基于打印模具的混凝土石膏陶瓷漿料的固態(tài)自由成型的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型專(zhuān)利涉及一種基于打印模具的混凝土石膏陶瓷漿料的固態(tài)自由成型機(jī)。該打印機(jī)包括在線模具的打印裝置、漿料進(jìn)給填充的打印裝置及多自由度的機(jī)器人手臂的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。在線模具打印裝置打印模具的主體和支撐部分。漿料進(jìn)給填充裝置包括漿料超聲波振打噴頭，漿料真空過(guò)濾器，漿料旁路裝置，漿料壓力泵和漿料攪拌器。漿料均勻攪拌并去除多余水分及氣體后，以可控的流速和壓力進(jìn)入超聲波振打墩實(shí)噴頭進(jìn)行漿料填充。逐層打印模具輪廓和漿料填充直到模型打印完畢，去除模具包絡(luò)體得到所需部件。主要解決了復(fù)雜結(jié)構(gòu)的漿料固態(tài)自由成型難題。打印機(jī)無(wú)需模具，成本低，制作速度快，可用于快速定制各種雕塑雕像，陶瓷結(jié)構(gòu)件，以及復(fù)雜結(jié)構(gòu)的藝術(shù)品。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于打印模具的混凝土石膏陶瓷漿料的固態(tài)自由成型機(jī)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及了一種漿料類(lèi)材料的固態(tài)快速成型增材打印領(lǐng)域，特別是快速制作復(fù)雜雕塑雕像及結(jié)構(gòu)部件的自由成型打印機(jī)。

【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的混凝土雕塑雕像，水泥雕塑雕像，石膏雕塑雕像，陶瓷結(jié)構(gòu)件，以及各種復(fù)雜的曲面結(jié)構(gòu)的藝術(shù)品，基本上靠手工或機(jī)器的雕刻制成，或通過(guò)制作金屬模具后澆鑄或壓鑄而成。這些傳統(tǒng)的制造技術(shù)通常存在著耗時(shí)費(fèi)力，粉塵對(duì)操作者身體的危害以及對(duì)環(huán)境的污染，同時(shí)，模具費(fèi)用和壓鑄設(shè)備的投入也非常大，特別對(duì)于小批量的制作或個(gè)性化的制作非常不便。3D打印技術(shù)是制造業(yè)領(lǐng)域正在迅速發(fā)展的一項(xiàng)新興技術(shù)，通常稱(chēng)作“3D打印機(jī)”，“快速成型”，“增材加工”等等，這種技術(shù)無(wú)需原胚和模具，就能直接根據(jù)計(jì)算機(jī)圖形數(shù)據(jù)，通過(guò)疊加材料的方法生成所需要的部件。目前對(duì)于混凝土石膏陶瓷類(lèi)材料的3D打印機(jī)通常采用粉末狀的材料經(jīng)過(guò)激光或電子束局部融化的方式打印所需要的部件，這些設(shè)備往往價(jià)格昂貴，可打印的部件尺寸偏小，打印材料單一，打印出來(lái)的部件沒(méi)有足夠強(qiáng)度，極易破損，有些部件根本就無(wú)法打印。如果采用單一噴嘴擠壓方式，由于漿類(lèi)材料快速成型的性能沒(méi)有足夠的完美，多層打印后，極易出現(xiàn)塌陷倒塌不均勻等現(xiàn)象，很難打印出所需要的雕塑或雕像，特別是對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的這類(lèi)工藝品基本上無(wú)法打印。
[0003]從上述的背景中，可以發(fā)現(xiàn)非常有必要發(fā)明一種新穎的打印機(jī)和打印方法，可實(shí)現(xiàn)混凝土石膏陶瓷類(lèi)漿料的固態(tài)立體自由成型，降低制品的制造成本和設(shè)備的投入成本，減少對(duì)環(huán)境的破壞，減少制作時(shí)間。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型提供了一種基于打印模具的混凝土石膏陶瓷漿料的固態(tài)自由成型機(jī)。這是一種基于在線模具的增材打印，通過(guò)層打印的方式填充得到所需要的濕態(tài)漿料模型，凝固烘干后去除打印的包絡(luò)模具，快速制作所需部件的固態(tài)自由成型打印機(jī)。這種打印機(jī)主要解決漿料類(lèi)材料的固態(tài)自由成型，解決漿料類(lèi)材料無(wú)法打印復(fù)雜的幾何構(gòu)造，層打印堆積后出現(xiàn)塌陷或倒塌的問(wèn)題。這種打印機(jī)不需要任何真正的模具和手板，成本低，漿料配方簡(jiǎn)單，制作速度快，可用于快速定制混凝土雕塑雕像，水泥雕塑雕像，石膏雕塑雕像，陶瓷結(jié)構(gòu)件，以其具有復(fù)雜的曲面結(jié)構(gòu)的藝術(shù)品。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過(guò)如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0006]設(shè)計(jì)一種基于在線模具的混凝土石膏陶瓷漿料的固態(tài)自由成型打印機(jī)，所述的打印機(jī)包括在線模具的打印裝置、漿料進(jìn)給填充的打印裝置及多自由度的機(jī)器人手臂的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。
[0007]所述的在線模具打印裝置包括打印模具主體材料部分和支撐材料部分，可打印任何復(fù)雜的在線模具的型腔。
[0008]所述的漿料進(jìn)給填充裝置包括漿料超聲波振打噴頭，漿料真空過(guò)濾器，漿料旁路裝置，漿料壓力泵和漿料攪拌器。
[0009]所述的漿類(lèi)材料通過(guò)攪拌器均勻攪拌后，進(jìn)入漿料壓力泵，漿料壓力泵可以控制漿料的流速和壓力，經(jīng)過(guò)漿料真空過(guò)濾器去除漿料中的多余水分和氣孔后，進(jìn)入超聲波振打墩實(shí)噴頭，噴頭配有不同規(guī)格的噴嘴，適應(yīng)相應(yīng)的漿料和打印精度要求。
[0010]所述的當(dāng)?shù)谝粚釉诰€模具輪廓打印好后，漿料噴頭開(kāi)始打印填充，填充完畢后，程序自動(dòng)切斷噴頭電磁開(kāi)關(guān)，漿料旁路裝置開(kāi)始循環(huán)，完成第一層的模具和漿料的打印開(kāi)始后，自動(dòng)開(kāi)始第二層與第一層相似的打印過(guò)程，周而復(fù)始，直到這種濕態(tài)模型打印完畢。
[0011]所述的通過(guò)自然或加熱的方法迫使水分的蒸發(fā)，凝固烘干后去采用物理或化學(xué)的方法除包絡(luò)的模具得到所需的部件。
[0012]本實(shí)用新型具有積極有益的效果:
[0013]1.該打印機(jī)主要解決漿料類(lèi)材料的固態(tài)自由成型，解決漿料類(lèi)材料無(wú)法打印復(fù)雜的幾何構(gòu)造，層打印堆積后出現(xiàn)塌陷或倒塌的問(wèn)題。
[0014]2.該打印機(jī)不需要任何真正的模具和手板，成本低，漿料配方簡(jiǎn)單，制作速度快，可用于快速定制混凝土雕塑雕像，水泥雕塑雕像，石膏雕塑雕像，陶瓷結(jié)構(gòu)件，以及各種復(fù)雜的曲面結(jié)構(gòu)的藝術(shù)品。
[0015]3.該打印機(jī)可實(shí)現(xiàn)混凝土石膏陶瓷類(lèi)漿料的立體自由成型，降低制品的制造成本和設(shè)備的投入成本，減少對(duì)環(huán)境的破壞，減少制作時(shí)間。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本實(shí)用新型的總體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2為本實(shí)用新型的在線模具打印裝置示意圖。
[0018]圖3為本實(shí)用新型的混凝土石膏陶瓷類(lèi)漿料填充打印裝置示意圖。
[0019]圖中，各序號(hào)名稱(chēng)如下:
[0020]圖中，101為多自由度的機(jī)器人手臂的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，102為在線模具打印裝置，103為漿料進(jìn)給填充打印裝置，104為機(jī)器手加緊裝置，105為所打印的樣品舉例，106為打印樣品托板；201為在線模具打印噴頭，202為進(jìn)料加熱熔化器，203為可控進(jìn)給裝置，204為在線模具料庫(kù)；301為漿料進(jìn)給填充打印噴頭，302為漿料開(kāi)關(guān)電磁閥，303為圓環(huán)狀PZT超聲波發(fā)生器下，304為圓柱多孔過(guò)濾器，305為吸水吸氣真空腔，306為圓環(huán)狀PZT超聲波發(fā)生器下，307為漿料進(jìn)給管，308為漿料泵，309為漿料攪拌器，310為安全旁路管。

【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明該打印機(jī)，參見(jiàn)圖1，包括在線模具的打印裝置102、漿料進(jìn)給填充的打印裝置103，多自由度的機(jī)器人手臂的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)101。這兩個(gè)打印裝置被機(jī)器手剛性?shī)A緊104，要求的打印樣品105沉積在樣品托板106上方。打印完畢后，樣品托板106可以移動(dòng)到打印區(qū)域外，等待凝固烘干。在線模具打印裝置102包括打印模具主體材料部分和支撐材料部分，參見(jiàn)圖2，主要由在線模具打印噴頭201，進(jìn)料加熱熔化器202，可控進(jìn)給裝置203和在線模具料庫(kù)204組成。采用ABS或PLA線狀熔融擠壓方式進(jìn)行，可打印任何復(fù)雜的在線模具的型腔。漿料進(jìn)給填充裝置103包括，參見(jiàn)圖3，漿料超聲波振打上306和漿料超聲波振打下303，噴頭301，漿料真空腔305，過(guò)濾器304，漿料旁路裝置310，漿料壓力泵308和漿料攪拌器309。漿類(lèi)材料通過(guò)攪拌器309均勻攪拌后，進(jìn)入漿料壓力泵308，漿料壓力泵可以控制漿料的流速和壓力，經(jīng)過(guò)漿料真空器305和過(guò)濾器304去除漿料中的多余水分和氣孔后，進(jìn)入下方超聲波振打303敦實(shí)噴頭，噴頭配有不同規(guī)格的噴嘴301，適應(yīng)相應(yīng)的漿料和打印精度要求。
[0022]本實(shí)用新型的自由成型打印機(jī)工作過(guò)程如下:
[0023]機(jī)器手臂101末端配備在線模具打印裝置102和漿料填充打印裝置103，通過(guò)程序?qū)崿F(xiàn)打印裝置的運(yùn)動(dòng)。在打印過(guò)程中，兩個(gè)打印裝置輪流工作。當(dāng)?shù)谝粚釉诰€模具輪廓通過(guò)模具打印噴頭201打印好后，模具打印噴頭201停止進(jìn)給，這時(shí)漿料噴頭301開(kāi)始打印填充，填充打印完畢后，程序自動(dòng)切斷噴頭電磁開(kāi)關(guān)302，漿料旁路保護(hù)裝置310開(kāi)始循環(huán)，完成第一層的模具和漿料的在線打印開(kāi)始后，自動(dòng)開(kāi)始第二層與第一層相似的打印過(guò)程，周而復(fù)始，直到這種濕態(tài)模型105打印完畢。通過(guò)自然或加熱或微波的方法迫使其中多余的水分蒸發(fā)，凝固烘干后去除模具即可得到所需的部件。
[0024]雖然，上文中已經(jīng)用一般性說(shuō)明及具體實(shí)施方案對(duì)本實(shí)用新型作了詳盡的描述，但在本實(shí)用新型基礎(chǔ)上，可以對(duì)之作一些修改或改進(jìn)，這對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見(jiàn)的。因此，在不偏離本實(shí)用新型工作和制作過(guò)程的基礎(chǔ)上所做的這些修改或改進(jìn)，均屬于本實(shí)用新型要求保護(hù)的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于打印模具的混凝土石膏陶瓷漿料的固態(tài)自由成型機(jī)，包括在線模具的打印裝置、漿料進(jìn)給填充的打印裝置及多自由度的機(jī)器人手臂的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于:在線模具的打印裝置和漿料進(jìn)給填充的打印裝置固定在機(jī)器人手臂的末端，在線模具的打印裝置由在線模具打印噴頭，進(jìn)料加熱熔化器，可控進(jìn)給裝置和在線模具料庫(kù)組成，漿料進(jìn)給填充的打印裝置包括漿料超聲波振打噴頭，漿料真空過(guò)濾器，漿料旁路裝置，漿料壓力泵和漿料攪拌器，逐層打印模具輪廓和漿料填充直至完成模具打印。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于打印模具的混凝土石膏陶瓷漿料的固態(tài)自由成型機(jī)，其特征在于:在線模具的打印裝置包括打印模具主體材料部分和支撐材料部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于打印模具的混凝土石膏陶瓷漿料的固態(tài)自由成型機(jī)，其特征在于:混凝土、石膏或陶瓷漿料通過(guò)攪拌器均勻攪拌后，進(jìn)入漿料壓力泵，漿料壓力泵可以控制漿料的流速和壓力，經(jīng)過(guò)漿料真空過(guò)濾器去除漿料中的多余水分和氣孔后，進(jìn)入超聲波振打墩實(shí)噴頭，噴頭配有不同規(guī)格的噴嘴，適應(yīng)相應(yīng)的漿料和打印精度要求。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于打印模具的混凝土石膏陶瓷漿料的固態(tài)自由成型機(jī)，其特征在于:所述的漿料真空過(guò)濾器包括真空泵和真空腔，其中內(nèi)置圓柱形的不銹鋼過(guò)濾管，過(guò)濾管的管壁均勻分布密集細(xì)小的微孔，在真空吸吮和超聲波振動(dòng)下，有效去除漿料中多余水分和氣孔后，達(dá)到固態(tài)成型后敦實(shí)致密。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于打印模具的混凝土石膏陶瓷漿料的固態(tài)自由成型機(jī)，其特征在于:在線模具的打印裝置打印第一層模具輪廓后，漿料進(jìn)給填充的打印裝置開(kāi)始填充模具輪廓，填充完畢后，程序自動(dòng)切斷噴頭電磁開(kāi)關(guān)，漿料旁路保護(hù)裝置開(kāi)始循環(huán)，完成第一層的模具和漿料的打印開(kāi)始后，自動(dòng)開(kāi)始第二層與第一層相似的打印過(guò)程，周而復(fù)始，直到模型打印完畢。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于打印模具的混凝土石膏陶瓷漿料的固態(tài)自由成型機(jī)，其特征在于:模具打印完畢后，通過(guò)自然或加熱的方法迫使其中的水分蒸發(fā)，凝固烘干后去除包絡(luò)的模具得到所需的部件。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于打印模具的混凝土石膏陶瓷漿料的固態(tài)自由成型機(jī)，其特征在于:這種打印機(jī)的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用了工業(yè)機(jī)器手臂，手臂末端配有剛性聯(lián)接的噴頭夾緊機(jī)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】B28B1/24GK204136193SQ201420182127
【公開(kāi)日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年4月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月16日
【發(fā)明者】張遠(yuǎn)明, 李豹, 黃淋芳 申請(qǐng)人:張遠(yuǎn)明