混凝土3D打印机喷头制造技术

本实用新型专利技术公开一种混凝土3D打印机喷头，在喷头壳体底部的喷口下方增设用于调节喷口大小的喷口调节板，便于调节混凝土出口的量，喷头壳体顶盖和混凝土输入口端盖通过蝶形螺母锁紧在喷头壳体上，拧紧或拧松蝶形螺母便于拆装和清洗喷头壳体顶盖和混凝土输入口端盖，步进电机通过联轴器、喷头安装轴与喷头壳体上的传动板固定连接，打印时，通过控制步进电机的旋转角度控制喷头壳体左右运动，能够实现中空墙“S”型填料，无需很大的编程工作量或另外增设喷头，即可完成“S”型打印工作，易于实现，且成本低。

【技术实现步骤摘要】
混凝土3D打印机喷头
本技术涉及一种3D打印机喷头，具体是一种混凝土3D打印机喷头，属于3D打印机器人

技术介绍
3D打印属于快速成型技术的一种，也属于先进制造技术的一种，其应用范围非常广泛。近年来，3D打印技术发展迅速，在各领域都取得了长足发展，已成为现代模型、模具和零部件制造的有效手段，在航空航天、汽车摩托车、家电、生物医学等领域得到了一定应用，在工程和教学研究等领域也占有独特地位。当代建筑用量最大、范围最广、最经济的建筑材料混凝土的发展，虽然只有不到200年的历史，却已成为当代社会使用量巨大的建筑工程材料，为人类社会的发展与前进做出了不可取代的贡献。混凝土3D打印技术是将3D打印技术与商品混凝土领域的技术相结合而产生的一种新型应用技术，其主要原理是：将混凝土构件利用计算机进行3D建模和分割生产三维信息，然后将配制好的混凝土拌合物通过挤出装置，按照设定好的程序，通过机械控制，由喷嘴挤出进行打印，最后得到混凝土构件。国内外学者已经成功打印出了一些建筑，例如灾区小型临时住屋，观光用复杂混凝土结构，甚至是较大型的别墅。3D打印作为第三次工业革命的重要标志，对传统社会生产产生巨大冲击，成为改变未来的创造性技术。传统房屋建造方式需要大量的劳动力来做支撑，施工过程比较复杂，安全性也相对较低，这难以适应自动化、快速化、智能化的发展趋势和要求，混凝土3D打印是按照预设的轨迹运行一层层地“打印”出混凝土结构，整个过程不需要或者只需极少量的人工操作，大大节省了人工成本，同时降低了施工安全风险。因此混凝土3D打印技术也在越来越多的场合被使用。同时，混凝土3D打印技术在实际施工打印过程中，由于其具有较高的可塑性，在成型过程中的无需支撑，是一种新型的混凝土无模成型技术，但受行业性质、标准化等因素的影响，近些年来虽然得到了快速发展，但也仍存在着一系列亟待解决的问题。混凝土3D打印喷头是混凝土3D打印机的主要结构之一，它是通过螺杆挤出的方式将泵输送来的混凝土挤出喷头，从而完成打印工作。但在实际工作中，具有以下缺点：1.由于建筑的高度、实际工况的变化等因素使得要求打印的壁厚不尽相同，这个问题会降低混凝土3D打印机的实用性。2.由于打印喷头打印的材料是混凝土，当打印工作完成后，必须及时拆下打印喷头并进行清洗，否则将引起混凝土凝固造成喷头无法继续使用，因此，如何设计一款能方便清洗、简易装拆的喷头也成为一个问题。3.如果打印的建筑墙壁是中空墙，由经验可知，一般打印的中空墙壁的横截面结构，内外两侧是一层混凝土，中间空心处还需要填充一定形状的混凝土，例如“S”型，其结构如图1所示。因此，中空墙空心的填充混凝土如何打印也是目前3D打印机需要面临的问题。针对上述打印机喷头打印厚度不同的技术问题，现有技术方案中，有的学者或工程师采用位于打印喷头底部的可以装卸的喷口，通过更换不同型号的喷口来改变喷口的大小，从而解决上述问题，喷口与喷头的连接是通过螺纹进行连接的；有学者或工程师直接更换整个打印喷头来解决此问题；另外，还有学者设计变径系统，包括底板、基座、变径电机齿轮、变径电机、盖板、大内齿轮、多个变径叶片及与变径叶片数量相同的小齿轮，变径电机的输出轴连接变径电机齿轮，安装时大内齿轮上的内齿恰好能与基座上固定的多个小齿轮内啮合，且大内齿轮的下表面与基座大直径部分的盘面接触，大内齿轮上的传动齿与变径电机齿轮外啮合，且盖板上的短柱恰好穿出大内齿轮上的相应弧形通槽并固定，大内齿轮上的弧形通槽在短柱的约束下转动；多个变径叶片能旋转打开和闭合，如图2所示，变径系统结构示意图，但是该结构复杂，变径叶片开合时会嵌入打印材料，材料凝固后叶片不易清理，维修成本高。在打印工作之前需要首先经过计算选出合适的喷口大小确实可以顺利完成一些打印工作，但是无法实现自动化与智能化的趋势；如果打印的实体对象较为复杂，要求的壁厚并不是一个定值时，临时更换喷头极其不方便，也会大大延长打印时间；关于上述变径系统方案，需要用到电机齿轮，大内齿轮，和若干个小齿轮和叶片，结构较为复杂，变径叶片开合时会嵌入打印材料，材料凝固后叶片不易清理，若混凝土混入叶片间隙得不到及时清洗，混凝土的凝固将会导致叶片之间摩擦力剧增，可能会使叶片旋转困难甚至出现故障，维修成本也较高。针对上述打印机喷头不便清洗和装拆的问题，有学者或工程师设计一个顶盖，顶盖与喷头之间通过螺纹进行连接，当打印工作完成后，工作人员旋下顶盖，将安装在顶盖的电机和挤料螺杆一同取出并进行冲洗。上述方案通过旋转顶盖可以较为方便地实现装拆与清洗工作，但存在着两个问题：一是在打印过程中，电机固定在顶盖上，并与螺杆轴相连，转动时必定会产生或大或小的冲击，螺纹的松动方向与螺杆的转动方向平行，可能会导致顶盖与喷头之间的螺纹滑动，从而导致连接松脱；二是，打印时可能会有少许混凝土接触到螺纹，一旦混凝土凝固，将极大地增加顶盖与喷头间螺纹的摩擦力，会导致旋开困难甚至无法旋开。针对上述填充混凝土的问题，有学者或工程师提出两种解决方案：一是，对3D打印机的伸缩机构、旋转机构进行编程，通过几个运动参数的配合控制几个轴运动来实现打印机喷头的“S”型运动，但是几个轴的运动，理论上可以叠加出所需要的“S”型运动轨迹，但其实现过程相对复杂，编程工作量较大，如果打印的墙壁不是规则的形状，编程的工作量将会大大增加，使得打印机的实用性大为降低。二是，使喷头绕螺杆轴方向做少量回转，此时，螺杆轴将不会穿过喷口的几何中心，而是从喷头上单独另引出一个打印“S”型填料的喷口，这种方案可以较好地完成中空墙的打印，无需花费大量时间去编程，只是需要再另外增设一个喷口，但是增设喷口就必须添加分隔机构，分隔机构相当于一个开关，用来控制混凝土从哪一个喷口中输出，这无疑会增加喷头结构的复杂性。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题，本技术提供一种混凝土3D打印机喷头，能够根据打印对象的壁厚自动调节3D打印机喷头喷口的混凝土喷出量，易于拆装和清洗顶盖，且无需很大的变成工作量或另外增设喷头，即可完成中空墙的打印工作，原理简单，易于实现，且成本低。为实现上述目的，本技术一种混凝土3D打印机喷头，包括喷头壳体，喷头壳体上部通过喷头顶盖密封，喷头顶盖上部安装有螺杆电机，螺杆电机输出轴通过联轴器与喷头壳体内部的挤料螺杆连接；喷头壳体侧面上部开设有混凝土输入端口，混凝土输入端口通过混凝土输入口端盖密封，混凝土输入管路接头钢管穿过混凝土输入口端盖，与喷头壳体连通；喷头顶盖和混凝土输入口端盖通过中间插有双头螺柱的蝶形螺母与喷头壳体连接在一起；喷头壳体外圆柱筒壁上焊接有一圈传动板和一圈舵机安装板，其中，传动板位于混凝土输入端口下方，舵机安装板位于传动板下方，传动板两个自由端通过螺母和螺栓锁紧在一起，将传动板固定在喷头壳体外圆柱筒壁上；在传动板上两个自由端对应的一侧钻孔，并在孔内开设键槽，喷头安装轴一端与键槽相匹配，插入到键槽内，另一端通过联轴器与步进电机相连；舵机安装板与喷头安装轴轴心方向垂直的两个方向上各延伸出一延长板，延长板为两段折本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种混凝土3D打印机喷头，包括喷头壳体（5），喷头壳体（5）上部通过喷头顶盖（2）密封，喷头顶盖（2）上部安装有螺杆电机（1），螺杆电机（1）输出轴通过联轴器与喷头壳体（5）内部的挤料螺杆连接；喷头壳体（5）侧面上部开设有混凝土输入端口，混凝土输入端口通过混凝土输入口端盖（15）密封，混凝土输入管路接头钢管（14）穿过混凝土输入口端盖（15），与喷头壳体（5）连通；其特征在于，/n喷头顶盖（2）和混凝土输入口端盖（15）通过中间插有双头螺柱（31）的蝶形螺母（3）与喷头壳体（5）连接在一起；喷头壳体（5）外圆柱筒壁上焊接有一圈传动板（6）和一圈舵机安装板（8）其中，传动板（6）位于混凝土输入端口下方，舵机安装板（8）位于传动板（6）下方，传动板（6）一端开口，呈发箍状，舵机安装板（8）由两段相同的半圆板组成，两段半圆板直接卡入并固定安装在喷头壳体（5）外圆柱筒壁上；传动板（6）的两个自由端通过螺母（7）和螺栓（16）锁紧在一起，将传动板（6）固定在喷头壳体（5）外圆柱筒壁上；在传动板（6）上两个自由端对应的一侧钻孔，并在孔内开设键槽，喷头安装轴（18）一端与键槽相匹配，插入到键槽内，另一端通过联轴器与步进电机（20）相连；/n舵机安装板（8）与喷头安装轴（18）轴心方向垂直的两个方向上各延伸出一延长板（81），延长板（81）为两段折线式，延长板（81）第一段靠近喷头壳体（5），延长板（81）第二段上安装有舵机（9）；两延长板（81）下方各设有一辅助块（13），辅助块（13）安装在喷头壳体（5）外圆柱筒壁下部，辅助块（13）上开设有滑槽，滑槽内安装有与滑槽相配合、用于调节喷口（17）大小的喷口调节板（12），喷口调节板（12）一端为自由端，另一端通过连杆（10）与舵机（9）输出轴曲柄铰接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种混凝土3D打印机喷头，包括喷头壳体（5），喷头壳体（5）上部通过喷头顶盖（2）密封，喷头顶盖（2）上部安装有螺杆电机（1），螺杆电机（1）输出轴通过联轴器与喷头壳体（5）内部的挤料螺杆连接；喷头壳体（5）侧面上部开设有混凝土输入端口，混凝土输入端口通过混凝土输入口端盖（15）密封，混凝土输入管路接头钢管（14）穿过混凝土输入口端盖（15），与喷头壳体（5）连通；其特征在于，
喷头顶盖（2）和混凝土输入口端盖（15）通过中间插有双头螺柱（31）的蝶形螺母（3）与喷头壳体（5）连接在一起；喷头壳体（5）外圆柱筒壁上焊接有一圈传动板（6）和一圈舵机安装板（8）其中，传动板（6）位于混凝土输入端口下方，舵机安装板（8）位于传动板（6）下方，传动板（6）一端开口，呈发箍状，舵机安装板（8）由两段相同的半圆板组成，两段半圆板直接卡入并固定安装在喷头壳体（5）外圆柱筒壁上；传动板（6）的两个自由端通过螺母（7）和螺栓（16）锁紧在一起，将传动板（6）固定在喷头壳体（5）外圆柱筒壁上；在传动板（6）上两个自由端对应的一侧钻孔，并在孔内开设键槽，喷头安装轴（18）一端与键槽相匹配，插入到键槽内，另一端通过联轴器与步进电机（20）相连；
舵机安装板（8）与喷头安装轴（18）轴心方向垂直的两个方向上各延伸出一延长板（81），延长板（81）为两段折线式，延长板（81）第一段靠近喷头壳体（5），延长板（81）第二段上安装有舵机（9）；两延长板（81）下方各设有一辅助块（13），辅助块（13）安装在喷头壳体（5）外圆柱筒壁下部，辅助块（13）上开设有滑槽，滑槽内安装有与滑槽相配合、用于调节喷口（17）大小的喷口调节板（12），喷口调节板（12）一端为自由端，另一端通过连杆（10）与舵机（9）输出轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：张家齐，郝敬宾，吴泽宇，李壮，李光伟，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32