一种三维建筑打印材料连供系统技术方案

本实用新型专利技术公开一种用于三维建筑打印的材料连供系统，包括由支撑喷头（23）沿横向、纵向和垂直方向（X、Y、Z向）运动的龙门结构，给喷头（23）供料系统和控制单元组成。自动化建造房屋要连续供给建筑材料，材料事先储存在储料罐中18，用气泵20做动力，连续从储料罐中挤出材料，再经过螺杆16的驱动，平稳的输送材料到喷头23，喷头在电磁阀22的操纵下，按需动作。整个过程是在软件的控制下完成的。系统的自动化程度高，人工干预少，便于清洗材料输送通道。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种三维建筑打印机，尤其涉及一种三维建筑打印材料连供系统。
技术介绍
三维建筑打印是采用自动化的方式建造房屋，可以实现复杂建筑的打印，还可以打印雕塑，做到只要能设计出来就可以打印出来，是一种崭新的方式，使房屋的建造像机器零件的生产一样精确，打印过程像零件加工类似在程序的控制下自动完成，节约了大量的人工，建筑质量也大幅度提高。实现三维建筑打印的一个重要环节是材料的输送和输出控制，传统的方式是由熟练的人工操作，或者在工程技术人员的指导下操作。虽然有各种施工机械，但操作有随意性，所以施工质量依赖于人工的熟练程度和知识程度。但实际情况是整体素质不高，施工质量一致性得不到保证。参考文献1~5介绍了三维建筑打印机的部分技术，但涉及材料的输送和输出控制的很少。本专利技术采用自动化供料和联动输出控制可以完全取代人工操作的供料，大幅度提高工作效率，不仅如此，人工供料存在严重的材料浪费，而本专利技术是按需供料，从源头上杜绝了浪费，从而节省大量的建造成本。此外，材料输送通道是建筑施工工具的一部分，经过混合的建筑材料在管道中不能长时间存放，否则要硬化，并粘连在管道中，不仅浪费了材料，而且给后续的施工操作造成很大的阻碍。传统的方式是人工清洗，劳动强度大，清洗间隔随意性大，清洗质量低。参考文献1~5对于输送管道的清洗没有涉及，可见，对三维建筑打印机的认识还处于理论探讨阶段。本专利技术采用自动化方法清洗，具有清洗间隔时间精确控制，及时去除管道中残余的材料，避免材料在管道中结块，从而延长系统的使用寿命。
技术实现思路
本技术包括由支撑喷头（23）沿横向、纵向和垂直方向（X、Y、Z向）运动的龙门结构，给喷头（23）供料系统和控制单元组成。本技术是一种龙门结构的大型机械，它有三根平行的导轨安装在地面，分别是图1中的部件5、6、7。在两侧的导轨上分别有立柱29和30，可以沿导轨滑行，其动力来至于与导轨平行安装的丝杠3和4，而丝杠的旋转运动分别来自于伺服电动机1和2的驱动，一台伺服电动机驱动一根丝杆。立柱在导轨上的往复运动构成龙门结构的Y轴向运动。龙门结构有一个横梁31，可以沿两侧的立柱上下运行，构成Z轴向的运动，驱动力来自于两侧立柱上安装的丝杆9和11，分别靠立柱上方安装的伺服电动机8和10驱动，每侧立柱各安装一台伺服电动机。横梁上有一个可以左右滑动移动的喷头23，动力来自于与横梁平行安装的丝杆13，在横梁的一侧安装一台伺服电动机12驱动丝杠的旋转，从而带动喷头左右移动，构成龙门结构的X轴向运动。本专利技术在前述的龙门结构装置基础上，在右侧的导轨上与立柱30紧靠并固定在一起的是一个平台14，在平台上安装有一个空气泵20，一个储料罐18，以及一个螺桶17和螺杆16；储料罐靠近空气泵一侧端板是活动的，是气动活塞19，靠空气泵驱动往复运动。储料罐的另一侧有一个开口，通过短管道接到螺桶的入料口，螺桶的上方有一个圆形的出口，连接一根硬塑料管21，螺桶内螺杆的运转是依靠安装在其底部的一台伺服电动机15驱动。这根硬塑料管一直连接到喷头的进料口。喷头上有一个电磁阀22。本专利技术有一个控制柜26，里面有一台工业控制计算机25，并且有运动控制卡，配置1个通道的X轴伺服电动机控制器，2个通道的Y轴伺服电动机控制器，2个通道的Z轴伺服电动机控制器，1个通道的气泵控制器，1个通道的螺杆驱动伺服电动机控制器，1个通道的喷头电磁阀控制器。此工业控制计算机有一个三维打印软件。本技术的有益效果在于：系统的自动化程度高，人工干预少，便于清洗材料输送通道。材料的输送采用气动单元驱动，连接螺杆接续传输，喷头联动控制按需挤出，整个系统密闭；切片软件生成的基指令同时控制气动单元、螺杆和喷头，通过三者的协调动作，当打印墙体或其他建筑构件时，输出材料；三维建筑打印机空行程时，同时停止气动驱动、螺杆运转和喷头输出；气动单元输出的材料经由内壁光滑的硬塑料管输送到螺杆，螺杆输出的材料通过内壁光滑的硬塑料管输送到喷头；气动单元、储料罐、螺杆只随着三维建筑打印机的立柱沿导轨做Y轴的往返运动，喷头只做X轴的往返运动；喷头中材料的输出控制用电磁阀实现开关控制，打印墙体或建筑构件时电磁阀打开，输出材料，空行程时，电磁阀关闭；喷头中材料的输出控制也可以用气动阀实现开关控制，打印墙体或建筑构件时气动阀打开，输出材料，空行程时，气动阀关闭；内壁光滑的硬塑料管与气动单元、螺杆、喷头的连接采用活连接，便于定期更换硬塑料管；连接密封，能够承受一定的压力；当储料罐中放入清洗用的水时，也能沿通道输送，实现通道的清洗；自动清洗按照事先设定的时间由软件控制。附图说明图1为本系统的结构示意图。图2为本系统的控制流程图。1：Y轴伺服电机1；2:Y轴伺服电机2；3：Y轴丝杆1；4：Y轴丝:2；5：Y轴导轨1；6：Y轴导轨2；7：Y轴导轨3；8：Z轴伺服电机1；9：Z轴丝杆1；10：Z轴伺服电机2；11：Z轴丝杆2；12：X轴伺服电机；13：X轴丝杆；14：平台；15：螺杆伺服电机；16：螺杆；17：螺桶；18：储料罐；19：气动活塞；20：气泵；21：塑料输送管；22：电磁阀；23：喷头；24：电源线信号线束；25：工控机；26：控制柜；27：显示器；28：键盘；29：立柱1；30：立柱2；31：横梁。具体实施方式以下结合附图对本技术进一步说明。如图1所示，为了驱动三维建筑打印机在水平方向的移动，使用Y轴伺服电机1驱动Y轴丝杆1运转，从而带动立柱1在Y轴导轨1上滑动，对应另一侧的Y轴伺服电机2驱动Y轴丝杠2转动，带动立柱2在Y轴导轨2上滑动，这样龙门结构在水平方向可以来回平滑的移动。由于丝杠的精度高，所以运动距离精确，误差低于1毫米，速度控制也准确。这种运动形式也称为三维建筑打印机Y轴向运动。Z轴伺服电机1驱动Z轴丝杆1旋转，Z轴伺服电机2驱动Z轴丝杆2旋转，分别在横梁31的两端共同带动其在垂直方向上运动，构成三维建筑打印机Z轴向的运动。由于丝杠的精度高，所以运动距离精确，误差低于1毫米，速度控制也准确。X轴伺服电机驱动X轴丝杠旋转，带动喷头23沿着横梁做左右移动，构成三维建筑打印机的X轴向运动。由于丝杠的精度高，所以运动距离精确，误差低于1毫米，速度控制也准确。同样在图1中，与29立柱1固定安装的14平台，在其上按图中顺序水平安装17螺桶、16螺杆和15螺杆伺服电机，15螺杆伺服电机旋转驱动16螺杆在17螺桶中旋转，当建筑混凝土从储料罐18中进入螺桶后，螺杆的驱动使建筑混凝土进入塑料输送管21，完成建筑材料在本段的运动。在此平台上，在螺桶的后面安装18储料桶，并且两者之间直接相连接，以便建筑材料从储料桶中推进入螺桶中。储料桶的另一侧是19活塞，它靠20气泵推动。当储料桶中装满建筑材料时，气泵推动活塞向另一个方向移动，把建筑材料从储料桶中推入螺桶中，同时螺杆在螺杆伺服电机的驱动下旋转，把建筑材料又向上挤出进入21输料管中，由于活塞、螺杆的持续运动与推进作用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维建筑打印材料连供系统，其特征在于：包括由支撑喷头（23）沿横向、纵向和垂直方向（X、Y、Z向）运动的龙门结构，给喷头（23）供料系统和控制单元组成；使所述的龙门结构沿Y轴方向运动的构件包括：三根平行的导轨（5、6、7）安装于地面，在两侧的导轨上分别有一根立柱（29、30），立柱可以沿三根平行的导轨（5、6、7）滑行，其动力来至于与三根平行的导轨（5、6、7）平行安装的两根丝杠（3、4），而两根丝杠（3、4）的旋转运动分别来自于与其相连的伺服电动机（1、2）的驱动，每一台伺服电动机驱动一根丝杆；立柱（29、30）在三根平行的导轨（5、6、7）上的往复运动构成龙门结构的Y轴向运动；使所述的龙门结构沿Z轴方向运动的构件包括：一个横梁（31）可以沿两侧的立柱（29、30）上下运行，构成Z轴向的运动，驱动力来自于两侧立柱（29、30）上安装的丝杆（9、11），丝杆（9、11）的旋转分别靠立柱（29、30）上方安装的伺服电动机（8、10）驱动，每侧立柱各安装一台伺服电动机；使所述的龙门结构沿X轴方向运动的构件包括：横梁（31）上有一个可以左右滑动移动的喷头（23），动力来自于与横梁（31）平行安装的丝杆（13），在横梁（31）的一侧安装一台伺服电动机（12）驱动丝杠（13）的旋转，从而带动喷头（23）左右移动，构成龙门结构的X轴向运动；所述的给喷头（23）供料系统包括：在右侧的导轨（6、7）上与其上的立柱（30）紧靠并固定在一起的是一个平台（14），在平台（14）上安装有一个空气泵（20）、一个储料罐（18）、一个螺桶（17）和螺杆（16）；储料罐（18）靠近空气泵（20）一侧端板是活动的，是气动活塞（19），靠空气泵（20）驱动往复运动；储料罐（18）的另一侧有一个开口，通过短管道接到螺桶（17）的入料口，螺桶（17）的上方有一个圆形的出口，连接一根硬塑料管（21），螺桶（17）内螺杆的运转是依靠安装在其底部的一台伺服电动机（15）驱动；这根硬塑料管一直连接到喷头的进料口；喷头上有一个电磁阀22；所述的控制单元包括：一个控制柜（26），控制柜（26）中有一台工业控制计算机（25），配置1个通道的X轴伺服电动机控制器，2个通道的Y轴伺服电动机控制器，2个通道的Z轴伺服电动机控制器，1个通道的气泵控制器，1个通道的螺杆驱动伺服电动机控制器，1个通道的喷头电磁阀控制器。...

【技术特征摘要】
1.一种三维建筑打印材料连供系统，其特征在于：包括由支撑喷头（23）沿横向、纵向和垂直方向（X、Y、Z向）运动的龙门结构，给喷头（23）供料系统和控制单元组成；
使所述的龙门结构沿Y轴方向运动的构件包括：三根平行的导轨（5、6、7）安装于地面，在两侧的导轨上分别有一根立柱（29、30），立柱可以沿三根平行的导轨（5、6、7）滑行，其动力来至于与三根平行的导轨（5、6、7）平行安装的两根丝杠（3、4），而两根丝杠（3、4）的旋转运动分别来自于与其相连的伺服电动机（1、2）的驱动，每一台伺服电动机驱动一根丝杆；立柱（29、30）在三根平行的导轨（5、6、7）上的往复运动构成龙门结构的Y轴向运动；
使所述的龙门结构沿Z轴方向运动的构件包括：一个横梁（31）可以沿两侧的立柱（29、30）上下运行，构成Z轴向的运动，驱动力来自于两侧立柱（29、30）上安装的丝杆（9、11），丝杆（9、11）的旋转分别靠立柱（29、30）上方安装的伺服电动机（8、10）驱动，每侧立柱各安装一台伺服电动机；
使所述的龙门结构沿X轴方向运动的构件包括：横梁（31）上有一个可以左右滑动移动的喷头（23），动力来自于与横梁（31）...

【专利技术属性】
技术研发人员：莫志勇，白英杰，陈丽，陈瑾，
申请(专利权)人：南京师范大学，南京三帝智能装备制造有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32