[發明專利]一種水泥基材料陣列式3D打印機

在審

• 申請號: 201710965576.5
• 申請日: 2017-10-17
• 公開（公告）號: CN107571371A
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發明（設計）人: 馬國偉;王里
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: B28B1/00
• 分類號: B28B1/00;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y50/00
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙)12210
• 代理人: 付長杰

技術領域

本發明屬于3D打印機械裝備技術領域，具體涉及一種水泥基材料陣列式3D打印機。

背景技術

近年來，隨著我國重大基礎設施和能源工程建設的快速發展，水電高邊坡、公路和鐵路隧道、地下洞室群、核電站基礎、核廢料儲存、地下油氣儲存、礦產開發、頁巖油氣和地熱開發等重大工程都涉及到帶有斷層和三維裂隙網絡巖體的復雜地質結構。物理模型試驗是巖土工程領域主要研究手段之一，其基礎在于制備出能夠精確表征復雜地質結構的物理模型。由于巖體中這些不連續面和體的存在，目前在國際上尚沒有成熟的方法制作復雜地質結構物理試驗的三維模型。

3D打印技術是一種近年來興起的，包括諸多方面前沿技術知識，具有高科技含量的制造技術，已經在生物醫療、航天航空、模具制造、電子信息制造、汽車制造等領域獲得廣泛應用。運用3D打印技術來制作大尺度的復雜地質結構模型是探索工程地質災害機理的基礎。3D打印技術的最大優點是可以實現模型的可控制性和可復制性，適合于重復性的實驗研究。

公布號為CN105220879A的專利提出了一種建筑工程3D打印機，其主要功能為：可不受建筑物高度的限制進行建筑物的3D打印。該設備整體由打印頭、橫梁、滑軌小車、水平滑軌、打印頭滑車、打印頭滑軌和提升裝幾部分組成。該設備主要針對建筑墻體砌筑而設計的，該系統只能用于打印尺寸精度較低的墻體；只能打印單一材料來源建筑物，而且該打印方式屬于輪廓打印，在制作三維實體模型上存在一定困難。然而在工程地質模型制作中，更為關注的是所打印模型的尺寸精度、模型結構形狀的不規則性，而且打印模型通常為三維實體模型，現有3D打印機滿足上述要求。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明擬解決的技術問題是：提供一種水泥基材料陣列式3D打印機。該打印機采用陣列式噴頭，同時配合水平移動機構和縱向移動機構，能實現陣列式噴頭穩定地上下水平移動，能用于水泥基材料的3D精細打印，在巖土工程、地質工程領域具有良好的應用前景。

為了實現上述目的，本發明的技術解決方案為：

水泥基材料陣列式3D打印機，其特征在于該打印機包括主框架、陣列式噴頭、物料存儲輸送機構、控制系統、縱向升降機構和水平移動機構；主框架為所述3D打印機的主體支撐結構，陣列式噴頭與物料存儲輸送機構相連并安裝于縱向升降機構上，縱向升降機構與水平移動機構相連接并裝配于主框架上，在控制系統的驅動下通過相互作用實現陣列式噴頭的水平和垂直移動；所述陣列式噴頭具有多個噴口；

所述主框架包括側立桿、長橫梁、短橫梁、載物板和柱腳，側立桿與長橫梁、短橫梁相互垂直固定連接組成長方體框架；長橫梁分上下兩層固定在側立桿上，與下層的長橫梁等高的位置上，且垂直于下層的長橫梁的兩個側立桿之間布置短橫梁；側立桿的底端通過柱腳固定在地面上；在柱腳上方的側立桿上平行于長橫梁的方向上固定有載物板，載物板上方為打印區域；

所述水平移動機構包括伺服電機及減速機、齒輪、直線滑軌副、橫向移動拖板、傳動齒條、傳送帶及集線槽、齒輪軸、同步帶及帶輪組、豎向移動拖板、上蓋和嚙合滑塊；所述直線滑軌副固定于上層的長橫梁的上表面，橫向移動拖板通過底部的四個嚙合滑塊與直線滑軌副嚙合連接，使橫向移動拖板能在直線滑軌副上來回移動；在橫向移動拖板的上表面固定豎向移動拖板，所述伺服電機及減速機與豎向移動拖板固定相連，豎向移動拖板上端固定上蓋，豎向移動拖板與橫向移動拖板和上蓋圍成空腔；所述傳動齒條固定于上層的長橫梁的內側表面上，齒輪軸固定于橫向移動拖板的下表面，齒輪軸兩端均固定有齒輪，齒輪與傳動齒條相互嚙合；齒輪軸與伺服電機及減速機之間通過同步帶及帶輪組相連接；在上下層長橫梁的外側安裝有用于放置控制線纜的傳送帶及集線槽；在橫向移動拖板和上蓋的四角對應位置分別開有橫向移動拖板開孔和上蓋開孔；

所述縱向升降機構包括支撐框架、四根直線導軌、打印頭穩定板、驅動電機、鋼絲繩和滑輪；支撐框架固定于橫向移動拖板上，四根直線導軌與打印頭穩定板滑動連接，并與橫向移動拖板開孔和上蓋開孔的位置垂直對應，四根垂直導軌能上下穿梭相應的橫向移動拖板開孔和上蓋開孔，四根直線導軌的下端連接陣列式噴頭；所述打印頭穩定板固定在橫向移動拖板的下方；驅動電機通過鋼絲繩繞過位于支撐框架頂部的滑輪與陣列式噴頭固定連接，打印頭穩定板、橫向移動拖板以及上蓋的中間均開有便于鋼絲繩穿過的孔洞。

從上述技術方案可以看出，本發明水泥基材料陣列式3D打印機具有以下有益效果：