[发明专利]一种纤维增强的多喷头水泥浆体3D打印机

说明书

本发明涉及一种纤维增强的多喷头水泥浆体3D打印机，包括龙门式框架、X轴、Y轴、Z轴、纤维复合材料喷头、高分子材料喷头、水泥浆体喷头、材料导管、压力泵、储料池；所述的高分子材料喷头通过逐层叠加方式打印三维模型外轮廓；所述的水泥浆体喷头在高分子材料喷头打印一定层高的轮廓后，快速挤出与外壳轮廓相等体积空间的水泥浆体，填充三维模型；所述的连续纤维喷头在每填充一定层厚的水泥后，在水泥表面铺放连续纤维材料，增强水泥浆体的成型性能；打印完成后通过热熔方式去除塑料外壳，得到水泥模型。本发明材料成本低、成型精度高、成型性能强，表面质量好，易于多材料特性调控，用于景观建筑、艺术品等产品的直接成型，具有广阔应用前景。

技术领域

本发明涉及一种用于纤维增强的多喷头水泥浆体3D打印机，属于增材制造技术领域。

技术背景

3D打印以其不受结构复杂性限制、一体成型等优势，被誉为“推动第三次工业革命”的技术，广泛应用在航空航天、机械制造、工艺品、教育教学等各个领域。其中，在景观、工艺品设计等领域以“所见即所得”的方式，能够快速把创意转化为现实，大大加快了产品的开发速度。

目前，用于艺术品的快速成型，多用聚乳酸、石膏、树脂等材料进行3D打印。存在材料性能不强、打印成本较高，难以在室外长期存放等缺点。在3D打印领域，水泥材料以其较低的成本、较好的性能等优势，多采用水泥砂浆为原料用于大型房屋建筑。对于小型景观或工艺品，水泥砂浆材料存在精度不高、表面质量差等问题；而传统基于FDM(FusedDeposition Molding，熔融沉积)技术的水泥浆体3D打印，又存在性能不高，凝固时间、模型结构特点与打印速率难以协调一致，对材料凝固特性精确度要求高等问题。

对于现有多喷头3D打印机，一种是采用压电喷射逐层堆叠打印光固化树脂或蜡铸造材料层，材料多为树脂或颜料颗粒，通过光固化方式成型，用来进行高精度全彩色树脂材料打印；一种为基于FDM技术多个喷头的叠加，如并联式双喷头，分别打印高分子材料与支撑材料或两种色彩的条状材料，用于打印水溶性支撑模型或双色模型；以及以此方式扩展的大型多喷头3D打印，可同时打印两个或多个同样的模型，提高效率；或者把三个喷嘴集中安装在同一个固定装置上，能够进行切换，节省了装备空间，完成多材料或多色彩的打印功能。但对于水泥3D打印高精度高性能的需求，一方面需要针对不同材料进行不同类型喷头的安装部署及控制协调；同时需要在成型工艺上能够同时满足水泥的成型性能与精度。

鉴于此，需要一种能够同时满足成型精度和表面质量的低成本水泥浆体3D打印机，用于景观建筑、艺术品等产品的直接三维成型。

发明内容

本发明的目的在于针对水泥3D打印所需求的高精度、高表面质量的要求，提供一种纤维增强的多喷头水泥3D打印机。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种纤维增强的多喷头水泥浆体3D打印机，包括龙门式框架、X轴移动机构、Y轴移动机构、Z轴移动平台、纤维复合材料喷头、高分子材料喷头、水泥浆体喷头、材料导管、压力泵、用来储存水泥浆体材料的储料池，还包括用于控制X轴移动机构、Y轴移动机构、Z轴移动平台相互运动以及纤维复合材料喷头、高分子材料喷头、水泥浆体喷头之间相互运动的控制系统一；

所述X轴移动机构、Y轴移动机构、Z轴移动平台固定在龙门式框架上，所述纤维复合材料喷头、高分子材料喷头、水泥浆体喷头依次并列活动固定在X轴移动机构上，三个喷头的下端处于同一水平面，并由X轴移动机构驱动沿X轴方向水平移动，由Y轴移动机构驱动沿y轴方向水平移动，Z轴移动平台沿竖直方向升降；水泥浆体喷头通过材料导管与储料池相连接，导管上设有压力泵；

所述高分子材料喷头以高分子材料为打印材料，用于打印三维模型轮廓，水泥浆体喷头以水泥浆体为打印原料，用于挤出与三维模型轮廓相等体积空间的水泥浆体，纤维复合材料喷头以连续纤维复合材料为打印材料，用于在水泥表面铺放连续纤维材料。