颗粒物打印的布料方法、颗粒物打印方法与流程

本发明涉及颗粒物打印，特别涉及颗粒物打印的布料方法。

背景技术：

在建筑及装配式住宅、石板及石画、景观及彩石地坪、装修装饰领域，目前有一种采用彩色石子、彩砂、陶粒、马赛克粒、碎砖粒等固体颗粒按一定的形状和色彩特殊布置形成设计图案的装饰形式。这种装饰形式在具体实施时，需要装饰工人按照特定的颜色和形状去摆布颗粒色料，然后通过水泥或其他粘接剂粘接固定。上述整个过程操作起来十分麻烦，操作工人不仅需要准确选择色料，还要将选取的色料摆布成一定的形状，对工人的操作要求较高，而且整个过程也十分耗时，装饰效率较低。

制造上述画面材料的核心工序为颗粒物的铺贴、布料，cn104085241a的中国专利公开了一种单色马赛克颗粒白动铺贴设备及其铺贴方法，用于对单色马赛克颗粒形式的颗粒物进行有序铺贴，其中铺贴设备包括机架，机架上设有多个马赛克颗粒单轨道自动铺贴单元，自动铺贴单元包括供料装置和送料装置，供料装置包括漏斗形式的料仓和底部设有振动发生器的料槽，送料装置用于将供料装置逐粒输出的马赛克颗粒进行传送，送料装置与供料装置一一对应。向网格状的胎膜布料时，料仓的马赛克颗粒通过供料装置、送料装置被逐个定位装填到料盒的内格中，料盒的内格与胎膜的一行/列模腔一一对应，然后通过吸盘将料盒内排列好的马赛克片转移到模腔中。

由于上述铺贴设备的各料盒仅与一个料仓对应，并且各料仓是源源不断地向各料盒供料，因此各料盒中颗粒物的颜色只能是单一颜色，也就无法实现同一行或同一列中不同颜色颗粒物的布料，难以满足使用需求。对于同一行中具有颜色混合的画面，现有技术中仍需要依靠人工布料实现色彩的排布，作业效率十分低下，出错率高，产品质量一致性差。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种颗粒物打印的布料方法和颗粒物打印方法，以解决现有的颗粒物布料方法无法适用于彩色打印而人工布料效率低的问题。

为实现上述目的，本发明中颗粒物打印的布料方法采用的技术方案是：

方案1.颗粒物打印的布料方法，该方法是通过两个以上分别对应于一种颜色的颗粒物的打印头向网格状的格子料盘布料，布料时打印头与格子料盘沿着列方向相对步进运动，在每一处步进位置上，至少一只打印头沿着与列方向垂直的行方向运动，将其装载的对应颜色颗粒物向格子料盘相应一行料格中所有对应颜色料格的放料。

有益效果：本发明采用上述技术方案，通过打印头与格子料盘沿着列方向相对步进运动和打印头沿行方向的运动能够实现打印头与格子料盘的一一对应，由于每只打印头都对应于一种颜色的颗粒物，因此可以通过控制打印头的移动和打印头与格子料盘的步进运动实现在各料盘内装入相应颜色的颗粒物，与现有技术相比，能够实现彩色打印，并且能够获得较快的打印速度。

方案2.根据方案1所述的颗粒物打印的布料方法，在每一处步进位置上，通过两只以上的打印头对格子料盘相应行的料格进行布料。采用该方案能够提高打印速度。

方案3.根据方案1或2所述的颗粒物打印的布料方法，打印头是以单向遍历的方式完成向格子料盘对应行的所有对应颜色料格的布料。采用单向遍历的方式能够减少打印头的往返，特别适用于重量较重的颗粒物。

方案4.根据方案3所述的颗粒物打印的布料方法，打印头与格子料盘是以单向步进的方式相对运动，单向步进过程中，每一行打印头分别与每一行料格对应一次。采用该方案，打印头与格子料盘相对进出一次即可完成整个格子料盘的打印，能够减少无用的移动，提高打印效率，降低对机构强度和驱动力的需求。

方案5.根据方案1或2所述的颗粒物打印的布料方法，所述打印头沿列方向设有两行以上。设置两列以上打印头能够提高打印速度，并且能够增加可打印的颜色种类。

方案6.根据方案1或2所述的颗粒物打印的布料方法，所述打印头向格子料盘的放料是通过控制颗粒物的自由落体实现。颗粒物通过自由落体实现补料有利于避免卡滞。

方案7.根据方案6所述的颗粒物打印的布料方法，所述打印头为用于承装颗粒物的移动料盒，所述移动料盒通过位于移动料盒上方且固定设置的主料盒补充颗粒物，移动料盒的容积小于主料盒，移动料盒的颗粒物补充是通过主料盒的出料口设置的供料阀控制，移动料盒具有移动至主料盒的出料口的补料位。

方案8.根据方案7所述的颗粒物打印的布料方法，所述打印头与格子料盘沿列方向的相对步进运动是通过格子料盘的运动实现。采用格子料盘移动的方式，格子料盘中颗粒物是由少到多，有利于降低对机构强度和驱动力的需求。当然，在其他实施例中，也可以通过打印头的运动实现打印头与格子料盘沿列方向的相对步进运动。

颗粒物打印方法采用的技术方案是：

方案1.颗粒物打印方法，包括布料步骤和将布好的颗粒物进行后续处理的步骤，其中布料步骤通过以下方法实现：通过两个以上分别对应于一种颜色的颗粒物的打印头向网格状的格子料盘布料，布料时打印头与格子料盘沿着列方向相对步进运动，在每一处步进位置上，至少一只打印头沿着与列方向垂直的行方向运动，将其装载的对应颜色颗粒物向格子料盘相应一行料格中所有对应颜色料格的放料。

方案2.根据方案1所述的颗粒物打印方法，在每一处步进位置上，通过两只以上的打印头对格子料盘相应行的料格进行布料。

方案3.根据方案1或2所述的颗粒物打印方法，打印头是以单向遍历的方式完成向格子料盘对应行的所有对应颜色料格的布料。

方案4.根据方案3所述的颗粒物打印方法，打印头与格子料盘是以单向步进的方式相对运动，单向步进过程中，每一行打印头分别与每一行料格对应一次。

方案5.根据方案1或2所述的颗粒物打印方法，所述打印头沿列方向设有两行以上。

方案6.根据方案1或2所述的颗粒物打印方法，所述打印头向格子料盘的放料是通过控制颗粒物的自由落体实现。

方案7.根据方案6所述的颗粒物打印方法，所述打印头为用于承装颗粒物的移动料盒，所述移动料盒通过位于移动料盒上方且固定设置的主料盒补充颗粒物，移动料盒的容积小于主料盒，移动料盒的颗粒物补充是通过主料盒的出料口设置的供料阀控制，移动料盒具有移动至主料盒的出料口的补料位。

方案8.根据方案7所述的颗粒物打印方法，所述打印头与格子料盘沿列方向的相对步进运动是通过格子料盘的运动实现。

附图说明

图1为本发明所采用的颗粒物打印机的立体图；

图2为本发明所采用的颗粒物打印机的主视图；

图3为图2中料盘定位座运动到电磁吸盘下方时的示意图；

图4为颗粒物打印机布料即将完成时的立体图；

图5为颗粒物打印机的主料盒与移动料盒之间的输料关系的结构示意图；

图6是图5的a处的局部放大图；

图7为颗粒物打印机的左视图；

图8为布料装置除去主料盒后的结构示意图；

图9为布料装置中打印机构的结构示意图；

图10为布料装置中移动料盒的剖视图；

图11为布料装置中移动料盒的立体图；

图12为布料装置中供料阀的结构示意图；

图13为布料装置中供料阀的立体图。

图中各附图标记对应的名称为：10-布料装置，11-布料架，12-顶板，13-料盘定位座，21-隔板，22-主料盒，23-主料盒滑槽，24-主排料口，25-主落料口，30-供料阀，31-供料阀主体，32-主供料通道，33-主闸板通道，34-上主闸板，35-下主闸板，36-主闸板控制气缸，40-导轨，41-打印头，42-移动料盒，43-落料通道，44-落料阀，45-阀板，46-伸缩气缸，47-扰动头，48-弹性导向针，50-后续处理装置，51-卸料机架，52-伸缩缸，53-电磁吸盘，54-格子料盘，55-成型盘。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

本发明中的颗粒物打印采用干湿分离的方式，将干制程与湿制程分开，干制程是将固体颗粒打印成设计图案，湿制程是将打印好的设计图案进行固化。

颗粒物打印是一种实物打印，顾名思义就是用颗粒状的实物打印成设计图案。颗粒色料打印时所使用的颗粒色料是固体颗粒，包括小石子、碎玻璃、废砖渣、陶粒、马赛克粒、彩砂等等。根据用途，画面的表面形态可以是颗粒状和打磨状，而打印的画面材料分为无机类和有机类，主要是粘料、添加剂的成分不同，无机类指普通水泥、彩色水泥、过氧化粉、陶粉等，可以应用于建筑外墙、彩色地坪、艺术石画、文化墙、雕塑等，力学性能稳定，不易退色，耐寒、耐热、耐腐蚀、不变形。有机类主要是彩色粘料采用了环氧树脂、丙烯类、聚氨酯等高分子材料，或粘料剂添加了强胶液体等，高分子颜料色彩鲜艳但易褪色、强度偏弱但韧性强，适合室内装饰部分，如彩石墙和地面、背景墙、屏风板等。

用于装配式住宅装饰面是结构层与装饰面二者合一的结构，一是结构层，一般为普通的钢筋混凝土或其他粘结垫层；二是装饰面层，以石子等颗粒色料本身的色彩和质地展现画面效果。

用于石画、屏风板等装饰板材方面，特殊的粘结料可以采用液体玻璃、铁水等材料。

本发明中颗粒物打印方法的实施例一包括布料步骤和将布好的颗粒物进行后续处理的步骤，该布料步骤是指将不同颜色的颗粒物向格子料盘54的对应料格内放料，该后续处理步骤是对格子料盘54中布好的颗粒物向结构层转移的步骤。

本实施例中的颗粒物打印方法是通过下述颗粒物打印机实现的，颗粒物打印机的一个实施例如图1~图13所示，包括用于将颗粒物排布到格子料盘54内的布料装置10和用于对完成布料的格子料盘54进行后续处理的后续处理装置50。

布料装置10包括布料架11，布料架11为u形槽状结构，其底部设有用于带动格子料盘54沿列方向运动的输送装置，本实施例中该输送装置包括供格子料盘54定位放置的料盘定位座13，料盘定位座13采用步进电机驱动，能够实现精确的步进运动。在其他实施例中，输送装置的驱动件也可以替换为其他形式，例如液压缸、气压缸、电动推杆等，同时需要能够实现格子料盘54的步进动作，例如设置对应的位移传感器或行程开关来实现，以在每次步进的停歇阶段与相应的打印头41上下对正。

布料架11的顶部设有打印机构，打印机构上方设有供料装置。其中供料装置包括固定在布料架11的顶板12上的两列主料仓，主料仓采用抽拉式结构，包括固定在布料架11的顶板12上的隔板21和设置在隔板21内的主料盒22，隔板21包括行隔板和列隔板，在布料架11的顶板12上形成两列主料盒滑槽23，主料盒滑槽23的料盒抽出口朝向行方向的两侧；主料盒22是与主料盒滑槽23对应的扁盒体，每个中用于盛装不同颜色的颗粒物。主料仓22的底面设有主排料口24，布料架11的顶板12上设有在主料仓插入主料仓滑槽后与主排料口24对应的主落料口25。布料架11的顶板12底部固定有与各主落料口25一一对应的供料阀30，供料阀30包括供料阀主体31，供料阀主体31上设有上下贯通并与主落料口25对应的主供料通道32，还设有垂直于主落料通道43设置的两道主闸板通道33，主闸板通道33内分别设有上主闸板34和下主闸板35，上主闸板34和下主闸板35分别连接有主闸板控制气缸36。

打印机构包括沿着与列方向垂直的行方向延伸的导轨40，每行主料仓均对应有一组导轨40，各组导轨40上沿列方向导向移动装配有两只打印头41，打印头41由步进电机驱动，能够实现精确的步进动作。打印头41包括用于承装颗粒物的移动料盒42，移动料盒42的容积小于主料盒22，用于实现灵活移动，避免每次移动时需要带动大量颗粒物而导致的机构笨重和设计强度要求高。各移动料盒42的底部固定在移动料盒座上，移动料盒座上设有上下贯通的通孔，形成供移动料盒42内的颗粒物在重力的作用下落下的落料通道43，落料通道43上设有两道落料阀44，落料阀44包括阀板45和伸缩气缸46，所述伸缩气缸46形成用于驱动阀板45伸缩的阀板驱动装置，所述阀板45具有用于封堵落料通道43的封堵位和放开落料通道43的落料位，两道落料阀44之间形成用于容纳定量颗粒物的容纳空间。所述落料通道43顶部的进料口处设有用于扰动进料口处的颗粒物以避免颗粒物卡滞在进料口外的进料扰动装置，所述进料扰动装置包括沿垂直于落料通道43的轴向活动设置的扰动头47和用于驱动扰动头47动作的伸缩气缸，伸缩气缸构成扰动驱动装置；所述扰动头47为扰动板，所述扰动板上设有向上凸出的凸起，所述凸起的竖直方向剖面为三角形。伸缩气缸驱动扰动板伸缩，能够对落料通道43顶部的进料口处的颗粒物进行扰动，避免颗粒物之间卡滞而影响顺利落料。为了提高移动料盒42的固定可靠性，移动料盒42的底部设置为上大下小的缩截面结构，所述移动料盒42座的顶部设有与移动料盒42的底部形状吻合的梯形槽，所述落料通道43设置在移动料盒42的下端面上。上述移动料盒42、移动料盒座、落料阀44和进料扰动装置形成落料单元，能够实现对颗粒物落料的控制。

所述落料通道43的下端开口处设有用于颗粒物排出时外溅的弹性导向通道，所述弹性导向通道由设置在落料通道43的出料口的弹性导向针48形成，弹性导向针48沿管口呈环形布置且倾斜设置，形成上大下小的缩口结构，上部的开口直径大于落料通道43的出料口直径。

为了保证各行的两只打印头41均能够与格子料盘54上的任意一个料格对应，导轨40的两端均超出格子料板两侧一段距离，两只打印头41均能够与每行格子料盘54最外侧的料格对应。

本实施例中的后续处理装置50为卸料装置，卸料装置包括卸料机架51，卸料机架51为框形架，具有供料盘定位座13伸入的卸料空间。卸料机架51上还在卸料空间的上方固定安装有伸缩缸52，伸缩缸52在上下方向伸缩动作，伸缩缸52的下端输出端连接有电磁吸盘53，电磁吸盘53上侧面连接有多个上下延伸的导向杆，卸料机架51上设有与导向杆在上下方向上导向移动配合的导向孔。本实施例中的格子料盘54包括格子骨架，格子骨架上对应于每个料格设有使料格中的颗粒色料落到成型盘55中的翻转门，格子骨架为磁吸材料制成，翻转门也为磁吸材料。格子料盘54的料格呈矩阵式布置，在布料装置10将格子料盘54中的各个料格布完料之后，料盘定位座13将格子料盘54输送到卸料装置的卸料空间内，此时伸缩缸52带动电磁吸盘53向下移动并与格子骨架上侧面贴合，控制系统控制电磁吸盘53通电励磁并将格子骨架吸附在电磁吸盘53的上侧面即吸附面上。由于翻转门也为磁吸材料制成，励磁电流较大时可以对翻转门产生吸附力并保持翻转门处于闭合状态。电磁吸盘53被伸缩缸52带动上移，料盘定位座13收回，然后伸缩缸52伸出并带动格子骨架下移，直到与格子骨架与卸料装置上的成型盘55接近，此时控制器控制励磁电流减小，电磁吸盘53的磁力减小，在保持吸附格子料盘54时释放翻转门，翻转门打开从而能够将格子料盘54内的色料落入成型盘55内。翻转门采用磁吸控制启闭能够实现各翻转门的均匀施力，避免设置整体式翻转门时翻转门的局部由于颗粒物的重力而发生变形，从而能够避免对布料和卸料影响。

为了保证在格子料盘54内的按照设定图案布置的色料在落入成型盘55中时不会因为各种色料的下落存在时间差导致图案变形，格子骨架的至少两个料格的翻转门在开启时同步转动，这样能够提高在格子料盘54中的色料落入成型盘55中时的同步性。

颗粒物打印机还包括控制系统，控制系统与上述输送装置、打印机构、供料阀30和落料阀44连接，进行颗粒物打印时首先对拟打印的画面进行颜色编程，打印时按照编辑的色素点一一对应选择固体颗粒并形成打印的电子信号，每个/每团固体颗粒视为一个打印色素点，不同固体颗粒的组合呈现的是不同的色彩和质地，布料完成后，固体颗粒之间可以通过粘结剂相互结合固定，从而形成画面。

具体地，对于布料步骤，各主料盒22中装入不同颜色的颗粒物，此时各移动料盒42所对应的打印头41分别对应一种颜色的颗粒物。布料时，打印头41与格子料盘54沿着列方向相对步进运动，在每一处步进位置上，两只打印头41沿着与列方向垂直的行方向运动，将其装载的对应颜色颗粒物向格子料盘54相应一行料格中所有对应颜色料格的放料，该过程中，打印头41是以单向遍历的方式完成向格子料盘54对应行的所有对应颜色料格的布料。当然，在第一处步进位置上，由于仅有两只与该行料格对应的打印头41，因此该行料格打印完成后该行料格可能会存在空格。打印头41与格子料盘54继续以单向步进的方式相对运动，一次步进一行料格，单向步进过程中，每一行打印头41分别与每一行料格对应一次，这样能够在单向步进过程中完成所有料格的布料。

移动料格缺料时，控制系统控制移动料格移动到位于主料盒22下方的出料口处的补料位，通过控制供料阀30动作实现补料。

布料步骤完成后，格子料盘54随料盘定位座13移动至卸料装置的电磁吸盘53下方，电磁吸盘53下移并通电，将格子料盘54连同翻转门吸附固定，然后料盘定位座13退回，电磁吸盘53带动格子料盘54下移，移动到位后减小电磁吸盘53的吸力，翻转门在颗粒物的重力作用下开启，颗粒物落下，完成后续处理。然后，电磁吸盘53带动格子料盘54上移，料盘定位座13移动至电磁吸盘53下方，电磁吸盘53断电，格子料盘54重新落到料盘定位座13上。

上述颗粒物打印过程也即本发明中颗粒物打印方法的一个实施例。

本发明通过在上下方向的落料实现布料，大大缩短了固体颗粒色料的输料路径，不会出现固体颗粒色料在输料过程中堵塞卡料的过程，将干料打印的自动化变成现实，这种特殊的输送方式也是本发明最显著的创新之处之一。

在其他实施例中，打印头41也可以仅按列方向布置或者仅按行方向布置，此时更适用于颜色较少的情况，能够减小设备体积。另外，在其他实施例中，各行的打印头41也可以设置成三只以上，或者仅设置一只。

在其他实施例中，打印头41与格子料盘54的每一步相对步进运动的步进距离也可以增大，例如一次步进两行以上的料格，当然，此时将有一行以上的料格无法与某一行打印头对应，如果仍以实施例一中的方式布料将会存在颜色遗漏，为解决该问题，可以将行数与步进距离对应的两行以上料格中设置同样的颜色，这样还可以提高打印速度，一次步进中实现两行以上料格的布料。

在其他实施例中，后续处理装置50也可以替换为其他形式，例如，采用无料盘成型装置，卸料空间的底部设有粘结垫层，例如水泥浆、防石漆乳液、液体玻璃、铁水等，从格子料盘54卸下的颗粒物落下后能够通过固化后的粘结垫层相互连接成一体，成型出形态固定的画面。再如，后续处理装置50采用有料盘成型装置，卸料空间的底部设有成型料盘，从格子料盘54卸下的颗粒物落下后进入成型料盘内，格子料盘54能够重复使用，而成型料盘则作为最终产品的一部分与颗粒物通过粘合剂成为一体。

在其他实施例中，颗粒物打印机也可以仅用于对颗粒物进行布料，即不设置后续处理装置50。另外，对于不需要将颗粒物取出的情况，格子料盘54也可以采用未设置翻转门的形式，此时格子料盘54最终作为画面的一部分。

在其他实施例中，对于颗粒物使用量较少的情况，也可以不设置主料仓，直接在移动料盒42中加入颗粒物料。

在其他实施例中，落料单元上的落料通道43也可以替换为其他形式，例如由料盒底部设置的落料管形成，落料阀44设置在落料管上，并且落料阀44也可以替换为其他形式，例如采用转动启闭形式。

在其他实施例中，用于驱动供料阀30、落料阀44动作的驱动装置也可以替换为气缸之外的其他形式，例如电磁铁、液压缸、电动缸等。

本发明中颗粒物打印的布料方法的一个实施例即上述颗粒物打印方法中采用的布料方法，此处不再赘述。

在当今智能化蓬勃发展的时代，固体颗粒色料打印技术可以成为新型建筑，特别是装配式住宅装饰面中应用的核心技术，解决结构层与装饰面层强度一致化的问题，同时大大增加了装饰附加价值，可以广泛应用于城市建筑生态设计，构建建筑与自然的融合，在城市文化墙、彩色地坪、雕塑、大型墙面等公共领域也有丰富的应用前景，对拓展建筑设计、装饰设计提供了新的方法。

最后需要说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行不需付出创造性劳动的修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。