一種用於建築行業的3d列印設備的製作方法

2023-07-05 02:53:16 5

一種用於建築行業的3d列印設備的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種用於建築行業的3D列印設備。所述用於建築行業的3D列印設備包括主體結構、列印頭裝置、控制單元、數據處理單元。本發明旨在提高建築施工效率，節約建材，降低成本，改善建築施工環境。同時解決了目前建築行業異型模板製作難度大、成本高的問題。
【專利說明】一種用於建築行業的3D列印設備

【技術領域】
[0001]本發明屬於3D列印領域，具體涉及一種用於建築行業的3D列印設備，用於房屋混凝土牆體、雕塑建築、建築模板與建築裝飾構件列印。

【背景技術】
[0002]3D列印即快速成形技術的一種，它是一種數字模型文件為基礎，運用粉末、絲狀材料、液態可固化材料，通過逐層列印的方式來構造物體的技術。3D列印是一種增材製造技術，將三維實體切片後按層輪廓截面一層層成形後疊加而得到最終的製件
目前較為主流的3D列印技術包括:恪融沉積快速成型(Fused Deposit1nModeling，FDM),光固化成型(Stereolithigraphy Apparatus，SLA),三維粉末粘接型(Three Dimens1nal Printing and Gluing，3DP)，選擇性雷射燒結型(Selecting LaserSintering, SLS)等
隨著3D列印技術及其應用的發展，3D列印技術應用擴展到越來越多領域，截止到2013年I月，3D列印的產品還都是小件物體。此後，美國南加州大學、荷蘭的宇宙建築公司相繼研發了 3D列印建築的技術，但都不是整體列印，而是列印出來模塊後進行組裝。國內青島尤尼科技、上海盈創也在2014年成功研製出巨型3D建築列印設備
相信在不久的將來，技術先進可靠、建築材料普遍適應的3D列印技術可以幫助建築師創造出更多超現實的建築藝術品。


【發明內容】

[0003]為了克服現有3D建築列印設備列印材料單一性與列印精度低的不足，本發明所用裝置配置兩個噴頭，一個用來列印添加纖維的混凝土材料，另一個用來列印工程塑料、玻璃纖維等熱熔材料；在結構、傳動方式與控制設計方面滿足高精度列印。本發明的裝置不僅滿足混凝土主體的列印需求，還能精細列印建築裝飾構件、異形建築模板。
[0004]本發明所採用的技術方案如下:
一種用於建築行業的3D列印設備，包括主體結構、列印頭裝置、控制單元、數據處理單元。能夠適應多種建築材料列印，滿足不同列印速度與精度要求。
[0005]所述列印設備的主體結構如圖1所示，包括X軸導軌(1)，Y軸導軌(2)，Z軸導軌
(3)，底座(4)，熱塑性材料列印頭(5)，混凝土材料列印頭(6)，滑套(7)，配重(8)。其中至少一個噴頭、至少一個X軸導軌、至少一個Y軸導軌，至少一個Z軸導軌。X、Y、Z三軸導軌實現列印頭裝置三維運動定位，三軸全採用半閉環伺服驅動，X、Y軸採用齒輪齒條傳動，Z軸採用鏈輪鏈條傳動；
滑套(7)保證Z軸方向運動導向，內部包含電磁抱閘裝置；
配重(8)是為了減輕Z軸電機的負載，配重裝置在自己的導軌上隨X、Y軸同步升降。
[0006]所述列印頭裝置有兩個，包括熱塑性材料列印頭(5)和混凝土材料列印頭(6):
所述熱塑性材料列印頭(5)用來列印熱塑性材料，例如工程塑料、玻璃纖維。塑性材料列印頭(5)的結構如圖2所示，包括電機A (9)、熱熔材料進料口(10)、螺杆A (11)、噴嘴
(12)。電機A為具有無級調速特性的變頻電機；螺杆々為變徑螺杆，從進料口到噴嘴方向螺杆直徑逐漸變粗；分五段區域漸進分段加熱升溫
所述混凝土材料列印頭(6)用來列印混凝土材料。混凝土材料列印頭(6)的結構如圖3所示，包括電機B (18 )、混凝土進料口( 19 )、螺杆B (20 )、出料口( 21)、螺杆C (22)，螺杆B與螺杆C異向齒合。
[0007]所述控制單元包括直流電源、控制電路板、位置傳感器、溫度傳感器、物料傳感器、壓力傳感器、電機驅動電流。控制電路板接受來著PC軟體的列印命令與數據，實現對XYZ三軸的運動控制；檢測各傳感器狀態；根據對列印參數(例如材料、速度、精度、加熱溫度)的設置，進行不同形式的運動控制與列印頭中材料擠出控制。
[0008]所述數據處理單元為上位機軟體，實現列印模型編輯、分層切片、列印參數設定等功能
所述數據處理單元還具有列印斷點記憶恢復功能，在設備執行列印作業過程中設備故障或斷電引起作業中斷，在重啟機器後能夠從上次作業斷點繼續執行列印作業餘下任務。

【具體實施方式】
[0009]下面結合具體實施例對本發明作進一步說明。
[0010]【具體實施方式】I
列印建築物混凝土主體結構，採用纖維材料加混凝土代替傳統的鋼筋混凝土結構列印建築物混凝土主體結構時包括如下步驟:
a、建立三維建築計算機模型，對其進行切片分層，經邊界確定、填充，得到每一層的所有像素信息，進行數據處理，規劃列印路徑，啟動列印後PC向設備發送命令行；
b、列印主板控制三軸復位，檢測各傳感器狀態，確認機器正常，列印物料充足；
C、列印控制電路控制進料速度、進料通斷、運行速度，混凝土列印頭在同一高度層面沿PC發出的運動軌跡列印完一層；
d、列印設備的X、Y軸導軌沿Z軸方向向上上升相應的列印層厚，準備下一層列印；
d、列印下一層；
e、如此循環，直到列印完所有切片層數。
[0011]【具體實施方式】2
採用熱塑性材料列印異形建築模板或建築裝飾構件，可以不在建築工地作業。因為3D列印是自下而上一層層堆疊截面，所以在製作有懸空部分的形狀時，就需要利用支撐結構提供支撐
本發明的設備在列印支撐結構時使用與構件實體的同一種材料，只是支撐結構列印得稀疏，列印作業完成後去除支撐結構
列印異形建築模板或建築裝飾構件時包括如下步驟:
a、建立三維建築計算機模型，對其進行切片分層，經邊界確定、填充，合理設定支撐，得到每一層的所有像素信息，進行數據處理，規劃列印路徑，啟動列印後PC向設備發送命令行；
b、列印主板控制三軸復位，檢測各傳感器狀態，確認機器正常，列印物料充足； C、列印控制電路控制進料速度、進料通斷、運行速度，分段加熱溫度，熱塑性材料列印頭在同一高度層面沿PC發出的運動軌跡列印完一層；
d、列印設備的X、Y軸導軌沿Z軸方向向上上升相應的列印層厚，準備下一層列印；
d、列印下一層；
e、如此循環，直到列印完所有切片層數；
f、除去支撐結構說明書附圖
圖1:本發明整體結構示意圖:1-X軸導軌，2-Y軸導軌，3-Z軸導軌，4-底座，5-熱塑性材料列印頭，6-混凝土材料列印頭，7-滑套，8-配重
圖2:熱塑性材料列印頭結構示意圖:9_電機A，10-熱熔材料進料口，11-螺杆A，12-噴嘴，13-第五加熱段，14-第四加熱段，15-第二加熱段，16-第二加熱段，17-第一加熱段圖3:混凝土材料列印頭結構示意圖:18-電機B，19-混凝土進料口，20-螺杆B，21-出料口，22-螺杆C。
【權利要求】
1.一種用於建築行業的30列印設備，包括主體結構、列印頭裝置、控制單元、數據處理單元；列印設備的主體結構如圖1所示，包括X軸導軌(1), V軸導軌(2), 2軸導軌(3),底座(4),熱塑性材料列印頭(5),混凝土材料列印頭(6),滑套(7),配重(8)；其中至少一個噴頭、至少一個X軸導軌、至少一個X軸導軌，至少一個2軸導軌。
2.根據權利要求1所述的用於建築行業的30列印設備，其特徵在於使用兩個不同類型的列印頭，分別是混凝土材料列印頭與熱塑性材料列印頭。
3.根據權利要求2所述的混凝土材料列印頭，其特徵在於使用雙螺杆擠出。
4.根據權利要求2所述的熱塑性材料列印頭，其特徵在於使用分段加熱單螺杆擠出。
5.根據權利要求1所述的30列印設備，其特徵在於2軸方向設有配重裝置，且配重裝置有專門導軌。
6.根據權利要求1所述的30列印設備，其特徵在於2軸方向設有電磁抱閘裝置。
7.根據權利要求1所述的30列印設備，其特徵在於具有列印斷點記憶恢復功能。
【文檔編號】B28B1/00GK104453227SQ201410463520
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年9月12日 優先權日:2014年9月12日
【發明者】王紅 申請人:青島尤尼科技有限公司