CN113370347A - 一种采用铺砂辅助支撑方式的混凝土3d打印工艺及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用铺砂辅助支撑方式的混凝土3D打印工艺及应用，包括以下步骤:步骤一，组装箍砂维护结构；步骤二，进行混凝土3D打印成型；步骤三，打印混凝土3D构件的悬空部位之前，安装箍砂维护结构，并铺设细砂进行辅助支撑；步骤四，在原有箍砂维护结构的基础上，竖向堆叠连接箍砂维护结构；步骤五，重复上述步骤四的作业内容，直至混凝土3D构件打印完成；步骤六，待混凝土3D打印材料完全硬化，拆除箍砂维护结构，除去砂粉，进行喷水养护；步骤七，达到养护龄期后，混凝土3D构件完成。采用铺砂辅助支撑方式的混凝土3D打印工艺打印的构件包括带有悬空和大倾斜角的景观塑像、景观构件、建筑屋顶、艺术品，但不限于以上物品。

Description

一种采用铺砂辅助支撑方式的混凝土3D打印工艺及应用

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，更具体的说是涉及一种采用铺砂辅助支撑方式的混凝土3D打印工艺及应用。

背景技术

3D打印技术在打印过程中，打印制品悬空结构或者中空结构的部位成型过程中需要有支撑材料去支撑制品的悬空部位，打印完成后需要去除的材料。

目前一般的3D打印过程中，是将与本体同样的材料在需要支撑的部位打印成疏松的结构，打印完成后通过物理的方法用小刀等工具将支撑材料从主体材料上剥离，这种方法存在操作困难，支撑材料本身不容易去除干净且容易破坏主体材料等缺点。

另外在高分子3D打印市场研究热点的溶解型的支撑材料和工艺，支撑材料主要利用水溶性材料如聚乙烯醇、丙烯酸类共聚物等，打印完成后将成品浸泡在水中，利用支撑材料的水溶特性来去除。但此种支撑工艺和材料在混凝土3D打印工艺中很难应用。

所以在现有的混凝土3D打印研究和应用领域，一般仅将打印的模型的悬空倾斜角度控制在一个很小的范围内，没有采用打印支撑的方法打印完成悬空水泥混凝土构件制品的应用方法，因此导致混凝土3D打印技术在应用中具有一定的局限性。

因此，如何提供一种采用铺砂辅助支撑方式的混凝土3D打印工艺及应用是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种采用铺砂辅助支撑方式的混凝土3D打印工艺及应用，本发明专利采用铺砂辅助支撑复合成型工艺实现异形构件的混凝土3D打印制造，克服现有的混凝土3D打印工艺无法打印具有悬空和大角度悬挑构件制品的技术难题。

为了实现上述方案，本发明采用以下技术方案：

一种采用铺砂辅助支撑方式的混凝土3D打印工艺，包括以下步骤:

步骤一，组装箍砂维护结构；

步骤二，使用3D打印机根据三维模型在3D打印区域内进行混凝土3D打印成型；

步骤三，在步骤二打印过程中，打印混凝土3D构件的悬空部位之前，将步骤一中组装好的箍砂维护结构套设在混凝土3D构件外围，然后在混凝土3D构件的悬空部位所处空间内铺设细砂进行辅助支撑；

步骤四，随着混凝土3D构件高度增加以及铺砂高度的需要，在原有箍砂维护结构的基础上，竖向堆叠连接箍砂维护结构，以实现后续的打印和铺砂操作；

步骤五，重复上述步骤四的作业内容，直至混凝土3D构件打印完成，随即铺砂也停止；

步骤六，待混凝土3D打印材料完全硬化，拆除箍砂维护结构，除去混凝土3D构件的悬空部位周围砂粉，待打印的混凝土3D构件完全展现出来后，进行喷水养护；

步骤七，打印的混凝土3D构件达到养护龄期后，打印的混凝土3D构件即可进行使用。

优选的，在上述一种采用铺砂辅助支撑方式的混凝土3D打印工艺中，在步骤三中，采用机械自动或手动方式进行铺设细砂操作。

优选的，在上述一种采用铺砂辅助支撑方式的混凝土3D打印工艺中，采用机械自动方式进行铺设细砂操作时，填砂装置的出砂嘴沿着混凝土3D构件的外围以及中空结构内铺设细砂进行辅助支撑，使打印悬挑的混凝土部位下部有支撑物，不会坍塌和变形。

优选的，在上述一种采用铺砂辅助支撑方式的混凝土3D打印工艺中，采用人工手动的方式进行铺设细砂操作，人工手动沿着混凝土3D构件的外围以及中空结构内铺设细砂进行辅助支撑，使打印悬挑的混凝土部位下部有支撑物，不会坍塌和变形。

优选的，在上述一种采用铺砂辅助支撑方式的混凝土3D打印工艺中，所述3D打印机采用混凝土3D打印机，混凝土3D打印机的种类为框架式或龙门式或机械臂式。

优选的，在上述一种采用铺砂辅助支撑方式的混凝土3D打印工艺中，所述箍砂维护结构采用模块化设计，通过模块化的板材拼接而成，板材之间采用卡扣进行可拆卸连接，所述箍砂维护结构形状可以根据打印模型的占地尺寸进行调节。

优选的，在上述一种采用铺砂辅助支撑方式的混凝土3D打印工艺中，所述箍砂维护结构周围设置有插销环，多个所述箍砂维护结构在竖直方向上进行拼接时，将插销插入相邻所述箍砂维护结构的插销环内，实现相邻箍砂维护结构的快速连接，上下层的所述箍砂维护结构对接采用方便加高拓展使用的插销形式。

优选的，在上述一种采用铺砂辅助支撑方式的混凝土3D打印工艺中，所述3D打印机的打印材料为具有快硬早强性能的水泥基材料或者是具有较慢凝结时间的水泥基材料。

优选的，在上述一种采用铺砂辅助支撑方式的混凝土3D打印工艺中，采用喷雾养护装置对混凝土3D构件进行喷水养护，在混凝土3D构件处于砂粉支撑的状态时或者去除砂粉后的状态时，均可间隔固定时间在混凝土3D构件上进行反复的喷雾养护，使混凝土3D构件正常的进行水化反应。

一种采用铺砂辅助支撑方式的混凝土3D打印工艺的应用，采用铺砂辅助支撑方式的混凝土3D打印工艺打印的构件包括带有悬空和大倾斜角的景观塑像、景观构件、建筑屋顶、艺术品，但不限于以上用途。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种采用铺砂辅助支撑方式的混凝土3D打印工艺及应用，突破了水泥混凝土3D打印工艺的悬挑倒塌问题以及复杂模型的打印问题，同时所发明的辅助支撑方法具有简单的很低的材料成本、材料可重复利用。

本发明的工艺方法具有简单、低成本、能够解决悬挑模型的混凝土3D打印中小型构件制作打印，未来在景观、园林工程中的异形部品具有良好的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为打印的混凝土3D构件无悬空部位时的结构示意图。

图2为打印的混凝土3D构件开始打印悬空部位前放置箍砂维护结构的示意图；

图3为在混凝土3D构件的悬空部位所处空间内铺设细砂进行辅助支撑的示意图；

图4为随着混凝土3D构件高度增加以及铺砂高度的需要，竖向堆叠连接箍砂维护结构的示意图；

图5为除去混凝土3D构件的悬空部位周围砂粉，混凝土3D构件完全展现出来的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

本发明实施例采用铺砂辅助支撑方式的混凝土3D打印工艺打印底部为四棱台，顶部为碗状结构的混凝土构件，包括以下步骤:

步骤一，组装箍砂维护结构2；

步骤二，使用3D打印机1根据三维模型在3D打印区域内进行混凝土3D打印成型；

步骤三，在步骤二打印过程中，打印混凝土3D构件3的悬空部位之前，将步骤一中组装好的箍砂维护结构2套设在混凝土3D构件3外围，然后在混凝土3D构件3的悬空部位所处空间内铺设细砂进行辅助支撑；

步骤四，随着混凝土3D构件3高度增加以及铺砂高度的需要，在原有箍砂维护结构2的基础上，竖向堆叠连接箍砂维护结构2，以实现后续的打印和铺砂操作；

步骤五，重复上述步骤四的作业内容，直至混凝土3D构件3打印完成，随即铺砂也停止；

步骤六，待混凝土3D打印材料完全硬化，拆除箍砂维护结构2，除去混凝土3D构件3的悬空部位周围砂粉，待打印的混凝土3D构件3完全展现出来后，进行喷水养护；

步骤七，打印的混凝土3D构件3达到养护龄期后，打印的混凝土3D构件3即可进行使用。

为了进一步优化上述技术方案，在步骤三中，采用机械自动或手动方式进行铺设细砂操作。

为了进一步优化上述技术方案，采用机械自动方式进行铺设细砂操作时，填砂装置的出砂嘴沿着混凝土3D构件3的外围以及中空结构内铺设细砂进行辅助支撑，使打印悬挑的混凝土部位下部有支撑物，不会坍塌和变形。

为了进一步优化上述技术方案，采用人工手动的方式进行铺设细砂操作，人工手动沿着混凝土3D构件3的外围以及中空结构内铺设细砂进行辅助支撑，使打印悬挑的混凝土部位下部有支撑物，不会坍塌和变形。

为了进一步优化上述技术方案，3D打印机1采用混凝土3D打印机，混凝土3D打印机的种类为框架式或龙门式或机械臂式。

为了进一步优化上述技术方案，箍砂维护结构2采用模块化设计，通过模块化的板材拼接而成，板材之间采用卡扣进行可拆卸连接，箍砂维护结构2形状可以根据打印模型的占地尺寸进行调节。

为了进一步优化上述技术方案，箍砂维护结构2周围设置有插销环，多个箍砂维护结构2在竖直方向上进行拼接时，将插销插入相邻箍砂维护结构2的插销环内，实现相邻箍砂维护结构2的快速连接，上下层的箍砂维护结构2对接采用方便加高拓展使用的插销形式。

为了进一步优化上述技术方案，3D打印机1的打印材料为具有快硬早强性能的水泥基材料或者是具有较慢凝结时间的水泥基材料。

为了进一步优化上述技术方案，采用喷雾养护装置对混凝土3D构件3进行喷水养护，在混凝土3D构件3处于砂粉支撑的状态时或者去除砂粉后的状态时，均可间隔固定时间在混凝土3D构件3上进行反复的喷雾养护，使混凝土3D构件3正常的进行水化反应。

本发明提供的采用铺砂辅助支撑方式的混凝土3D打印工艺还可以用于打印带有悬空和大倾斜角的景观塑像、景观构件、建筑屋顶、艺术品，但不限于以上用途。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种采用铺砂辅助支撑方式的混凝土3D打印工艺，其特征在于，包括以下步骤:

步骤一，组装箍砂维护结构；

步骤二，使用3D打印机根据三维模型在3D打印区域内进行混凝土3D打印成型；

步骤三，在步骤二打印过程中，打印混凝土3D构件的悬空部位之前，将步骤一中组装好的箍砂维护结构套设在混凝土3D构件外围，然后在混凝土3D构件的悬空部位所处空间内铺设细砂进行辅助支撑；

步骤四，随着混凝土3D构件高度增加以及铺砂高度的需要，在原有箍砂维护结构的基础上，竖向堆叠连接箍砂维护结构，以实现后续的打印和铺砂操作；

步骤五，重复上述步骤四的作业内容，直至混凝土3D构件打印完成，随即铺砂也停止；

步骤六，待混凝土3D打印材料完全硬化，拆除箍砂维护结构，除去混凝土3D构件的悬空部位周围砂粉，待打印的混凝土3D构件完全展现出来后，进行喷水养护；

步骤七，打印的混凝土3D构件达到养护龄期后，打印的混凝土3D构件即可进行使用。

2.根据权利要求1所述的一种采用铺砂辅助支撑方式的混凝土3D打印工艺，其特征在于，在步骤三中，采用机械自动或手动方式进行铺设细砂操作。

3.根据权利要求2所述的一种采用铺砂辅助支撑方式的混凝土3D打印工艺，其特征在于，采用机械自动方式进行铺设细砂操作时，填砂装置的出砂嘴沿着混凝土3D构件的外围以及中空结构内铺设细砂进行辅助支撑。

4.根据权利要求2所述的一种采用铺砂辅助支撑方式的混凝土3D打印工艺，其特征在于，采用人工手动的方式进行铺设细砂操作，人工手动沿着混凝土3D构件的外围以及中空结构内铺设细砂进行辅助支撑。

5.根据权利要求1所述的一种采用铺砂辅助支撑方式的混凝土3D打印工艺，其特征在于，所述3D打印机采用混凝土3D打印机，混凝土3D打印机的种类为框架式或龙门式或机械臂式。

6.根据权利要求1所述的一种采用铺砂辅助支撑方式的混凝土3D打印工艺，其特征在于，所述箍砂维护结构采用模块化设计，通过模块化的板材拼接而成，板材之间采用卡扣进行可拆卸连接。

7.根据权利要求1所述的一种采用铺砂辅助支撑方式的混凝土3D打印工艺，其特征在于，所述箍砂维护结构周围设置有插销环，多个所述箍砂维护结构在竖直方向上进行拼接时，将插销插入相邻所述箍砂维护结构的插销环内，实现相邻箍砂维护结构的快速连接。

8.根据权利要求1所述的一种采用铺砂辅助支撑方式的混凝土3D打印工艺，其特征在于，所述3D打印机的打印材料为具有快硬早强性能的水泥基材料或者是具有较慢凝结时间的水泥基材料。

9.根据权利要求1所述的一种采用铺砂辅助支撑方式的混凝土3D打印工艺，其特征在于，采用喷雾养护装置对混凝土3D构件进行喷水养护，在混凝土3D构件处于砂粉支撑的状态时或者去除砂粉后的状态时，均可间隔固定时间在混凝土3D构件上进行反复的喷雾养护，使混凝土3D构件正常的进行水化反应。

10.一种采用铺砂辅助支撑方式的混凝土3D打印工艺的应用，其特征在于，采用铺砂辅助支撑方式的混凝土3D打印工艺打印的构件包括带有悬空和大倾斜角的景观塑像、景观构件、建筑屋顶、艺术品。

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