一种利用石膏浆液制成三维图案的方法及设备与流程

本发明涉及一种利用石膏浆液制成三维图案的方法及设备，其属于立体图形模印领域。

背景技术：

石膏板是以建筑石膏为原料的一种常用的建筑材料，广泛用于住宅、办公楼、商店、旅馆和工业厂房等各种建筑物的内隔墙、代替墙面抹灰层的墙体覆面板、天花板和各种装饰板等，目前的大型石膏板（长和宽大于0.8米）一般都是平面板，仅能起到隔离或覆面的作用，有的装饰性石膏板，印刷的图案都是提前模具预置，图案内容和模具一致，千篇一律，无法起到个性化美化装饰作用，也缺乏逼真的立体效果。目前有一种石膏3d打印机，采用sla原理，通过uv胶紫外固化对石膏粉末进行粘接成型，能够实现独立个体的制作，其优点是成型精度高，实体形象逼真，缺点是不适合在石膏板材上进行大尺寸图案的制作，并且成本昂贵，成型尺寸小。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供了一种适合在石膏板材上进行大尺寸图案的制作的利用石膏浆液制成三维图案的方法及设备。

本发明采用如下技术方案：

一种利用石膏浆液制成三维图案的方法，包括如下步骤：

步骤1、制备石膏浆液：

石膏浆液的配比由以下重量份数的原料组成：纳米半水石膏80—85份、改性淀粉5—10份和缓凝剂5—10份，混合均匀后与水按重量1:3的比例进行混合搅拌，形成石膏浆液后迅速装入石膏浆液主仓内；

步骤2、预热工序：

将石膏板放在支撑台上，利用电热丝加热支撑台，进而通过热传导加热石膏板，使石膏板温度达到80℃—90℃；

步骤3、刷胶工序：

石膏板上方设置有胶液仓，控制器控制安装在吊架上的胶液仓运动，带动安装在胶液仓出口处的胶刷按照预先要绘制的图案形状快速在石膏板上运动并涂上黏胶；

步骤4、成型绘制工序：

涂胶完毕后，利用电热丝加热支撑台，迅速将石膏板的温度提升至150℃—260℃；

石膏板上方设置有浆液喷仓，控制器控制安装在吊架上的浆液喷仓按预制的图案在石膏板上运动并通过安装在浆液喷仓出口处的喷嘴逐层喷涂石膏浆液，其中最底层石膏浆液正好喷涂在黏胶上，石膏浆液在高温下迅速发生反应凝固为固体，最底层通过黏胶与石膏板粘牢，其它层之间通过改性淀粉和石膏的自身黏性相互粘接，石膏板上形成立体图案。逐层喷涂成型中，不同位置的石膏浆液涂层厚度的不同使整体形状出现凹凸感，形成立体图案。

进一步的，本方法还包括步骤5、修整工序：

立体图案成型完成后，从支撑台上取下石膏板并晾干后，对成型的立体图案进行毛边刮除，气泡修补及精细打磨操作，然后按需为图案上各种颜色，即完成图案成型绘制。

一种利用石膏浆液制成三维图案的设备，其包括用于放置石膏板的支撑台、石膏浆液主仓、浆液喷仓、胶液仓以及两组用于移动浆液喷仓和胶液仓的吊架，所述石膏浆液主仓的出口经导管连通至浆液喷仓中，所述支撑台为导热材料制造，其内部或底部设置有电热丝。

进一步的，本设备还包括支撑架，所述支撑架为长方体框架状，所述吊架安装在支撑架上。

进一步的，所述吊架用于x方向移动和y方向移动，两组所述吊架均包括横向导轨和带有y方向驱动装置的水平导轨，两组所述吊架中的横向导轨安装在支撑架上，两组所述吊架中的水平导轨分别安装有带有x方向驱动装置的浆液喷仓和胶液仓。

进一步的，本设备还包括用于调节所述支撑台升降的升降机构，所述升降机构为涡轮丝杆升降机、螺旋升降机构、剪刀叉升降机构、液压伸缩杆或气压伸缩杆中的任一种或几种组合。

进一步的，所述浆液喷仓内部设置有搅拌器和/或螺旋桨。

进一步的，本设备还包括水泵，所述水泵的输出口经压力管连通至浆液喷仓。

进一步的，本设备还包括气泵，所述气泵的输出口经压力管分别连通至浆液喷仓和胶液仓。

进一步的，本设备还包括调压阀，所述调压阀安装在分别通向胶液仓和浆液喷仓的压力管上。调压阀包括第一调压阀和第二调压阀。

本发明的有益效果如下：

本方法创新应用石膏浆液的遇热快速凝固原理制作大型设备，能够在大块的石膏板上成型绘制大型图案，生产成本低，工艺简捷可靠，易于推广。

本发明利用石膏的水化凝固原理设计了一种以石膏浆液为材料的3d图案成型装置和成型方法，在已有的石膏板平面上按需制作大型个性化图案，通过石膏凝固后外凸高度的差异呈现三维立体图案效果，通过对图案修整上色后即可作为具有图案装饰效果的板材直接用于装修中，不但起到隔离或覆面作用，而且具有逼真直观的视觉欣赏效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明的实施例的结构示意图。

图2是本发明的实施例中升降机构的结构示意图。

其中，1基座、2支撑架、3纵向导轨、4支撑台、5第一横向导轨、6第二横向导轨、7第一水平导轨、8第二水平导轨、9第三横向导轨、10第三水平导轨、11石膏浆液主仓、12导管、13水泵、14压力管、15气泵、16第一调压阀、17第二调压阀、18电机、19浆液喷仓、20搅拌器、21螺旋桨、22喷嘴、23废水仓、24控制器、25胶液仓、26胶刷、27电热丝、28石膏板、29升降机构、30三通阀。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图1-图2和具体实施例对发明进行清楚、完整的描述。

如图1-图2所示，本实施例涉及一种利用石膏浆液制成三维图案的方法，包括如下步骤：

步骤1、制备石膏浆液：

石膏浆液的配比由以下重量份数的原料组成：纳米半水石膏80—85份、改性淀粉5—10份和缓凝剂5—10份，混合均匀后与水按重量1:3的比例进行混合搅拌，形成石膏浆液后迅速装入石膏浆液主仓11内；

步骤2、预热工序：

将石膏板28放在支撑台4上，利用电热丝27加热支撑台4，进而通过热传导加热石膏板28，使石膏板28温度达到80℃—90℃；

步骤3、刷胶工序：

石膏板28上方设置有胶液仓25，控制器24控制安装在吊架上的胶液仓25运动，带动安装在胶液仓25出口处的胶刷26按照预先要绘制的图案形状快速在石膏板28上运动并涂上黏胶；

步骤4、成型绘制工序：

涂胶完毕后，利用电热丝27加热支撑台4，迅速将石膏板28的温度提升至150℃—260℃；

石膏板28上方设置有浆液喷仓19，控制器24控制安装在吊架上的浆液喷仓19按预制的图案在石膏板28上运动并通过安装在浆液喷仓19出口处的喷嘴22逐层喷涂石膏浆液，其中最底层石膏浆液正好喷涂在黏胶上，石膏浆液在高温下迅速发生反应凝固为固体，最底层通过黏胶与石膏板28粘牢，其它层之间通过改性淀粉和石膏的自身黏性相互粘接，石膏板28上形成立体图案。逐层喷涂成型中，不同位置的石膏浆液涂层厚度的不同使整体形状出现凹凸感，形成立体图案。

进一步的，本方法还包括步骤5、修整工序：

立体图案成型完成后，从支撑台4上取下石膏板28并晾干后，对成型的立体图案进行毛边刮除，气泡修补及精细打磨操作，然后按需为图案上各种颜色，即完成图案成型绘制。

一种利用石膏浆液制成三维图案的设备，其包括用于放置石膏板28的支撑台4、石膏浆液主仓11、浆液喷仓19、胶液仓25以及两组用于移动浆液喷仓19和胶液仓25的吊架，所述石膏浆液主仓11的出口经导管12连通至浆液喷仓19中，所述支撑台4为导热材料制造，其内部或底部设置有电热丝27。

进一步的，本设备还包括支撑架2，所述支撑架2为长方体框架状，所述吊架安装在支撑架2上。

进一步的，所述吊架用于x方向移动和y方向移动，两组所述吊架均包括横向导轨和带有y方向驱动装置的水平导轨，两组所述吊架中的横向导轨安装在支撑架2上，两组所述吊架中的水平导轨分别安装有带有x方向驱动装置的浆液喷仓19和胶液仓25。

进一步的，本设备还包括用于调节所述支撑台4升降的升降机构29，所述升降机构29为涡轮丝杆升降机、螺旋升降机构、剪刀叉升降机构、液压伸缩杆或气压伸缩杆中的任一种或几种组合。

进一步的，所述浆液喷仓19内部设置有搅拌器20和/或螺旋桨21。

进一步的，本设备还包括水泵13，所述水泵13的输出口经压力管14连通至浆液喷仓19。

进一步的，本设备还包括气泵15，所述气泵15的输出口经压力管14分别连通至浆液喷仓19和胶液仓25。

进一步的，本设备还包括调压阀，所述调压阀安装在分别通向胶液仓25和浆液喷仓19的压力管14上。调压阀包括第一调压阀16和第二调压阀17。

本实施例采用的装置中，支撑架2为长方体框架状，固定在基座1上，基座1的上平面上设置四个纵向导轨3，在支撑架2的左右两侧面由下向上成对设置有第一横向导轨5、第二横向导轨6和第三横向导轨9，其中两条第一横向导轨5上设置带有y方向驱动装置的第一水平导轨7，两条第二横向导轨6上设置带有y方向驱动装置的第二水平导轨8，两条第三横向导轨9上设置带有y方向驱动装置的第三水平导轨10；第三水平导轨10上安装带有x方向驱动装置的石膏浆液主仓11，第二水平导轨8上安装带有x方向驱动装置的浆液喷仓19。

石膏浆液主仓11和浆液喷仓19通过导管12连通；石膏浆液主仓11和浆液喷仓19均为密闭空心腔体状，其中浆液喷仓19上表面上安装一个电机18，电机轴深入腔体内部带动搅拌器20和螺旋桨21转动，浆液喷仓19的下端设置有喷嘴22；第一水平导轨7上安装带有x方向驱动装置的胶液仓25，胶液仓25的下端安装胶刷26；支撑架2的右侧上方固定安装水泵13和气泵15，通过三通阀30和压力管14连通，压力管14有两个输出端，其中一端和浆液喷仓19的内部密封连通，另外一端和胶液仓25的内部密封连通，两个输出端上分别安装第一调压阀16和第二调压阀17。

支撑台4为长方体状，采用导热材料制造，内部设置电热丝27，下端联接z方向的升降机构29，支撑台4的四个角端联接在纵向导轨3上，支撑台4上放置有石膏板28；基座1上设置控制器24，旁边设置有一个废水仓23。控制器24的输出端电连接x方向驱动装置和y方向驱动装置的受控端。控制器24的输出端电连接电机18的受控端。控制器24的输出端电连接水泵13的受控端。控制器24的输出端电连接气泵15的受控端。控制器24的输出端电连接电热丝27的电源端。当升降机构29为涡轮丝杆升降机、螺旋升降机构、剪刀叉升降机构、液压伸缩杆或气压伸缩杆中需电控的部件时，控制器24的输出端电连接升降机构29的电控部分受控端。

本实施例的工作原理如下：

胶液仓25相对于石膏板28的三自由度运动原理：胶液仓25安装在第一水平导轨7上，能够沿第一水平导轨7做x方向运动，第一水平导轨7能够沿第一横向导轨5做y方向运动，支撑台4安装在纵向导轨3上，下侧安装有升降机构29，能够控制支撑台4进行z方向运动，因此胶液仓25能够与石膏板28形成x、y、z方向的相对运动。

浆液喷仓19相对于石膏板28的三自由度运动原理：浆液喷仓19安装在第二水平导轨8上，能够沿第二水平导轨8做x方向运动，第二水平导轨8能够沿第二横向导轨6做y方向运动，支撑台4能够带动石膏板28做z方向运动，因此浆液喷仓19与石膏板28形成x、y、z方向的相对运动。

石膏浆液主仓11相对于浆液喷仓19的三自由度运动原理：石膏浆液主仓11能够沿第三水平导轨10做x方向运动，第三水平导轨10能够沿第三横向导轨9做y方向运动，因此石膏浆液主仓11能够和浆液喷仓19做同步运动；浆液喷仓19的容积小于石膏浆液主仓11，通过导管12连接，两个仓体串联连接的原因在于：一、浆液喷仓19内如果容纳大容量的石膏浆液，重量和体积太大难以保证浆液喷仓19的高精度运动，串联结构设计能够实现浆液喷仓19内无需容纳过多石膏浆液，体积和重量比较小，易于高精度控制，而石膏浆液主仓11能够随时补充浆液喷仓19内所需的石膏浆液，且石膏浆液主仓11无需高精度运动控制。二、石膏浆液易于凝固，石膏浆液主仓11精度要求低，能够设计为易更换结构，随时从第三水平导轨10上取下，补充或去除石膏浆液，防止石膏浆液凝固；为保证运动精度，浆液喷仓19与第二水平导轨8联接精密，其容积较小，避免内部剩余石膏浆液，降低凝固可能。

浆液喷仓19内部设置搅拌器20在电机18带动下搅拌石膏浆液，保证石膏浆液不易凝固；设置螺旋桨21，除了具有搅拌石膏浆液的作用，而且能增加石膏浆液向喷嘴22出口处运动的压力，控制喷出的速度和流量。

浆液喷仓19通过压力管14和水泵13及气泵15连接的功能：一、浆液喷仓19和水泵13连接，实现浆液喷仓19的内清洗功能，定时通过水流的冲洗将其内部剩余的石膏浆液冲出来，防止石膏浆液凝固堵塞，废水仓23是收集冲出的石膏浆液废水的。二、浆液喷仓19和气泵15连接，实现在浆液喷仓19在正常喷涂石膏浆液进行成型绘制时，为石膏浆液增加气压，通过气压大小的控制，控制石膏浆液从喷嘴22的速度和流量，与螺旋桨21功能相近，相辅相成。

胶液仓25通过压力管14、三通阀30和水泵13及气泵15连接的功能：一、胶液仓25和水泵13连接，实现胶液仓25的内清洗功能。二、胶液仓25和气泵15连接，实现在胶液仓25刷胶时，增加胶液仓25内部气压，通过气压大小的控制，控制胶液从胶刷26流出的速度和流量。

第一调压阀16和第二调压阀17实现控制胶液仓25和浆液喷仓19的内部压力。

本实施例的工作过程如下：

将石膏板28放在支撑台4上固定，利用电热丝27加热支撑台4，进而通过热传导加热石膏板28，使石膏板温度达到80℃—90℃，控制器24控制胶液仓25运动，带动胶刷26按照预先要绘制的图案形状快速在石膏板28上运动并涂上黏胶，此温度范围内，既能保证黏胶不会过快干燥，也保证粘性合适；涂胶完毕后，迅速将石膏板28的温度提升至150℃—260℃，控制器24控制浆液喷仓19按预制的图案在石膏板28上运动并通过喷嘴22逐层喷涂石膏浆液，其中最底层石膏浆液正好喷涂在黏胶上，石膏浆液在高温下迅速发生反应凝固为固体，最底层通过黏胶与石膏板28粘牢，其它层之间通过改性淀粉和石膏的自身黏性相互粘接，逐层喷涂成型中，不同位置的石膏浆液涂层厚度的不同使整体形状出现凹凸感，形成立体图案；图案成型完成后，从支撑台4上取下石膏板并晾干后，对成型的图案进行毛边刮除，气泡修补及精细打磨等操作，然后按需为图案上各种颜色，即完成图案成型绘制。

从石膏浆液的凝固效果看，喷涂最厚以不超过10毫米为最佳。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。