CN109531772A - 基于3d打印制备建筑结构的设备及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于3D打印制备建筑结构的设备包括3D打印装置以及配筋装置。其中,3D打印装置具有储料腔及与储料腔连接且相对于基架可移动的喷头;配筋装置相对于基架可移动设置;配筋装置包括具有的切割组件,用于将长钢筋或长筋条切割成短钢筋或短筋条;用于向切割组件的刀头处输送长钢筋或长筋条的送料机构;以及用于驱动短钢筋或短筋条沿相交于水泥基浆料层层叠方向做插入运动的驱动机构,驱动机构将短钢筋或短筋条插入到至少跨越3D打印装置所打印的相邻两层水泥基浆料层的层间界面。打印的水泥基浆料层与插入的钢筋之间不存在打印缝隙,保证水泥料浆与钢筋之间连接紧密性,使3D打印的水泥基材料层间界面的力学性能和韧性得到真正的改善。

Description

基于3D打印制备建筑结构的设备及方法
技术领域
本发明涉及工程建筑技术领域,具体涉及一种基于3D打印制备建筑结构的设备及方法。
背景技术
3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型,后逐渐用于一些产品的直接制造,已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工(AEC)、汽车、航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。其中,水泥基材料3D打印技术在建筑领域、复杂结构的制造、功能材料的成型与制造以及未来极端条件无人施工等领域具有广阔的前景。
现有的建筑领域中,基于3D打印制备建筑结构的设备主要包括3D打印机,在制备建筑结构过程时,装入3D打印机内的储液腔内的水泥基浆料,经喷头逐层地喷在建筑基底上,鉴于3D打印机在打印一层水泥基浆料的高度有限,3D打印出来的建筑构件表现为在基底上形成呈层叠分布的水泥基浆料层,待水泥基浆料层固化后即形成建筑结构,由于不同层的水泥基浆料在相邻层之间存在界面,各水泥基浆料层的层间界面处的结合强度和韧性较差,当层间界面处受到外界的驱动力作用时,相邻水泥基浆料层的层间界面处会出现分层和脱粘现象,导致采用水泥基浆料制备出的建筑结构容易出现损坏或坍塌的现象发生,存在安全隐患。
现有技术中有采用钢筋作为骨架的,钢筋混凝土中钢筋骨架的一个用途就是增强不同批次浇筑的混凝土的连接强度。但是对于3D打印建筑构件的技术方案而言,3D打印机在靠近如现有技术预设的钢筋附近进行打印时,钢筋将阻挡3D打印机喷头的运行路径,使得喷头需要绕着钢筋周围进行打印,鉴于3D打印水泥基材料自身要求能够竖直堆积,因此喷头喷出的水泥浆料不能像传统建筑施工的自流平混凝土沿水平方向自动流平,填入钢筋缝隙,从而现有的采用3D打印制备建筑结构时,喷头喷出的水泥基浆料与钢筋之间存在间隙,二者不能形成有机结合,就不能形成传统建筑施工的钢筋混凝土。因此,采用通常的现有技术的钢筋设置方式,不能实质性地使钢筋与3D打印的混凝土进行有机的结合,也就不能使3D打印的水泥基材料层间界面的力学性能和韧性得到真正的改善。
发明内容
因此,本发明所要解决的技术问题在于现有技术中基于3D打印制备建筑结构的设备制备出的建筑结构中,水泥基材料层间界面的力学结合性能差。
为此,本发明提供一种基于3D打印制备建筑结构的设备,包括:
3D打印装置,具有储料腔及与所述储料腔连接且相对于基架可移动的喷头;
配筋装置,相对于所述基架可移动设置;所述配筋装置包括具有至少一个刀头的切割组件,用于将长钢筋或长筋条切割成短钢筋或短筋条;用于向所述切割组件的刀头处输送长钢筋或长筋条的送料机构;以及用于驱动所述短钢筋或短筋条沿相交于水泥基浆料层层叠方向做插入运动的驱动机构,所述驱动机构将所述短钢筋或短筋条插入到至少跨越所述3D打印装置所打印的相邻两层水泥基浆料层的层间界面。
优选地,上述的基于3D打印制备建筑结构的设备,所述切割组件还具有
套筒,相对于所述驱动机构固定设置,具有供所述长钢筋或短筋条穿过的直线通道;
所述刀头受第一驱动器的驱动沿垂直于所述套筒的轴线可滑动地抵接于所述套筒供短钢筋或短筋条伸出的一端面上。
进一步优选地,上述的基于3D打印制备建筑结构的设备,所述配筋装置还包括调直机构,所述调直机构具有沿所述长钢筋或长筋条输送方向延伸且供所述长钢筋或长筋条穿过的直线通道,以调整所述长钢筋或短长筋条的水平度或垂直度。
进一步优选地,上述的基于3D打印制备建筑结构的设备,所述调直机构包括依次设置的第一辊轮组和第二辊轮组;
其中,所述第一辊轮组具有至少两个相对且错开设置的第一滚轮;所述第二辊轮组具有至少两个相对且错开设置的第二滚轮,所述第一滚轮的轴线与所述第二滚轮的轴线垂直,两个所述第一滚轮之间及两个所述第二滚轮之间形成所述直线通道。
进一步优选地,上述的基于3D打印制备建筑结构的设备,所述配筋装置还包括折弯机构,用于将所述切割组件切割后的平行于水泥基浆料层叠方向的短钢筋或短筋条的至少一端部向相交于水泥基浆料层层叠方向折弯,所述驱动机构用于驱动折弯后的短钢筋或短筋条做插入运动。
进一步优选地,上述的基于3D打印制备建筑结构的设备,所述折弯机构包括
夹具,用于夹持短钢筋或短筋条;
至少一个折弯件,设在所述夹具的一侧;
至少一个第二驱动器,与所述折弯件连接,用于驱动所述折弯件抵压所述钢筋或筋条的一端相对于被所述夹具夹持的短钢筋或短筋条的部分做折弯运动。
进一步优选地,上述的基于3D打印制备建筑结构的设备,所述折弯件为两个,两个所述折弯件分别设在所述夹具的两侧。
进一步优选地,上述的基于3D打印制备建筑结构的设备,任一所述折弯件面向所述夹具一侧的端面设有槽口朝向所述夹具的容纳槽;所述折弯件随所述第二驱动器运动时,所述容纳槽供短钢筋或短筋条折弯的部分嵌入。
进一步优选地,上述的基于3D打印制备建筑结构的设备,所述送料机构包括至少一对相对设置且相向转动的皮带轮;
所述长钢筋或长筋条夹持在至少一对所述皮带轮相面对的一侧表面上,以被所述皮带轮朝向所述切割组件一侧方向输送。
一种基于3D打印制备建筑结构的方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1:将水泥基浆料置于3D打印装置的储料腔内;
S2:3D打印装置的喷头在基底上移动,向基底上喷出至少一层的水泥基浆料层;
S3:采用切割组件将长钢筋或长筋条切割成所述短钢筋或短筋条;待所述水泥基浆料层未固化之前,采用配筋装置将短钢筋或短筋条沿相交于水泥基浆料层层叠方向插入到至少跨越3D打印装置所打印的相邻两层水泥基浆料层的层间界面,并使得短钢筋或短筋条的顶部未外露出其所在的水泥基浆料层的顶部,或者外露出其所在的水泥基浆料层的顶部的高度H1小于3D打印装置打印下一层水泥基浆料层的层高H0;
S4:水泥基浆料层固化形成建筑结构。
优选地,上述的基于3D打印制备建筑结构的方法,在S3步骤之前:还包括
采用折弯机构将短钢筋或短筋条的两端部相对于其中部折弯以形成倒立的U形或倒立的L形;在S3步骤中,将倒立的U形或倒立的L形的短钢筋或短筋条插入水泥基浆料层。
进一步优选地,上述的基于3D打印制备建筑结构的方法,采用上述的基于3D打印制备建筑结构的设备。
本发明提供的技术方案,具有如下优点:
1.本发明提供的基于3D打印制备建筑结构的设备,包括:3D打印装置、配筋装置。其中,3D打印装置具有储料腔及与所述储料腔连接且相对于基架可移动的喷头;配筋装置,相对于所述基架可移动设置;所述配筋装置包括具有至少一个刀头的切割组件,用于将长钢筋或长筋条切割成短钢筋或短筋条;用于向所述切割组件的刀头处输送长钢筋或长筋条的送料机构;以及用于驱动所述短钢筋或短筋条沿相交于水泥基浆料层层叠方向做插入运动的驱动机构,所述驱动机构将所述短钢筋或短筋条插入到至少跨越所述3D打印装置所打印的相邻两层水泥基浆料层的层间界面。
此结构的基于3D打印制备建筑结构的设备,先采用3D打印装置层叠打印水泥基浆料层,之后通过配筋装置将短钢筋或短筋条插入相邻的水泥基浆料层的层间界面,从而将相邻的水泥基浆料层进行连接,当界面处受到外界的沿平行水泥层的方向驱动力作用时,在短钢筋或短筋条的连接力的作用下,水泥基浆料层之间无相对移动,从而提高打印层间结合强度和韧性,进而保证界面的层与层之间连接的稳定性,提高建筑的安全性;此外,由于短钢筋或短筋条插入层间界面的动作是在至少一层的水泥基浆料层铺设完成后才进行的,因而,打印的水泥基浆料层与插入的钢筋之间不存在打印缝隙,保证水泥料浆与钢筋之间连接紧密性,使3D打印的水泥基材料层间界面的力学结合性能得到真正的改善。
此外,送料机构以及切割组件的设置,将呈卷的长钢筋或长筋条朝向切割组件方向输送,并通过刀头将长钢筋或长筋条切割为相应3D打印过程中所需要的长度,保证切割后形成的短钢筋或短筋条为预设长度,进一步提高配筋装置配筋的稳定性。
2.本发明提供的基于3D打印制备建筑结构的设备,切割组件还具有套筒,套筒相对于所述驱动机构固定设置,用于供长钢筋或短筋条穿过;刀头受第一驱动器的带动沿垂直于所述套筒的轴线可滑动地抵接于所述套筒供短钢筋或短筋条伸出的一端面上。
此结构的基于3D打印制备建筑结构的设备,切割组件中套筒的设置,保证在向水泥基浆料层输送长钢筋或长筋条时输送过程的稳定性以及钢筋的直线度,并在刀头抵接与套筒对长钢筋进行切割时,有效防止刀头运动时由于机械振动而导致切割位置发生移动的问题,进一步提高刀头在预设长度位置进行切割动作时的稳定性;此外,当需要对切割长度进行调整时,只需要调整套筒的位置即可,提高了使用过程的便捷性。
3.本发明提供的基于3D打印制备建筑结构的设备,所述配筋装置还包括调直机构,所述调直机构具有沿所述长钢筋或长筋条输送方向延伸且供所述长钢筋或长筋条穿过的直线通道,以调整所述长钢筋或长筋条的水平度或垂直度。此结构的基于3D打印制备建筑结构的设备,通过设置调直机构,当呈卷的长钢筋经过调直机构后,钢筋得到直线方向的伸展,保证最终插入水泥基浆料层的短钢筋或短筋条的直线度,进一步保证短钢筋或短筋条插入水泥基料浆层层间界面时,水泥基浆料层层间结合的稳定性。
4.本发明提供的基于3D打印制备建筑结构的设备,所述配筋装置还包括折弯机构,用于将所述切割组件切割后的平行于水泥基浆料层叠方向的短钢筋或短筋条的至少一端部向相交于水泥基浆料层层叠方向折弯,所述驱动机构用于驱动折弯后的短钢筋或短筋条做插入运动。
此结构的基于3D打印制备建筑结构的设备,通过设置折弯机构,得到具有至少一端朝向相交于层间界面方向延伸的短钢筋或短筋条,短钢筋或短筋条插入层间界面时,起到连接至少相邻两层的层间界面的作用;同时,短钢筋或短筋条还具有至少一端与层间界面方向平行的部分,该部分的形成设置,有利于提高垂直于水泥基浆料层的层间界面抗拉强度,进一步提高建筑结构的稳定性。
5.本发明提供的基于3D打印制备建筑结构的设备,所述折弯机构包括夹具、折弯件以及第二驱动器。其中,夹具用于夹持短钢筋或短筋条;折弯件设在所述夹具的一侧;第二驱动器与所述折弯件连接,用于驱动所述折弯件抵压所述钢筋或筋条的一端相对于被所述夹具夹持的短钢筋或短筋条的部分做折弯运动。所述折弯件为两个,两个所述折弯件分别设在所述夹具的两侧。
此结构的基于3D打印制备建筑结构的设备,通过设置在夹具的两侧设置两个折弯件,当折弯件夹持短钢筋或短筋条做折弯运动时,将得到呈倒立设置的U形短钢筋或短筋条,U形短钢筋或短筋条的两个相互呈平行的部分均起到沿相交于层间界面方向插设并至少跨越相邻的两层水泥基浆料的,倒立U形短钢筋或短筋条还具有连接两个相互平行部分的连接部分,连接部分保证钢筋相对位置固定,从而提高钢筋插入时的相对稳定性,另外,连接部分与水泥基浆料层平行设置,从而增加垂直于水泥基浆料层层间界面的抗拉强度和沿平行于层间界面的抗剪强度,进一步提高建筑结构的稳定性。若一个折弯件设置为设置在夹具一侧时,则折弯件对短钢筋或短筋条的弯折将会得到纵向截面呈L形的短钢筋或短筋条,进一步,多个折弯件的配合将得到呈M形或者其他结构,其功能特性与呈倒立的U形短钢筋或短筋条的结构功能相同,均可提高建筑结构的稳定性。
6.本发明提供的基于3D打印制备建筑结构的方法,其包括下述步骤:S1:将水泥基浆料置于3D打印装置的储料腔内;S2:3D打印装置的喷头在基底上移动,向基底上喷出至少一层的水泥基浆料层;S3:待所述水泥基浆料层未固化之前,采用配筋装置将短钢筋或短筋条沿相交于水泥基浆料层层叠方向插入到至少跨越3D打印装置所打印的相邻两层水泥基浆料层的层间界面,并使得短钢筋或短筋条的顶部未外露出其所在的水泥基浆料层的顶部,或者外露出其所在的水泥基浆料层的顶部的高度H1小于3D打印装置打印下一层水泥基浆料层的层高H0;S4:水泥基浆料层固化形成建筑结构。
此结构提供的基于3D打印制备建筑结构的方法,由于用于3D打印的水泥基材料具有不同于普通水泥材料的触变性,因此其可竖直堆积成型,并且用于3D打印的水泥基材料屈服应力高于普通浇筑方式制备用水泥基材料。因而,在对第n层进行3D打印过程中,在无外界机械绕动3D打印的各层水泥基浆料层的情况下,通过配筋装置直接向未固化的水泥基浆料层内插入短钢筋或短筋条,将不影响已打印完成后的第n层、第n-1层或第n-2层等等任意在第n层下方的水泥基浆料层,仍可实现后续的第n层、第n-1层或第n-2层等等任意在第n层下方的水泥基浆料层的固化过程。相应地,当后续打印第n+1层、第n+2层或者其他在第n层上方铺设的水泥基浆料层,或是当配筋装置继续插入短钢筋或短筋条时,在第n层上方铺设的任一层水泥基浆料层以及依次植入的短钢筋或短筋条仍不会对第n层的竖直堆积以及固化效果发生影响,以此实现3D打印形成的建筑机构的稳定性。
此外,通过限制短钢筋或短筋条伸出于水泥基浆料层的长度,不高于喷头预设打印下一层水泥基浆料层的层高H0,进而可保证喷头在沿预设方向打印时,不会受到短钢筋以及短筋条阻碍和影响,3D打印过程中,水泥浆层完全覆盖短钢筋或短筋条的顶部,进而实现均匀打印水泥基浆料层的目的;打印完成后,短钢筋或短筋条与水泥基材料有机结合,真正实现了提高并改善层间界面的力学性能和韧性。
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他的附图。
图1为本发明所提供的基于3D打印制备建筑结构的设备的结构示意图;
图2为实施例1中所提供的基于3D打印制备建筑结构的设备的结构示意图;
图3为实施例1中所提供的暂存机构的放大结构示意图;
图4为实施例1中所提供的驱动机构的结构示意图;
图5为实施例2中所提供的基于3D打印制备建筑结构的设备的结构示意图;
图6为实施例2中基于3D打印制备建筑结构的设备中的驱动机构与调直机构的配合结构示意图;
图7为实施例3中所提供的基于3D打印制备建筑结构的设备的结构示意图;
图8为实施例3中所提供的调直机构与送料机构的配合结构示意图;
图9a为实施例3中所提供的折弯机构的放大结构示意图以及折弯件的剖视图;
图9b为实施例3中所提供的折弯机构折弯短钢筋或短筋条的结构示意图;
图10a为本发明所提供的短钢筋或短筋条插入相邻两层水泥基浆料层的截面结构示意图;
图10b为本发明所提供的短钢筋或短筋条插入并跨越相邻三层水泥基浆料层的截面结构示意图;
图10c为本发明所提供的呈倒立U形短钢筋或短筋条插入并跨越相邻两层水泥基浆料层的截面结构示意图;
附图标记说明:
1-3D打印装置;11-储料腔;12-喷头;
2-切割组件;21-套筒;22-刀头;
3-驱动机构;31-第二弹性件;32-第三驱动板;321-板体本体;322-延伸部;33-限位凹槽;331-竖直部;332-水平部;
4-调直机构;41-第一滚轮;42-第二滚轮;
51-箱体;511-第一进口;512-第一出口;513-放置腔体;514-导向通道;515-第二进口;516-第二出口;52-第一驱动板;53-第一弹性件;
6-折弯机构;61-夹具;62-折弯件;621-容纳槽;
7-送料机构。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外,下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本实施例提供一种基于3D打印制备建筑结构的设备,如图2和图3所示,包括:3D打印装置1和配筋装置。
其中,如图2所示,3D打印装置1内具有储料腔11,并容纳待打印的水泥基材料,储料腔11的端部连接有喷头12;喷头12与配筋装置均相对基架移动设置。
比如,3D打印装置整体或喷头设在移动机构上,在移动机构的带动下相对于基架移动,移动机构可以包括升降机和固定在升降机上的机械手,或固定在升降机上的滑动部件,滑动部件可选为气缸,喷头固定在气缸的伸缩轴上,从而来实现3D打印装置的喷头相对于基架移动,以打印水泥基浆料层。
如图2和图3所示,配筋装置具有暂存机构、装填机构和驱动机构3。其中,暂存机构存储并输出短钢筋或短筋条;装填机构用于向暂存机构内装填短钢筋或短筋条;驱动机构3用以驱动短钢筋或短筋条沿相交于水泥基浆料层层叠方向做插入运动。
具体而言,驱动机构3驱动短钢筋或短筋条沿与水泥基浆料层层间界面呈垂直方向插入水泥基浆料层内,进一步保证层间连接力最大,抗剪强度最高。最佳地,驱动机构3沿竖直方向向下传输短钢筋或短筋条;3D打印装置1沿竖直方向逐层铺设水泥基材料。
本实施例中,驱动机构3包括沿竖直方向上下运动的第三驱动器以及与第三驱动器固定连接的第二驱动板,第三驱动器驱动第二驱动板沿竖向向下运动,第二驱动板的底部抵接短钢筋或短筋条的顶部表面,并在第三驱动器的驱动下驱动短钢筋的底部表面插入水泥基浆料层直至到达预设位置。例如,第三驱动器为直线导轨与气缸的集成,直线导轨与气缸并排设置,第二驱动板设置在气缸和直线导轨的同一侧,其中,第二驱动板与气缸的活塞杆端部,以及直线导轨上的滑块固定连接。直线导轨用以保证第二驱动板运动的直线性,气缸用以提供驱动机构3竖直方向运动的动力源。
如图2和图3所示,本实施例中的暂存机构包括箱体51、第一驱动板52以及第一弹性件53。其中,箱体51内部具有容纳短钢筋或短筋条的存储内腔;存储内腔包括沿短钢筋或短筋条滑动方向延伸设置的放置腔体513、以及沿竖向与放置腔体513连通的导向通道514。
具体而言,放置腔体513沿短钢筋或短筋条滑动方向的两端呈第一进口511和第一出口512,导向通道514与第一出口512连通设置,导向通道514的顶部和底部呈第二进口515和第二出口516;第一驱动板52设置在第一进口511内;第一弹性件53的一端相对于箱体51固定设置,另一端与第一驱动板52固定连接;第一驱动板52受第一弹性件53的推压而伸入放置腔体513内。
在本实施例中,放置腔体513由第一进口511朝向第一出口512向下倾斜。进而,放置腔体513内设置的短钢筋或短筋条在重力的作用下,也可由第一进口向下朝向第一出口512方向滑动,保证及时对导向通道514内供料。
具体而言,本实施例提供的短钢筋或短筋条为已分割好固定长度,并沿竖向延伸且水平并排设置在存储内腔内;短钢筋或短筋条受第一弹性件53的第一推压力作用下,沿第一推压力方向滑动地设在存储内腔中,驱动机构3伸入导向通道514内以驱动短钢筋或短筋条由导向通道514第二进口515朝向第二出口516的竖直方向做插入运动。如第一弹性件53为弹簧。短钢筋或短筋条可以为沿竖直方向延伸设置的单根钢筋,沿竖向延伸的两个、三个或四个等等更多的竖直部分,且其上通过连接结构相连接的钢筋。
本实施例中,装填机构包括夹持组件、输送组件以及限位件。夹持组件具有夹持至少一个短钢筋或筋条的夹持爪,输送组件驱动夹持爪在放置短钢筋或短筋条的料箱和存储内腔中往复运动;限位件设置在第二出口515的端部,在装填机构装填短钢筋或短筋条时,短钢筋或短筋条在重力作用下沿第二出口滑出存储内腔。
例如,夹持组件为夹持气缸,夹持气缸具有两个相对靠近或远离运动的夹持部,两个夹持部形成夹持腔体,用以至少一个夹持短钢筋或短筋条,输送组件为三个叠层设置的直线电机,保证夹持组件沿三个方向滑动夹取,实现夹持动作自动化。在实际使用时,第一弹性件53以及第一驱动板52预先拆除,并将限位件放置在第二出口515端部;而后,装填机构朝向存储内腔内装填短钢筋或短筋条;最后,在装填好预设数量的端钢筋或短筋条后将第一弹性件53以及第一驱动板52重新安装,并将限位件由第二出口侧取出,至此,向存储内腔装填短钢筋或短筋条的装填动作结束。
如本实施例中,逐次夹持一个短钢筋或短筋条。当然,在可选的实施例中,也可以逐次夹持两个、三个或者更多短钢筋或短筋条,进一步提高装填效率。在可选的实施例中,夹持组件和输送组件可以集成为一体结构,可以选用机械手,进一步提高装填机构的灵活性以及装填的精准度,提高自动化的使用需求。
本实施例提供的基于3D打印制备建筑结构的设备,3D打印装置1层叠打印水泥基浆料层,而后通过配筋装置将短钢筋或短筋条插入相邻的水泥基浆料层的层间界面,从而将相邻的水泥基浆料层进行连接,当打印的建筑结构处受到外界的沿平行水泥层的方向驱动力作用时,在短钢筋或短筋条的连接力的作用下,可提高打印层间耐久性,进而保证界面层与层连接的稳定性,提高建筑的安全性能;此外,由于短钢筋或短筋条插入层间界面的动作是在至少一层的水泥基浆料层铺设完成后才进行的,因而,打印的水泥基浆料层与插入的钢筋之间不存在打印缝隙,保证水泥料浆与钢筋之间连接紧密性,使3D打印的水泥基材料层间界面的力学性能和耐久性得到真正的改善。
本实施例还提供一种基于3D打印制备建筑结构的方法,其包括如下步骤:
S11:将水泥基浆料置于3D打印装置1的储料腔11内;
S12:事先设置3D打印装置1的构件模型及参数,如3D打印机的打印路径,打印速率、打印层高、植筋间隔、植筋深度等等;
S2:3D打印装置1的喷头12在基底上移动,向基底上喷出第n层(n=1,2,3……)的水泥基浆料层;
S31:第三驱动板沿竖直方向驱动设置在导向通道514内的短钢筋或短筋条沿竖直方向运动,短钢筋或短筋条由第二出口516伸出导向通道514;
S32:水泥基浆料层的第n层(n=1,2,3……)上,第二驱动板驱动短钢筋或短筋条至少插入到第n层(n=1,2,3……)内,并保证伸出于第n层(n=1,2,3……)顶部表面的短钢筋或短筋条的高度小于喷头12打印第n+1层(n=1,2,3……)时喷头12所在的高度;暂存机构内,在第一弹性件53的第一推压力作用下,其内设置的短钢筋或短筋条沿倾斜面向第一出口512一侧向下滑动,且设置在最右端的短钢筋或短筋条伸入导向通道514;
S33:喷头12沿打印路线行进,继续打印第n层(n=1,2,3……)水泥基浆料层,并按照植筋间隔间距继续在第n层(n=1,2,3……)上的植入短钢筋或短筋条,直至喷头12在第n层(n=1,2,3……)水泥基浆料层的行走路径全部完成;
S34:依照3D打印装置1的预设参数,调整喷头12所在高度、喷头12在水平面投影的相对位置以及喷头12行走路线,对第n+1层(n=1,2,3……)的水泥基浆料层进行铺设,并在第n+1层(n=1,2,3……)的水泥基浆料层上进行植入短钢筋或短筋条。并返回执行步骤S31,直至打印完第n+m层(n=1,2,3……)(m=1,2,3……)的水泥基浆料层,并在该水泥基料浆层上完成植入短钢筋或短筋条后,执行步骤S35;
S35:顶部封层,在已打印好的第n+m层(n=1,2,3……)(m=1,2,3……)的水泥基浆料层上打印最后一层水泥基浆料层即第n+m+1层(n=1,2,3……)(m=1,2,3……)的水泥基浆料层,喷头12沿预设打印路径行走并进行3D打印,保证在插设第n+m层(n=1,2,3……)(m=1,2,3……)的短钢筋或短筋条的顶部未外露出第n+m+1层(n=1,2,3……)(m=1,2,3……)水泥基浆料层的顶部。
S4:当打印完预设的第n+m+1层(n=1,2,3……)(m=1,2,3……)水泥基浆料层后,等待水泥基浆料层固化形成建筑结构;至此,3D打印建筑结构结束。
在步骤S12中,其中,3D打印喷头12沿基底移动时,依照预设打印路径移动;3D打印机的打印速率为喷头12沿预设路径移动的速率;打印层高为相邻两层水泥基浆料层的层间界面之间的竖向高度间隔,如本实施例中的打印层高为H0;植筋间隔间距为相邻的短钢筋或短筋条之间的距离,相邻的短钢筋或短筋条之间的间距越小,同一水泥基浆料层的层面上的植筋间隔间距越密集,水泥基浆料层的层间结合强度越高。本实施例中的植筋深度为依据短钢筋或短筋条的长度进行设定,只要保证插入时的短钢筋或短筋条伸出于水泥基浆料层的高度H1低于3D打印装置打印下一层水泥基浆料层的层高H0即可。
在步骤S32中,短钢筋或短筋条可以插入第n层、第n-1层、第n-2层等等更多水泥基浆料层,此时仅对短钢筋或短筋条的伸出于第n层顶部表面的高度范围进行限制。此外,通过限制短钢筋或短筋条伸出于水泥基浆料层的长度,不高于打印下一层水泥基浆料层的层高,即可保证喷头12在沿预设方向打印时,不会受到短钢筋以及短筋条阻碍和影响;进而实现均匀打印水泥基浆料层的目的;打印完成后,短钢筋或短筋条与水泥基材料有机结合,真正实现了提高并改善界面的力学性能和韧性。
在步骤S32中,如图10a和10b所示,在采用竖直条状的短钢筋或短筋条沿竖向插入第n层水泥基浆料层时,保证短钢筋或短筋条至少跨越相邻设置的第n层以及第n+1层之间的水泥基浆料层的层间界面即可。
在步骤S32中,如图10c所示,在采用呈倒立U形的短钢筋或短筋条进行插入第n层水泥基浆料层时,应保证倒立的U形中间部分的底部表面抵接在第n层水泥基浆料层顶部表面上,防止中间部分的底部表面与第n层水泥基浆料层顶部表面中间存有打印缝隙,保证水泥料浆层与钢筋之间连接紧密性,使3D打印的水泥基材料层间界面的力学性能和韧性得到真正的改善,进一步提高建筑结构的安全稳固性。
在步骤S32中,也可以采用纵向截面呈M形的短钢筋或短筋条插入第n层水泥基料浆层,M形的短钢筋或短筋条具有三个相互平行的竖直部分,以及在竖直部分的顶部相互连接的横向连接部分,应当保证M形的横向连接部分的底部表面抵靠在第n层的水泥基浆料层的顶部表面上,与前述插入倒立U形的短钢筋或短筋条方式方法相同,均可提高水泥基料浆层钢筋之间连接的紧密性,进而改善层间界面的力学性能以及韧性,提高建筑结构的安全稳固性。进一步地,
在步骤S34中,以在步骤S31和步骤S32中在第n层水泥基浆料层上植入呈竖直条状的短钢筋或短筋条为例,短钢筋或短筋条至少跨越相邻设置的第n层以及第n+1层之间的水泥基浆料层的层间界面。如图10a所示,当步骤S31中仅插入的短钢筋或短筋条仅插入第n层时,则短钢筋或短筋条仅跨越第n层与第n+1层之间的层间界面;如图10b所示,当步骤S31中插入的短钢筋或短筋条插入第n层以及第n-1层时,则在步骤S33中,该钢筋则将跨越第n-1层与第n层之间、第n层与第n+1层之间的两个层间界面;进一步地,若在步骤S31中插入的短钢筋所插入的层数更多,则将沿竖向跨越更多3D打印的水泥基浆料层层间界面,从而在第n层水泥基浆料层插入的每一个短钢筋或短筋条均可以对所跨越的层间界面起到抗剪作用,进一步提高水泥基浆料层层间连接力以及层间的力学特性,进一步保证3D打印得到的建筑结构的稳定性。
在步骤S34中,喷头12的相对位置进行调节,为保证不与插入在第n层水泥基浆料层的短钢筋或短筋条形成干涉的情况下,在第n+1层水泥基浆料层进行植筋,提高植筋动作的可靠性,同时对植筋位置进行分散,防止植筋位置相同造成应力集中引起的建筑结构断裂现象的可能性。
在步骤S35中,在对第n+m+1层进行3D打印的过程中,在第n+m层水泥基浆料层内插设的短钢筋或短筋条,其顶部未伸出第n+m+1层水泥基浆料层,此时第n+m+1层的水泥基浆料层完全覆盖住第n+m层短钢筋或短筋条的顶部,保证对短钢筋或短筋条进行封层,保证短钢筋或短筋条无外露在水泥基材料外部的部分,提高建筑结构的稳定性。
本实施例提供的基于3D打印制备建筑结构的方法,由于用于3D打印的水泥基材料具有不同于普通水泥材料的触变性,因此其可竖直堆积成型,并且用于3D打印的水泥基材料的屈服应力高于普通浇筑方式制备用水泥基材料。因而,在无外界机械绕动3D打印的各层水泥基浆料层的情况下,通过配筋装置直接向未固化的水泥基浆料层内插入短钢筋或短筋条,将不影响已打印完成后的第n层、第n-1层或第n-2层等等任意在第n层下方的水泥基浆料层,仍可实现后续的第n层、第n-1层或第n-2层等等任意在第n层下方的水泥基浆料层的固化过程。相应地,当后续打印第n+1层、第n+2层或者其他在第n层上方铺设的水泥基浆料层,或是当配筋装置继续插入短钢筋或短筋条时,在第n层上方铺设的任一层水泥基浆料层依次植入的短钢筋或短筋条仍不会对第n层的竖直堆积以及固化效果发生影响,以此实现3D打印形成的建筑机构的稳定性。
作为第一种替换实施方式,本实施例中,第三驱动器也可以为电机与丝杠的集成,或者液压缸与直线导轨的集成,只要保证驱动机构3驱动短钢筋或短筋条沿竖直方向向下插入水泥基浆料层即可。
作为第二种替换实施方式,如图4所示,驱动机构3具有沿竖直方向依次设置的第二弹性件31和第三驱动板32,以及限位凹槽33;此时,驱动机构3对短钢筋或短筋条的沿竖直方向的驱动力为弹性力。具体而言,限位凹槽33的横向截面为T形,限位凹槽33沿纵向截面呈L形,L形具有沿竖向延伸设置并的竖直部331和沿水平方向延伸设置的水平部332;第三驱动板32具有板体本体321,以及设置在板体本体321的侧壁面上朝向限位凹槽33方向延伸设置的延伸部322,延伸部322伸入限位凹槽33内,并分别沿竖直部331和水平部332滑动设置。第三驱动板32固定设置在第二弹性件31的底部,第二弹性件31具有沿竖直方向驱动第三驱动板32伸入导向通道514的自然状态,以及第二弹性件31的底部受第三驱动板32的抵压、并对第三驱动板32沿竖向向下的方向产生的第二推压力的收缩状态;在第二弹性件31处于收缩状态时,第三驱动板32的延伸部322的处于限位凹槽33的水平部332内,以阻挡第三驱动板32沿竖向滑动,保证第三驱动板32位置的限定;第三驱动板32处于限位凹槽33的竖直部331内,第三驱动板32沿竖直部331内滑动,在第二弹性件31处于自然状态时,短钢筋或短筋条在第三驱动板32和第二弹性件31的驱动下输送至已打印好的水泥料浆层内,而后延伸部322在外界驱动下沿竖直部331向上运动,并沿横向滑移至水平部332内,为下次配筋动作准备。第二弹性件31可选为弹簧。
实施例2
本实施例提供的基于3D打印制备建筑结构的设备,如图5和图6,其包括:3D打印装置1和配筋装置。
其与实施例1中提供的基于3D打印制备建筑结构的设备相比,存在的区别之处在于,配筋装置中不设置实施例1中的暂存机构。而本实施例提供的基于3D打印制备建筑结构的设备,配筋装置包括调直机构4以及切割组件2。
其中,切割组件2用于将长钢筋或长筋条切割成短钢筋或短筋条。调直机构4具有沿长钢筋或长筋条输送方向延伸且供长钢筋或长筋条穿过的直线通道,以调整长钢筋或短筋条的水平度或垂直度。切割组件2靠近3D打印装置1的喷头12附近设置,调直机构4设置在切割组件2之前,通常钢筋呈卷设置,驱动机构3驱动钢筋经过调直机构4后朝向切割组件2运动,其中驱动机构3作为驱动钢筋朝向插入水泥基浆料层方向运动的驱动源,以保证钢筋输出动作稳定持续。
本实施例提供的基于3D打印制备建筑结构的设备中,如图5所示,切割组件2包括套筒21以及刀头22。
其中,套筒21相对于驱动机构3固定设置并沿竖向延伸设置,用于供长钢筋或长筋条沿竖向穿过,比如套筒21固定在基架上;刀头22受第一驱动器的带动,沿垂直于套筒21的轴线方向,即图5中水平横向方向可滑动地抵接于套筒21供长钢筋或长筋条伸出的底部端面上,以将长钢筋或长筋条切割为所需要的短钢筋或短筋条。例如,第一驱动器为直线电机,驱动刀头在水平方向沿套筒21底部横向端面切割即可。
本实施例提供的基于3D打印制备建筑结构的设备中,如图6所示,调直机构4包括依次设置的第一辊轮组和第二辊轮组。其中,第一辊轮组具有相对且错开设置的第一滚轮41;第二辊轮组具有多个相对且错开设置的第二滚轮42,第一滚轮41的轴线与第二滚轮42的轴线垂直,相面对的两个第一滚轮41及相面对的两个第二滚轮42之间形成直线通道,长钢筋或短筋条沿直线通道进行输送。第一辊轮组对伸入直线通道的长钢筋或短筋条进行第一次矫正;第二辊轮组则对伸入直线通道的长钢筋或短筋条进行第二次矫正,两辊轮组轴线垂直设置,以保证两个相互垂直且同时垂直于钢筋轴向方向均可调节钢筋的直线度,以达到最佳的矫直效果。例如,本实施例中相对设置的五个第一滚轮41和五个第二滚轮42为例。
本实施例中,如图5所示,驱动机构3设置在调直机构4前,驱动机构3为相对设置的两个皮带轮,皮带轮相向转动,长钢筋在两皮带轮之间传输,如图6所示,位于左侧的皮带轮顺时针转动,位于右侧的皮带轮逆时针转动时,两皮带轮将对与长钢筋或长筋条施加沿竖直方向向下的拉伸力,以驱动长钢筋或长筋条朝向下方输送。进一步两个皮带轮之间的切线与直线通道共轴设置,以保证长钢筋或长筋条的传输同步度高,从而提高后续调直机构4矫正调直动作的稳定性。
本实施例还提供一种基于3D打印制备建筑结构的方法,其与实施例1中所提供的基于3D打印制备建筑结构的方法之间的区别之处在于:步骤S31与S32变化为:
S31:长钢筋或短筋条沿竖直方向进入两皮带轮之间,并朝向调直机构4输送,长钢筋或短筋条穿过第一辊轮组以及第二辊轮组后,伸入切割组件2的套筒21,并朝向垂直于水泥层间界面方向运动,当套筒21底部伸出的长钢筋或短筋条长度达到预设的短筋条插入长度时,第一驱动器驱动刀头22沿横向运动,以将长钢筋或短筋条切割形成短钢筋或短筋条;
S32:在水泥基浆料层的第n层上,当套筒21一侧伸出的长钢筋或长筋条长度达到预设的短筋条插入长度时,即至少插入到第n层内,并保证伸出于第n层顶部表面的短钢筋或短筋条的高度小于喷头12打印第n+1层时喷头12所在的高度时;第一驱动器驱动刀头22沿横向运动,以将长钢筋或短筋条切割形成已插入水泥基浆料层层间界面的短钢筋或短筋条。
作为第一种替换实施方式,第一滚轮41以及第二滚轮42的个数均可以为两个、三个、四个、六个或者更多。例如,当第一滚轮41个数为相对且错开设置的两个时,长钢筋或短筋条沿两个第一滚轮41之间的直线通道滑动,并通过与两个滚轮之间的壁面接触,对长钢筋或短筋条的直线度进行调整。当然无论第一滚轮41还是第二滚轮42,滚轮的个数设置的越多,对其直线度的调整也将越优。
作为第二种替换实施方式,驱动机构3还可以采用单个皮带轮,皮带轮的表面与长钢筋或短筋条抵接设置,皮带轮与长钢筋或短筋条之间存在滑动摩擦,当皮带轮转动时,同样可向直线通道输送长钢筋或短筋条。
实施例3
本实施例提供的基于3D打印制备建筑结构的设备,如图7、图9a以及图9b所示,其包括:3D打印装置1和配筋装置。
其与实施例2中提供的基于3D打印制备建筑结构的设备相比,存在的区别之处在于,配筋装置的调直机构4与切割组件2设置位置以及设置方向发生变化;驱动机构3的设置形式有所不同,此外,配筋装置还包括折弯机构6以及送料机构7。
如图7所示,配筋装置包括驱动机构3、调直机构4、切割组件2、折弯机构6以及送料机构7。其中,送料机构7设置在调直机构4之前,以驱动长钢筋或长筋条朝向调直机构4内输送;调直机构4以及切割组件2二者的相对位位置与实施例2中的相对位置相同,沿钢筋伸入顺序依次设置。如图7所示,折弯机构6设置在切割组件2后,用于将切割组件2切割后的短钢筋或短筋条的两端部向下折弯,以形成倒立的U形,驱动机构3用于驱动U形的短钢筋或短筋条做插入运动。
具体而言,如图7所示,调直机构4以及切割组件2的套筒21均沿横向放置,刀头22受第一驱动器驱动沿竖直方向运动,并沿竖向切割长钢筋或长筋条形成短钢筋或短筋条。此外,如图8所示,送料机构7为两个相对设置的皮带轮,皮带轮相向滚动,长钢筋或长筋条沿两个皮带之间穿过,并在两皮带轮之间的挤压力的作用下,驱动呈卷设置的长钢筋或长筋条沿水平方向输送;在可选的实施例中,皮带轮可选弹性材料制成,以保证在夹持长钢筋或长筋条时发生皮带轮表面发生弹性形变,进一步保证夹持钢筋或筋条的稳定性。本实施例中,如图8所示,设置在上的皮带轮逆时针转动,设置在下的皮带轮顺时针转动,长钢筋或长筋条沿水平方向向右输送。
具体而言,驱动机构为与折弯机构6配合设置的第四驱动器与第四驱动板组合件,用于驱动短钢筋或短筋条沿竖向做插入运动。如图9a和图9b所示,本实施例中折弯机构6包括:夹具61、折弯件62以及第二驱动器。其中,夹具61用于夹持短钢筋或短筋条;短钢筋或短筋条两端均伸出夹具61的两侧,具有两个折弯件62,折弯件62分设在夹具61的两侧;第二驱动器与折弯件62连接设置,第二驱动器用于驱动折弯件62抵压短钢筋或短筋条的两端,并相对于被夹具61夹持的短钢筋或短筋条的中部做向下的弯曲运动,并形成竖向截面呈倒立的U形的短钢筋或短筋条。例如,第二驱动器为直线电机,直线电机与折弯件62通过固定在直线电机移动端的滑块上下滑动。
具体而言,每个折弯件62面向夹具61一侧的端面,均设有槽口朝向夹具61的容纳槽621;当折弯件62随第二驱动器运动时,容纳槽621供短钢筋或短筋条折弯的部分嵌入。容纳槽621可选方形槽、圆形槽或半圆槽等等以适应方形、圆形、版选形等等不同形状或截面的钢筋或筋条。
第四驱动器与第四驱动板连接设置,第四驱动板的底部表面抵靠在倒立U形短钢筋或短筋条顶部表面,并在第四驱动器的驱动下沿竖直方向向下运动。例如,第四驱动器为直线导轨与气缸并排设置,第四驱动板设置在气缸和直线导轨的同一侧,其中,第四驱动板与气缸的活塞杆端部,以及直线导轨上的滑块固定连接。直线导轨用以保证第四驱动板运动的直线性,气缸用以提供驱动机构3竖直方向运动的动力源。
本实施例还提供一种基于3D打印制备建筑结构的方法,其与实施例1中所提供的基于3D打印制备建筑结构的方法之间的区别之处在于:步骤S31与S32变化为:
S31:长钢筋沿水平方向进入两皮带轮之间,并朝向调直机构4输送,长钢筋或短筋条穿过第一辊轮组以及第二辊轮组后,伸入切割组件2的套筒21,并伸入折弯机构6的夹具61内;当套筒21右侧伸出的长钢筋或短筋条长度达到预设的短钢筋或短筋条插入长度时,皮带轮停止转动,夹具61稳固夹持其内穿设的钢筋,此时第一驱动器驱动刀头22沿竖直运动,以将长钢筋或短筋条切割形成短钢筋或短筋条;夹具61夹持短钢筋或短筋条的中间部分,设置在夹具61两侧的折弯机构6沿竖向向下运动,短钢筋或短筋条的两侧在容纳槽621底部作用驱动下,向下弯折,直至折弯件62到达预设弯折位置;
S32:在水泥基浆料层的第n层上,第四驱动板驱动呈倒立的U形的短钢筋或短筋条至少插入到第n层内,并保证倒立U形中间部分的底部表面抵接在第n层水泥基浆料层顶部表面上,并且U形的中间部分顶部表面的短钢筋或短筋条的高度小于喷头12打印第n+1层时喷头12所在的高度;
在本实施例中S32步骤中,保证倒立的U形中间部分的底部表面抵接在第n层水泥基浆料层顶部表面上,防止中间部分的底部表面与第n层水泥基浆料层顶部表面中间存有打印缝隙,打印的水泥基浆料层与插入的钢筋之间不存在打印缝隙,保证水泥料浆与钢筋之间连接紧密性,使3D打印的水泥基材料层间界面的力学性能和韧性得到真正的改善,进一步提高建筑结构的安全稳固性。
作为第一种替换实施方式,本实施例中,第四驱动器也可以为电机与丝杠的集成,或者液压缸与直线导轨的集成,只要保证驱动机构3驱动短钢筋或短筋条沿竖直方向向下插入水泥基浆料层即可。
作为进一步的变形,当然还可以不设置第四驱动器以及第四驱动板,通过如实施例1中替换实施方式中,驱动机构3与折弯机构6配合部分通过弹性件、限位凹槽以及驱动板的配合方式进行实现均可,只需保证依据将短钢筋或短筋条插入相邻两层、相邻三层或相邻的更多的层间界面的需要驱动力大小,对弹性件进行及时更换即可。如弹性件为弹簧。
作为第三种替换实施方式,配筋机构还可以不设置调直机构4,调直机构4仅通过两个相对设置的皮带轮进行调直,或套筒21内壁面对钢筋调直即可;或者,事先已对长钢筋或短筋条进行调直时,也可以不考虑长钢筋或长筋条的直线度对打印建筑结构的影响。
作为第四种替换实施方式,折弯件62还可以仅设置一个折弯件62,折弯件62沿竖直方向向下滑动,以将夹持在夹具内的短钢筋或短筋条沿折弯件62滑动方向做折弯运动,并通过折弯件62弯折动作后得到单侧弯折且纵向截面呈L形的短钢筋或筋条,L形的竖直部在驱动机构的作用下沿竖向跨越至少相邻两层的水泥基料浆的层间界面,以保证对层间界面的连接,且保证在步骤S32中,短钢筋或短筋条在插接入水泥浆料层的第n层内时,第n层的水泥浆料层顶部表面抵接在L形的水平部的底部表面上,提高水泥基料浆层钢筋之间连接的紧密性,进而改善层间界面的力学性能以及韧性,提高建筑结构的安全稳固性。
实施例4
本实施例提供一种基于3D打印制备建筑结构的设备,其与实施例1至实施例3中任一个实施例提供的基于3D打印制备建筑结构的设备相比,存在的区别之处在于:
短钢筋或短筋条伸入相邻水泥基浆料层的层间界面时,驱动机构驱动短钢筋或短筋条插入水泥基浆料层的角度还可以为与层间界面呈30度、60度、75度等等,只要与层间界面呈夹角设置即可。
实施例5
本实施例提供一种基于3D打印制备建筑结构的设备,其与实施例1至实施例4中任一个实施例提供的基于3D打印制备建筑结构的设备相比,存在的区别之处在于:
如图1所示,不设置实施例1中的暂存机构、不设置实施例2中调直机构4以及切割组件2、以及不设置实施例3中的折弯机构6,仅设置实施例1中的驱动机构3,并在第三驱动板下方逐个放入短钢筋或短筋条,保证短钢筋或短筋条插入并跨越在3D打印设备所打印的相邻水泥料浆层即可。
显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例,而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (12)

1.一种基于3D打印制备建筑结构的设备,其特征在于,包括
3D打印装置(1),具有储料腔(11)及与所述储料腔(11)连接且相对于基架可移动的喷头(12);
配筋装置,相对于所述基架可移动设置;所述配筋装置包括具有至少一个刀头(22)的切割组件(2),用于将长钢筋或长筋条切割成短钢筋或短筋条;用于向所述切割组件(2)的刀头(22)处输送长钢筋或长筋条的送料机构(7);以及用于驱动所述短钢筋或短筋条沿相交于水泥基浆料层层叠方向做插入运动的驱动机构(3),所述驱动机构(3)将所述短钢筋或短筋条插入到至少跨越所述3D打印装置(1)所打印的相邻两层水泥基浆料层的层间界面。
2.根据权利要求1所述的基于3D打印制备建筑结构的设备,其特征在于,所述切割组件(2)还具有
套筒(21),相对于所述驱动机构(3)固定设置,具有供所述长钢筋或短筋条穿过的直线通道;
所述刀头(22)受第一驱动器的驱动沿垂直于所述套筒(21)的轴线可滑动地抵接于所述套筒(21)供短钢筋或短筋条伸出的一端面上。
3.根据权利要求1或2所述的基于3D打印制备建筑结构的设备,其特征在于,所述配筋装置还包括调直机构(4),所述调直机构(4)具有沿所述长钢筋或长筋条输送方向延伸且供所述长钢筋或长筋条穿过的直线通道,以调整所述长钢筋或短长筋条的水平度或垂直度。
4.根据权利要求3所述的基于3D打印制备建筑结构的设备,其特征在于,所述调直机构(4)包括依次设置的第一辊轮组和第二辊轮组;
其中,所述第一辊轮组具有至少两个相对且错开设置的第一滚轮(41);所述第二辊轮组具有至少两个相对且错开设置的第二滚轮(42),所述第一滚轮(41)的轴线与所述第二滚轮(42)的轴线垂直,两个所述第一滚轮(41)之间及两个所述第二滚轮(42)之间形成所述直线通道。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的基于3D打印制备建筑结构的设备,其特征在于,所述配筋装置还包括折弯机构(6),用于将所述切割组件(2)切割后的平行于水泥基浆料层叠方向的短钢筋或短筋条的至少一端部向相交于水泥基浆料层层叠方向折弯,所述驱动机构(3)用于驱动折弯后的短钢筋或短筋条做插入运动。
6.根据权利要求5所述的基于3D打印制备建筑结构的设备,其特征在于,所述折弯机构(6)包括
夹具(61),用于夹持短钢筋或短筋条;
至少一个折弯件(62),设在所述夹具(61)的一侧;
至少一个第二驱动器,与所述折弯件(62)连接,用于驱动所述折弯件(62)抵压所述钢筋或筋条的一端相对于被所述夹具(61)夹持的短钢筋或短筋条的部分做折弯运动。
7.根据权利要求6所述的3D打印制备建筑结构的设备,其特征在于,所述折弯件(62)为两个,两个所述折弯件(62)分别设在所述夹具(61)的两侧。
8.根据权利要求6所述的基于3D打印制备建筑结构的设备,其特征在于,任一所述折弯件(62)面向所述夹具(61)一侧的端面设有槽口朝向所述夹具(61)的容纳槽(621);所述折弯件(62)随所述第二驱动器运动时,所述容纳槽(621)供短钢筋或短筋条折弯的部分嵌入。
9.根据权利要求1所述的基于3D打印制备建筑结构的设备,其特征在于,所述送料机构(7)包括至少一对相对设置且相向转动的皮带轮;
所述长钢筋或长筋条夹持在至少一对所述皮带轮相面对的一侧表面上,以被所述皮带轮朝向所述切割组件(2)一侧方向输送。
10.一种基于3D打印制备建筑结构的方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1:将水泥基浆料置于3D打印装置(1)的储料腔(11)内;
S2:3D打印装置(1)的喷头(12)在基底上移动,向基底上喷出至少一层的水泥基浆料层;
S3:采用切割组件(2)将长钢筋或长筋条切割成短钢筋或短筋条;待所述水泥基浆料层未固化之前,采用配筋装置将短钢筋或短筋条沿相交于水泥基浆料层层叠方向插入到至少跨越3D打印装置(1)所打印的相邻两层水泥基浆料层的层间界面,并使得短钢筋或短筋条的顶部未外露出其所在的水泥基浆料层的顶部,或者外露出其所在的水泥基浆料层的顶部的高度H1小于3D打印装置(1)打印下一层水泥基浆料层的层高H0;
S4:水泥基浆料层固化形成建筑结构。
11.根据权利要求10所述的基于3D打印制备建筑结构的方法,其特征在于,在S3步骤之前:还包括
采用折弯机构(6)将短钢筋或短筋条的两端部相对于其中部折弯以形成倒立的U形或倒立的L形;在S3步骤中,将倒立的U形或倒立的L形的短钢筋或短筋条插入水泥基浆料层。
12.根据权利要求10或11中所述的基于3D打印制备建筑结构的方法,其特征在于,采用权利要求1-12中任一项所述的基于3D打印制备建筑结构的设备。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101433938A (zh) * 2008-12-25 2009-05-20 何川 钢筋调直切断机的剪切机构
CN201711465U (zh) * 2010-05-06 2011-01-19 舒开泰 组合式钢筋切断长度的自动定尺装置
CN201889377U (zh) * 2010-11-27 2011-07-06 营口东邦冶金设备耐材有限公司 钢筋调直剪切折弯机
CN104264862A (zh) * 2014-08-29 2015-01-07 中国建筑第八工程局有限公司 一种3d打印配筋砌体剪力墙结构及其施工方法
KR20180016100A (ko) * 2016-08-05 2018-02-14 한국해양대학교 산학협력단 3차원 콘크리트 프린트 시스템 및 그를 이용한 콘크리트 구조물 제조방법
CN108312291A (zh) * 2018-01-12 2018-07-24 东南大学 一种混凝土3d打印建筑结构及其建造方法
WO2018136475A1 (en) * 2017-01-17 2018-07-26 University Of Houston System 4-dimensional printing of reinforced concrete

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101433938A (zh) * 2008-12-25 2009-05-20 何川 钢筋调直切断机的剪切机构
CN201711465U (zh) * 2010-05-06 2011-01-19 舒开泰 组合式钢筋切断长度的自动定尺装置
CN201889377U (zh) * 2010-11-27 2011-07-06 营口东邦冶金设备耐材有限公司 钢筋调直剪切折弯机
CN104264862A (zh) * 2014-08-29 2015-01-07 中国建筑第八工程局有限公司 一种3d打印配筋砌体剪力墙结构及其施工方法
KR20180016100A (ko) * 2016-08-05 2018-02-14 한국해양대학교 산학협력단 3차원 콘크리트 프린트 시스템 및 그를 이용한 콘크리트 구조물 제조방법
WO2018136475A1 (en) * 2017-01-17 2018-07-26 University Of Houston System 4-dimensional printing of reinforced concrete
CN108312291A (zh) * 2018-01-12 2018-07-24 东南大学 一种混凝土3d打印建筑结构及其建造方法

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