CN109795009B - 一种提升混凝土3d打印质量的振动装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提升混凝土3D打印质量的振动装置，该振动装置包括万向振动器、连接组件和控制器(7)，万向振动器通过连接组件固定于打印头出料口，对打印出的混凝土进行同步微振动，并刮平混凝土表面，同时能将振动作用传递于打印头，提升混凝土打印挤出时的流畅度；控制器(7)通过线缆(6)与万向振动器中的振动发生器(8)连接，控制振动参数。该振动装置可与新生产的混凝土3D打印设备直接集成，生产混凝土振动3D打印设备，也可与普通混凝土3D打印设备集成，对其进行升级改造。本发明可解决现有3D打印设备在打印挤出混凝土的过程中易出现断料裂缝，表面质量不佳，同时混凝土层间粘结较弱等问题，提升混凝土3D打印质量。
Description
技术领域
本发明属于土木工程领域、混凝土3D打印设备方向，具体涉及一种提升混凝土3D打印质量的振动装置。
背景技术
随着工业4.0推广，工业正朝着自动化信息化的方向发展，而目前的建筑行业仍然处于较为原始的阶段，属于劳动密集型产业，建筑结构的建造伴随着大量的人力付出、资源消耗以及环境污染等问题，这与当今社会提倡的绿色化可持续发展理念相悖，因此，传统的建筑工业亟需改革与升级。增材制造(Additive Manufacturing,AM)是一项新兴的自动化程度很高的三维结构材料制造技术，又可称为3D打印，不同与传统制造过程，AM技术通过材料逐层累积打印出目标结构，经过30多年的发展，AM技术已成功应用于航空航天、汽车业、生物医学、食品等领域。
上世纪90年代，美国学者Pegna最早将水泥基材料用于3D打印，通过砂子与水泥浆体逐层累积并利用蒸养快速固化的方式，打印出混凝土结构，探索将3D打印技术应用于建筑领域。与传统的混凝土结构成型建造方法相比，3D打印技术可以减少人力消耗，节省原材料消耗，降低建筑结构的建造成本，同时提高施工效率。建筑3D打印技术摆脱了模具的限制，可以打印出各种曲线异型结构，满足建筑设计师极具创意的设计需要以及客户的个性化定制需求。
但目前3D打印混凝土技术仍处于起步阶段，存在诸多问题，其中一个主要问题就是由于3D打印混凝土需要满足打印可建造性要求，因此混凝土工作性较差，在打印挤出的过程中易出现表面质量不佳，断料裂缝等现象，同时导致混凝土层间粘结较弱，因此如何有效提升混凝土3D打印质量是混凝土3D打印领域亟待解决的问题。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种提升混凝土3D打印质量的振动装置，解决现有3D打印设备在打印挤出混凝土的过程中易出现断料裂缝，表面质量不佳，同时混凝土层间粘结较弱等问题，提升混凝土3D打印质量。
技术方案：为实现上述目的，本发明的一种提升混凝土3D打印质量的振动装置采用以下技术方案实现：
该振动装置包括万向振动器、连接组件和控制器，万向振动器通过连接组件固定于打印头出料口，对打印出的混凝土进行同步微振动，并刮平混凝土表面，同时能将振动作用传递于打印头，提升混凝土打印挤出时的流畅度；控制器通过线缆与万向振动器中的振动发生器连接，控制振动参数。
万向振动器可实现打印头朝任意方向打印，均能同步对打印出的混凝土进行微振动，同时刮平混凝土表面，提升混凝土3D打印质量，万向振动器通过刚性连接固定于打印头出料口，可将振动作用传递于打印头，提升混凝土打印挤出时的流畅度，降低3D打印混凝土产生断料缺陷风险；振动装置可与新生产的混凝土3D打印设备直接集成，生产混凝土振动3D打印设备，也可与普通混凝土3D打印设备集成，对其进行升级改造。
该万向振动器包含环形振动体、振动发生器及通过连接的线缆与其连接的控制器；环形振动体为环形以保证打印头朝任意方向打印，均能同步对打印出的混凝土进行微振动，实现万向振动功能；环形振动体内有空腔，三个以上的振动发生器等间距布置于环形振动体空腔内，保证环形振动体各个位置对混凝土振动效果一致，振动发生器通过线缆与控制器相连，振动参数可调。
所述的连接组件包含两个相同的弧形圆箍、直杆连接件、第一连接螺栓螺母与第二连接螺栓螺母，两个弧形圆箍通过两端的第一连接螺栓螺母固定于打印头出料口上，弧形圆箍上的直杆连接件通过第二连接螺栓螺母与环形振动体相连，线缆通过打印机框架布置，将振动发生器与控制器相连。
控制器包含显示屏、单片机、变频器与传感器，传感器设置于环形振动体内，监测环形振动体的振动频率与幅度，并通过显示屏实时显示，控制器可在新生产的打印机中打印控制系统集成，或在改造现有普通混凝土3D打印设备后独立使用。
连接组件中的弧形圆箍与直杆连接件的尺寸可根据所要集成的打印喷头外径与长度进行确定。
振动装置相对打印头出料口的安装高度根据打印头出料口距打印最上层混凝土的上表面高度确定。
有益效果：与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明提供的一种提升混凝土3D打印质量的振动装置能够通过微振动有效提高混凝土3D打印表观与层间粘结质量，振动装置结构简单，操作方便，装置易于安装、拆卸与维护，同时能够与现有普通混凝土打印喷头集成，对其进行升级改造。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图，
图2为本发明的整体结构俯视图，
图中有：振动体1，直杆连接件2，弧形圆箍3，第一连接螺栓螺母4，第二连接螺栓螺母5，线缆6，控制器7，振动发生器8。
具体实施方式
本发明的核心是提供了一种提升混凝土3D打印质量的振动装置，此装置能够有效解决3D打印混凝土质量缺陷问题。
下面通过实例并结合附图作进一步说明：
图1与图2所示，本发明提供了一种提升混凝土3D打印质量的振动装置包括万向振动器、连接组件和控制器7。振动装置可与新生产的混凝土3D打印设备直接集成，生产混凝土振动3D打印设备，也可与普通混凝土3D打印设备进行集成，对其进行升级改造。
万向振动器包含环形振动体1、振动发生器8及与其连接的线缆6，环形振动体1为环形可保证打印头朝任意方向打印，均能同步对打印出的混凝土进行微振动，实现万向振动功能，环形振动体1内有空腔，三个以上的振动发生器8等间距布置于环形振动体1空腔内，保证环形振动体1各个位置对混凝土振动效果一致，振动发生器8通过线缆6与控制器7相连，振动参数可调。
连接组件包含两个相同的弧形圆箍3、直杆连接件2、第一连接螺栓螺母4与第二连接螺栓螺母5，两个弧形圆箍3通过两端第一连接螺栓螺母4固定于打印头出料口上，弧形圆箍3上的直杆连接件2通过第二连接螺栓螺母5与环形振动体1相连，振动器线缆6通过打印机框架布置，与控制器7相连。万向振动器通过刚性连接固定于打印头出料口，可将振动作用传递于打印头，提升混凝土打印挤出时的流畅度，降低3D打印混凝土产生断料缺陷风险。
控制器7包含显示屏、单片机、变频器与传感器，传感器设置于振动体1内，监测振动体1的振动频率与幅度，并通过显示屏实时显示。振动参数的选择根据所打印混凝土的工作性、未启动振动装置时的打印表观效果以及打印速率确定，所需打印混凝土的工作性与未启动振动装置时的打印表观效果越差，打印速率越快，则可增加振动装置的振动频率与幅度，实现混凝土3D打印质量的最优化提升。控制器7可在新生产的打印机中打印控制系统集成，也可在改造现有普通混凝土3D打印设备后独立使用。
连接组件中的弧形圆箍3与直杆连接件2的尺寸可根据所要集成的打印喷头外径与长度进行调整，弧形圆箍3内径与安装位置的打印头外径相等，可保证弧形圆箍3与打印头有最大接触面积，实现最稳固固定。
振动装置相对打印头出料口的安装高度根据打印头出料口距打印最上层混凝土的上表面高度确定，保证振动体1工作面与打印时的最上层混凝土表面接触。
以上对本发明提供的一种提升混凝土3D打印质量的振动装置进行了详细介绍。应当理解的是，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本领域中技术人员依本发明的构思进行的改动，均落入本申请的保护范围。
Claims (3)
1.一种提升混凝土3D打印质量的振动装置，其特征在于，该振动装置包括万向振动器、连接组件和控制器(7)，万向振动器通过连接组件固定于打印头出料口，对打印出的混凝土进行同步微振动，并刮平混凝土表面，同时将振动作用传递于打印头，提升混凝土打印挤出时的流畅度；控制器(7)通过线缆(6)与万向振动器中的振动发生器(8)连接，控制振动参数；
该万向振动器包含环形振动体(1)、振动发生器(8)及通过连接的线缆(6)与其连接的控制器(7)；环形振动体(1)为环形以保证打印头朝任意方向打印，均能同步对打印出的混凝土进行微振动，实现万向振动功能；环形振动体(1)内有空腔，三个以上的振动发生器(8)等间距布置于环形振动体(1)空腔内，保证环形振动体(1)各个位置对混凝土振动效果一致，振动发生器(8)通过线缆(6)与控制器(7)相连，振动参数可调；
所述的连接组件包含两个相同的弧形圆箍(3)、直杆连接件(2)、第一连接螺栓螺母(4)与第二连接螺栓螺母(5)，两个弧形圆箍(3)通过两端的第一连接螺栓螺母(4)固定于打印头出料口上，弧形圆箍(3)上的直杆连接件(2)通过第二连接螺栓螺母(5)与环形振动体(1)相连，线缆(6)通过打印机框架布置，将振动发生器(8)与控制器(7)相连；
控制器(7)包含显示屏、单片机、变频器与传感器，传感器设置于环形振动体(1)内，监测环形振动体(1)的振动频率与幅度，并通过显示屏实时显示，控制器(7)可在新生产的打印机中打印控制系统集成，或在改造现有普通混凝土3D打印设备后独立使用。
2.根据权利要求1所述的一种提升混凝土3D打印质量的振动装置，其特征在于：连接组件中的弧形圆箍(3)与直杆连接件(2)的尺寸可根据所要集成的打印喷头外径与长度进行确定。
3.根据权利要求1所述的一种提升混凝土3D打印质量的振动装置，其特征在于：振动装置相对打印头出料口的安装高度根据打印头出料口距打印最上层混凝土的上表面高度确定。
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