打印物表面整理型建设用3D打印机的制作方法

打印物表面整理型建设用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，轧辊(50)跟随用于吐出混凝土或者砂浆等的喷嘴(10)，同时轧辊(50)的外表面紧贴打印物表面，以整理打印物表面。


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，此附图中示出了输出壁体的情况。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)可水平往返，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：

4.技术问题
5.如上所述，建设用3d打印机的打印物基本上可视为线形压出物的层叠体，因此不可避免地会在每个输出层之间形成边界部。
6.即，如图1所示，对于构成打印物的层叠体，在不同高度的各输出层之间不可避免地会组成不连续的表面，因此打印物的表面上将形成凹凸，导致在美学、以及输出层之间的粘附力和结构上的稳定性方面，不可避免地引起很多问题。
7.由此，现有技术中，在结束对基本结构体的输出之后，在打印物的表面需要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，这种后处理工艺只能依靠手工进行，因此必然成为工期推延和工程费用上升的主要因素。
8.技术方案
9.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整理型建设用3d打印机，其中，设置有轧辊(50)，其跟随从安装于移动体(20)且用于吐出流化床材料的喷嘴(10)，且平行于流化床材料的吐出方向，随着移动体(20)和喷嘴(10)的移动一同移动；轧辊(50)的外周面紧贴于喷嘴(10)中压出的打印物表面，以整理打印物表面。此外，提供一种打印物表面整理型建设用3d打印机，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)与轧辊(50)的支撑轴(40)连接；随着旋转体
(30)的旋转支撑轴(40)和轧辊(50)沿着以所述旋转轴为中心的圆弧移动。
10.此外，提供一种打印物表面整理型建设用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)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。
11.此外，提供一种打印物表面整理型建设用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)，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；所述喷射管(60)形成有用于指向打印物的喷射口(61)，以向打印物表面喷射液材。
12.此外,提供一种打印物表面整理型建设用3d打印机，支撑轴(40)中安装有用于旋转主动轮(47)的主动部(45)；轧辊(50)中安装有用于与所述主动轮(47)紧贴的从动轮(57)；随着主动部(45)的旋转，从动轮(57)和轧辊(50)进行旋转。
13.此外，提供一种打印物表面整理型建设用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。
14.有益效果
15.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对打印物表面进行高度整理作业，从而可迅速且稳定地进行打印物的平坦化，进而可实现美丽的表面成型。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因输出层之间的不连续面导致表面凹凸及结构上形成脆弱部，从而能够提高所完成的结构物的美观及结构性能。
16.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
17.图1是现有的建设用3d打印机的示例图。
18.图2是本发明一实施例的立体图。
19.图3是图2实施例的主视图和俯视图。
20.图4是图2实施例的主要部分的截取立体图。
21.图5是现有技术与本发明在工作方式上的比较图。
22.图6是图2实施例的工作状态的俯视图。
23.图7是图2实施例的工作方式的说明图。
24.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。
25.图9是图8实施例的主要部分的截取主视图。
26.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。
27.图11是图10实施例的工作方式的说明图。
28.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。
29.图13是本发明轧辊自转型实施例的主要部分的截取立体图。
具体实施方式
30.下面，通过附图对本发明的具体结构和工作方式进行说明。
31.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。
32.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。
33.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。
34.图4图示了从本发明中所截取的核心结构，如图4所示，本发明的建设用3d打印机中，设置有轧辊(50)，其跟随安装于移动体(20)且用于吐出流动状材料的喷嘴(10)，轧辊(50)随着移动体(20)和喷嘴(10)的移动而移动，如图5的右侧所示，通过轧辊(50)的外周面紧贴从喷嘴(10)中压出的打印物表面，以对打印物表面进行平坦化整理。
35.即，圆筒形轧辊(50)设置为与喷嘴(10)的流化床材料的吐出方向平行的起立状态，喷嘴(10)中吐出的线形压出物层叠形成打印物，随着轧辊(50)的外周面紧贴打印物的表面,对因输出层之间形成不连续面引起的表面凹凸进行整理，并使打印物表层部组织致密化。
36.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输出层间不连续面及因此导致的表面凹凸严重的状态，由此不可避免地发生有效截面积的蚕食并形成结构上的脆弱部，相反地，附图的右侧图示的本发明中，将表面凹凸整理成平坦的同时，通过对该部位进行压制使组织致密化，从而可确保美观及结构上的稳定性。
37.如图4和图5的右侧所示,本发明中轧辊(50)通过支撑轴(40)、升降体(41)及旋转体(30)等与移动体(20)连接，其中，支撑轴(40)为在平面上与轧辊(50)的中心轴形成同轴的轴，同时具有轧辊(50)的旋转轴的作用和轧辊(50)的支柱的作用,特别是，随着支撑轴(40)基于连接于支撑轴(40)上端的升降体(41)而升降，轧辊(50)一边一同升降，一边调节轧辊(50)与打印物间的接触范围。
38.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，而且可通过升降体(41)的操作来调节轧辊(50)的打印物接触的范围，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表面整理范围。
39.此外，本发明中如图4和图6所示，轧辊(50)跟随喷嘴(10)移动的同时，轧辊(50)可根据需要设置为能够在平面上旋回，这可通过在移动体(20)上设置具有与喷嘴(10)的吐出方向平行的旋转轴的旋转体(30)且旋转体(30)上连接轧辊(50)的支撑轴(40)结构来实现，从而随着旋转体(30)的旋转，支撑轴(40)和轧辊(50)可沿着以所述旋转轴为中心的圆弧移动。
40.图示的实施例中，旋转体(30)上安装轧辊(50)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，与轧辊(50)上端连接的支撑轴(40)与所述升降体(41)下端连接。
41.此外，如图示的实施例所示，旋转体(30)中用于设置轧辊(50)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)上安装轧辊(50)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)等轧辊(50)连接构成的方式，通过调节轧辊(50)连接构成在长孔中紧固的位置，从而可调节轧辊(50)在平面上的连接位置，即，平面上轧辊(50)的中心点与喷嘴(10)的中心点之间的距离。
42.如此，通过调节轧辊(50)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，也能够弹性地调节轧辊(50)的位置。
43.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)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)，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，机架(35)和旋转体(30)进行旋转。
44.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)本体构成为中心安装有喷嘴(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)优选构成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)的内周面之间构成有轴承或者润滑手段，从而旋转体(30)可实现圆滑旋转。
45.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，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)及其上面安装的轧辊(50)等在平面上进行旋回甚至进行圆弧移动。
46.安装有轧辊(50)的旋转体(30)的旋转方向和速度可基于驱动马达(23)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。
47.特别是,如图7所示，这种轧辊(50)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基于轧辊(50)对打印物持续起到整理作用，如此附图所
示，对于附图中上方的喷嘴(10)的前进部位与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，都能够实现基于轧辊(50)的稳定紧贴及表面整理。
48.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构成额外的轧辊(50)，以能够向打印物壁体两侧面都进行压制，该两侧轧辊(50)在平面上以打印物的中心线为轴形成相互对称。在所述两面处理型实施例中，安装有轧辊(50)的旋转体(30)同样按照各自的轧辊(50)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)同样相对于上侧旋转体(30)和下侧旋转体(30)分别单独地构成。
49.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轧辊(50)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。
50.图10和图11图示了利用轧辊(50)整理打印物时在初始接触轧辊(50)的基础上构成后续附加接触的轧辊(50)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轧辊(50)的一次轧辊(50)接触。
51.即，如图10和图11所示，旋转体(30)上连接有转动板(70)，其一端设置有轧辊(50)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。
52.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，通过构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)。
53.此外，如图11所示，在设置轧辊(50)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。
54.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)的轧辊(50)外周面与打印物的中心线之间的距离。
55.因此,通过转动板(70)相关构件不仅可确保后续轧辊(50)在打印物的线形变化区间上稳定地移动,而且根据需要设置成相比于先行的轧辊(50)，后续轧辊(50)与打印物间的距离靠近,从而还可进行对打印物进一步进行压制等的处理。
56.图12是作为先行轧辊(50)的后续处理，执行液材喷射而非应用前面所述的转动板(70)相关构件进行轧辊(50)压制的示例，其中，作为喷射到打印物的液材可采用用于使打印物的表面保湿的水，还可采用各种包覆液或者增强药液等。
57.即，如图12所示，旋转体(30)连接有转动板(70)，其一端设置有喷射管(60)，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
动作和喷射管(60)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。
58.只是,图12图示的实施例中，喷射管(60)中形成有用于指向打印物的喷射口(61)，以向打印物表面喷射液材，从而可进行复合处理，即在打印物表面形成包覆层或者防止打印物表面的过度干燥并维持适当的湿润状态等。
59.另外,图13图示了本发明的轧辊(50)自转型实施例,连接有轧辊(50)的支撑轴(40)上安装有用于旋转主动轮(47)的主动部(45)，而且轧辊(50)上安装有与所述主动轮(47)紧贴的从动轮(57),随着主动部(45)的旋转，可强制驱使从动轮(57)和轧辊(50)旋转。其中，主动部(45)是用于旋转主动轮(47)的马达等动力源,主动轮(47)和从动轮(57)是将主动部(45)的旋转力传递给轧辊(50)的动力传递手段。
60.如前所述的图4至图12的实施例同样可使轧辊(50)自由地旋转，此时，在支撑轴(40)的固定状态下，为了在支撑轴(40)的下端部自由地旋转而连接的轧辊(50)通过与打印物之间的接触进行旋转。
61.即,当自由旋转的轧辊(50)与打印物处于接触状态时，随着移动体(20)的移动，轧辊(50)沿着打印物表面旋转并行进,此时轧辊(50)的旋转力基于与打印物之间的摩檫力而产生,打印物表层部必然产生基于轧辊(50)摩擦的剪切应力。
62.对于所述打印物表层部上的剪切应力的产生而言，当其强度维持在适当的水准时，对于组织的致密性等产生正向作用,当产生过度的应力时，会立即损伤该部位，而且还会导致养护后产生残留应力等负作用。
63.由此,在轧辊(50)的接触移动的过程中，为了使轧辊(50)与打印物之间形成的摩檫力维持在适当的水准，通过前面所述的主动部(45)及从动轮(57)的构件，强制驱使轧辊(50)自转,从而可防止前面所述的打印物的损伤等。

技术特征：
1.一种打印物表面整理型建设用3d打印机，其特征在于：设置有轧辊(50)，其跟随安装于移动体(20)且用于吐出流化床材料的喷嘴(10)，且平行于流化床材料的吐出方向，随着移动体(20)和喷嘴(10)的移动一同移动；轧辊(50)的外周面紧贴于从喷嘴(10)中压出的打印物表面，以整理打印物表面。2.如权利要求1所述的打印物表面整理型建设用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)与轧辊(50)的支撑轴(40)连接；随着旋转体(30)的旋转，支撑轴(40)和轧辊(50)沿着以所述旋转轴为中心的圆弧移动。3.如权利要求2所述的打印物表面整理型建设用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)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所述的打印物表面整理型建设用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)，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；所述喷射管(60)形成有用于指向打印物的喷射口(61)，以向打印物表面喷射液材。5.如权利要求2所述的打印物表面整理型建设用3d打印机，其特征在于：支撑轴(40)中安装有用于旋转主动轮(47)的主动部(45)；轧辊(50)中安装有用于与所述主动轮(47)紧贴的从动轮(57)；随着主动轮(45)的旋转，从动轮(57)和轧辊(50)进行旋转。6.如权利要求2所述的打印物表面整理型建设用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，轧辊(50)跟随用于吐出混凝土或者砂浆等的喷嘴(10)，同时轧辊(50)的外表面紧贴打印物表面，以整理打印物表面。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，对打印物表面进行高度整理作业，从而可迅速且稳定地进行打印物的平坦化，进而可实现美丽的表面成型。现美丽的表面成型。现美丽的表面成型。


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：2023/8/14