打印物表面处理型建设用3D打印机的制作方法

打印物表面处理型建设用3d打印机
技术领域
1.本发明涉及用于输出成型各种结构物的建设用3d打印机，其中，喷射管(60)跟随用于吐出混凝土或者砂浆等的喷嘴(10)，同时通过向打印物表面喷射液材，以向打印物表面涂布处理液材。


背景技术：

2.建设用3d打印机为通过将主要采用混凝土或者砂浆等的流化床材料线形压出并进行层叠以形成预期形状的结构物的装置，不仅可省去或者最小化传统的混凝土结构物施工上所必需的工艺即铸型构建工艺，而且在成型性和施工时间等方面可获得显著的益处，作为相关的现有技术，可例举专利第1895151号。
3.包括专利第1895151号在内的现有建设用3d打印机如图1所示，通过移动体(20)中安装的喷嘴(10)，将混凝土或者砂浆等的流化床材料线形压出，并随着压出的线形打印物的层叠和硬化，完成结构物的制造，此附图中示出了壁体输出情况。
4.如上所述，建设用3d打印机的打印物基本上具有线形压出物的形态，沿着移动体(20)和喷嘴(10)的移动路径，线形压出物被层叠的同时成型为预期的结构物，在图1中示例的3d打印机中，用于吐出打印物的喷嘴(10)安装于移动体(20)，移动体(20)设置为可沿着轨道(92)水平往返，轨道(92)可升降地安装于龙门起重机(gantry crane)形态的框架(90)上，此外，可采用能够使安装有喷嘴(10)的移动体(20)自由移动的动臂起重机(jib crane)等各种形式。


技术实现要素：

5.技术问题
6.如上所述，建设用3d打印机的输出方式完全脱离了传统的混凝土结构物成型方式，即在构建完模型之后浇筑混凝土，如完成养护则拆除模型，基本上可视为在线形压出物的层叠体完全暴露的状态下，进行成型和养护的方式，因此不可避免地使各打印物表层部迅速干燥。
7.即，如图1所示，对于由打印物构成的层叠体，基于模具等铸型的成型物的养护期间的保湿被完全排除，因此打印物输出之后被迅速干燥，由此导致裂开和强度不足等严重问题。
8.由此，现有技术中，在结束对基本结构体的输出之后，在打印物的表面额外进行用于形成包覆层的表面处理或者抹墙等后处理作业，这种后处理工艺完全依靠手工进行，因此必然成为工期推延和工程费用上升的主要因素。
9.技术方案
10.本发明是为了解决上述问题而提出的，目的在于提供一种打印物表面处理型建设用3d打印机，其中，设置有喷射管(60)，其跟随安装于移动体(20)且用于吐出流化床材料的喷嘴(10)，喷射管(60)随着移动体(20)和喷嘴(10)的移动而移动；通过喷射管(60)对喷嘴
(10)中压出的打印物壁体侧面表面进行液材喷射。
11.此外，提供一种打印物表面处理型建设用3d打印机，其中，移动体(20)上设置有具有与喷嘴(10)的吐出方向平行的旋转轴的旋转体(30)；旋转体(30)上连接有喷射管(60)的支撑轴(40)；随着旋转体(30)的旋转，支撑轴(40)和喷射管(60)沿着以所述旋转轴为中心的圆弧移动。
12.此外，提供一种打印物表面处理型建设用3d打印机，旋转体(30)上连接有转动板(70)，其一端上设置有喷射管(60)的支撑轴(40)，并且转动板(70)的内部与旋转体(30)在平面上铰链连接；转动板(70)的另一端通过伸缩体(73)与旋转体(30)连接，随着伸缩体(73)的伸缩，转动板(70)在平面上旋转。
13.此外，提供一种打印物表面处理型建设用3d打印机，旋转体(30)上连接有转动板(70)，其一端上设置有轧辊(50)，转动板(70)的内部与旋转体(30)在平面上铰链连接；转动板(70)的另一端通过伸缩体(73)与旋转体(30)连接，随着伸缩体(73)的伸缩，转动板(70)在平面上旋转；所述轧辊(50)紧贴在打印物表面。
14.此外，提供一种打印物表面处理型建设用3d打印机，旋转体(30)上设置有机架(35)，其具有在平面上其中心与旋转体(30)的旋转轴一致的环形；移动体(20)上设置有轴齿轮(25)，其与驱动马达(23)连接且与所述机架(35)啮合；随着轴齿轮(25)的旋转，机架(35)和旋转体(30)进行旋转。
15.有益效果
16.通过本发明，基于建设用3d打印机可进行打印物输出的同时，向打印物表面喷射液材，从而可迅速且均匀地对打印物进行包覆处理，进而可适当地维持打印物组织的湿润状态。
17.特别是，能够显著地缓和并抑制现有的建设用3d打印机中不可避免的打印物表面部的过多干燥及其引起的裂开和强度蚕食，从而能够提高所完成的结构物的美观及结构性能。
18.此外，能够省略现有技术中通过建设用3d打印机输出结构体之后执行的包覆及抹墙作业，从而能够简化整体工艺，缩短工期，减少工程费用。
附图说明
19.图1是现有的建设用3d打印机的示例图。
20.图2是本发明一实施例的立体图。
21.图3是图2实施例的主视图和俯视图。
22.图4是图2实施例的主要部分的截取立体图。
23.图5是现有技术与本发明在工作方式上的比较图。
24.图6是图2实施例的工作状态的俯视图。
25.图7是图2实施例的工作方式的示意图。
26.图8是本发明两面处理型实施例的主要部分的截取立体图。
27.图9是图8实施例的主要部分的截取主视图。
28.图10是本发明各种处理型实施例的主要部分的截取立体图。
29.图11是图10实施例的工作方式的示意图。
30.图12是本发明复合处理型实施例的主要部分的截取立体图。
具体实施方式
31.下面，通过附图对本发明的具体结构和工作方式进行说明。
32.首先，图2图示了采用本发明一实施例的建设用3d打印机的整体结构的示例，图示的实施例中，升降式轨道(92)构成于龙门起重机形式的框架(90)，移动体(20)沿着该轨道(92)在横方向上往返行驶的同时使移动体(20)和喷嘴(10)移动。即，作为3d打印机的基本骨架采用了自走式龙门起重机形式的框架(90)，随着自走式框架(90)朝纵方向前进或者后退，使安装有喷嘴(10)的移动体(20)朝前方(f)或者后方(b)移动，并基于可升级地安装于框架(90)的轨道(92)，可使移动体(20)朝上下方向移动，而且随着移动体(20)沿着轨道(92)朝横方向行驶，可使喷嘴(10)朝左侧(l)移动或者朝右侧(r)移动。
33.如图3和图4所示，安装有喷嘴(10)的移动体(20)可与设置有多个行驶轮(22)的支架(21)接合，随着这些行驶轮(22)沿着所述轨道(92)行驶，支架(21)和移动体(20)沿着与轨道(92)平行的方向往返移动，在图示的实施例中，通过构成与支架(21)连接的皮带，从而驱动移动体(20)，但是，除此以外，还可以通过在移动体(20)的行驶轮(22)上连接另外的动力源，并以此来实现自走式行驶。另外，安装于移动体(20)上的喷嘴(10)从移动体(20)的下侧吐出混凝土或者砂浆等流化床材料，从而用于形成各个输出层的线形压出物沿着移动体(20)的移动路径被层叠的同时形成目标结构物，如图2至图4所示，喷嘴(10)的上端可构成有用于临时滞留流化床材料的料斗(15)，料斗(15)与供给管(95)连接，以向喷嘴(10)持续地提供流化床材料。
34.如上，附图所示的实施例中，基于自走式框架(90)和轨道(92)，移动体(20)可进行移动，但是，除此以外，起重机等各种形式只要能够使安装有喷嘴(10)的移动体(20)自由地上下纵横移动，便可用作本发明的建设用3d打印机的本体。
35.图4图示了从本发明中截取的核心结构，如图4所示，本发明的建设用3d打印机中，设置有喷射管(60)，其跟随安装于移动体(20)且用于吐出流化床材料的喷嘴(10)，喷射管(60)随着移动体(20)和喷嘴(10)的移动而移动，如图5的右侧所示，通过喷射管(60)的液材喷射到从喷嘴(10)压出的打印物表面，从而打印物表面形成液材的涂布层，进而可实现对打印物组织的保湿处理和对打印物表面的皮膜形成处理。
36.如图4所示，本发明的喷射管(60)为与喷嘴(10)的吐出方向平行的管体，喷射管(60)上安装有多个指向打印物的喷射口(61)，喷射管(60)上连接有从外部持续地供给液材的供给管，通过喷射管(60)压送的液材在喷射口(61)进行喷射，从而可均匀地涂布在打印物表面。
37.其中，喷射到打印物的液材可以采用用于使打印物的表面保湿的水，还可以采用各种包覆液或者增强药液等。
38.即，作为直立管体的喷射管(60)可设置为与喷嘴(10)的流化床材料的吐出方向平行的状态，可通过喷射管(60)和喷射口(61)对喷嘴(10)吐出的线形压出物层叠形成的打印物表面喷射液材。
39.因此，将基于现有技术输出的打印物与基于本发明输出的打印物进行比较并将其显示于图5中，附图的左侧图示的现有技术是不可避免地发生输出层间不连续面及因此导
致的表面凹凸严重的状态，而且因打印物表层部的急速干燥导致裂开，相反地，附图的右侧图示的本发明中，由于表面上形成包覆层的同时可实现对打印物组织的高度保湿，因此还可确保美观及结构上的稳定性。
40.如图4和图5的右侧所示，本发明中喷射管(60)通过支撑轴(40)、升降体(41)和旋转体(30)等与移动体(20)连接，基于连接于支撑轴(40)上端的升降体(41)，随着支撑轴(40)的升降，喷射管(60)一同升降，同时可调整喷射管(60)与打印物之间面对的范围。
41.作为上述升降体(41)可采用油压缸或者气压缸等的流体压力缸或者直线致动器等轴方向移动甚至伸缩的装置，通过升降体(41)的操作来调节喷射管(60)的打印物面对的范围，从而可弹性地调节打印物的层叠状态或者基于材料特性的液材的涂布范围。
42.此外，本发明中如图4和图6所示，喷射管(60)跟随喷嘴(10)移动的同时，喷射管(60)可根据需要构成为能够在平面上旋回，这可通过在移动体(20)中设置具有与喷嘴(10)的吐出方向平行的旋转轴的旋转体(30)且旋转体(30)上连接喷射管(60)的支撑轴(40)的结构来实现，从而随着旋转体(30)的旋转，支撑轴(40)和喷射管(60)可沿着以所述旋转轴为中心的圆弧移动。
43.图示的实施例中，旋转体(30)上安装喷射管(60)时具有以下结构：前面所述的升降体(41)上端安装于旋转体(30)的外部轮廓部，与喷射管(60)上端连接的支撑轴(40)与所述升降体(41)下端连接。
44.此外，如图示的实施例所示，旋转体(30)中用于设置喷射管(60)的部位，可利用旋转体(30)外部轮廓中向外侧凸出的凸出板(31)，如图4和图6所示，在旋转体(30)的凸出板(31)上安装喷射管(60)的过程中，通过采用在凸出板(31)中切开并形成长孔，并在该长孔中安装升降体(41)等用于连接喷射管(60)的构件的方式，通过调节喷射管(60)连接构件在长孔中紧固的位置，从而可调节喷射管(60)在平面上的连接位置，即，平面上喷射管(60)的中心点与喷嘴(10)的中心点之间的距离。
45.如此，通过调节喷射管(60)的中心点与喷嘴(10)的中心点之间的距离，且基于喷嘴(10)的吐出口口径的变化或者吐出速度的变化，即使打印物的平面上宽度发生变化，也能够弹性地调节喷射管(60)的位置。
46.针对如上所述本发明的建设用3d打印机的移动体(20)，旋转体(30)进行旋回甚至圆弧移动的过程中，作为实现该动作的具体结构，如图4所示，采用以下结构：旋转体(30)上设置有机架(35)，机架(35)为平面上其中心与旋转体(30)的旋转轴一致的环形，移动体(20)上设置有与驱动马达(23)连接且与所述机架(35)啮合的轴齿轮(25)，随着轴齿轮(25)的旋转使机架(35)和旋转体(30)旋转。
47.其中，可相互旋转地连接的移动体(20)和旋转体(30)如图4和图6所示，优选具有平面上与喷嘴(10)的中心点一致的旋转轴，为此，如该附图所示，移动体(20)本体设置为中心安装有喷嘴(10)的圆筒形甚至圆盘形，旋转体(30)由环形物构成，移动体(20)与旋转体(30)优选设置为平面上以同心结合，而且附图中虽未图示，移动体(20)的外周面与旋转体(30)的内周面之间设置有轴承或者润滑手段，从而旋转体(30)可实现圆滑旋转。
48.结果，本发明可视为喷嘴(10)、移动体(20)的本体、旋转体(30)及环形机架(35)在平面上均同心结合甚至设置的结构，并基于固定于移动体(20)的驱动马达(23)，啮合于机架(35)上的轴齿轮(25)进行旋转，从而旋转体(30)及其上面安装的喷射管(60)等在平面上
进行旋回甚至进行圆弧移动。
49.安装有喷射管(60)的旋转体(30)的旋转方向和速度可根据驱动马达(23)的正旋转、逆旋转和旋转速度的增减动作发生变化，上述驱动马达(23)甚至机架(35)的控制基于与驱动马达(23)连接的控制盘或者电算控制装置自动执行。
50.特别是，如图7所示，所述喷射管(60)在平面上的旋转移动是一种有用的功能，其在打印物的平面线形变化部位也能够维持基于喷射管(60)的液材喷射及喷射口(61)的打印物指向状态，如此附图所示，对于附图中上方的喷嘴(10)的前进部位、附图中右侧方向的喷嘴(10)的横方向移动部位及连接该两个部位的弯曲部位，都能够实现喷射管(60)的稳定跟随并维持喷射口(61)对打印物的指向性。
51.另外，图8和图9作为本发明两面处理型实施例，图示的实施例中以作为壁体的打印物为基准，平面上在打印物两侧分别设置额外的喷射管(60)，以能够向打印物壁体两侧面都喷射液材，该两侧喷射管(60)和喷射口(61)在平面上以打印物的中心线为轴形成相互对称。
52.在所述两面处理型实施例中，安装有喷射管(60)的旋转体(30)同样按照各自的喷射管(60)单独构成，如图9所示，单一移动体(20)的上部和下部分别构成有独立的旋转体(30)，用于驱动该两组旋转体(30)的机架(35)、轴齿轮(25)及驱动马达(23)同样分别相对于上侧旋转体(30)和下侧旋转体(30)单独地构成。
53.在如图8和图9所示的实施例中，上侧旋转体(30)的机架(35)设置于旋转体(30)的上面，下侧旋转体(30)的机架(35)设置于旋转体(30)的底面，用于驱动上侧旋转体(30)的轴齿轮(25)和驱动马达(23)安装于移动体(20)的上面，用于驱动下侧旋转体(30)的轴齿轮(25)及驱动马达(23)安装于移动体(20)的底面，因此分别安装有两侧喷射管(60)的上侧旋转体(30)和下侧旋转体(30)可以不相互从属甚至同步，而可完全个别独立地工作。
54.图10和图11图示了利用喷射管(60)整理打印物时在初始涂布用先行喷射管(60)的基础上构成后续附加进行涂布的喷射管(60)的多重处理型实施例，而不对每一个打印物表面进行基于单一喷射管(60)的一次液材涂布。
55.即，如图10和图11所示，旋转体(30)上连接有转动板(70)，其一端设置有喷射管(60)的支撑轴(40)，转动板(70)的内部与旋转体(30)在平面上铰链(hinge)连接，转动板(70)的另一端通过伸缩体(73)与旋转体(30)连接，随着伸缩体(73)的伸缩，转动板(70)在平面上旋转。
56.在图示的实施例中，转动板(70)为在平面上其中央部为弯曲形状的板体，通过形成于所述中央部的铰链，以与喷嘴(10)平行的铰链轴为轴可自由旋转地连接旋转体(30)与转动板(70)。
57.此外，如图11所示，在设置喷射管(60)的转动板(70)的另一侧端部与旋转体(30)外廓部之间设置有伸缩体(73)，从而随着伸缩体(73)的伸缩，转动板(70)进行转动，可改变平面上转动板(70)的角度。
58.用于连接转动板(70)与旋转体(30)的伸缩体(73)可采用用于改变甚至移动液压缸等轴方向的装置，随着转动板(70)的平面角发生改变，可调节安装于转动板(70)的喷射管(60)外周面与打印物的中心线之间的距离。
59.因此，通过转动板(70)相关构件不仅可确保后续喷射管(60)在打印物的线形变化
区间上稳定地移动，而且根据需要向先行的喷射管(60)和后续的喷射管(60)提供不同种类的液材，从而可实现不同种类液材的依次涂布。
60.图12是作为对先行喷射管(60)进行的后续处理，执行基于轧辊(50)的表面压制，而非应用前面所述的转动板(70)相关构件涂布液材的示例，从而不仅可使包括液材涂布层在内的打印物表层部实现高度的平坦化，而且还可进行使该部位的打印物组织致密化的复合处理。
61.即，如图12所示，旋转体(30)上连接有转动板(70)，其一端设置有轧辊(50)，而且转动板(70)的内部与旋转体(30)在平面上铰链连接，转动板(70)的另一端通过伸缩体(73)与旋转体(30)连接，随着伸缩体(73)的伸缩，转动板(70)在平面上旋转，转动板(70)的旋转动作和轧辊(50)的方向调节等的基本动作方式与前面所述的图10和图11的实施例相同。

技术特征：
1.一种打印物表面处理型建设用3d打印机，其特征在于：设置有喷射管(60)，其跟随安装于移动体(20)且用于吐出流化床材料的喷嘴(10)，喷射管(60)随着移动体(20)和喷嘴(10)的移动而移动；通过喷射管(60)对喷嘴(10)中压出的打印物壁体侧面表面进行液材喷射。2.如权利要求1所述的打印物表面处理型建设用3d打印机，其特征在于：移动体(20)上设置有旋转体(30)，其具有与喷嘴(10)的吐出方向平行的旋转轴；旋转体(30)上连接有喷射管(60)的支撑轴(40)；随着旋转体(30)的旋转，支撑轴(40)和喷射管(60)沿着以所述旋转轴为中心的圆弧移动。3.如权利要求2所述的打印物表面处理型建设用3d打印机，其特征在于：旋转体(30)上连接有转动板(70)，其一端上设置有喷射管(60)的支撑轴(40)，并且转动板(70)的内部与旋转体(30)在平面上铰链连接；转动板(70)的另一端通过伸缩体(73)与旋转体(30)连接，随着伸缩体(73)的伸缩，转动板(70)在平面上旋转。4.如权利要求2所述的打印物表面处理型建设用3d打印机，其特征在于：旋转体(30)上连接有转动板(70)，其一端上设置有轧辊(50)，转动板(70)的内部与旋转体(30)在平面上铰链连接；转动板(70)的另一端通过伸缩体(73)与旋转体(30)连接，随着伸缩体(73)的伸缩，转动板(70)在平面上旋转；所述轧辊(50)紧贴在打印物表面。5.如权利要求2所述的打印物表面处理型建设用3d打印机，其特征在于：旋转体(30)上设置有机架(35)，其具有在平面上其中心与旋转体(30)的旋转轴一致的环形；移动体(20)上设置有轴齿轮(25)，其与驱动马达(23)连接且与所述机架(35)啮合；随着轴齿轮(25)的旋转，机架(35)和旋转体(30)进行旋转。

技术总结
本发明涉及用于输出成型各种结构物的建设用3D打印机，其中，喷射管(60)跟随用于吐出混凝土或者砂浆等的喷嘴(10)，同时通过向打印物表面喷射液材，以向打印物表面涂布处理液材。通过本发明，基于建设用3D打印机可进行打印物的输出，同时向打印物表面喷射液材，从而可迅速且均匀地对打印物进行包覆处理，进而可适当地维持打印物组织的湿润状态。适当地维持打印物组织的湿润状态。适当地维持打印物组织的湿润状态。


技术研发人员：罗昊星 金东玄 洪宽善 柳憓珍
受保护的技术使用者：三星工程株式会社
技术研发日：2022.01.05
技术公布日：2023/8/9