一种3D打印机及其打印方法技术

本发明专利技术是关于一种3D打印机及其打印方法，所述的打印机包含有控制系统、物料系统、搅拌系统、挤出系统、xy轴系统和z轴系统、无线发射/接收系统和输入输出系统，其中，所述的控制系统用于控制搅拌系统、挤出系统、xy轴系统和z轴系统；所述的xy轴系统控制打印喷头在xy轴方向运动；所述的z轴系统包含成型粉体贮存缸、成型缸、铺粉辊、功能材料贮存缸和螺旋布料辊。本发明专利技术成功将水泥基材料、石膏等粉体材料与功能材料一起，运用3D打印技术进行构建具有一定功能的实体模型，为3D打印技术在建材、建筑和工艺美术、医疗等行业的应用提供硬件设备和技术支持，同时有助于创造新型功能材料。

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印机及其打印方法
本专利技术涉及一种打印技术，特别是将水泥基材料或石膏等建筑材料与具有特定功能材料一起打印并可形成具有梯度的功能材料打印技术。
技术介绍
快速原型技术是上世纪80年代后期源于美国的一项新型造型技术，该技术通过材料的堆积而将计算机中的三维实体逐层“打印”出来，因此也常被形象的称为3D打印技术。现有的3D打印技术主要有立体光刻成型(SLA)、叠层实体制造(LOM)、选择性激光烧结(SLS)、熔融沉积成型(FDM)等。3D打印技术在珠宝、鞋类、工业设计、汽车、航空航天、医疗、军工以及其他领域都有应用，该技术同样引发了建筑业追捧的热潮。3D打印建筑技术与传统建筑相比，其优势在于：速度快，不需要使用模板，可以大幅节约成本；不需要数量庞大的建筑工人，大大提高了生产效率；可以非常容易地打印出其他方式很难建造的高成本曲线建筑；具有低碳、绿色、环保的特点。3D打印建筑技术可能改变建筑业的发展方向，对环保、建筑业、预拌混凝土行业带来的改变是显而易见。然而，现有的建筑用粉体物料，例如水泥材料，凝结时间长，通常的初凝时间6～10h，终凝时间24h左右，不能满足3D打印过程中材料在短时间内快速凝结的性能要求；且一般呈流动性，无法满足3D打印过程中的竖直堆积性能；并且，水泥材料的熔融温度较高，所以无法作为3D打印材料使用，严重阻碍了水泥基材料3D打印的发展。石膏等粉体的建筑材料也面临着同样的问题。将上述建筑材料与功能材料一起打印并形成具有梯度的功能材料3D打印技术更是无法实现。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于，提供一种3D打印机及其打印方法，尤其适用于水泥基材料、石膏材料等建筑用粉体物料与功能材料一起打印；所要解决的技术问题是采用现有的水泥、石膏等建筑用粉体材料与功能材料一起，提供一种3D打印机及相应的打印方法，使水泥、石膏材料与功能材料成功应用于3D打印技术，为3D打印技术在建筑、石膏工艺品等行业的应用提供技术支持，并使打印出的产品具有与功能材料相结合的效果(例如相变蓄能、色变等效果)，并可以创造新型功能材料，从而更加适于实际应用。本专利技术的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。根据本专利技术提供的一种3D打印机，所述的打印机包含有控制系统、物料系统、搅拌系统、挤出系统、xy轴系统和z轴系统、无线发射/接收系统和输入输出系统，其中，所述的控制系统用于控制搅拌系统、挤出系统、xy轴系统和z轴系统；所述的物料系统包括物料输送系统和称量系统，与搅拌系统连接；所述的搅拌系统用于物料的搅拌，与物料系统、挤出系统连接；所述的挤出系统用于挤出搅拌均匀的混合物料，所述的挤出系统包含打印喷头；所述的无线发射/接收系统与控制系统相连，用于远程移动终端对3D打印机进行控制和监控；所述的输入输出系统与控制系统相连，用于现场的打印参数和数字模型的输入与输出。所述的xy轴系统控制所述的打印喷头在xy轴方向运动；所述的z轴系统包含成型粉体贮存缸、成型缸、铺粉辊、功能材料贮存缸和螺旋布料辊，所述的成型粉体贮存缸底部为可移动第一活塞，所述的成型缸底部为可移动第二活塞，所述的功能材料为具有电学、磁学、光学、热学、声学、力学、化学、生物医学功能，例如具有特殊的物理、化学、生物学效应的材料，如，色变材料、相变材料等。本专利技术的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。优选的，根据前述的一种3D打印机，其中所述的物料系统包括液体物料输送系统、液体物料称量系统；或者，所述的物料系统包括液体物料输送系统、液体物料称量系统和粉体物料输送系统、粉体物料称量系统，所述的粉体物料为建筑材料。优选的，根据前述的一种3D打印机，其中所述的z轴系统还包括成型粉体收集缸。优选的，所述的3D打印机还包括流动性检测装置，所述的流动性检测装置位于所述的挤出系统与打印喷头之间。以速凝水泥基物料为打印材料，应严格控制各步骤中物料的流动性，尤其是挤出系统和打印喷头处物料的流动性。挤出系统处的物料的流动性不可太低，否则会凝固在挤出系统处，导致打印失败，并破坏打印装置；打印喷头处物料的流动性不宜大，否则，打印出来的物料不易定型。所述的流动性检测装置可以是流速测量传感器等，用于实时监测混合物料的流动性。优选的，根据前述的一种3D打印机，其中所述的可移动第一活塞和所述的可移动第二活塞在竖直方向上运动，且所述的可移动第一活塞上升的距离等于所述的可移动第二活塞下降的距离。优选的，根据前述的一种3D打印机，其中所述的建筑材料为水泥基物料或石膏物料。优选的，根据前述的一种3D打印机，其中所述的无线发射/接收系统与控制系统相连，用于远程移动终端(例如手机APP)对3D打印机进行控制和监控，所述的监控内容可以是打印进度等。优选的，根据前述的一种3D打印机，其中所述的输入输出系统与控制系统相连，用于现场的打印参数和数字模型的输入与输出，所述的输出可以是打印进程数据的输出。本专利技术的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。根据本专利技术提出的一种3D打印方法，采用上述中任一项所述的打印机，打印方法包括，步骤一，利用输入输出系统进行打印参数的设置或者利用移动终端远程进行打印参数的设置；步骤二，将粉体物料和第一液体物料分别置于所述的粉体物料输送系统和液体物料输送系统中，并通过称量系统控制粉体物料和第一液体物料的用量；步骤三，将称量好的粉体物料和第一液体物料置于搅拌系统中，搅拌均匀，得到第一混合物料；步骤四，将所述的第一混合物料置于挤出系统中，挤出系统将所述的第一混合物料置于xy轴系统中；步骤五，z轴系统中的成型粉体贮存缸中有第一成型粉体，可移动第一活塞上升a距离，采用铺粉辊将第一成型粉体均匀铺在可移动第二活塞上，xy轴系统上的打印喷头将所述的第一混合物料打印在铺有第一成型粉体的可移动第二活塞上，第一混合物料与第一成型粉体发生化学反应，凝固定型成第一块体；螺旋布料辊将功能材料贮存缸中的功能材料均匀摊铺在所述的第一块体上，摊铺厚度为b，第二活塞下降a+b距离；重复步骤五，至完成控制系统中设定的待打印物体的参数，停止打印，去除多余粉体，表面处理，即得到待打印物体，所述的粉体物料为水泥基物料或石膏物料，所述的第一液体为水，所述的第一成型粉体包含有固态速凝剂、第二系列水泥、第三系列水泥、骨水泥和氯氧镁水泥中的一种或两种以上。本专利技术的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。优选的，前述的一种3D打印方法，其中所述的搅拌时间为2-4min。本专利技术的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施实现。根据本专利技术提供的一种3D打印方法，采用上述中任一项所述的打印机，所述的打印方法包括，步骤一，利用输入输出系统进行打印参数的设置或者利用移动终端远程进行打印参数的设置；步骤二，将第二液体物料置于所述的液体物料输送系统中，并通过称量系统控制第二液体物料的用量；步骤三，将称量好的第二液体物料置于搅拌系统中，搅拌均匀，得到第二混合物料；步骤四，将所述的第二混合物料置于挤出系统中，挤出系统将所述的第二混合物料置于xy轴系统中；步骤五，z轴系统中的成型粉体贮存缸中有第二成型粉体，z轴系统中的可移动第一活塞上升m距离，采用铺粉辊将第二成型粉体均匀铺在可移动第二活塞上，xy轴系统上的打印喷头将所述的第二混合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种3D打印机，其特征在于：所述的打印机包含有控制系统、物料系统、搅拌系统、挤出系统、xy轴系统和z轴系统、无线发射/接收系统和输入输出系统，其中，所述的控制系统用于控制搅拌系统、挤出系统、xy轴系统和z轴系统；所述的物料系统包括物料输送系统和称量系统，与搅拌系统连接；所述的搅拌系统用于物料的搅拌，与物料系统、挤出系统连接；所述的挤出系统用于挤出搅拌均匀的混合物料，所述的挤出系统包含打印喷头；所述的无线发射/接收系统与控制系统相连，用于远程移动终端对3D打印机进行控制和监控；所述的输入输出系统与控制系统相连，用于现场的打印参数和数字模型的输入与输出；所述的xy轴系统控制所述的打印喷头在xy轴方向运动；所述的z轴系统包含成型粉体贮存缸、成型缸、铺粉辊、功能材料贮存缸和螺旋布料辊，所述的成型粉体贮存缸底部为可移动第一活塞，所述的成型缸底部为可移动第二活塞，所述的功能材料为具有电学、磁学、光学、热学、声学、力学、化学、生物医学功能。

【技术特征摘要】
1.一种3D打印机，其特征在于：所述的打印机包含有控制系统、物料系统、搅拌系统、挤出系统、xy轴系统和z轴系统、无线发射/接收系统和输入输出系统，其中，所述的控制系统用于控制搅拌系统、挤出系统、xy轴系统和z轴系统；所述的物料系统包括物料输送系统和称量系统，与搅拌系统连接；所述的搅拌系统用于物料的搅拌，与物料系统、挤出系统连接；所述的挤出系统用于挤出搅拌均匀的混合物料，所述的挤出系统包含打印喷头；所述的无线发射/接收系统与控制系统相连，用于远程移动终端对3D打印机进行控制和监控；所述的输入输出系统与控制系统相连，用于现场的打印参数和数字模型的输入与输出；所述的xy轴系统控制所述的打印喷头在xy轴方向运动；所述的z轴系统包含成型粉体贮存缸、成型缸、铺粉辊、功能材料贮存缸和螺旋布料辊，所述的成型粉体贮存缸底部为可移动第一活塞，所述的成型缸底部为可移动第二活塞，所述的功能材料为具有电学、磁学、光学、热学、声学、力学、化学、生物医学功能。2.根据权利要求1所述的一种3D打印机，其特征在于：所述的物料系统包括液体物料输送系统、液体物料称量系统；或者，所述的物料系统包括液体物料输送系统、液体物料称量系统和粉体物料输送系统、粉体物料称量系统，所述的粉体物料为建筑材料。3.根据权利要求1所述的一种3D打印机，其特征在于：所述的z轴系统还包括成型粉体收集缸。4.根据权利要求1所述的一种3D打印机，其特征在于：所述的可移动第一活塞和所述的可移动第二活塞在竖直方向上运动，且所述的可移动第一活塞上升的距离等于所述的可移动第二活塞下降的距离。5.根据权利要求2所述的一种3D打印机，其特征在于：所述的建筑材料为水泥基物料或石膏物料。6.根据权利要求1所述的一种3D打印机，其特征在于：所述的无线发射/接收系统与控制系统相连接，通过远程移动终端实现远程控制3D打印机。7.根据权利要求1所述的一种3D打印机，其特征在于：所述的输入输出系统与控制系统相连接，通过输入输出系统控制3D打印机。8.一种3D打印方法，其特征在于：采用权利要求1-7中任一项所述的打印机，步骤一，利用输入输出系统进行打印参数的设置或者利用移动终端远程进行打印参数的设置；步骤二，将粉体物料和第一液体物料分别置于所述的粉体物料输送系统和液体物料输送系统中，并通过称量系统控制粉体物料和第一液体物料的用量；...

【专利技术属性】
技术研发人员：王振地，王玲，
申请(专利权)人：中国建筑材料科学研究总院，
类型：发明
国别省市：北京,11