一种透光混凝土模具的三维打印方法
阅读说明：本技术 一种透光混凝土模具的三维打印方法 (Three-dimensional printing method of light-transmitting concrete mold ) 是由 樊先平 陈敬 王康 董梦杭 于 2021-09-15 设计创作，主要内容包括：本发明涉及透光混凝土制造领域,具体是一种透光混凝土模具的三维打印方法：A.根据需要的透光混凝土图案,设计计算出每层打印固定导光纤维时打印喷头需要运动到的固定点；B.将导光纤维的首端固定在塑料板上,然后打印光固化胶边框,同时利用激光头照射使其固化；C.打印完光固化胶边框以后,打印喷头依次移动到导光纤维的固定点；D.打印喷头依次经过导光纤维的固定点,打印固定导光纤维,完成一层导光纤维的打印固定；E.打印完一层模具,打印喷头向上抬一段距离,依次重复第一层打印光固化胶边框和打印固定导光纤维的步骤直到最后一层；F.打印完最后一层模具,将导光纤维剪断得到完整的透光混凝土模具。(The invention relates to the field of light-transmitting concrete manufacturing, in particular to a three-dimensional printing method of a light-transmitting concrete mold, which comprises the following steps: A. designing and calculating a fixed point to which a printing nozzle needs to move when each layer of printing fixed light guide fiber according to a required light-transmitting concrete pattern; B. fixing the head end of the light guide fiber on a plastic plate, then printing a photocuring adhesive frame, and simultaneously irradiating by using a laser head to cure the photocuring adhesive frame; C. after the photo-curing adhesive frame is printed, the printing nozzles sequentially move to the fixed points of the light guide fibers; D. the printing nozzle sequentially passes through the fixed points of the light guide fibers to print and fix the light guide fibers, so that the printing and fixing of one layer of light guide fibers are completed; E. after printing a layer of mould, lifting the printing nozzle upwards for a certain distance, and sequentially repeating the steps of printing the photo-curing adhesive frame and printing the fixed light guide fiber on the first layer until the last layer; F. and printing the last layer of the mould, and shearing the light guide fiber to obtain the complete light-transmitting concrete mould.)
技术领域
本发明涉及透光混凝土制造领域，具体涉及一种透光混凝土模具的三维打印方法。
背景技术
透光混凝土由导光纤维和混凝土组合而成，透光混凝土中导光纤维的含量少，不会影响承重结构，对于混凝土强度没有任何的负面影响。混凝土能够透光的原理：混凝土两个平面之间的导光纤维是以矩阵的方式平行放置的，导光纤维能很好地透射不同波段的可见光和红外光。当没有光线通过透光混凝土的时候，与普通的混凝土一样昏暗，但当有光线通过透光混凝土的时候，这种透光混凝土就会呈现出特定的图案效果。透光混凝土具有较好的抗折强度、良好的绝热性、低碳环保、较高的欣赏价值等特点，有着广阔的应用前景。
透光混凝土的制造工艺与普通混凝土基本相同，不同在于：导光纤维分散在混凝土材料中，通过透光混凝土模具制作、透光混凝土导光纤维分布、清水混凝土配方及后期处理工艺技术相结合，然后对大量透光混凝土一体化浇筑成型，后期进行抛光处理，并做一层透光混凝土保护剂。在制作透光混凝土时会存在一些问题：1.往往需要根据排布导光纤维得到特定的图案，较粗的导光纤维比较好固定，但对于固定较细的导光纤维的，由于硬度不够，固定起来十分麻烦；2.固定导光纤维的数量多，采用人工固定的方式效率低，而且较细的导光纤维固定点不够精确，用较细的导光纤维时反而不能显示分辨率要求较高的图案。
发明内容
本发明目的是提供一种透光混凝土模具的三维打印方法以固定较细的导光纤维，同时使较细的导光纤维的固定点固定更精确，使较细的导光纤维能显示出分辨率要求较高的图案。
为解决上述技术问题，本发明采用的透光混凝土模具的三维打印方法技术手段如下：包括打印喷头、导光纤维送料机构、光固化料胶送料机构和打印托盘；所述打印喷头上设有导光纤维出料口、光固化料胶出口，以及设在打印喷头外部的激光头；所述打印喷头在X、Y、Z三个轴方向设有移动机构；具体打印方法如下：
A.设计确定每层导光纤维的固定点：透光混凝土模具采用从下到上逐层打印，根据需要的透光混凝土图案，设计计算出每层打印固定导光纤维时打印喷头需要运动到的固定点；在打印托盘上固定一块塑料板，然后打印喷头移动到的几何中心，同时打印喷头与塑料板留有一定的间隙；
B.打印光固化胶边框：将导光纤维穿过打印喷头，并将导光纤维抽出一段固定在塑料板上，然后开始打印，然后光固化料胶送料机构给打印喷头送料，光固化料胶从打印喷头的光固化料胶出口流出，光固化料胶送料机构配合打印喷头的移动出料，打印堆积成一圈光固化胶边框，在打印光固化胶边框的同时，激光头对打印光固化胶边框照射使其固化；
C.打印固定导光纤维的准备：待打印完第一圈光固化胶边框以后，打印喷头向上移动1-3mm，并移动到固化料边框的一侧，在垂直于透光混凝土壁的方向然后开始打印固定导光纤维；
D.固定导光纤维：打印喷头依次经过导光纤维固定点，打印固定导光纤维，再移动到下一个固定点，直到完成一层导光纤维的打印固定；
E.逐层打印：打印固定完第一层模具，打印喷头向上抬一层光固化胶边框的厚度，重复第一层打印光固化胶边框和打印固定导光纤维的步骤直到最后一层；打印完一层模具，打印喷头向上抬一段距离，依次重复第一层打印光固化胶边框和打印固定导光纤维的步骤直到最后一层；
F.打印完最后一层模具，将导光纤维剪断得到完整的透光混凝土模具。
采用上述技术方案的透光混凝土模具的三维打印方法具有以下的有益效果：1.透光混凝土模具采用三维打印，打印的方式为分层式，从下往上打印，将每层的导光纤维与每层打印的模具(即光固化胶边框)固定在一起，每层的导光纤维固定在特定的固定点，先打印出光固化胶边框，再将导光纤维固定在已固化的模具(即光固化胶边框)上，完成每一层的模具(即光固化胶边框)打印和导光纤维的固定，这种方法非常适合较细的导光纤维，克服了无法固定较细导管纤维的问题。2.采用三维打印的方式，每一层的导光纤维可排列更紧密，在导光纤维体积不超过透光混凝土体积14％的情况下，使混凝土的透光效果和混凝土的强度更好；3.每一根导光纤维相当于一个像素点，在相同的面积内，导光纤维越密集，导光纤维形成的图案分辨率也更高，使透光混凝土显示的图案效果更直观清晰，透光效果好；4.采用分层打印出的光固化胶边框，打印出的光固化边框灵活多变，可以是直线形成的矩形，还可以是曲线组成的光固化边框，使光固化胶边框的形状多变，适用性更好，通过模具制作处的透光混凝土样式也更丰富；5.采用三维分层打印透光混凝土模具，在固定较细(小于等于1mm)的导光纤维时，相比于人工作业，效率明显提高，而且每一层导光纤维的定位比较精确，显示出的图案分辨率更高，图案效果也更好。
作为优选方案，所述激光头有两个，所述激光头分别照向导光纤维出料口和光固化料胶出口的下方，分别设有激光头照射导光纤维出料口和光固化料胶出口的下方，有利于光固化料胶得到更好的照射使固化效果更好、固化速度更快，使导光纤维得到更好的固定。
作为优选方案，所述导光纤维出料口、光固化料胶出口和激光头位于同一直线上，并且纤维出料口、光固化料胶出口的开孔边缘的间隙基本为零，有利于光固化料胶覆盖住导光纤维。
作为优选方案，所述打印喷头的光固化料胶出口为椭圆状、扁平状、矩形状等，使打印喷头打印出的光固化料胶更容易堆积，同时不易坍塌变形。
作为优选方案，所述打印喷头的导光纤维出料口半径大于等于导光纤维半径的1.1倍，有利于打印喷头上导光纤维的进入和出料，减少导光纤维与打印喷头之间的接触面积，从而减小摩擦力。
作为优选方案，所述打印喷头与光固化料胶送料机构通过软管密封连接，在打印喷头移动时，减小阻力的同时保护打印喷头。作为优选方案，所述光固化料胶送料机构为螺旋进给机构，可以精确控制进料速度和进料量；所述导光纤维送料机构为导光纤维滚筒，利用导光纤维首端固定的优势，随着喷头移动可以拉扯导光纤维使导光纤维滚筒移动，实现导光纤维的自动进料。
作为优选方案，所述打印喷头与塑料板间隙在1-5mm之间，间隙大小合适有利于打印喷头上的光固化料胶和导光纤维的出料。
附图说明
图1为本发明中打印喷头的正视图；
图2为本发明中打印喷头的剖面图；
图3为本发明中打印喷头的下视图；
图4为本发明中打印透光纤维的俯视图；
图5为本发明中打印透光纤维的A-A断面图；
图6为本发明中打印出的透光混凝土正视图；
图7为本发明中某一层打印固定透光纤维的示意图；
图8为本发明中浇筑混凝土后的示意图；
图9为本发明中透光混凝土成型后的示意图。
图中主要元件符号说明如下：
1、光固化胶边框；2、导光纤维；3、混凝土；4、固定点；6、激光头；7、打印托盘；
5、打印喷头；51、导光纤维出料口；52、光固化料胶出口；53、光固化料胶。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
下面结合附图和实施例对本发明技术方案进一步说明：
透光混凝土模具的三维打印方法：包括打印喷头5、导光纤维送料机构、光固化料胶送料机构和打印托盘7，光固化料胶送料机构为螺旋进给机构，导光纤维送料机构为导光纤维滚筒；如图1、2和3所示，打印喷头5上设有导光纤维出料口51、光固化料胶出口52，以及设在打印喷头外部的激光头6，激光头6有两个，激光头6分别照向导光纤维出料口51和光固化料胶出口52的下方，如图3中，导光纤维出料口51、光固化料胶出口52和激光头6位于同一直线上，并且导光纤维出料口51、光固化料胶出口52的开孔边缘的间隙基本为零；打印喷头6的光固化料胶出口51优选为椭圆状；导光纤维出料口51半径优选为导光纤维2半径的1.1倍。
在打印喷头5设在竖直移动机构上(现有技术三维打印的移动方式中，优选采用步进电机与螺纹杆配合的方式；打印托盘7采用X、Y、Z三轴联动，把打印喷头5在竖直方向往复运动；或者将打印托盘7固定，将打印喷头5安装在竖直移动机构上，再把竖直移动机构安装在X、Y、Z三轴联动的机构上)。具体打印方法如下：
A.设计确定每层导光纤维的固定点4：透光混凝土模具采用从下到上逐层打印，根据需要的透光混凝土图案，设计计算出每层打印固定导光纤维2时打印喷头需要运动到的固定点4；在打印托盘7上固定一块塑料板，然后打印喷头5移动到的几何中心，同时打印喷头5与塑料板留有1-5mm的间隙；
B.打印光固化胶边框1，如图4中：将导光纤维2穿过打印喷头5，并将导光纤维2抽出一段固定在塑料板上，然后开始打印，然后光固化料胶送料机构给打印喷头5送料，光固化料胶53从打印喷头5的光固化料胶出口流出，光固化料胶送料机构配合打印喷头53的移动出料，打印堆积成一圈光固化胶边框1，在打印光固化胶边框1的同时，激光头6对打印光固化胶边框1照射使其固化；
C.打印固定导光纤维的准备，如图4中：待打印完第一圈光固化胶边框1以后，打印喷头5向上移动1-3mm，并移动到固化料边框的一侧，在垂直于透光混凝土壁的方向然后开始打印固定导光纤维2；
D.固定导光纤维：打印喷头5依次经过导光纤维2的固定点4，并打印固定导光纤维2，打印喷头5与打印托盘7停止相对运动打印固定导光纤维2，再移动到下一个固定点4，直到完成一层导光纤维2的打印固定；
(打印固定导光纤维的过程：打印喷头5与打印托盘7停止相对运动，光固化料胶送料机构为打印喷头5送一小段光固化料胶53，送出的光固化料胶53将导光纤维2埋在下方，然后激光头6对光固化料胶53进行照射使其迅速固化，固化后的光固化料胶53固定住导光纤维2)
E.逐层打印，如图5中：打印固定完第一层模具，打印喷头5向上抬一层光固化胶边框1的厚度，重复第一层打印光固化胶边框1和打印固定导光纤维2的步骤直到最后一层；打印完一层模具，打印喷头5向上抬一段距离，依次重复第一层打印光固化胶边框1和打印固定导光纤维2的步骤直到最后一层；
F.打印完最后一层模具，将导光纤维剪2断得到完整的透光混凝土模具。最后通过模具做出的透光混凝土如图6所示。
如图7、8和9所示，图7为某一层导光纤维2的固定点，依次经过X1、X2、X3……X16的固定点4，在固定点4处打印固定导光纤维2；图8为浇筑混凝土3后的示意图；图9为透光混凝土成品某一层的断面图。(图中的箭头为打印移动的方向)
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
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