CN111305574A - 建筑3d打印系统及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种建筑3D打印系统，包括：料仓，内部形成有盛放打印材料的容置空间；安装于所述料仓上的打印头；可转动地安装于所述料仓上的螺旋搅拌轴，通过所述螺旋搅拌轴的旋转而将所述料仓内的打印材料从所述打印口处挤出；以及罩设于所述料仓外侧的冷却仓，内部形成有冷却空间，所述冷却空间位于所述料仓的外周，所述冷却空间内充填有冷却液体，以对所述料仓内的打印材料进行降温。本发明利用冷却液体对料仓内盛放的打印材料进行降温，能够将打印材料的工作环境温度保持相对恒定，散热均匀，降温效果好。对料仓内的打印材料进行降温，可避免打印头内的工作环境越来越热，从而保证了打印材料的性能稳定。

Description

建筑3D打印系统及其施工方法

技术领域

本发明涉及3D打印建筑技术领域，特指一种建筑3D打印系统及其施工方法。

背景技术

目前建筑3D打印技术一般采用水泥基类材料，为保证出料效果，材料在打印头内需要持续进行搅拌。水泥基类材料在拌和完成后会随时间逐渐产生水化热；持续搅拌则会产生更多热量。用于建筑3D打印的水泥基类材料与普通混凝土材料不同，其对工作性能要求很高，对温度变化很敏感。

目前常用的方法是在打印机的打印头外侧布置降温风扇，通过加速空气流动来进行强制散热，但这种方式仅能吹走打印头外部的热量，内部还存在过热的现象，另外风扇散热还不均匀，降温效果不佳。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种建筑3D打印系统及其施工方法，解决现有的利用风扇对打印头进行降温存在的散热不均匀，降温效果不佳的问题。

实现上述目的的技术方案是：

本发明提供了一种建筑3D打印系统，包括：

料仓，内部形成有盛放打印材料的容置空间；

安装于所述料仓上的打印头，端部设有打印口；

可转动地安装于所述料仓上的螺旋搅拌轴，通过所述螺旋搅拌轴的旋转而将所述料仓内的打印材料从所述打印口处挤出，以进行3D打印；以及

罩设于所述料仓外侧的冷却仓，所述冷却仓的内部形成有冷却空间，所述冷却空间位于所述料仓的外周，所述冷却空间内充填有冷却液体，以对所述料仓内的打印材料进行降温。

本发明利用冷却仓内注入的冷却液体对料仓内盛放的打印材料进行降温，能够将打印材料的工作环境温度保持相对恒定，散热均匀，降温效果好。避免打印材料因温度过高而影响打印效果。对料仓内的打印材料进行降温，可避免打印头内的工作环境越来越热，从而保证了打印材料的性能稳定。

本发明建筑3D打印系统的进一步改进在于，所述冷却仓为一密闭箱体，所述密闭箱体的顶部开设有进液口，底部开设有出液口，所述出液口处密封连接有密封塞；

所述料仓置于所述密闭箱体内，从而所述料仓和所述密闭箱体之间形成所述冷却空间；

所述打印头从所述密闭箱体的底部穿出并在连接处与所述密闭箱体密封连接。

本发明建筑3D打印系统的进一步改进在于，所述密闭箱体的顶部开设有穿孔；

所述密闭箱体的顶部设有一驱动机构，所述驱动机构通过所述穿孔而与所述螺旋搅拌轴驱动连接，用以驱动所述螺旋搅拌轴旋转。

本发明建筑3D打印系统的进一步改进在于，所述料仓的上部开设有进料口，所述进料口处连接一进料管，所述进料管从所述冷却仓穿出并在连接处与所述冷却仓密封连接。

本发明建筑3D打印系统的进一步改进在于，还包括与所述进料管连接的自动供料机，用于通过所述进料管向所述料仓内加入打印材料。

本发明建筑3D打印系统的进一步改进在于，所述冷却仓内设有缠绕于所述料仓外周的盘管，所述盘管的内部形成所述冷却空间，且所述盘管的一端与进液管连通，另一端与回液管连通；

所述进液管和所述回液管与一供液系统连通，所述供液系统通过所述进液管向所述盘管内送入冷却液体，所述冷却液体流经所述盘管时对所述料仓内的打印材料进行降温，而后经所述回液管流入所述供液系统，从而形成了冷却循环。

本发明建筑3D打印系统的进一步改进在于，所述供液系统和所述进液管之间还设有冷却系统，以对进入所述进液管的冷却液体进行降温。

本发明还提供了一种建筑3D打印系统的施工方法，包括如下步骤：

提供如权利要求1所述的建筑3D打印系统，将所述建筑3D打印系统置于打印作业面处，启动所述建筑3D打印系统进行3D打印；

进行3D打印的过程中，利用所述冷却空间内的冷却液体对所述料仓内的打印材料进行降温。

本发明的施工方法的进一步改进在于，还包括：

提供一供液系统，将所述供液系统与所述冷却仓连通，通过所述供液系统于所述冷却仓内形成液体冷却循环以对所述料仓内的打印材料进行降温。

附图说明

图1为本发明建筑3D打印系统的第一实施例的结构示意图。

图2为本发明建筑3D打印系统的第二实施例的结构示意图。

图3为本发明建筑3D打印系统的第三实施例的结构示意图。

图4为本发明建筑3D打印系统的第四实施例的结构示意图。

图5为图4所示的料仓及冷却仓的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

参阅图1，本发明提供了一种建筑3D打印系统，通过恒定温度的冷却液体注入到冷却仓内，对料仓内的打印材料进行降温，在冷却液体的温度变高时，可更换冷却仓内的冷却液体。对料仓内的打印材料的温度进行控制，可避免打印头处越来越热，从而避免了打印头内越来越热的工作环境导致材料性能变化过大、进而影响打印效果这一问题。进一步地，冷却液体可形成冷却循环，以实现循环的不断的对打印材料进行降温，使得打印材料的工作环境温度保持相对恒定。本发明的打印系统可使打印头保持相对恒定的工作温度，减小水化热、搅拌发热等对材料工作性能的不利影响，有效保证打印材料的稳定性。下面结合附图对本发明建筑3D打印系统进行说明。

参阅图1，显示了本发明建筑3D打印系统的第一实施例的结构示意图。下面结合图1，对本发明建筑3D打印系统进行说明。

如图1所示，本发明的建筑3D打印系统20包括料仓21、打印头22、螺旋搅拌轴23以及冷却仓24，料仓21的内部形成有盛放打印材料的容置空间211；打印头22安装在料仓21上，该打印头22的端部设有打印口，料仓21内的打印材料从打印头22的打印口处被挤出。螺旋搅拌轴23可转动地安装于料仓21上，通过螺旋搅拌轴23的旋转而将料仓21内的打印材料从打印口处挤出。螺栓搅拌轴23置于料仓21内，该螺旋搅拌轴23的旋转一方面可对料仓21内的打印材料进行搅拌，另一方面还可以将打印材料从料仓21输送到打印头22进而从打印口处挤出进行3D打印作业。冷却仓24罩设在料仓21的外侧，该冷却仓24的内部形成有冷却空间241，冷却空间241位于料仓21的外周，在冷却空间241内充填有冷却液体，以对料仓21内的打印材料进行降温。

本发明的建筑3D打印系统20利用冷却仓24内的冷却液体对料仓21进行降温，从而实现对料仓21内的打印材料进行降温。打印头22处的热量均来自打印材料，当料仓内的打印材料的温度控制在一定范围内时，打印头处也就不会过热，从而为打印材料提供相对恒定的工作环境稳定，确保打印材料的工作性能，进而避免温度过高对打印效果产生影响。

料仓21呈圆柱体，纵向剖面为矩形。在另一较佳实施方式中，料仓21的下部呈锥形，以方便出料。如图3和图4所示，料仓21的上部为圆柱体，下部呈锥形。料仓21内盛放的打印材料在螺旋搅拌轴23的旋转搅拌过程中，会在料仓21的内壁面上发生堆积，若不清理，堆积在料仓的内壁面上的打印材料会越来越多，也会影响打印效果。如图4和图5所示，本发明的料仓21内设置有壁刮杆213，该壁刮杆213设于料仓21内，用于将料仓21内壁面上的打印材料刮下来，避免打印材料的堆积。较佳地，壁刮杆213为空心框结构，用于将打印材料从料仓的内壁面上刮下来，避免随着打印，打印材料在料仓的内壁上越积越厚；空心框结构也最大限度减少了搅拌过程中的阻力。壁刮杆213的外轮廓尺寸与料仓形状相匹配，与料仓内壁间隙应大于材料骨料尺寸；个数可根据材料性能设置为单臂或多臂。

在本发明的一种具体实施方式中，冷却仓24为一密闭箱体，该密闭箱体的顶部开设有进液口242，底部开设有出液口243，出液口243处密封连接有密封塞244；料仓21置于该密闭箱体内，从而料仓21和密闭箱体之间形成冷却空间241，打印头22从该密闭箱体的底部穿出并在连接处与密闭箱体密封连接。利用进液口242向该密闭箱体内注入冷却液体，该冷却液体位于料仓21和密闭箱体之间，并对料仓21进行降温处理。在冷却液体的温度较高时，可将密封塞244拔掉，将冷却液体从出液口243放出，而后在从进液口242处注入新的冷却液体。

进一步地，在密闭箱体的顶部开设有穿孔，密闭箱体的顶部设有一驱动机构25，驱动机构25通过穿孔而与螺旋搅拌轴23驱动连接，用于驱动螺旋搅拌轴旋转。较佳地，驱动机构25为驱动电机，该驱动电机的电机轴穿过穿孔与螺旋搅拌轴连接，可驱动该螺旋搅拌轴进行旋转。在穿孔处可设置一轴承，从而该电机轴能够自由旋转。在设置有穿孔时，确保密闭箱体内部的冷却液体的液位低于该穿孔。

再进一步地，料仓21的上部开设有进料口，在该进料口处连接一进料管212，该进料管212从冷却仓24穿出并在连接处与冷却仓24密封连接。通过进料管212向料仓21内加入打印材料。

较佳地，如图2所示，打印系统还包括与进料管212连接的自动供料机26，该自动供料机26用于通过进料管212向料仓21内加入打印材料。

在本发明的一种具体实施方式中，冷却仓24内设有缠绕于料仓21外周的盘管245，该盘管245的内部形成冷却空间，且盘管的一端与进液管246连通，另一端与回液管247连通；该进液管246和回液管247与一供液系统27连通，供液系统27通过进液管246向盘管245内送入冷却液体，该冷却液体流经盘管245时对料仓21内的打印材料进行降温，而后经回液管247流入供液系统27内，从而形成了冷却循环。较佳地，冷却液体为水，形成冷却水循环，可实现不断地对打印材料进行降温。

进一步地，供液系统27和进液管246之间还设有冷却系统28，该冷却系统28用于对进入进液管246的冷却液体进行降温。在冷却液体是水时，供液系统27将水送入到冷却系统28内，冷却系统28可以制冷器，降低水的温度，经冷却处理的水经过进液管246送入到盘管245内，盘管245内的冷却水对料仓21内的打印材料进行降温，其通过热交换来实现降温效果，冷却水的温度会变高，而后通过回液管247流至供液系统27内，如此往复即形成了冷却水循环。

较佳地，供液系统27还与自动供料机26连接，用于为自动供料机26提供拌料用的水。

本发明还提供了一种建筑3D打印系统的施工方法，下面对该施工方法进行说明。

本发明提供的一种建筑3D打印系统的施工方法，包括如下步骤：

如图1和图2所示，提供上述的建筑3D打印系统20，将建筑3D打印系统20置于打印作业面处，启动建筑3D打印系统20进行3D打印；

进行3D打印的过程中，利用冷却空间内的冷却液体对料仓21内的打印材料进行降温。

本发明的施工方法在建筑3D打印系统20运行的过程中，利用冷却液体对料仓21内的打印材料进行降温，使得打印材料处于相对恒定的工作温度，进而使得打印头也可保持相对恒定的工作温度，减小水化热、搅拌发热等对材料工作性能的不利影响，有效保证打印材料的稳定性。

本发明的施工方法的进一步改进在于，还包括：

提供一供液系统27，将供液系统27与冷却仓24连通，通过供液系统27于冷却仓24内形成液体冷却循环以对料仓21内的打印材料进行降温。

较佳地，冷却液体为水，在冷却仓24内设置有缠绕于料仓21外周的盘管245，盘管245通过进液管246与供液系统27连接，盘管245的另一端通过回液管247与供液系统27连接，这样供液系统27经过进液管246不断的向盘管245内供入水，盘管245内的水经过回液管247流回到供液系统27内，如此就形成了冷却水循环，冷却水在循环流动的过程中，经过盘管245时，可与料仓21进行热交换，从而对料仓21内的打印材料进行降温。

进一步地，于供液系统27和进液管246之间设置一冷却系统28，用于对供液系统27提供的水进行冷却降温，经冷却处理的水在通过进液管246送入到盘管245内，以提高对打印材料的降温效果。

以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种建筑3D打印系统，其特征在于，包括：

料仓，内部形成有盛放打印材料的容置空间；

安装于所述料仓上的打印头，端部设有打印口；

可转动地安装于所述料仓上的螺旋搅拌轴，通过所述螺旋搅拌轴的旋转而将所述料仓内的打印材料从所述打印口处挤出，以进行3D打印；以及

罩设于所述料仓外侧的冷却仓，所述冷却仓的内部形成有冷却空间，所述冷却空间位于所述料仓的外周，所述冷却空间内充填有冷却液体，以对所述料仓内的打印材料进行降温。

2.如权利要求1所述的建筑3D打印系统，其特征在于，所述冷却仓为一密闭箱体，所述密闭箱体的顶部开设有进液口，底部开设有出液口，所述出液口处密封连接有密封塞；

所述料仓置于所述密闭箱体内，从而所述料仓和所述密闭箱体之间形成所述冷却空间；

所述打印头从所述密闭箱体的底部穿出并在连接处与所述密闭箱体密封连接。

3.如权利要求2所述的建筑3D打印系统，其特征在于，所述密闭箱体的顶部开设有穿孔；

所述密闭箱体的顶部设有一驱动机构，所述驱动机构通过所述穿孔而与所述螺旋搅拌轴驱动连接，用以驱动所述螺旋搅拌轴旋转。

4.如权利要求1所述的建筑3D打印系统，其特征在于，所述料仓的上部开设有进料口，所述进料口处连接一进料管，所述进料管从所述冷却仓穿出并在连接处与所述冷却仓密封连接。

5.如权利要求4所述的建筑3D打印系统，其特征在于，还包括与所述进料管连接的自动供料机，用于通过所述进料管向所述料仓内加入打印材料。

6.如权利要求1所述的建筑3D打印系统，其特征在于，所述冷却仓内设有缠绕于所述料仓外周的盘管，所述盘管的内部形成所述冷却空间，且所述盘管的一端与进液管连通，另一端与回液管连通；

所述进液管和所述回液管与一供液系统连通，所述供液系统通过所述进液管向所述盘管内送入冷却液体，所述冷却液体流经所述盘管时对所述料仓内的打印材料进行降温，而后经所述回液管流入所述供液系统，从而形成了冷却循环。

7.如权利要求6所述的建筑3D打印系统，其特征在于，所述供液系统和所述进液管之间还设有冷却系统，以对进入所述进液管的冷却液体进行降温。

8.一种建筑3D打印系统的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

提供如权利要求1所述的建筑3D打印系统，将所述建筑3D打印系统置于打印作业面处，启动所述建筑3D打印系统进行3D打印；

进行3D打印的过程中，利用所述冷却空间内的冷却液体对所述料仓内的打印材料进行降温。

9.如权利要求8所述的施工方法，其特征在于，还包括：

提供一供液系统，将所述供液系统与所述冷却仓连通，通过所述供液系统于所述冷却仓内形成液体冷却循环以对所述料仓内的打印材料进行降温。

Images