CN111251413A - 用于3d打印粗骨料混凝土的喷头装置 - Google Patents

用于3d打印粗骨料混凝土的喷头装置 Download PDF

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CN111251413A CN202010134272.6A CN202010134272A CN111251413A CN 111251413 A CN111251413 A CN 111251413A CN 202010134272 A CN202010134272 A CN 202010134272A CN 111251413 A CN111251413 A CN 111251413A
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张云升
陈逸东
徐宝平
石加顺
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Southeast University
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Southeast University
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    • B28B1/00—Producing shaped prefabricated articles from the material
    • B28B1/001—Rapid manufacturing of 3D objects by additive depositing, agglomerating or laminating of material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
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Abstract

本发明公开了一种用于3D打印粗骨料混凝土的喷头装置，包括尖口朝下的锥形料筒、设于料筒出料口处的喷嘴、设于料筒上方并用于与3D打印装置连接的固定平台，且料筒内还设有能够输送搅拌混凝土物料的传送搅拌机构，传送搅拌机构通过设于所述料筒顶端的减速电机驱动。本发明能够满足3D打印粗骨料混凝土的要求，解决了打印时易堵塞的问题；能够有效激发混凝土的流变性质使其变得流动，并能够按照喷嘴的不同形状进行异形层结构打印。

Description

用于3D打印粗骨料混凝土的喷头装置
技术领域
本发明涉及混凝土3D打印领域，尤其涉及一种用于3D打印粗骨料混凝土的喷头装置。
背景技术
3D打印技术为综合了数学、信息、机械、材料及化学等多方面技术的一种新型快速成型、增材制造技术，其实际应用可大幅度节约人力成本、能源与资源并提高加工产品的精度和效率，从而显著改变制造业的生产方式，是第三次工业革命中重要的技术性标志之一。2015年2月，我国出台《国家增材制造产业发展推进计划(2015-2016)》将增材制造升格为国家战略。2016年8月住建部《2016-2020年建筑业信息化发展纲要》中提出“积极开展建筑业3D打印设备及材料的研究，结合BIM技术应用，探索3D打印技术运用于建筑部品、构件生产，开展示范应用”。近年来，3D打印技术在机械制造、航空、医疗等领域得到广泛的应用，并且逐渐拓展至建筑领域。3D打印技术能够有效解决建筑传统施工中存在的手工作业多、模板用量大、复杂造型难以实现等问题，并且在建筑个性化设计、智能化建造等方面具有显著优势。
目前的市场上适配砂浆的3D打印工艺逐渐趋于成熟，也在工程中进行了推广应用。然而砂浆材料中骨料颗粒细小，易导致材料成型后强度、刚度较低；此外，其油墨中胶凝材料比例较高，易导致抗裂性能下降；目前，国家对于砂子开采的管控逐渐严格，若继续砂浆作为油墨材料来实现3D打印建设，将导致开发成本大幅上升。上述问题极大地限制了3D打印建筑在大型土木工程中的应用，亟待能够采用取材简单、性能高、成本低的含粗骨料混凝土材料。而若利用混凝土进行3D打印，因其骨料直径、表面不规则度大幅上升，从而使得骨料之间的啮合度大幅下降，极易造成打印时出现喷头堵塞或螺杆卡死的不良现象。因此，开发能够流畅进行混凝土3D打印的喷头非常重要。
然而目前可以大规模连续打印含粗骨料混凝土，特别是粗骨料粒径大于20mm的3D打印喷头装置尚没有成熟产品。当前打印喷头主要研发思路仍沿用3D打印砂浆的螺杆挤压原理上进行改造。利用螺杆装置的挤压出料，由于在打印过程中喷头内部受到的骨料机械咬合力较大，容易使得螺杆边缘部分发生堵塞而卡死，因此其可以进行打印的混凝土中骨料粒径一般不超过4.75mm，难以满足建筑行业所需要混凝土的骨料大小要求。
发明内容
发明目的：本发明提供了一种用于3D打印粗骨料混凝土的喷头装置，该装置解决了现有3D打印粗骨料混凝土打印的混凝土粗骨料粒径小与打印时易堵塞的问题。
技术方案：本发明的用于3D打印粗骨料混凝土的喷头装置，包括尖口朝下的锥形料筒、设于所述料筒出料口处的喷嘴、设于所述料筒上方并用于与3D打印装置连接的固定平台，且所述料筒内还设有能够输送搅拌混凝土物料的传送搅拌机构，所述传送搅拌机构通过设于所述料筒顶端的减速电机驱动。
本发明的打印喷头装置与目前常规的螺杆挤压出料原理不同，采用位于料筒内上端传送叶片进行物料的传送，并通过料筒下端的搅拌叶片的搅拌作用使混凝土由固态被转为流态，从而在自重与搅拌力共同作用之下通过喷嘴，最终形成一定形状的打印层结构。此外，可通过替换喷嘴的方式进行各类形状的层结构打印构建。
为方便添加混凝土物料，所述料筒上方侧边设有能够向其内加料的入泵口。所述入泵口朝内的一端与料筒相切连接、朝外的一端向外延伸，且内部与料筒连通。
所述传送搅拌机构包括立设于所述料筒内腔并与减速电机输出端连接螺杆、连接于螺杆上端周缘并用于将物料传送至螺杆下端的传送叶片、连接于螺杆下端周缘并用于搅拌物料的搅拌叶片。所述螺杆的动力输入端与减速电机的转子通过嵌合方式连接。
其中，传送叶片边缘与料筒内壁间隔不大于1mm(可以无限小)的缝隙，大小与料筒的锥形内腔形配合。
所述喷嘴为可替换方形喷头，通过法兰盘和螺杆与料筒可拆卸连接。
所述减速电机通过设于料筒顶端的电机安装板与料筒连接。电机安装板通过螺钉连接，通过三角分布的螺钉与料筒连接。
所述固定平台设有与料筒的顶端开口形配合的圆孔，且所述圆孔套设于料筒的顶端开口的外缘。
有益效果：1、本发明能够满足3D打印粗骨料混凝土的要求，解决了打印时易堵塞的问题；2、能够有效激发混凝土的流变性质使其变得流动；3、可以按照不同的喷嘴出口形状进行异形层结构打印。
附图说明
图1是本发明的内部结构示意图；
图2是本发明的外观结构示意图；
图3是本发明的另一角度外观结构示意图。
具体实施方式
参见图1至图3，本发明一实施例所述的用于3D打印粗骨料混凝土的喷头装置，包括尖口朝下的锥形料筒1、设于料筒1出料口处的喷嘴2、设于料筒1上方并用于与3D打印装置连接的固定平台3，且料筒1内还设有能够输送搅拌混凝土物料的传送搅拌机构，传送搅拌机构通过设于料筒1顶端的减速电机4驱动。
料筒1上方侧边设有能够向其内加料的入泵口5，入泵口5朝内的一端与料筒1相切连接、朝外的一端向外延伸，且内部与料筒1连通。
传送搅拌机构包括立设于料筒1内腔并与减速电机4输出端连接螺杆6、连接于螺杆6上端周缘并用于将物料传送至螺杆6下端的传送叶片7、连接于螺杆6下端周缘并用于搅拌物料的搅拌叶片8。
其中，螺杆6的动力输入端与减速电机4的转子通过嵌合方式连接。传送叶片7边缘与料筒1内壁间隔一定的(可以无限小)的缝隙，大小与料筒1的锥形内腔形配合。
喷嘴2为可替换方形喷嘴，通过法兰盘9和螺杆与料筒1可拆卸连接。
减速电机4通过设于料筒1顶端的电机安装板10与料筒1连接。电机安装板10通过螺钉连接，通过三角分布的螺钉与料筒1连接。
固定平台3设有与料筒1的顶端开口形配合的圆孔，且圆孔套设于料筒1的顶端开口的外缘。
本发明的工作原理为：将混凝土物料通过料筒1上端空隙口或泵入口5填入或泵入，启动减速电机4后，螺杆6上部的传送叶片7将物料送至下端，经过搅拌叶片8的搅动而激发混凝土的流变性质使其变得流动，之后通过喷嘴2按照喷嘴2边缘的形状打印出来。
例如，当前可以通过45mm方形喷嘴进行含最大粒径30mm粗骨料混凝土打印，所打印出的混凝土块为立方体，以进行无明显层间缝隙的层结构累积；可以通过直径45mm的圆形喷头进行最大粒径20mm粗骨料混凝土打印，所打印出的混凝土快为圆柱体，以进行含层间缝隙传统3D打印层结构的构建。

Claims (9)

1.一种用于3D打印粗骨料混凝土的喷头装置，其特征在于：包括尖口朝下的锥形料筒、设于所述料筒出料口处的喷嘴、设于所述料筒上方并用于与3D打印装置连接的固定平台，且所述料筒内还设有能够输送搅拌混凝土物料的传送搅拌机构，所述传送搅拌机构通过设于所述料筒顶端的减速电机驱动。
2.根据权利要求1所述的喷头装置，其特征在于：所述料筒上方侧边设有能够向其内加料的入泵口。
3.根据权利要求2所述的喷头装置，其特征在于：所述入泵口朝内的一端与料筒相切连接、朝外的一端向外延伸，且内部与料筒连通。
4.根据权利要求1所述的喷头装置，其特征在于：所述传送搅拌机构包括立设于所述料筒内腔并与减速电机输出端连接螺杆、连接于螺杆上端周缘并用于将物料传送至螺杆下端的传送叶片、连接于螺杆下端周缘并用于搅拌物料的搅拌叶片。
5.根据权利要求4所述的喷头装置，其特征在于：所述螺杆的动力输入端与减速电机的转子通过嵌合方式连接。
6.根据权利要求1所述的喷头装置，其特征在于：所述喷嘴通过法兰盘和螺杆与料筒可拆卸连接。
7.根据权利要求1或6所述的喷头装置，其特征在于：所述喷嘴为方形喷头。
8.根据权利要求1所述的喷头装置，其特征在于：所述减速电机通过设于料筒顶端的电机安装板与料筒连接。
9.根据权利要求1所述的喷头装置，其特征在于：所述固定平台设有与料筒的顶端开口形配合的圆孔，且所述圆孔套设于料筒的顶端开口的外缘。
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