一种建筑3D打印机用打印头及其使用方法与流程

本发明涉及3d打印技术领域，具体涉及一种建筑3d打印机用打印头及其使用方法。

背景技术：

3d(三维)打印技术是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的一种新兴技术，随着3d打印技术日益完善，不仅可以打印小件物品，而且这项技术可以应用于建筑行业。3d打印不仅是一种全新的建筑方式，甚至是一种颠覆传统的建筑模式，它更加坚固耐用、保护环境、高效、节能，不仅解放人力，还能大大降低建造成本。

在建筑业中，3d打印技术一般通过建筑用3d打印机来体现，建筑用3d打印机由于加工对象为建筑物，具有体积庞大，结构变化相对简单等特点。目前，现有的建筑用3d打印机的打印机头一般采用如图1所示的结构，该打印头的出料管是直筒型，在进行打印的过程中只能实现平面打印，在进行建筑物楼板打印过程中，需先在打印底部制作一个支撑体，然后在支撑体上按照固定的打印轨迹来回打印形成楼板结构，因此采用这样的打印头打印楼板结构时无法实现一次性打印，工作效率比较低。

技术实现要素：

为此，本发明提供一种建筑3d打印机用打印头及其使用方法，以解决现有建筑3d打印机用打印头在打印楼板结构时无法实现一次性打印，工作效率比较低的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

根据本发明的第一方面，一种建筑3d打印机用打印头，所述打印头安装在建筑3d打印机上，所述打印头包括料仓、出料管和挡料板，所述料仓的进料口端安装在所述建筑3d打印机上，出料口端连接所述出料管，所述出料管背离所述料仓的一端外安装有所述挡料板；所述出料管背离所述料仓的一端设置有倾斜出料口；所述建筑3d打印机上设置有控制器。

进一步地，所述料仓与所述出料管通过第一旋转机构可旋转地连接，所述第一旋转机构与所述控制器电连接。

进一步地，所述第一旋转机构包括第一旋转轴承和第一驱动电机，所述料仓与所述出料管之间通过所述第一旋转轴承可旋转地连接，所述第一旋转轴承在所述第一旋转电机的驱动下带动所述出料管沿所述料仓的中心轴旋转；所述第一驱动电机与所述控制器电连接。

进一步地，所述出料管背离所述料仓的一端外通过第二旋转机构安装有所述挡料板，所述第二旋转机构与所述控制器电连接。

进一步地，所述第二旋转机构包括第二旋转轴承和第二驱动电机，所述挡料板与所述出料管之间通过所述第二旋转轴承可旋转地连接，所述第二旋转轴承在所述第二旋转电机的驱动下带动所述挡料板沿所述出料筒的中心轴旋转；所述第二驱动电机与所述控制器电连接。

进一步地，所述挡料板呈“l”型；所述挡料板包括竖直板和水平板，所述竖直板与所述出料管平行，所述水平板与所述出料管垂直；所述竖直板和所述水平板的连接位置低于所述出料管的最低点。

进一步地，所述倾斜出料口的倾斜角度为45°。

根据本发明的第二方面，上述的打印头的使用方法，所述使用方法包括如下步骤：

步骤一：打印头沿着建筑物第一侧移动至第二侧，打印浆料沿着打印头的移动轨迹被打印到建筑物实体上形成具有斜面的第一打印结构体；

步骤二：第一打印结构体形成后，打印头沿着建筑物实体第二侧移动至第一侧，打印浆料沿着打印头的移动轨迹被打印到建筑物实体上形成具有斜面且横截面为菱形的第二打印结构体；第二打印结构体形成后，打印头继续在第一侧和第二侧来回移动形成一个或多个第二打印结构体，第一打印结构体与个第二打印结构体形成具有斜面的底板初形体；

步骤三：在底板初形体的上方，移动打印头打印第一打印结构体和第二打印结构体形成具有斜面的中间连接体；

步骤四：在中间连接体的上方，移动打印头打印出第一打印结构体形成具有斜面的顶板初形体；所述顶板初形体与所述底板初形体和所述中间连接体组合形成具有斜面的打印支撑体；

步骤五：以打印支撑体为支撑，以打印支撑体的斜面作为打印底面进行循环打印形成楼板结构。

进一步地，所述第一打印结构体的横截面为直角三角形或者直角梯形。

进一步地，当所述打印头移动到建筑物镂空位置进行打印时，“l”型所述挡料板的开口朝向与所述倾斜出料口的开口朝向相反，当打印头移动到建筑物其他位置进行打印时，“l”型所述挡料板的开口朝向与所述倾斜出料口的开口朝向相同。

本发明具有如下优点：

本发明一种建筑3d打印机用打印头通过“l”型挡料板的安装和出料管上倾斜出料口的设计，能够实现悬空打印，采用该打印头进行楼板时，下部不需要另外制作支撑体，能一次性打印完成，工作效率高。

本发明一种建筑3d打印机用打印头的使用方法简单易行，能够一次性完成建筑楼板的打印，能大大缩短打印楼板的时间，应用前景可观。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

图1为本发明背景技术中提供的现有建筑3d打印机用打印头的结构示意图；

图2为本发明实施例1提供的一种建筑3d打印机用打印头的一个结构示意图；

图3为本发明实施例1提供的一种建筑3d打印机用打印头的另一个结构示意图；

图4为本发明实施例2提供的打印支撑体在建筑物上的打印结构示意图；

图5为本发明实施例2提供的打印头在建筑物上的打印过程中的侧视图；

图6为本发明实施例2提供的打印头在建筑物上打印形成的楼板结构的正视图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图2-3所示的一种建筑3d打印机用打印头，所述打印头安装在建筑3d打印机上，所述建筑3d打印机上设置有控制器，所述打印头包括料仓1、出料管2和挡料板3，所述料仓1的进料口端安装在所述建筑3d打印机上，出料口端连接所述出料管2，所述出料管2背离所述料仓1的一端外安装有呈“l”型的所述挡料板3；所述挡料板3包括竖直板31和水平板32，所述竖直板31与所述出料管2平行，所述水平板32与所述出料管2垂直；所述竖直板31和所述水平板32的连接位置低于所述出料管2的最低点。

所述出料管2背离所述料仓1的一端设置有倾斜出料口20，所述倾斜出料口20的倾斜角度为45°。通过该技术方案，利用该打印头进行打印时，能打印出规则的菱形体。

在采用建筑3d打印机进行打印时，打印机将打印浆料依次经该打印头的料仓和出料管打出，本发明的打印头通过“l”型挡料板3的安装和出料管2上倾斜出料口的设计，能够实现悬空打印，采用该打印头进行楼板时，下部不需要另外制作支撑体，一次性打印完成，工作效率高。

所述料仓1与所述出料管2通过第一旋转机构可旋转地连接，所述第一旋转机构与所述控制器电连接。所述第一旋转机构包括第一旋转轴承和第一驱动电机4，所述料仓1与所述出料管2之间通过所述第一旋转轴承可旋转地连接，所述第一旋转轴承在所述第一旋转电机的驱动下带动所述出料管2沿所述料仓1的中心轴旋转；所述第一驱动电机与所述控制器电连接。在料仓1的底部设置有料仓出料口，通过该技术方案，能够自动化控制料仓出料口与出料管2的连通与封闭，从而实现打印头的料进和料出。

所述出料管2背离所述料仓1的一端外通过第二旋转机构安装有所述挡料板3，所述第二旋转机构与所述控制器电连接。所述第二旋转机构包括第二旋转轴承和第二驱动电机，所述挡料板3与所述出料管2之间通过所述第二旋转轴承可旋转地连接，所述第二旋转轴承在所述第二旋转电机的驱动下带动所述挡料板3沿所述出料筒2的中心轴旋转；所述第二驱动电机与所述控制器电连接。通过该技术方案，能够自动化调整挡料板3与出料管2倾斜出料口的相对位置，当所述打印头移动到建筑物镂空位置进行打印时，“l”型所述挡料板的开口朝向与所述倾斜出料口的开口朝向相反，如图3所示，有利于实现镂空位置的悬空打印；当打印头移动到建筑物其他位置进行打印时，“l”型所述挡料板的开口朝向与所述倾斜出料口的开口朝向相同，如图2所示，这样的操作了能有利于打印结构体结构的呈现，有助于打印出具有斜面的结构体。

实施例2

将实施例1所述的打印头使用在如图4-6所示的建筑物5上方进行楼板打印，建筑物5中间为镂空，包括如下步骤：

步骤一：打印头沿着建筑物5的第一侧51移动至第二侧52，打印浆料沿着打印头的移动轨迹被打印到建筑物实体上形成具有斜面的第一打印结构体6；所述第一打印结构体6的横截面为直角三角形或者直角梯形，通过控制打印头出料的速度和打印头与建筑物之间的位置打印出不同结构，满足不同的打印需求。

步骤二：第一打印结构体6形成后，打印头沿着建筑物实体第二侧52移动至第一侧51，打印浆料沿着打印头的移动轨迹被打印到建筑物实体上形成具有斜面且横截面为菱形的第二打印结构体7；第二打印结构体7的形状形成是打印浆料一定速度从打印头的倾斜出料口20打出后在第一打印结构体6的斜面支撑力和“l”型挡料板的阻挡力的共同作用下挤压而成，这也使得打印出的菱形第二打印结构体7比普通打印材料更加结实，稳固。

第二打印结构体7形成后，打印头继续在第一侧51和第二侧52来回移动形成一个或多个第二打印结构体7，第一打印结构体6与第二打印结构体7形成具有斜面的底板初形体；

步骤三：在底板初形体的上方，移动打印头打印第一打印结构体6和第二打印结构体7形成具有斜面的中间连接体；

步骤四：在中间连接体的上方，移动打印头打印出第一打印结构体6形成具有斜面的顶板初形体；所述顶板初形体与所述底板初形体和所述中间连接体组合形成具有斜面的打印支撑体8；

步骤五：以打印支撑体8为支撑，以打印支撑体8的斜面作为打印底面沿着固定的打印轨迹进行循环打印形成楼板结构9，得到的楼板结构9包括顶板91、底板92、中间波浪板93和两个侧板94，中间波浪板93的波峰与顶板91的内表面连接，中间波浪板93的波谷与底板92的内表面连接。所述的打印轨迹如图6中箭头所指的轨迹，即顶板→中间波浪板→第一侧板→底板→第二侧板→顶板→中间波浪板→第二侧板→底板→第一侧板→顶板→...........。

当所述打印头移动到建筑物5镂空位置进行打印时，“l”型所述挡料板3的开口朝向与所述倾斜出料口20的开口朝向相反，当打印头移动到建筑物其他位置进行打印时，“l”型所述挡料板3的开口朝向与所述倾斜出料口20的开口朝向相同。

采用本发明的打印头进行楼板打印过程中，顶板初形体、底板初形体和中间连接体是楼板打印的必要结构，也能作为后续打印的打印支撑体，这样减少了非必要打印工序，有效地缩短了打印时间，且能实现一次性打印完成，工作效率高。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。