减小实验测试所需的空间，具有较强的实用价值。附图说明图1为本专利技术一种实施例的整体结构轴测示意图。图2为本专利技术一种实施例的主框架轴测示意图。图3为本专利技术一种实施例的移动系统轴测示意图。图4为本专利技术一种实施例的x轴移动机构轴测示意图。图5为本专利技术一种实施例的y轴移动机构轴测示意图。图6为本专利技术一种实施例的z轴移动机构轴测示意图。图7为本专利技术一种实施例的挤料系统轴测示意图。图8为本专利技术一种实施例的控制系统安装示意图。图中：1.主框架，2.移动系统，3.挤料系统，4.控制系统，5.工具箱；11.立杆，12.长横梁，13.脚轮，14.短横梁，15.滚轮，16.支撑板，17.斜横梁；21.x轴移动机构，22.y轴移动机构，23.z轴移动机构；2101.x轴步进电机，2102.x轴传动带，2103.x轴同步带动轮，2104.x轴导轨，2105.x轴丝杠，2106.x轴连接板，2107.x轴丝杠固定轴承，2108.x轴啮合滑块，2109.x轴拖链，2110.x轴丝杠滑块，2111.x轴感应器；2201.立板，2202.y轴丝杠固定轴承，2203.y轴丝杠滑块，2204.y轴感应器，2205.y轴导轨，2206.y轴同步带动轮，2207.y轴传动带，2208.y轴步进电机，2209.y轴拖链，2210.y轴丝杠，2211.y轴啮合滑块，2212.y轴支撑板；2301.z轴同步带动轮，2302.z轴导轨，2303.z轴丝杠，2304.z轴啮合滑块，2305.z轴丝杠滑块，2306.z轴丝杠固定轴承，2307.z轴感应器，2308.z轴支撑板，2309.z轴步进电机，2310.z轴传动带；31.挤料步进电机，32.联轴器，33.轴承支座，34.搅龙轴，35.盛料筒，36.打印喷头，37.挤料系统滑板，38.挤料系统支撑板；41.控制电箱，411.电源指示灯，412.紧急停止按钮，413.手动运行启动按钮，414.手动运行暂停按钮；42.控制面板；具体实施方式下面给出本专利技术的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本专利技术，不限制本申请权利要求的保护范围。本专利技术提供了一种桌面式水泥基材料3D打印机(简称打印机，参见图1-8)，其特征在于该打印机包括主框架1、移动系统2、挤料系统3和控制系统4；主框架1为主体支撑结构；所述移动系统2和控制系统4安装在主框架1上，挤料系统3安装在移动系统2上；所述移动系统2包括x轴移动机构21、y轴移动机构22和z轴移动机构23；所述x轴移动机构21安装于主框架1上，y轴移动机构22安装于x轴移动机构21上，z轴移动机构23安装于y轴移动机构22上，挤料系统3安装于z轴移动机构23上，在控制系统4的驱动下通过相互作用实现打印喷头36的空间移动；所述主框架1包括立杆11、长横梁12、脚轮13、短横梁14、滚轮15、支撑板16和斜横梁17；四根立杆11的底部均安装有一个脚轮13，通过脚轮13放置在地面上；立杆11分成上、中、下三层，每一层均通过长横梁12和短横梁14配合安装固定；立杆11的上层等距离设置有滚轮15；在滚轮15上方布置支撑板16，支撑板16上方为打印区域，用以放置和承载所打印的模型；中层用于加强主框架1的稳定性；下层一端布置有斜横梁17，斜横梁17、长横梁12和短横梁14共同本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种桌面式水泥基材料3D打印机，其特征在于该打印机包括主框架、移动系统、挤料系统和控制系统；所述移动系统和控制系统安装在主框架上，挤料系统安装在移动系统上；所述移动系统包括x轴移动机构、y轴移动机构和z轴移动机构；所述x轴移动机构安装于主框架上，y轴移动机构安装于x轴移动机构上，z轴移动机构安装于y轴移动机构上，挤料系统安装于z轴移动机构上；所述挤料系统包括挤料步进电机、联轴器、轴承支座、搅龙轴、盛料筒、打印喷头、挤料系统滑板和挤料系统支撑板；所述挤料系统支撑板安装于z轴移动机构的z轴啮合滑块和z轴丝杠滑块上；所述挤料系统滑板固定于挤料系统支撑板上；所述挤料步进电机设置在挤料系统滑板上，其输出端通过联轴器与搅龙轴连接；轴承支座固定于挤料系统滑板上，用于通过轴承定位联轴器；所述盛料筒固定于挤料系统滑板上；所述打印喷头密封连接于盛料筒末端；所述搅龙轴的末端放置于盛料筒内。

【技术特征摘要】
1.一种桌面式水泥基材料3D打印机，其特征在于该打印机包括主框架、移动系统、挤料系统和控制系统；所述移动系统和控制系统安装在主框架上，挤料系统安装在移动系统上；所述移动系统包括x轴移动机构、y轴移动机构和z轴移动机构；所述x轴移动机构安装于主框架上，y轴移动机构安装于x轴移动机构上，z轴移动机构安装于y轴移动机构上，挤料系统安装于z轴移动机构上；所述挤料系统包括挤料步进电机、联轴器、轴承支座、搅龙轴、盛料筒、打印喷头、挤料系统滑板和挤料系统支撑板；所述挤料系统支撑板安装于z轴移动机构的z轴啮合滑块和z轴丝杠滑块上；所述挤料系统滑板固定于挤料系统支撑板上；所述挤料步进电机设置在挤料系统滑板上，其输出端通过联轴器与搅龙轴连接；轴承支座固定于挤料系统滑板上，用于通过轴承定位联轴器；所述盛料筒固定于挤料系统滑板上；所述打印喷头密封连接于盛料筒末端；所述搅龙轴的末端放置于盛料筒内。2.根据权利要求1所述的桌面式水泥基材料3D打印机，其特征在于所述主框架包括立杆、长横梁、脚轮、短横梁、滚轮、支撑板和斜横梁；四根立杆的底部均安装有一个脚轮，通过脚轮放置在地面上；立杆分成上、中、下三层，每一层均通过长横梁和短横梁安装固定；立杆的上层等距离设置有滚轮；在滚轮上方布置支撑板；下层一端布置有斜横梁。3.根据权利要求2所述的桌面式水泥基材料3D打印机，其特征在于立杆、长横梁、短横梁和斜横梁的长度比为3：5：1：1。4.根据权利要求1所述的桌面式水泥基材料3D打印机，其特征在于所述x轴移动机构包括x轴步进电机、x轴传动带、x轴同步带动轮、x轴导轨、x轴丝杠、x轴连接板、x轴丝杠固定轴承、x轴啮合滑块、x轴拖链、x轴丝杠滑块和x轴感应器；两条x轴导轨分别固定于主框架的立杆上层的两条长横梁上，x轴啮合滑块与x轴导轨配合连接；所述x轴丝杠的两端通过x轴丝杠固定轴承和轴承座安装于主框架的立杆上层的短横梁上，末端安装有x轴同步带动轮，其上安装有x轴丝杠滑块；所述x轴步进电机固定于主框架的立杆上层的短横梁上，其输出端通过x轴传动带与x轴同步带动轮连接；所述x轴连接板通过x轴丝杠滑块与x轴丝杠连接；所述x轴拖链放置于主框架的立杆中层的长横梁上；x轴导轨的两端安装有x轴感应器。5.根据权利要求1所述的桌面式水泥基材料3D打印机，其特征在于所述y轴移动机构包括立板、y轴丝杠固定轴承、y轴丝杠滑块、y轴感应器、y轴导轨、y轴同步带动轮、y轴传动带、y轴步进电机、y...

【专利技术属性】
技术研发人员：马国伟，王里，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12