机械化粘土制模的方法及装置

1.机械化粘土制模的方法，其步骤如下：
a、预处理：选取18～270目的粘土颗粒备用，选取50～200目的沙土颗粒备用；
b、混合搅拌：将粘土600～900份、沙土100～400份、水5～40份、早强剂0～5份和胶水0～8份，在温度15℃～35℃，湿度20～40%的条件下混合搅拌制成粘土泥；上述份数均为重量份数；
c、挤出打印制模：将b步骤中制得的粘土泥在温度10℃～30℃、湿度15～35%、风速＜
8m/秒、压力3bar～70bar的背阴条件下采用3D打印制模；
d、固化：将c步骤中所制的模在温度10℃～30℃、湿度1～40%条件下，蒸发水分固化，直至水分完全蒸发，即完成制模。
2.如权利要求1所述的机械化粘土制模的方法，其特征在于早强剂为氯化钙、硫酸钠、三乙醇胺、硫酸钠中的一种或其任意组合。

机械化粘土制模的方法及装置\n技术领域\n[0001] 本发明涉及模具制造领域，尤其涉及一种机械化粘土制模的方法及装置。\n背景技术\n[0002] 传统制模基本是采用钢模或木质模按照浇筑混凝土的形状，制作并加固；但是制模的形状多变、有多种曲线等要素构成时，则制模时就很难或者无法实现；而且传统木质模造成木材的大量浪费；钢模虽然可以重复使用，但由于建筑后的混凝土对后续装饰产生影响，所以一般混凝土浇筑制模基本还是采用木质模板来完成。\n发明内容\n[0003] 本发明旨在针对背景技术中存在的不足，而提供了一种机械化粘土制模的方法及装置。\n[0004] 本发明的机械化粘土制模的方法，其步骤如下：\n[0005] a、预处理：选取18～270目的粘土颗粒备用，选取50～200目的沙土颗粒备用；\n[0006] b、混合搅拌：将粘土600～900份、沙土100～400份、水5～40份、早强剂0～5份和胶水0～8份，在温度15℃～35℃，湿度20～40%的条件下混合搅拌制成粘土泥；上述份数均为重量份数;\n[0007] c、挤出打印制模：将b步骤中的粘土泥在温度10℃～30℃、湿度15～35%、风速＜\n8m/秒、压力3bar～70bar的背阴条件下采用3D打印制模；\n[0008] d、固化：将c步骤中所制的模在温度10℃～30℃、湿度1～40%条件下，蒸发水分固化，直至水分完全蒸发，即完成制模。\n[0009] 作为本发明的进一步改进，所述的早强剂为氯化钙、硫酸钠、三乙醇胺、硫酸钠中的一种或其组合。\n[0010] 本发明的机械化粘土制模装置，是由粘土破碎筛选机、粘土搅拌机、挤出机和3D打印机构成，在粘土破碎筛选机的下方出料口处安装了砂石过滤器、砂石过滤器的出口和粘土搅拌机入口之间设有传送装置，粘土搅拌机的出口置于挤出机上方的加料斗处，挤出机出口与3D打印机连接，3D打印机的前端安装有浇筑头，所述的3D打印机与控制器线路联接。\n[0011] 作为本发明的进一步改进，所述的3D打印机是由底座、肘梁和臂梁构成，底座顶部设有旋转台，旋转台顶部与肘梁底端铰接、肘梁的顶端与臂梁的尾端铰接，肘梁与臂梁之间设有液压伸缩装置，液压伸缩装置的液压杆与臂梁底面固定，臂梁的前端设有动配合连接的浇筑头安装座。\n[0012] 作为本发明的进一步改进，臂梁上设有液压驱动装置Ⅰ、在臂梁的前端设有液压驱动装置Ⅱ；在浇筑头安装座上设有液压旋转装置Ⅰ。\n[0013] 作为本发明的进一步改进，肘梁的底部设有液压旋转装置Ⅱ。\n[0014] 作为本发明的进一步改进，3D打印机前端浇筑头底部设有移动升降平台，移动升降平台的底部设有升降电机，移动升降平台的底座上设有平移电机。\n[0015] 作为本发明的进一步改进，液压伸缩装置、液压驱动装置Ⅰ、液压驱动装置Ⅱ、液压旋转装置Ⅰ和液压旋转装置Ⅱ均与液压及电源控制柜控制联接。\n[0016] 本发明的机械化粘土制模的方法及装置，改变了传统制模使用的材料，同时能够轻易完成形状多变、有多种曲线等特点的模具；可重复使用，节省资源，不但解决了异型制模难题，而且粘土可以重复使用，制模费用小、时间短，解决了制模、拆模人工劳动强度大、危险多、材料损失大、材料成本消耗高等问题。\n附图说明\n[0017] 图1为本发明机械化粘土制模的方法及装置的结构图；\n[0018] 图2为本发明3D打印机的结构示意图。\n具体实施方式\n[0019] 下面结合附图1对发明的机械化粘土制模的方法及装置，作进一步说明。\n[0020] 实施例1\n[0021] 本发明的机械化粘土制模的方法，其步骤如下：\n[0022] a、预处理：选取18～270目的粘土颗粒备用，选取50～200目的沙土颗粒备用；\n[0023] b、混合搅拌：将粘土600～900份、沙土100～400份、水5～40份、早强剂0～5.0份和胶水0～8份，在温度15℃～35℃，湿度20～40%的条件下混合搅拌制成粘土泥；上述份数均为重量份数;\n[0024] c、挤出打印制模：将b步骤中的粘土泥在温度10℃～30℃、湿度15～35%、风速＜\n8m/秒、压力3bar～70bar的背阴条件下采用3D打印制模；\n[0025] d、固化：将c步骤中所制的模在环境温度10℃～30℃、湿度1～40%条件下，蒸发水分固化，直至水分完全蒸发，即完成制模；\n[0026] 本发明中所使用的早强剂，在干燥环境中是由0.1～1份的氯化钙，0.1～5份的硫酸钠，0.01～0.8份的三乙醇胺中一种或其任意比例混合制成；在潮湿环境下是由0.1～3份的硫酸钠、0.01～0.8份的三乙醇胺中的一种或其任意混合制成。\n[0027] 根据粘土与水等不同比例、最终浇注材料以及浇注嘴面积大小，所采用的挤出压力也不同，一般情况下控制在3bar～30bar之间；如果有特殊要求的模、单位浇注量大或者规格较大、粘土模较厚的，需要压力控制在30bar～70bar。\n[0028] 实施例2\n[0029] 本发明的机械化粘土制模的方法，其步骤如下：\n[0030] a、预处理：选取20～270目的粘土颗粒备用，选取50～200目的沙土颗粒备用；\n[0031] b、混合搅拌：将粘土600份、沙土300份、水5份,在温度15℃，湿度20%的条件下混合搅拌制成粘土泥；上述份数均为重量份数;\n[0032] c、挤出打印制模：将b步骤中的粘土泥在温度10℃、湿度15%、风速7m/秒、压力3bar的背阴条件下采用3D打印制模；\n[0033] d、固化：将c步骤中所制的模在温度10℃、湿度5%条件下，蒸发水分固化，直至水分完全蒸发，即完成制模。\n[0034] 实施例3\n[0035] 本发明的机械化粘土制模的方法，其步骤如下：\n[0036] a、预处理：选取20～270目的粘土颗粒备用，选取50～200目的沙土颗粒备用；\n[0037] b、混合搅拌：将粘土900份、沙土100份、水40份和早强剂3.0份，在温度35℃，湿度\n40%的条件下混合搅拌制成粘土泥；上述份数均为重量份数；所述的早强剂为氯化钙；\n[0038] c、挤出打印制模：将b步骤中的粘土泥在温度30℃、湿度35%、风速5m/秒、压力\n70bar的背阴条件下采用3D打印制模；\n[0039] d、固化：将c步骤中所制的模在温度30℃、湿度40%条件下，蒸发水分固化，直至水分完全蒸发，即完成制模。\n[0040] 实施例4\n[0041] 本发明的机械化粘土制模的方法，其在制模强度要求高时（挤出压力在30~70bar）需加入胶水，其具体制备方法如下：\n[0042] a、预处理：选取20～270目的粘土颗粒备用，选取50～200目的沙土颗粒备用；\n[0043] b、混合搅拌：将粘土800份、沙土100份、水30份和胶水4份，在温度130℃，湿度30%的条件下混合搅拌制成粘土泥；上述份数均为重量份数；所述的胶水为聚乙烯醇系列胶水；\n[0044] c、挤出打印制模：将b步骤中的粘土泥在温度20℃、湿度25%、风速7m/秒、压力\n50bar的背阴条件下采用3D打印制模；\n[0045] d、固化：将c步骤中所制的模在温度20℃、湿度30%条件下，蒸发水分固化，直至水分完全蒸发，即完成制模。\n[0046] 实施例5\n[0047] 本发明的机械化粘土制模的方法，其步骤如下：\n[0048] a、预处理：选取18～270目的粘土颗粒备用，选取50～200目的沙土颗粒备用；\n[0049] b、混合搅拌：将粘土600份、沙土400份、水35份、早强剂1份和胶水6份，在温度20℃～25℃，湿度25～35%的条件下混合搅拌制成粘土泥；上述份数均为重量份数； 所述的胶水为聚乙烯醇系列胶水；所述的早强剂为1.5份硫酸钠和0.05份三乙醇胺混合制成；\n[0050] c、挤出打印制模：将b步骤中的粘土泥在温度20℃～25℃、湿度20～30%、风速6m/秒、压力40bar的背阴条件下采用3D打印制模；\n[0051] d、固化：将c步骤中所制的模在温度15℃～20℃、湿度20～30%条件下，蒸发水分固化，直至水分完全蒸发，即完成制模。\n[0052] 本发明的机械化粘土制模的方法,一般情况下要考虑打印粘土的器材及粘土模具的用途而定；同时考虑添加相应的添加剂，如：早强剂、胶水等。早强剂、与胶水使用可以搭配也可以单独使用；胶水要混合在水中，搅拌时随水加入即可；而早强剂则是搅拌好后再加入进行搅拌均匀，然后进行挤出打印制模。早强剂一般是在环境温度低于十摄氏度时加入，高于十度可以不使用。而胶水则是在制模强度要求高时（挤出压力在30～70bar）加入。\n[0053] 实施例6\n[0054] 本发明的机械化粘土制模装置，是由粘土破碎筛选机4、粘土搅拌机1、挤出机2和\n3D打印机3构成，在粘土破碎筛选机4的下方出料口处安装了砂石过滤器6、砂石过滤器6的出口和粘土搅拌机1入口之间设有传送装置10，粘土搅拌机1的出口置于挤出机2上方的加料斗处，挤出机2出口与3D打印机3连接，3D打印机3的前端安装有浇筑头5，3D打印机3前端浇筑头5底部设有移动升降平台7，移动升降平台7的底部设有升降电机19，移动升降平台7的底座17上设有平移电机18；所述的3D打印机3与控制器9线路联接。\n[0055] 根据所制模型大小、高低需求，选择粘土颗粒大小来使用不同规格的砂石过滤器\n6，对原料土进行筛选、过滤。\n[0056] 粘土泥挤出采用的粘土挤出机2具有进一步混合粘土与水成泥、使之更加均匀等，挤出具有一定的压力便于后面的3D打印浇筑。\n[0057] 粘土泥3D打印机的浇筑头导管与粘土泥挤出机2挤出嘴连接，打印头粘土泥挤出压力来自于挤出机。\n[0058] 所述的3D打印机3是由底座11、肘梁12和臂梁13构成，底座11顶部设有旋转台14，旋转台14顶部与肘梁12底端铰接、肘梁12的顶端与臂梁13的尾端铰接，肘梁12与臂梁13之间设有液压伸缩装置15，液压伸缩装置15的液压杆与臂梁13底面固定，臂梁13的前端设有动配合连接的浇筑头安装座16。\n[0059] 制模平台是移动升降平台7：移动升降平台是升降平台与移动平台的组合使用，可实现制模平台的三维动作，满足制模所需要；而且粘土泥3D打印浇筑机和制模平台均由控制柜控制器计算机统一完成控制；并根据要求传输指令给粘土泥挤出机，来保证所需粘土泥数量等要求实现。粘土泥3D打印机与制模平台组合使用就能够完成任何异型造型的制模工作；各设备之间都有输送装置来实现粘土或粘土泥的转送。\n[0060] 臂梁13上设有液压驱动装置Ⅰ20，实现臂梁13左右摆动，从而带到浇筑头安装座16左右摆动；在臂梁13的前端设有液压驱动装置Ⅱ21，实现臂梁13上下摆动，从而带动带到浇筑头安装座16上下摆动；在浇筑头安装座16上设有液压旋转装置Ⅰ22，实现浇筑头安装座16旋转。肘梁12的底部设有液压旋转装置Ⅱ23，实现肘梁12在旋转台14做任意方向的转动。\n[0061] 所述的液压伸缩装置15、液压驱动装置Ⅰ20、液压驱动装置Ⅱ21、液压旋转装置Ⅰ22和液压旋转装置Ⅱ23均与液压及电源控制柜8控制联接，其液压管24与各液压装置连接。\n[0062] 本发明采用3D打印进行筑模，浇筑头可多坐标动作；且浇筑头自动更换；底板可多坐标移动；也可选择浇筑头只有升降、底板多坐标移动；浇筑头多坐标动作，底板不动或平面运动等等为实现浇筑模板而选择的浇注系统、底板控制系统的多种动作组合；浇筑量自动控制系统；动作控制均由计算机控制系统来实现。\n[0063] 本发明的机械化粘土制模工艺包括如下步骤：粘土粉碎、筛选、砂石过滤→搅拌（粘土和水）→机械挤出3D打印注模→多层注模叠加完成制模→蒸发水分制模固化→（制模前把该制作捆绑的钢筋等做好，制模时就把钢筋等包含在其中）混凝土（或所使用材料）浇筑→拆模（一是采用浇水使粘土软化、二是其他物理手段进行脱模）。\n[0064] 粘土粉碎、筛选、砂石过滤：根据所制模型大小、高低需求，选择不同规格的机械筛，对原料土进行筛选、过滤，选取18～270目的粘土颗粒备用，选取50～200目的沙土颗粒备用；\n[0065] 制泥搅拌：根据所制模型大小、高低以及对模具强度等要求，将粘土600～900份、沙土100～400份、水5～40份、早强剂0～5.0份和胶水0～8份，在温度15℃～35℃，湿度20～\n40%的条件下混合搅拌制成粘土泥，以便筑型；上述份数均为重量份数；利用气压旋泵等设备将粘土泥挤出，在温度10℃～30℃、湿度15～35%、风速＜8m/秒、压力3bar～70bar的背阴条件下，并使用计算机控制系统控制3D打印机3前端浇筑头5机械装置完成三维动作，来满足异型几何形体的制模。\n[0066] 在环境温度10℃～30℃、湿度1～40%条件下，控制模型的粘土泥水分蒸发来实现粘土固化，使之结构不变形、强度逐步增大、最终水分完全蒸发达到强度需要指标，从而完成制模，为浇筑混凝土或所需使用的材料打下基础；浇筑混凝土或所使用的浇筑材料，一般情况下和混凝土浇筑要求一样进行浇筑、振荡、养生等。\n[0067] 拆模：待浇筑材料有一定强度后，符合拆模条件后，浇水使粘土软化或采用其他物理手段进行拆模，并把粘土块回收备下次使用。\n[0068] 利用本方法和装置制得的粘土模完成后具备很高的强度，一般情况下5厘米厚度的粘土层具有近1个压强强度；根据不同需求而单独配置的粘土泥浇注出来的粘土模，5厘米厚度具有远远大于1个压强强度。