本公开涉及机电设备及建筑3d打印技术领域，尤其涉及一种台式混凝土3d打印机。
背景技术：
3d打印技术(3dprinting，简称3dp)出现于20世纪90年代中期，其工作原理是通过电脑控制将“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图转变成实物产品。
建筑3d打印技术是在熔融沉积成型(fuseddepositionmodeling，简称fdm)基础上发展出来的新型应用，其原理是通过三维切片软件对建筑构件的三维模型进行切片分层生成打印机运动代码，然后由打印机的三坐标移动平台驱动挤出机逐层挤出水泥砂浆，多次堆叠成型具有实用功能的建筑构件。
在实现本公开的过程中，申请人发现目前的混凝土3d打印机较为笨重，拆卸、安装、搬运、清洗都不方便；同时自动化程度较低，对物料料位、物料质量等参数的把握还停留在经验阶段，对人工的依赖较强。
公开内容
(一)要解决的技术问题
本公开提供了一种台式混凝土3d打印机，以至少部分解决以上所提出的技术问题。
(二)技术方案
本公开提供了一种台式混凝土3d打印机，包括：框架；三维运动平台，通过其x轴模组的两条滑轨上的支撑座可拆卸地固定于框架上；打印喷头，固定于三维运动平台的y轴模组的滑块上；控制模块，用于控制三维运动平台中x轴模组、y轴模组和z轴模组的驱动电机运行，将打印喷头移动到设定位置；控制打印喷头内的打印电机运行将物料挤出。
在本公开的一些实施例中，在x轴模组每条滑轨底部的两侧开设固定槽，每条固定槽对应至少两个支撑座，支撑座可滑动地卡接于该固定槽内，支撑座在其边角位置向下开设有固定孔；框架上开设有相应的固定孔；三维运动平台和框架通过固定孔内的固定件可拆卸连接。
在本公开的一些实施例中，对于框架：在框架主体的两侧各伸出两条支撑臂，每个支撑臂与卡接于x轴模组上的一支撑座相对应；在所述支撑臂上开设有固定孔；固定螺栓穿过支撑座上的固定孔和支撑臂上的固定孔，将所述三维运动平台固定在框架上。
在本公开的一些实施例中，还包括：连接装置；所述连接装置包括：固定安装板，固定安装于y轴模组的滑块上；喷头安装板，固定于固定安装板上，呈水平方向设置；打印喷头包括：步进电机，固定于喷头安装板的上方，其输出轴竖直向下穿过喷头安装板；料筒，固定于喷头安装板的下方，其形成有斜向上方的进料口；喷头绞龙，竖直向下安装于料筒内，其上端通过联轴器连接至步进电机的输出轴；喷头，安装于料筒的下部。
在本公开的一些实施例中，料筒自上而下包括：进料套筒、锥形筒以及圆筒；进料套筒向下连接锥形筒的大口，其向上提供步进电机的电机轴和喷头绞龙的绞龙轴的连接空间，其斜向上方形成进料口；圆筒向上连接锥形筒的小口，向下螺接喷头；喷头绞龙贯穿进料套筒、锥形筒和圆筒。
在本公开的一些实施例中，还包括：料位传感器，设置于锥形筒内侧，用于感应表征料筒内物料量的第二料位l2；压力传感器，设置于锥形筒和圆筒的连接位置，用于感应表征物料在挤出过程中压力的第二压力p2；所述控制模块，用于根据所述第二料位l2和第二压力p2对打印喷头中的步进电机进行控制。
在本公开的一些实施例中，控制模块执行的控制逻辑如下：
接收料位传感器获取的第二料位l2；
接收压力传感器获取的第二压力p2；
当第二料位l2低于设定的打印喷头料斗内的料位下限l04时，停止打印电机；
当第二料位l2高于设定的打印喷头料斗内的料位上限l05时，发出报警信号；
当第二压力p2的波动值超过设定的波动范围时，发出报警信息并停止打印电机。
在本公开的一些实施例中，还包括：超声振动源，设置于打印喷头料斗的外侧，用于以超声振动的方式对料斗内物料进行振动除气，其中超声振动的频率范围是2×104～5×104hz。
在本公开的一些实施例中，三维运动平台包括：x轴模组、y轴模组和z轴模组，其中：x轴模组的两条滑轨通过支撑座固定在框架上；z轴模组的两条滑轨竖直向上分别固定于x轴模组的两滑块上；y轴模组的滑轨的两侧分别固定于z轴模组的两滑块上；所述打印喷头固定在沿y轴模组的滑块上，三个模组的滑块在控制模块的控制下由相应的驱动电机带动在相应的滑轨上移动。
在本公开的一些实施例中，在三维运动平台的模组滑块上，设置有前、后运动检测部件；其中，该运动检测部件用于实时测量滑块当前位置与前、后极限位置的距离，在滑块到达极限位置后，向控制模块发送信号，由控制模块停止相应驱动电机的运行。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本公开台式混凝土3d打印机至少具有以下有益效果其中之一：
(1)三维运动平台通过支撑座可拆卸地固定于框架上，拆卸、安装、维护简单方便，支撑座可沿x轴前后滑动，安装方便，适用范围广。
(2)采用三维运动平台作为打印喷头的运动支撑部件，技术成熟，运动稳定性好，整机小巧，适用范围广，便于人工搬运和安装。
(3)采用步进电机直接驱动绞龙旋转挤出机构，结构简单，拆卸、维修、清洗方便。
(4)通过料位传感器实现对料位的监测，通过压力传感器实现了物料均匀性的监测，通过料位信息和物料均匀性的信息来控制打印电机，可以尽可能保证打印产品的质量，节省人工，还可以避免了由于喷料等情形对打印喷头的损害。
(5)采用超声振动进行除气，避免了除气振动对打印作业的影响，不会影响打印作品的质量。
附图说明
图1为本公开实施例台式混凝土3d打印机的结构示意图。
图2为图1所示台式混凝土3d打印机中打印喷头和连接组件的透视图。
图3为图1所示台式混凝土3d打印机中控制模块执行的控制逻辑的示意图。
【附图中本公开实施例主要元件符号说明】
100-框架；
110-框架主体；
121-脚轮；
130-辊轮架；131-辊轮；132-定位销结构；
141-支撑臂；
200-三维运动平台；
210-x轴模组；
211-固定槽；212-支撑座；213-固定孔；
214、215-前、后两运动检测部件；
221-y轴滑轨；
231-z轴滑轨；
300-打印喷头；
311-固定安装板；312-喷头安装板；
320-步进电机；
330-料筒；340-喷头绞龙；350-喷头；
331-进料口；332-进料套筒；333-锥形筒；334-圆筒；
400-滑动平台。
具体实施方式
本公开提供了一种拆卸、安装、维修、清理方便，智能化程度高，适用范围广的台式混凝土3d打印机。
在下文中，本公开某些实施例将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本公开的各种实施例可以许多不同形式实现，而不应被解释为限于此数所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本公开满足适用的法律要求。
在本公开的一个示例性实施例中，提供了一种台式混凝土3d打印机。图1为本公开实施例台式混凝土3d打印机的结构示意图。如图1所示，本实施例台式混凝土3d打印机包括：框架100；三维运动平台200，通过x轴模组的两条滑轨上的支撑座可拆卸地固定于框架上；打印喷头300，固定于三维运动平台的y轴模组的滑块上；控制模块(未示出)，用于控制三维运动平台中x轴模组、y轴模组和z轴模组的驱动电机运行，将打印喷头移动到设定位置；控制打印电机运行将物料挤出。
其中，在x轴模组每条滑轨底部的两侧开设固定槽211，每条固定槽对应至少两个支撑座212，支撑座可滑动地卡接于该固定槽内，支撑座在其四个边角位置向下开设有固定孔213。框架上也有相应的固定孔。三维运动平台和框架通过固定孔内的固定件可拆卸连接。
本实施例中，三维运动平台通过支撑座可拆卸地固定于框架上，拆卸、安装、维护简单方便，稳定性好，支撑座可沿x轴前后滑动，安装方便，适用范围广。
以下分别对本实施例台式混凝土3d打印机各组成部分进行详细描述。
请参照图1，框架包括：框架主体110；四个脚轮121，安装于框架主体下方的四个边角位置；辊轮架130，安装于框架主体的上台面上，其内侧设置若干个平行于框架短边方向的辊轮131。本实施例台式混凝土3d打印机还包括：滑动平台400，其可沿辊轮架上的辊轮沿x轴方面推入或拉出。
本实施例中，在框架主体的两侧各伸出两条支撑臂141，每个支撑臂与卡接于x轴模组上的一支撑座相对应。在支撑臂上开设有固定孔。固定螺栓穿过支撑座上的固定孔和支撑臂上的固定孔，将三维运动平台固定在框架上。
此外，在辊轮架的一侧，设置有定位销结构132。在滑动平台上设置有与定位销结构对应的定位销结构。两定位销结构相配合，可将滑动平台在辊轮架上的位置固定。
请参照图1，三维运动平台200固定在框架上，包括：x轴模组210、y轴模组和z轴模组。其中，x轴模组的两条滑轨通过支撑座固定在框架上；z轴模组的两条滑轨231竖直向上分别固定于x轴模组的两滑块上。y轴模组的滑轨221的两侧分别固定于z轴模组的两滑块上。在沿y轴模组的滑块上，固定有打印喷头。三个模组的滑块由相应的驱动电机带动在相应的滑轨上移动。
本实施例中，采用三维运动平台作为打印喷头的运动支撑部件，技术成熟，运动稳定性好，整机小巧，适用范围广，便于人工搬运和安装。
此外，在各个模组的滑块上，设置有前、后运动检测部件(214、215)，该运动检测部件用于实时测量滑块当前位置与前、后极限位置的距离，在滑块到达极限位置后，向控制模块发送信号，由控制模块停止相应驱动电机的运行。
打印喷头300通过连接组件固定在y轴模组的滑块上。图2为图1所示台式混凝土3d打印机中打印喷头和连接组件的透视图。请参照图2，该连接装置包括：固定安装板311，固定安装于y轴模组的滑块上；喷头安装板312，固定于固定安装板上，呈水平方向设置。
请继续参照图2，打印喷头包括：步进电机320，固定于喷头安装板的上方，其输出轴竖直向下穿过喷头安装板；料筒330，固定于喷头安装板的下方，其形成有斜向上方的进料口331；喷头绞龙340，竖直向下安装于料筒内，其上端通过联轴器连接至步进电机的输出轴；喷头350，安装于料筒的下部。其中，物料从进料口填入，喷头绞龙在步进电机的带动下旋转，将物料从喷头挤出。
其中，料筒采用亚克力材质，自上而下包括：进料套筒332、锥形筒333以及圆筒334。进料套筒向下连接锥形筒的大口，其向上提供步进电机的电机轴和喷头绞龙的绞龙轴的连接空间，其斜向上方形成进料口331。圆筒向上连接锥形筒的小口，向下螺接喷头。喷头绞龙340贯穿进料套筒、锥形筒和圆筒，其将物料从锥形筒压入圆筒，并从喷头挤出。
本实施例中，步进电机和喷头绞龙的连接简单，构造简单方便，采用搅龙旋转挤出方式，拆卸清洗方便。
在锥形筒内设置有料位传感器和压力传感器。其中，料位传感器设置于锥形筒内侧，用于感应表征料筒内物料量的第二料位l2。压力传感器设置于锥形筒和圆筒的连接位置，用于感应表征物料在挤出过程中压力的第二压力p2。为保证打印成品质量，打印过程中混凝土浆液稠度即挤压压力需要保持均匀。压力的波动表示前料和后料之间含水量、含气量出现变化，即混凝土浆料质量出现波动，如果波动超过了预设范围则需要暂停打印。
图3为图1所示台式混凝土3d打印机中控制模块执行的控制逻辑的示意图。如图3所示，本实施例中控制模块执行的控制逻辑如下：
步骤s302，实时接收料位传感器获取的第二料位l2；
步骤s304，实时接收压力传感器获取的第二压力p2；
步骤s306，当第二料位l2低于设定的打印喷头料斗内的料位下限l04时，停止打印电机；
步骤s308，当第二料位l2高于设定的打印喷头料斗内的料位上限l05时，发出报警信号；
步骤s310，当第二压力p2的波动值超过设定稳定值的±20％范围时，发出报警信息并停止打印电机。
本实施例中，对于物料质量要求较高，因此采用精度较高的压力传感器和较窄的压力波动范围。在本公开的其他实施例中，关于压力波动范围，操作人员可以根据需要进行合理设定。
本领域技术人员应当能够理解，物料过多或过少，均匀性的好坏，都会影响打印机的性能和打印产品的质量，本实施例中，通过料位传感器实现对料位的监测，通过压力传感器实现了物料均匀性的监测，在发生异常状况时停止打印电机或发出报警信号，可以尽可能保证打印产品的质量，节省人工；同时不损坏打印喷头，提高了打印喷头的寿命。
本实施例中，还包括：超声振动源，设置于打印喷头料斗的外侧，用于以超声振动的方式对料斗内物料进行振动除气。
其中，超声振动源为超声振动马达，超声振动的频率范围是2×104～5×104hz。超声频率的振动用于除去物料中的微小气泡，并且该频率该范围不会影响到打印精度，不会影响打印作品的质量。
至此，本实施例台式混凝土3d打印机介绍完毕。
至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如：
(1)支撑臂还可以设置在辊轮架的两侧；
(2)框架上的支撑臂和三维运动平台的支撑座还可以用铆接、卡接等固定方式连接；
(3)料位传感器和压力传感器还可以采用各种类型的传感器；
依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开台式混凝土3d打印机有了清楚的认识。
综上所述，本公开提供一种拆卸、安装、维修、清理方便，智能化程度较高，适用范围较广的台式混凝土3d打印机，能够大大提升3d打印机的适用范围，节省人工，提高打印质量，具有较好的实用价值。
还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。
并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。
再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。
此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
在此提供的算法和显示不与任何特定计算机、虚拟系统或者其它设备固有相关。各种通用系统也可以与基于在此的启示一起使用。根据上面的描述，构造这类系统所要求的结构是显而易见的。此外，本公开也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本公开的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本公开的最佳实施方式。
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
1.一种台式混凝土3d打印机，包括：
框架；
三维运动平台，通过其x轴模组的两条滑轨上的支撑座可拆卸地固定于所述框架上；
打印喷头，固定于所述三维运动平台的y轴模组的滑块上；
控制模块，用于控制所述三维运动平台中x轴模组、y轴模组和z轴模组的驱动电机运行，将所述打印喷头移动到设定位置；控制所述打印喷头内的打印电机运行将物料挤出。
2.如权利要求1所述的台式混凝土3d打印机，其中：
在所述x轴模组每条滑轨底部的两侧开设固定槽，每条固定槽对应至少两个支撑座，支撑座可滑动地卡接于该固定槽内，支撑座在其边角位置向下开设有固定孔；
所述框架上开设有相应的固定孔；所述三维运动平台和所述框架通过固定孔内的固定件可拆卸连接。
3.如权利要求2所述的台式混凝土3d打印机，对于所述框架：在框架主体的两侧各伸出两条支撑臂，每个支撑臂与卡接于x轴模组上的一支撑座相对应；在所述支撑臂上开设有固定孔；固定螺栓穿过支撑座上的固定孔和支撑臂上的固定孔，将所述三维运动平台固定在框架上。
4.如权利要求1所述的台式混凝土3d打印机，还包括：连接装置；
所述连接装置包括：固定安装板，固定安装于y轴模组的滑块上；喷头安装板，固定于固定安装板上，呈水平方向设置；
所述打印喷头包括：步进电机，固定于喷头安装板的上方，其输出轴竖直向下穿过喷头安装板；料筒，固定于喷头安装板的下方，其形成有斜向上方的进料口；喷头绞龙，竖直向下安装于料筒内，其上端通过联轴器连接至步进电机的输出轴；喷头，安装于料筒的下部。
5.如权利要求4所述的台式混凝土3d打印机，其中，所述料筒自上而下包括：进料套筒、锥形筒以及圆筒；
所述进料套筒向下连接锥形筒的大口，其向上提供步进电机的电机轴和喷头绞龙的绞龙轴的连接空间，其斜向上方形成进料口；所述圆筒向上连接锥形筒的小口，向下螺接喷头；
所述喷头绞龙贯穿进料套筒、锥形筒和圆筒。
6.如权利要求5所述的台式混凝土3d打印机，还包括：
料位传感器，设置于锥形筒内侧，用于感应表征料筒内物料量的第二料位l2；
压力传感器，设置于锥形筒和圆筒的连接位置，用于感应表征物料在挤出过程中压力的第二压力p2；
所述控制模块，用于根据所述第二料位l2和第二压力p2对打印喷头中的步进电机进行控制。
7.如权利要求6所述的台式混凝土3d打印机，所述控制模块执行的控制逻辑如下：
接收料位传感器获取的第二料位l2；
接收压力传感器获取的第二压力p2；
当第二料位l2低于设定的打印喷头料斗内的料位下限l04时，停止打印电机；
当第二料位l2高于设定的打印喷头料斗内的料位上限l05时，发出报警信号；
当第二压力p2的波动值超过设定的波动范围时，发出报警信息并停止打印电机。
8.如权利要求5所述的台式混凝土3d打印机，还包括：
超声振动源，设置于打印喷头料斗的外侧，用于以超声振动的方式对料斗内物料进行振动除气，其中超声振动的频率范围是2×104～5×104hz。
9.如权利要求1至8中任一项所述的台式混凝土3d打印机，所述三维运动平台包括：x轴模组、y轴模组和z轴模组，其中：
x轴模组的两条滑轨通过支撑座固定在框架上；
z轴模组的两条滑轨竖直向上分别固定于x轴模组的两滑块上；
y轴模组的滑轨的两侧分别固定于z轴模组的两滑块上；
所述打印喷头固定在沿y轴模组的滑块上，三个模组的滑块在控制模块的控制下由相应的驱动电机带动在相应的滑轨上移动。
10.如权利要求9所述的台式混凝土3d打印机，其中，在三维运动平台的模组滑块上，设置有前、后运动检测部件；
其中，该运动检测部件用于实时测量滑块当前位置与前、后极限位置的距离，在滑块到达极限位置后，向控制模块发送信号，由控制模块停止相应驱动电机的运行。
技术总结