[实用新型]一种水泥基材料阵列式3D打印机

说明书

技术领域

本实用新型属于3D打印机械装备技术领域，具体涉及一种水泥基材料阵列式3D打印机。

背景技术

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。

公布号为CN105220879A的专利提出了一种建筑工程3D打印机，其主要功能为：可不受建筑物高度的限制进行建筑物的3D打印。该设备整体由打印头、横梁、滑轨小车、水平滑轨、打印头滑车、打印头滑轨和提升装几部分组成。该设备主要针对建筑墙体砌筑而设计的，该系统只能用于打印尺寸精度较低的墙体；只能打印单一材料来源建筑物，而且该打印方式属于轮廓打印，在制作三维实体模型上存在一定困难。然而在工程地质模型制作中，更为关注的是所打印模型的尺寸精度、模型结构形状的不规则性，而且打印模型通常为三维实体模型，现有3D打印机满足上述要求。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型拟解决的技术问题是：提供一种水泥基材料阵列式3D 打印机。该打印机采用阵列式喷头，同时配合水平移动机构和纵向移动机构，能实现阵列式喷头稳定地上下水平移动，能用于水泥基材料的3D精细打印，在岩土工程、地质工程领域具有良好的应用前景。

为了实现上述目的，本实用新型的技术解决方案为：

水泥基材料阵列式3D打印机，其特征在于该打印机包括主框架、阵列式喷头、物料存储输送机构、控制系统、纵向升降机构和水平移动机构；主框架为所述3D打印机的主体支撑结构，阵列式喷头与物料存储输送机构相连并安装于纵向升降机构上，纵向升降机构与水平移动机构相连接并装配于主框架上，在控制系统的驱动下通过相互作用实现阵列式喷头的水平和垂直移动；所述阵列式喷头具有多个喷口；

所述主框架包括侧立杆、长横梁、短横梁、载物板和柱脚，侧立杆与长横梁、短横梁相互垂直固定连接组成长方体框架；长横梁分上下两层固定在侧立杆上，与下层的长横梁等高的位置上，且垂直于下层的长横梁的两个侧立杆之间布置短横梁；侧立杆的底端通过柱脚固定在地面上；在柱脚上方的侧立杆上平行于长横梁的方向上固定有载物板，载物板上方为打印区域；

所述水平移动机构包括伺服电机及减速机、齿轮、直线滑轨副、横向移动拖板、传动齿条、传送带及集线槽、齿轮轴、同步带及带轮组、竖向移动拖板、上盖和啮合滑块；所述直线滑轨副固定于上层的长横梁的上表面，横向移动拖板通过底部的四个啮合滑块与直线滑轨副啮合连接，使横向移动拖板能在直线滑轨副上来回移动；在横向移动拖板的上表面固定竖向移动拖板，所述伺服电机及减速机与竖向移动拖板固定相连，竖向移动拖板上端固定上盖，竖向移动拖板与横向移动拖板和上盖围成空腔；所述传动齿条固定于上层的长横梁的内侧表面上，齿轮轴固定于横向移动拖板的下表面，齿轮轴两端均固定有齿轮，齿轮与传动齿条相互啮合；齿轮轴与伺服电机及减速机之间通过同步带及带轮组相连接；在上下层长横梁的外侧安装有用于放置控制线缆的传送带及集线槽；在横向移动拖板和上盖的四角对应位置分别开有横向移动拖板开孔和上盖开孔；

所述纵向升降机构包括支撑框架、四根直线导轨、打印头稳定板、驱动电机、钢丝绳和滑轮；支撑框架固定于横向移动拖板上，四根直线导轨与打印头稳定板滑动连接，并与横向移动拖板开孔和上盖开孔的位置垂直对应，四根垂直导轨能上下穿梭相应的横向移动拖板开孔和上盖开孔，四根直线导轨的下端连接阵列式喷头；所述打印头稳定板固定在横向移动拖板的下方；驱动电机通过钢丝绳绕过位于支撑框架顶部的滑轮与阵列式喷头固定连接，打印头稳定板、横向移动拖板以及上盖的中间均开有便于钢丝绳穿过的孔洞。

从上述技术方案可以看出，本实用新型水泥基材料阵列式3D打印机具有以下有益效果：