CN114776009A - 一种建筑混凝土3d打印头及3d打印机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种建筑混凝土3D打印头及3D打印机，建筑混凝土3D打印头包括料筒，料筒包括由上至下依次连接的搅拌筒、挤出筒和挤出头；料筒上安装有搅拌电机、挤出电机、混凝土输入管和添加剂注入管；混凝土输入管和添加剂注入管均与搅拌筒内部连通；搅拌筒内部转动安装有带有螺旋方向相反的搅拌叶片；挤出筒内部转动安装有带有挤出叶片的挤出轴，挤出轴的一部分穿过搅拌轴的内部并连接挤出电机的电机轴。本发明中的3D打印头配备有搅拌和挤出功能，省去了打印材料现场预先配置的工序，直接将商品混凝土与添加剂在搅拌筒中进行快速混合配置，从而提高混凝土建筑3D打印材料的适用性，既减少制作打印材料的劳动强度，以减少对打印现场的环境污染。

Description

一种建筑混凝土3D打印头及3D打印机
技术领域
本发明涉及建筑建造技术领域，具体为一种建筑混凝土3D打印头及3D打印机。
背景技术
由于3D打印的特性和独特优势，使得基于混凝土材料的3D打印能够生产出高度数字化的具有复杂三维内部构造的构件。与传统的建筑相比，3D打印建筑一次成型，有效避免了返工和因尺寸差别而导致的材料切割所造成的浪费，节约了大量材料成本和人工成本。
现有技术中的3D打印机在打印前，要将打印材料进行预先配置，通常做法是将商业混凝土跟添加剂在混合装置中充分混合后，通过输送装置将打印材料输送到打印头，最后由打印头输出进行建筑物实体的建造。这种打印机的问题在于，由于预先添加有添加剂，因此打印材料的整理流动性变差，影响整个输送管道的输送效率，也不利于打印头的挤出控制，最终影响建筑体的建造质量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种建筑混凝土3D打印头及3D打印机，能够在打印头中完成添加剂的添加，提高物料进入打印头前的流动性，从而提高打印质量。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种建筑混凝土3D打印头，包括料筒，所述料筒包括由上至下依次连接的搅拌筒、挤出筒和挤出头，所述搅拌筒为圆柱状，其外壁安装有安装支架，所述挤出筒为圆锥状；所述料筒上安装有搅拌电机、挤出电机、混凝土输入管和添加剂注入管；所述混凝土输入管和添加剂注入管均与所述搅拌筒内部连通；所述搅拌筒内部转动安装有带有螺旋方向相反的搅拌叶片的搅拌轴，所述搅拌轴通过传动机构连接所述搅拌电机的电机轴；所述挤出筒内部转动安装有带有挤出叶片的挤出轴，所述挤出轴的一部分穿过所述搅拌轴的内部并连接所述挤出电机的电机轴；所述搅拌叶片的转速数倍于所述挤出叶片的转速。
进一步地，所述搅拌筒的顶部安装有支架和电机座，所述电机座、混凝土输入管的出口和添加剂注入管的出口均固定在所述支架上，所述搅拌电机和挤出电机均安装在所述电机座上，所述传动机构收容于所述电机座内部。
进一步地，所述搅拌轴内部两端安装有内轴承，所述挤出轴与所述内轴承连接，所述支架中央安装有外轴承，所述搅拌轴与所述外轴承连接。
进一步地，所述挤出筒外壁安装有振动电机。
进一步地，所述搅拌叶片和挤出叶片均为螺旋叶片。
进一步地，所述搅拌叶片包括外搅拌叶片和与外搅拌叶片螺旋方向相反的内搅拌叶片，所述外搅拌叶片通过连接杆连接在所述搅拌轴上，所述内搅拌叶片内沿连接在所述搅拌轴上。
进一步地，所述传动机构为皮带传动机构。
本发明还提供了一种3D打印机，包括机身和打印头，所述打印头通过安装支架安装在所述机身上，所述打印头为上述的一种建筑混凝土3D打印头。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明中的3D打印头配备有搅拌和挤出功能，省去了打印材料现场预先配置的工序，直接将商品混凝土与添加剂在搅拌筒中进行快速混合配置，从而提高混凝土建筑3D打印材料的适用性，既减少制作打印材料的劳动强度，以减少对打印现场的环境污染。
2、本发明的3D打印头采用振动电机对挤出筒进行振动，避免混凝土骨料堵塞挤出头，确保打印质量。
附图说明
图1为本发明中3D打印头的结构立体图；
图2为图1所示3D打印头的结构前视图；
图3为图1所示3D打印头的结构俯视图；
图4为图3中A-A向的结构剖视图；
图5为本发明中搅拌轴的结构立体图。
具体实施方式
下面结合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。
如图1至5所示，一种建筑混凝土3D打印头，包括料筒，料筒包括由上至下依次连接的搅拌筒1、挤出筒2和挤出头3，其连接方式均为法兰和螺栓组件连接。搅拌筒1为圆柱状，其外壁安装有安装支架4，挤出筒2为圆锥状。
料筒上安装有搅拌电机6、挤出电机7、混凝土输入管9和添加剂注入管8。混凝土输入管9和添加剂注入管8均与搅拌筒1内部连通。混凝土输入管8通过连接头与混凝土输送装置的连接，添加剂注入管8通过连接头与添加剂输送装置连接。料筒顶部为敞开式结构，直接接收混凝土和添加剂。
搅拌筒1的顶部安装有支架11和电机座5，电机座5、混凝土输入管9的出口和添加剂注入管8的出口均固定在支架11上。电机座5起安装电机和收纳传动机构的作用。具体地，搅拌电机6和挤出电机7均安装在电机座5上，传动机构16收容于电机座5内部，传动机构为皮带传动机构，皮带传动机构相对稳定、高效且低噪。
搅拌筒1内部转动安装有带有螺旋方向相反的搅拌叶片15的搅拌轴14，搅拌轴14通过传动机构16连接搅拌电机6的电机轴。具体安装方式为，支架11中央安装有外轴承，搅拌轴14与外轴承连接。搅拌叶片15为螺旋叶片，搅拌叶片15包括外搅拌叶片15.1和与外搅拌叶片（15.1）螺旋方向相反的内搅拌叶片15.2，外搅拌叶片15.1通过连接杆15.3连接在搅拌轴14上，内搅拌叶片15.2内沿连接在搅拌轴14上。外搅拌叶片15.1靠近搅拌筒1的内壁，通过内、外搅拌叶片能够对混凝土和添加剂进行高效的搅拌混合，减少搅拌死角。
挤出筒2内部转动安装有带有挤出叶片13的挤出轴12，挤出轴12与搅拌轴14同轴安装，具体方式为，搅拌轴14为中空轴，其内部两端安装有内轴承，挤出轴12与内轴承连接，挤出轴12的一部分穿过搅拌轴14的内部并通过联轴器17连接挤出电机7的电机轴。挤出叶片13为螺旋叶片，且整体结构与挤出筒2相匹配，从而实现打印材料的挤出。搅拌叶片15的转速数倍于挤出叶片13的转速，混凝土材料在搅拌筒内与添加剂充分混合，达到设定指标后靠自重直接进入挤出筒2。
由于打印材料并非质地均匀的混合物，存在体积较大的骨料，因此在通过挤出头3的时候会存在卡住的情况，造成出料堵塞。为了避免这种情况，挤出筒2外壁安装有振动电机10，振动电机10能够产生振动力，使打印材料经过挤出头3时不易卡住，减少物料堵塞的几率。振动电机10的具体工作参数需要根据打印材料的成分、流动性及挤出头3的尺寸确定。
基于同样的发明构思，本发明还提供了一种3D打印机，包括机身和上述一种建筑混凝土3D打印头，建筑混凝土3D打印头通过安装支架4安装在机身上。本发明并未对机身进行改进，因而不做赘述。
本发明未详述之处，均为本领域技术人员的公知技术。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示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、以及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，“第一”、“第二”仅由于描述目的，且不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。
本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。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”等应做广义理解，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连接，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。
最后所要说明的是：以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改和等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种建筑混凝土3D打印头，其特征在于：包括料筒，所述料筒包括由上至下依次连接的搅拌筒（1）、挤出筒（2）和挤出头（3），所述搅拌筒（1）为圆柱状，其外壁安装有安装支架（4），所述挤出筒（2）为圆锥状；所述料筒上安装有搅拌电机（6）、挤出电机（7）、混凝土输入管（9）和添加剂注入管（8）；所述混凝土输入管（9）和添加剂注入管（8）均与所述搅拌筒（1）内部连通；所述搅拌筒（1）内部转动安装有带有螺旋方向相反的搅拌叶片（15）的搅拌轴（14），所述搅拌轴（14）通过传动机构（16）连接所述搅拌电机（6）的电机轴；所述挤出筒（2）内部转动安装有带有挤出叶片（13）的挤出轴（12），所述挤出轴（12）的一部分穿过所述搅拌轴（14）的内部并连接所述挤出电机（7）的电机轴；所述搅拌叶片（15）的转速数倍于所述挤出叶片（13）的转速。
2.根据权利要求1所述的一种建筑混凝土3D打印头，其特征在于：所述搅拌筒（1）的顶部安装有支架（11）和电机座（5），所述电机座（5）、混凝土输入管（9）的出口和添加剂注入管（8）的出口均固定在所述支架（11）上，所述搅拌电机（6）和挤出电机（7）均安装在所述电机座（5）上，所述传动机构（16）收容于所述电机座（5）内部。
3.根据权利要求2所述的一种建筑混凝土3D打印头，其特征在于：所述搅拌轴（14）内部两端安装有内轴承，所述挤出轴（12）与所述内轴承连接，所述支架（11）中央安装有外轴承，所述搅拌轴（14）与所述外轴承连接。
4.根据权利要求3所述的一种建筑混凝土3D打印头，其特征在于：所述挤出筒（2）外壁安装有振动电机（10）。
5.根据权利要求4所述的一种建筑混凝土3D打印头，其特征在于：所述搅拌叶片（15）和挤出叶片（13）均为螺旋叶片。
6.根据权利要求5所述的一种建筑混凝土3D打印头，其特征在于：所述搅拌叶片（15）包括外搅拌叶片（15.1）和与外搅拌叶片（15.1）螺旋方向相反的内搅拌叶片（15.2），所述外搅拌叶片（15.1）通过连接杆（15.3）连接在所述搅拌轴（14）上，所述内搅拌叶片（15.2）内沿连接在所述搅拌轴（14）上。
7.根据权利要求6所述的一种建筑混凝土3D打印头，其特征在于：所述传动机构为皮带传动机构。
8.一种3D打印机，包括机身和打印头，所述打印头通过安装支架（4）安装在所述机身上，其特征在于：所述打印头为如权利要求1所述的一种建筑混凝土3D打印头。
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