CN115157408B - 一种可精准控制混凝土性能的3d混凝土打印装置及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

一种可精准控制混凝土性能的3D混凝土打印装置及其使用方法，该装置中的原打印头与拓展打印头系统通过法兰连接，拓展打印头系统包括拓展打印头壳体、浆料接触区和浆料混合区，其中，浆料接触区和浆料混合区置于拓展打印头壳体内部，拓展打印头壳体上部布置浆料接触区，下部布置浆料混合区；原打印头与所述的拓展打印头壳体的顶部连通。具体操作步骤为：混凝土浆料通过供料系统的作用下挤压到原有打印头中；混凝土浆料进入格栅区间，经过液体入料淋头的作用，混凝土浆料与液体添加剂混合，待混合后进入到浆料螺旋导送区间中，在经充分混合均匀后，到浆料出口；本发明采用专用的打印头，使基材料成为液态，结合3D打印技术，实现特殊结构的成型工艺。

Description

一种可精准控制混凝土性能的3D混凝土打印装置及其使用 方法
技术领域
本发明属于一种3D混凝土打印技术，具体涉及一种可精准控制混凝土性能的混凝土打印方法，可在外观和受力性能方面提高3D打印质量。
背景技术
随着智能建造技术的发展，以混凝土为代表的胶凝材料进行建筑物打印也在世界各国开展了大量研究与应用。但从目前已有实施案例来看，混凝土胶凝材料进行打印时存在两个典型缺陷：一是受层状混凝土打印时，混凝土不是即时凝结性且又有一定打印厚度，因而打印后物体表面不像以ABS为以毫米级为单位的层状打印效果那样整洁，这主要是受到混凝土凝固需要一定时间，在重力作用下会发生类似流动变形效果，其结果是导致打印物表现是一层一层形状。如果混凝土再稀一些可能还会出现坍塌问题。二是为了克服上述问题，混凝土采用了干硬性，这导致打印后的层间存在粘结缺陷，不同于整体浇筑混凝土，其受力时在层间破坏机率增大。上述两个问题是因混凝土有流动性与粘结性相关联的问题，且存在一定矛盾，即粘稠度的增加会导致流动性变差，而要表面光结需要干硬但却影响层间粘结强度。
虽然可以在上述因素间找到较佳的平衡点，但却不得不考虑另一问题，那就是混凝土3D打印机的供料问题和打印结构物的性质或用途。如果仅是打印较小的物体，像打印ABS小模型一样，只需要少量的基材打印出料，可以保证材料在出口处保持相同性能。而这肯定不适合混凝土的3D打印应用场景，因为混凝土3D打印必然会是用于大物件的打印上，其要求较高的打印效率，这要求打印层厚度在厘米级，因而需要大量的混凝土供应。
目前所有打印结构的混凝土3D打印机的混凝土供应最好的办法是采用边拌和边供应，以做到混凝土性能在出料口处基本一致，但受限于打印结构在不同部位混凝土用量会不同，如果混凝土性能比较敏感时，拌好的混凝土经供料管到出料口时性能依然会有差异。即使有采用类似石膏打印相同技术边搅边供，但这也只适用于小模型用量少的打印情况。部分已有专利也考虑到存在的问题，除了在出口增加搅拌装置，但会增加混凝土出料困难，且容易堵塞；还有方法是把混凝土和外加剂分开，主要是将速凝剂在出料口处添加，而这种添加方法，无法保证与混凝土均匀混合，且在控制实施时较为困难，实施效果欠佳。
综上所述，目前亟待一种可控制混凝土性能的3D打印技术。
发明内容
为克服现有技术上的不足，为此，本发明提出一个简易方便且经济的实施方法，通过在现有的混凝土3D打印机出料口处增加专用扩展接头，从而根据打印需要，实时控制打印混凝土的粘稠性，即避免了过粘稠的混凝土导致输送管道或打印头堵塞，也降低了对混凝土基料的性能过于严格的要求。
为实现上述目的，本发明提供一种可精准控制混凝土性能的3D混凝土打印装置，该打印装置中的原打印头与拓展打印头系统通过法兰连接，该拓展打印头系统包括拓展打印头壳体、浆料接触区和浆料混合区，其中，所述的浆料接触区和浆料混合区置于拓展打印头壳体内部，所述的拓展打印头壳体上部布置浆料接触区，下部布置浆料混合区；所述的原打印头与所述的拓展打印头壳体的顶部连通。
进一步地，所述的浆料接触区包括格栅区间、添加剂入口导管、液体导流管、添加剂出口导管和液体入料喷头；其中，所述的添加剂入口导管与半圆环形的液体导流管联通，所述的液体导流管的上端与下端分别联通于格栅区间顶部与底部；在所述的格栅区间的另一侧设置添加剂出口导管；所述的液体入料喷头设置在格栅区间内部。
进一步地，所述的添加剂入口导管上设置压力控制端口压力表。
进一步地，所述的添加剂出口导管上设置液压添加剂卸压开关。
进一步地，所述的液体导流管上设置压力表。
进一步地，所述的浆料混合区包括浆料螺旋导送区间和浆料出口，其中，所述浆料螺旋导送区间连接于浆料接触区中的格栅区间的底部，在所述的浆料螺旋导送区间的出口处设置浆料出口。
进一步地，一种可精准控制混凝土性能的3D混凝土打印装置的使用方法，包括如下步骤：第一步：混凝土浆料通过供料系统在一定压力作用下挤压到原有打印头中；
第二步：混凝土浆料进入格栅区间，液体添加剂通过液料添加剂入口导管进入液体导流管向格栅区间内流动，经过液体入料淋头的作用，混凝土浆料与液体添加剂混合；
第三步：待混凝土浆料与液体添加剂混合后进入到浆料螺旋导送区间中，在经过一定距离和压力作用下充分混合均匀后，直到浆料出口；
本发明提出一个简易方便且经济的实施方法，通过在现有的混凝土3D打印机出料口处增加专用扩展接头，从而根据打印需要，实时控制打印混凝土的粘稠性，即避免了过粘稠的混凝土导致输送管道或打印头堵塞，也降低了对混凝土基料的性能过于严格的要求。
附图说明
图1打印头扩展装置示意图；
图2浆料进入打印扩展头前；
图3添加剂与浆料接触段段；
图4浆料与添加剂混合段；
图5资料挤出扩展头。
数字标记：1、原有打印头；2、扩展打印头外壳；3、液体添加剂入口导管；4、液体添加剂卸压开关；5、液体添加剂出口导管；6、格栅区间；7、液体导流管；8、液体入料淋头；9、浆料螺旋导送区间；10、浆料出口；11、压力表；12、压力控制端口压力表；13、法兰；14、原有打印头混凝土浆料；15、液体淋头混合区的混凝土浆料；16、液体添加料；17、螺旋混合区混凝土浆料；18、打印浆料；
具体实施方式
下面结合附图对具体实施方式进行进一步详细说明。
该打印装置中的原打印头与拓展打印头系统通过法兰13连接，该拓展打印头系统包括拓展打印头壳体、浆料接触区和浆料混合区，其中，所述的浆料接触区和浆料混合区置于拓展打印头壳体2内部，所述的拓展打印头壳体2上部布置浆料接触区，下部布置浆料混合区；所述的原打印头与所述的拓展打印头壳体的顶部连通。
本实施例中的浆料接触区包括格栅区间6、添加剂入口导管3、液体导流管7、添加剂出口导管5和液体入料喷头8；其中，所述的添加剂入口导管7与半圆环形的液体导流管7联通，所述的液体导流管7的上端与下端分别联通于格栅区间6顶部与底部；在所述的格栅区间6的另一侧设置添加剂出口导管5；所述的液体入料喷头8设置在格栅区间6内部。
本实施例中的添加剂入口导管3上设置压力控制端口压力表12。
本实施例中的添加剂出口导管5上设置液压添加剂卸压开关4。
本实施例中的液体导流管7上设置压力表11。
本实施例中的浆料混合区包括浆料螺旋导送区间9和浆料出口10，其中，所述浆料螺旋导送区间9连接于浆料接触区中的格栅区间6的底部，在所述的浆料螺旋导送区间9的出口处设置浆料出口10。
本实施例中一种可精准控制混凝土性能的3D混凝土打印装置的使用方法，包括如下步骤：第一步：混凝土浆料通过供料系统在一定压力作用下挤压到原有打印头1中；
第二步：混凝土浆料进入格栅区间6，液体添加剂通过液料添加剂入口导管3进入液体导流管7向格栅区间6内流动，经过液体入料淋头8的作用，混凝土浆料与液体添加剂混合；
第三步：待混凝土浆料与液体添加剂混合后进入到浆料螺旋导送区间9中，在经过一定距离和压力作用下充分混合均匀后，直到浆料出口10。
本具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依据本申请的结构、形状以及原理等所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种可精准控制混凝土性能的3D混凝土打印装置，该打印装置中的原打印头与拓展打印头系统通过法兰（13）连接，其特征在于：该拓展打印头系统包括拓展打印头壳体、浆料接触区和浆料混合区，其中，所述的浆料接触区和浆料混合区置于拓展打印头壳体（2）内部，所述的拓展打印头壳体（2）上部布置浆料接触区，下部布置浆料混合区；所述的原打印头与所述的拓展打印头壳体的顶部连通；
所述的浆料接触区包括格栅区间（6）、液体添加剂入口导管（3）、液体导流管（7）、液体添加剂出口导管（5）和液体入料淋头（8）；其中，所述的液体添加剂入口导管（3）与半圆环形的液体导流管（7）联通，所述的液体导流管（7）的上端与下端分别联通于格栅区间（6）顶部与底部；在所述的格栅区间（6）的另一侧设置液体添加剂出口导管（5）；所述的液体入料淋头（8）设置在格栅区间（6）内部；
所述的浆料混合区包括浆料螺旋导送区间（9）和浆料出口（10），其中，所述浆料螺旋导送区间（9）连接于浆料接触区中的格栅区间（6）的底部，在所述的浆料螺旋导送区间（9）的出口处设置浆料出口（10）。
2.如权利要求1所述的一种可精准控制混凝土性能的3D混凝土打印装置，其特征在于：所述的液体添加剂入口导管（3）上设置压力控制端口压力表（12）。
3.如权利要求1所述的一种可精准控制混凝土性能的3D混凝土打印装置，其特征在于：所述的液体添加剂出口导管（5）上设置液压添加剂卸压开关（4）。
4.如权利要求1所述的一种可精准控制混凝土性能的3D混凝土打印装置，其特征在于：所述的液体导流管（7）上设置压力表（11）。
5.如权利要求1所述的一种可精准控制混凝土性能的3D混凝土打印装置的使用方法，具体包括如下步骤：
第一步：混凝土浆料通过供料系统在一定压力作用下挤压到原有打印头（1）中；
第二步：混凝土浆料进入格栅区间（6），液体添加剂通过液体添加剂入口导管（3）进入液体导流管（7）向格栅区间（6）内流动，经过液体入料淋头（8）的作用，混凝土浆料与液体添加剂混合；
第三步：待混凝土浆料与液体添加剂混合后进入到浆料螺旋导送区间（9）中，在经过一定距离和压力作用下充分混合均匀后，直到浆料出口（10）。
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