一种适用于水泥基材料3D打印系统的阵列式喷头技术方案

本发明专利技术涉及一种适用于水泥基材料3D打印系统的阵列式喷头，其特征在于该阵列式喷头包括喷头外壳和阵列喷嘴机构；所述喷头外壳包括底板、侧壁、隔板、盖板、V形支撑板和涡轮减速机外壳，所述底板的横断面为W型，在W型底板的两个最低点开有喷口，沿底板的长度方向等间距布置多个喷口，W型底板的上部两个侧面与侧壁固定连接，底板与侧壁整体呈倒锥形；W型底板的上部中间端面支撑V形支撑板的下部，所述V形支撑板与底板上下平行布置，在对应喷口位置的V形支撑板上开孔；在V形支撑板上的底板与侧壁围成的空间内设置对称布置两个隔板，两个隔板的上部固定盖板，隔板、V形支撑板与相邻的侧壁之间形成密封料仓，密封料仓上部连接外部供料机构。

An array type nozzle suitable for 3D printing system of cement based materials

The invention relates to an array type nozzle is suitable for cement based material 3D printing system, which is characterized in that the nozzle comprises a nozzle array shell and nozzle array mechanism; the nozzle shell comprises a bottom plate, side wall, clapboard, cover plate, V shaped supporting plate and turbine reducer shell, cross section of the floor is W in two, the lowest W floor provided with vents, along the length direction of the bottom plate of the space arrangement of a plurality of nozzles, the upper W floor two sides and the side wall is fixedly connected with the bottom plate and the side wall has an inverted cone; the upper middle end surface of W type plate supporting a lower V support plate V, the shape of the support plate and the bottom plate in parallel arrangement, in the corresponding position of V shaped nozzle arranged on the supporting plate hole; in the V support around the bottom and side wall board is arranged in the room are symmetrically arranged two partitions, two upper partition A sealing material silo is formed between the fixed cover plate, the partition board, the V shape support plate and the adjacent side wall, and the upper part of the sealing material silo is connected with the external feeding mechanism.

【技术实现步骤摘要】
一种适用于水泥基材料3D打印系统的阵列式喷头
本专利技术涉及属于3D打印机械设备
，具体涉及一种适用于水泥基材料3D打印系统的阵列式喷头。
技术介绍
近年来，随着我国重大基础设施和能源工程建设的快速发展，水电高边坡、公路和铁路隧道、地下洞室群、核电站基础、核废料储存、地下油气储存、矿产开发、页岩油气和地热开发等重大工程都涉及到带有断层和三维裂隙网络岩体的复杂地质结构。物理模型试验是岩土工程领域主要研究手段之一，其基础在于制备出能够精确表征复杂地质结构的物理模型。由于岩体中这些不连续面和体的存在，目前在国际上尚没有成熟的方法制作复杂地质结构物理试验的三维模型。3D打印技术是一种近年来兴起的，包括诸多方面前沿技术知识，具有高科技含量的制造技术，已经在生物医疗、航天航空、模具制造、电子信息制造、汽车制造等领域获得广泛应用。运用3D打印技术来制作大尺度的复杂地质结构模型是探索工程地质灾害机理的基础。3D打印技术的最大优点是可以实现模型的可控制性和可复制性，适合于重复性的实验研究。将3D打印技术应用于复杂地质结构物理模型的制作是一项有着广泛应用前景的科学技术。打印喷头作为3D打印技术的核心部件，其成功研发对于解决相关领域工程问题具有重要的意义。在工程地质模型制作中，需要根据打印模型的尺寸精度以及模型内部结构的复杂性实时的转换打印的宽度，而现有技术中的打印喷头均为固定尺寸，在打印过程中不可以进行调整。公告号为CN104191494B的中国专利公开一种新型热熔水泥3D打印头，其主要功能为能够实现温度高、流动性差等材料的3D打印。该打印头由热料输送装置及冷料输送装置两部分组成，主要是针对新型热熔水泥这种只有水泥的特定材料而设计的，且所设计的3D打印头只适用于普通建筑物的打印。然而在工程地质模型制作中，如若只使用水泥作为原材料，原料中不含细砂、骨料等，则材料强度无法得到保证。同时工程地质模型的制作，更为关注模型内部结构的复杂性，且需要更大体量的打印喷嘴。而现有技术中并没有针对复杂地质结构模型制作的通用大体量水泥基材料3D打印喷嘴，图1及图2所示的新型热熔水泥3D打印头无法进行复杂地质结构模型制作。
技术实现思路
鉴于上述技术问题，本专利技术提供了一种适用于水泥基材料3D打印系统的阵列式喷头。该喷头专门针对水泥基材料3D打印系统而设计，为阵列式，能够在打印过程中实时控制每一个喷嘴的开关，从而调节整体的打印宽度。本专利技术解决所述技术问题采用的技术方案是：提供一种适用于水泥基材料3D打印系统的阵列式喷头，其特征在于该阵列式喷头包括喷头外壳和阵列喷嘴机构；所述喷头外壳包括底板、侧壁、隔板、盖板、V形支撑板和涡轮减速机外壳，所述底板的横断面为W型，在W型底板的两个最低点开有喷口，沿底板的长度方向等间距布置多个喷口，W型底板的上部两个侧面与侧壁固定连接，底板与侧壁整体呈倒锥形；W型底板的上部中间端面支撑V形支撑板的下部，所述V形支撑板与底板上下平行布置，在对应喷口位置的V形支撑板上开孔；在V形支撑板上的底板与侧壁围成的空间内设置对称布置两个隔板，两个隔板的上部固定盖板，隔板、V形支撑板与相邻的侧壁之间形成密封料仓，密封料仓上部连接外部供料机构；在盖板的上方固定涡轮减速机外壳；密封料仓呈为长条状，且供料机构的长度方向与密封料仓平行；所述阵列喷嘴机构包括涡轮减速机、中心齿轮和若干数量的喷嘴单元，所述中心齿轮设置在V形支撑板的中心，所述涡轮减速机包含在涡轮减速机外壳内，涡轮减速机的输出端穿过盖板与中心齿轮垂直连接，通过涡轮减速机能带动中心齿轮转动；若干数量的喷嘴单元以中心齿轮为中心分两侧分布；每个喷嘴单元均包括动力部件、增压阀、喷嘴绞龙、外侧齿轮、内侧齿轮、上端面齿轮和下端面齿轮，所述动力部件一端与外部动力源连接，动力部件的下部穿过盖板与增压阀连接，通过增压阀实现对动力部件的增压；所述增压阀下部固定连接上端面齿轮；所述喷嘴绞龙上部与上端面齿轮的下表面固定连接，喷嘴绞龙的下部依次穿过下端面齿轮、外侧齿轮、V形支撑板上相应的开孔，并深入底板上的相应喷口中；所述下端面齿轮能在喷嘴绞龙上上下滑动，使下端面齿轮与上端面齿轮的面齿能够相互啮合；所述外侧齿轮的内侧安装有与其相啮合的内侧齿轮；相邻两个喷嘴单元的内侧齿轮和外侧齿轮也相互啮合，中心齿轮的一端与一行中的某个或某几个喷嘴单元的内侧齿轮相啮合，另一端与另一行中的某个或某几个喷嘴单元的内侧齿轮相啮合。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术阵列式喷头专门针对水泥基材料3D打印而设计，阵列式喷头由多排可独立控制的喷嘴单元组成，在打印的过程中可以根据拟打印模型的几何结构，灵活地独立地控制每一个喷嘴单元的开关，因此同时兼顾了大尺寸与高精度，多个喷嘴单元同时工作也提高了模型(尤其是复杂模型结构)制作时的打印效率，填补了水泥基材料阵列式3D打印喷头的空白。附图说明图1为现有水泥材料3D打印喷头的热料输送装置结构示意图；图2为现有水泥材料3D打印喷头的冷料输送装置结构示意图；图3为本专利技术适用于水泥基材料3D打印系统的阵列式喷头的结构示意图；图4为本专利技术两个喷嘴单元与涡轮减速机的安装结构示意图；图5为本专利技术适用于水泥基材料3D打印系统的阵列式喷头一种实施例的阵列喷嘴机构2的主视局部剖视结构示意图；图6为本专利技术的中心齿轮、内侧齿轮和外侧齿轮在V形支撑板上的安装排布示意图；图中，1.喷头外壳，2.阵列喷嘴机构，3.供料机构，11.底板、12.侧壁、13.隔板、14.V形支撑板、15.密封料仓、16.涡轮减速机外壳、17.盖板，21.喷嘴绞龙、22.外侧齿轮、29.内侧齿轮、23.中心齿轮、24.上端面齿轮、25.下端面齿轮、26.增压阀、27.气缸、28.涡轮减速机，111.喷口，112.侧壁安装孔。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步说明，但并不以此作为对本申请权利要求保护范围的限定。本专利技术适用于水泥基材料3D打印系统的阵列式喷头(简称阵列式喷头，参见图3)包括喷头外壳1和阵列喷嘴机构2；所述喷头外壳1包括底板11、侧壁12、隔板13、盖板17、V形支撑板14和涡轮减速机外壳16，所述底板11的横断面为W型，在W型底板的两个最低点开有喷口111，沿底板的长度方向等间距布置多个喷口，W型底板的上部两个侧面设有侧壁安装孔112，通过螺栓穿过侧壁安装孔将底板11与侧壁12固定连接，底板与侧壁12整体呈倒锥形；W型底板的上部中间端面支撑V形支撑板14的下部，所述V形支撑板14与底板上下平行布置，在对应喷口位置的V形支撑板上开孔；在V形支撑板上的底板与侧壁围成的空间内设置对称布置两个隔板13，两个隔板的上部固定盖板17，隔板13、V形支撑板与相邻的侧壁12之间形成密封料仓15，密封料仓15上部连接外部供料机构3；在盖板17的上方固定涡轮减速机外壳16，涡轮减速机外壳16的两端与外部供料机构的下端固定；密封料仓15呈为长条状，且供料机构的长度方向与密封料仓平行，且呈45°夹角，使混凝土材料可以在自身的重下进行流动有利于材料的输送；所述阵列喷嘴机构2(参见图4和图5)包括涡轮减速机28、中心齿轮23和若干数量的喷嘴单元，所述中心齿轮设置在V形支撑板14的中心，所述涡轮减速机28包含在涡轮减速机外壳内，涡轮减本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于水泥基材料3D打印系统的阵列式喷头，其特征在于该阵列式喷头包括喷头外壳和阵列喷嘴机构；所述喷头外壳包括底板、侧壁、隔板、盖板、V形支撑板和涡轮减速机外壳，所述底板的横断面为W型，在W型底板的两个最低点开有喷口，沿底板的长度方向等间距布置多个喷口，W型底板的上部两个侧面与侧壁固定连接，底板与侧壁整体呈倒锥形；W型底板的上部中间端面支撑V形支撑板的下部，所述V形支撑板与底板上下平行布置，在对应喷口位置的V形支撑板上开孔；在V形支撑板上的底板与侧壁围成的空间内设置对称布置两个隔板，两个隔板的上部固定盖板，隔板、V形支撑板与相邻的侧壁之间形成密封料仓，密封料仓上部连接外部供料机构；在盖板的上方固定涡轮减速机外壳；密封料仓呈为长条状，且供料机构的长度方向与密封料仓平行；所述阵列喷嘴机构包括涡轮减速机、中心齿轮和若干数量的喷嘴单元，所述中心齿轮设置在V形支撑板的中心，所述涡轮减速机包含在涡轮减速机外壳内，涡轮减速机的输出端穿过盖板与中心齿轮垂直连接，通过涡轮减速机能带动中心齿轮转动；若干数量的喷嘴单元以中心齿轮为中心分两侧分布；每个喷嘴单元均包括动力部件、增压阀、喷嘴绞龙、外侧齿轮、内侧齿轮、上端面齿轮和下端面齿轮，所述动力部件一端与外部动力源连接，动力部件的下部穿过盖板与增压阀连接，通过增压阀实现对动力部件的增压；所述增压阀下部固定连接上端面齿轮；所述喷嘴绞龙上部与上端面齿轮的下表面固定连接，喷嘴绞龙的下部依次穿过下端面齿轮、外侧齿轮、V形支撑板上相应的开孔，并深入底板上的相应喷口中；所述下端面齿轮能在喷嘴绞龙上上下滑动，使下端面齿轮与上端面齿轮的面齿能够相互啮合；所述外侧齿轮的内侧安装有与其相啮合的内侧齿轮；相邻两个喷嘴单元的内侧齿轮和外侧齿轮也相互啮合，中心齿轮的一端与一行中的某个或某几个喷嘴单元的内侧齿轮相啮合，另一端与另一行中的某个或某几个喷嘴单元的内侧齿轮相啮合。...

【技术特征摘要】
1.一种适用于水泥基材料3D打印系统的阵列式喷头，其特征在于该阵列式喷头包括喷头外壳和阵列喷嘴机构；所述喷头外壳包括底板、侧壁、隔板、盖板、V形支撑板和涡轮减速机外壳，所述底板的横断面为W型，在W型底板的两个最低点开有喷口，沿底板的长度方向等间距布置多个喷口，W型底板的上部两个侧面与侧壁固定连接，底板与侧壁整体呈倒锥形；W型底板的上部中间端面支撑V形支撑板的下部，所述V形支撑板与底板上下平行布置，在对应喷口位置的V形支撑板上开孔；在V形支撑板上的底板与侧壁围成的空间内设置对称布置两个隔板，两个隔板的上部固定盖板，隔板、V形支撑板与相邻的侧壁之间形成密封料仓，密封料仓上部连接外部供料机构；在盖板的上方固定涡轮减速机外壳；密封料仓呈为长条状，且供料机构的长度方向与密封料仓平行；所述阵列喷嘴机构包括涡轮减速机、中心齿轮和若干数量的喷嘴单元，所述中心齿轮设置在V形支撑板的中心，所述涡轮减速机包含在涡轮减速机外壳内，涡轮减速机的输出端穿过盖板与中心齿轮垂直连接，通过涡轮减速机能带动中心齿轮转动；若干数量的喷嘴单元以中心齿轮为中心分两侧分布；每个喷嘴单元均包括动力部件、增压阀、喷嘴绞龙、外侧齿轮、内侧齿轮、上端面齿轮和下端面齿轮，所述动力部件一端与外部动力源连接，动力部件的下部穿过盖板与增压阀连接，通过增压阀实现对动...

【专利技术属性】
技术研发人员：马国伟，王里，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12