一种基于三轴运动的复合水泥材料3D打印机装置的制作方法

一种基于三轴运动的复合水泥材料3d打印机装置
技术领域
1.本实用新型涉及3d打印技术领域，尤其是一种基于三轴运动的复合水泥材料3d打印机装置。


背景技术：

2.3d打印机装置作为一种低成本、高密节能、机动灵活、快速部署的材料成型设备，已经得到广泛的应用。复合材料制造是以数字模型为基础，将材料逐层堆积制造出实体物品的新兴制造技术。随着复合材料制造装备、成型工艺等技术发展越来越成熟，近年来建筑类复合材料制造在工业领域得到了广泛的应用。
3.从温度上来说，一般温度越低复合水泥材料水化反应越不活跃，凝结所需的时间则越长，在未凝结的这段时间，复合水泥材料的堆积性较差，不利于继续打印上一层，当打印大型构件时温度过高会产生气泡，影响其结构强度。而且传统的3d打印机装置结构较复杂，当打印完一层后，需要将较大的打印托板上升或下降后再打印下一层，因此得到的水泥打印件的精度较差。


技术实现要素：

4.本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种基于三轴运动的复合水泥材料3d打印机装置。使用该装置可以保证打印过程处于液状材料适宜打印的温度，提高了水泥打印件的精度和打印件力学性能。
5.本实用新型的技术方案如下：
6.一种基于三轴运动的复合水泥材料3d打印机装置，包括机架、三轴运动机构、打印喷头、打印托板装置、控制器以及与控制器相连的直流稳压电源、伺服驱动单元、温度传感器和接近开关；直流稳压电源还连接温度传感器和接近开关用于提供电源；三轴运动机构搭载于机架上并与伺服驱动单元连接，打印喷头设于三轴运动机构上，通过三轴运动机构实现xyz三轴方向运动，打印托板装置位于三轴运动机构和打印喷头的下方，用于存放水泥打印件，打印托板装置包括托板、置于托板侧边的把手、置于托板下表面的支撑轮以及固定位置挡板，固定位置挡板位于托板一边角处，起到隔离防护的作用；温度传感器安装于打印喷头上，用于检测环境温度；接近开关安装于三轴运动机构的设定极限位置处，用于限制三轴运动机构的运动位置。
7.其进一步的技术方案为，三轴运动机构包括x轴传动机构、y轴传动机构、z轴传动机构，x轴传动机构沿机架的x轴方向设置，y轴传动机构与x轴传动机构沿xy平面垂直设置，y轴传动机构在x轴传动机构上沿x轴方向水平移动，z轴传动机构与x轴传动机构、y轴传动机构沿z轴方向垂直设置，z轴传动机构在y轴传动机构上沿y轴方向水平移动，打印喷头设于z轴传动机构上，并沿z轴方向上下移动。
8.其进一步的技术方案为，x轴传动机构包括两个x轴方向导轨、x轴滚珠丝杠和x轴联轴器，x轴方向导轨和x轴滚珠丝杠的两端均设于沿x轴方向的机架上，且两个x轴方向导
轨相对设置，x轴滚珠丝杠的一端通过x轴联轴器与伺服驱动单元中的x轴伺服电机连接；y轴传动机构包括y轴方向导轨、y轴滚珠丝杠和y轴联轴器，y轴方向导轨和y轴滚珠丝杠设于机架的y轴支撑横梁上，y轴支撑横梁沿y轴方向分布，y轴支撑横梁的两端分别位于两个x轴方向导轨上且y轴支撑横梁套设于x轴滚珠丝杠上，y轴滚珠丝杠的一端通过y轴联轴器与伺服驱动单元中的y轴伺服电机连接；z轴传动机构包括z轴方向光轴、z轴滚珠丝杠、z轴联轴器、z轴支撑架、z轴传动台和z轴连接件，z轴方向光轴和z轴滚珠丝杠设于沿z轴方向分布的z轴支撑架上，z轴传动台套设于z轴方向光轴上，并与z轴连接件固定连接，z轴支撑架通过z轴连接件设于y轴方向导轨上且套设于y轴滚珠丝杠上，z轴滚珠丝杠的一端通过z轴联轴器与伺服驱动单元中的z轴伺服电机连接，打印喷头位于z轴方向光轴上且套设于z轴滚珠丝杠上；各轴方向导轨和z轴方向光轴用于限制各轴运动轨迹，接近开关分别设于各轴的方向导轨和z轴方向光轴的设定极限位置处。
9.其进一步的技术方案为，伺服驱动单元包括x轴伺服驱动器和x轴伺服电机和x轴编码器、y轴伺服驱动器和y轴伺服电机和y轴编码器、z轴伺服驱动器和z轴伺服电机和z轴编码器、c轴驱动器和c轴进料电机，各轴的伺服驱动器、伺服电机和编码器依次相连，各轴的编码器设置在各轴对应的伺服电机的电机轴上，且与各轴对应的伺服驱动器相连，各轴的伺服驱动器还与控制器连接，c轴进料电机与打印喷头的进料部位连接，编码器用于反馈各轴伺服电机的运行位置。
10.其进一步的技术方案为，装置还包括与控制器相连的水平传感器和应变片测力传感器，水平传感器和应变片测力传感器通过直流稳压电源供电，水平传感器和应变片测力传感器安装于打印喷头上，水平传感器用于检测喷口状态与打印件存放板的倾角状态，应变片测力传感器用于测量液状材料挤出量。
11.其进一步的技术方案为，装置还包括与控制器相连的显示器面板和键盘鼠标，显示器面板用于显示装置的实时打印数据，显示器面板配合键盘鼠标还用于创建所需复合材料打印件的基础信息。
12.其进一步的技术方案为，装置还包括与控制器相连的辅助设备，包括指示灯、风扇和日光灯，指示灯用于提示装置的运行情况，风扇用于给控制器、伺服驱动单元散热，日光灯用于给安装了控制器的电气柜照明使用。
13.本实用新型的有益技术效果是：
14.通过在打印喷头处设置温度传感器、水平传感器和应变片测力传感器，可以检测喷口状态与打印件存放板是否处于水平位置，保证打印过程处于液状材料适宜打印的温度，提高了水泥打印件的精度和打印件力学性能，该装置在水泥材料成型方面做到依据工作环境的变化做出适应性调整，具有较好的鲁棒性；通过在各轴传动机构的设定极限位置处设置接近开关，防止各轴传动机构的运动位置超出限位；该3d打印机装置通过三轴运动机构和伺服驱动单元配合实现三轴打印，通过编码器反馈各轴伺服电机当前运行位置，当存在意外断电或者停机复位时，可以选择重新启动或者继续上一次未完成的打印位置继续打印，实现打印大型零件的灵活可操控性，提高打印的成功率，并且节约能源。
附图说明
15.图1是本技术提供的3d打印机装置的原理示意图。
16.图2是本技术提供的3d打印机装置的结构示意图。
17.图3是本技术提供的3d打印机装置的另一视角的结构示意图。
具体实施方式
18.下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步说明。
19.结合图1
‑
图3所示，基于三轴运动的复合水泥材料3d打印机装置包括机架1、三轴运动机构、打印喷头2、打印托板装置、控制器3以及与控制器3相连的直流稳压电源4、伺服驱动单元、温度传感器5和接近开关6，可选的，还包括与控制器3相连的水平传感器7、应变片测力传感器8、显示器面板9、键盘鼠标10和辅助设备。直流稳压电源4还连接温度传感器5、接近开关6、水平传感器7、应变片测力传感器8用于提供电源，可选的，还连接其他需要用电的设备为其供电。本技术的控制器3基于nc610系列实现，控制器3通过获取各个传感器采集的当前状态数据，判定当前状态是否满足复合水泥材料3d打印的基本运行条件，控制器3通过读取u盘模型或绘制简易模型生成实际运行轨迹，并通过控制伺服驱动单元实现高效打印。
20.伺服驱动单元包括x轴伺服驱动器110和x轴伺服电机111和x轴编码器112、y轴伺服驱动器113和y轴伺服电机114和y轴编码器115、z轴伺服驱动器116和z轴伺服电机117和z轴编码器118、c轴驱动器和c轴进料电机119，各轴的伺服驱动器、伺服电机和编码器依次相连，各轴的编码器设置在各轴对应的伺服电机的电机轴上，且与各轴对应的伺服驱动器相连，各轴的伺服驱动器还与控制器3连接，c轴进料电机119与打印喷头112的进料部位连接，编码器112、115、118用于反馈各轴伺服电机的运行位置。
21.三轴运动机构搭载于机架1上并与伺服驱动单元连接，打印喷头2设于三轴运动机构上，通过三轴运动机构实现xyz三轴方向运动，打印托板装置位于三轴运动机构和打印喷头2的下方，用于存放水泥打印件，打印托板装置包括托板121、置于托板侧边的把手122、置于托板下表面的支撑轮123以及固定位置挡板124，可选的，本技术在托板下表面的四个边角处均设有一个支撑轮123，使托板121可以移动，便于拿取水泥打印件，固定位置挡板124位于托板121一边角处，起到隔离防护的作用。三轴运动机构包括x轴传动机构、y轴传动机构、z轴传动机构，x轴传动机构沿机架1的x轴方向设置，y轴传动机构与x轴传动机构沿xy平面垂直设置，y轴传动机构在x轴传动机构上沿x轴方向水平移动，z轴传动机构与x轴传动机构、y轴传动机构沿z轴方向垂直设置，z轴传动机构在y轴传动机构上沿y轴方向水平移动，打印喷头2设于z轴传动机构上，并沿z轴方向上下移动。
22.具体的，x轴传动机构包括两个x轴方向导轨130、x轴滚珠丝杠131和x轴联轴器132，x轴方向导轨130和x轴滚珠丝杠131的两端均设于沿x轴方向的机架1上，且两个x轴方向导轨130相对设置，x轴滚珠丝杠131的一端通过x轴联轴器132与伺服驱动单元中的x轴伺服电机111连接。y轴传动机构包括y轴方向导轨133、y轴滚珠丝杠134和y轴联轴器135，y轴方向导轨133和y轴滚珠丝杠134设于机架1的y轴支撑横梁136上，y轴支撑横梁136沿y轴方向分布，y轴支撑横梁136的两端分别位于两个x轴方向导轨130上且y轴支撑横梁136套设于x轴滚珠丝杠131上，y轴滚珠丝杠134的一端通过y轴联轴器135与伺服驱动单元中的y轴伺服电机114连接。z轴传动机构包括z轴方向光轴137、z轴滚珠丝杠138、z轴联轴器139、z轴支撑架140、z轴传动台141和z轴连接件142，z轴方向光轴137和z轴滚珠丝杠138设于沿z轴方
向分布的z轴支撑架140上，z轴传动台141套设于z轴方向光轴137上，并与z轴连接件142固定连接，z轴支撑架140通过z轴连接件142设于y轴方向导轨133上且套设于y轴滚珠丝杠134上，z轴滚珠丝杠138的一端通过z轴联轴器139与伺服驱动单元中的z轴伺服电机117连接，打印喷头2位于z轴方向光轴137上且套设于z轴滚珠丝杠138上。各轴方向导轨130、133和z轴方向光轴137用于限制各轴运动轨迹，接近开关6安装于三轴运动机构的设定极限位置处，具体分别设于各轴的方向导轨130、133和z轴方向光轴137的设定极限位置处(图中未示出)，用于限制三轴运动机构的运动位置。
23.本技术的温度传感器5基于weisi ts
‑
ftm01型号实现，水平传感器7基于秘仕hvt110t型号实现，应变片测力传感器8基于buffson smf
‑
103型号实现，三者均安装于打印喷头2上，温度传感器5用于检测环境温度，水平传感器7用于检测喷口状态与打印件存放板的倾角状态，应变片测力传感器8用于测量液状材料挤出量，保证打印过程处于液状材料适宜打印的温度，提高了水泥打印件的精度和打印件力学性能，该装置在水泥材料成型方面做到依据工作环境的变化做出适应性调整，具有较好的鲁棒性。显示器面板9用于显示装置的实时打印数据，实时打印数据包括水泥打印件名称、水泥打印件结构、当前打印喷头坐标位置、当前打印使用时间、当前液状材料用量和当前各个传感器检测结果，显示器面板9配合键盘鼠标10还用于创建所需复合材料打印件的基础信息。辅助设备包括指示灯11、风扇12和日光灯13，指示灯11用于提示装置的运行情况，风扇12用于给控制器3、伺服驱动单元散热，日光灯13用于给安装了控制器3的电气柜照明使用。需要说明的是，本技术采用的其他传感器或设备均为现有模组，在此不详细介绍其内部结构。
24.以上所述的仅是本技术的优选实施方式，本实用新型不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本实用新型的保护范围之内。