CN115383865A - 一种普通混凝土的3d打印装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种普通混凝土的3D打印装置及方法，包括安装架，骨料输送通道，自密实砂浆输送通道，储料装置以及加压装置；所述骨料输送通道和自密实砂浆输送通道分别与安装架的一侧连接且输出口分别与储料装置的输入口对应连接，将骨料和自密实砂浆通过骨料输送通道和自密实砂浆输送通道输送至储料装置内进行合成混凝土；所述加压装置的加压端与储料装置内部对应连接，对储料装置内部进行加压；所述储料装置的输出口与喷嘴对应连接，储料装置内的混凝土在加压装置的挤压内进入到喷嘴内进行3D打印。本方案通过改变材料运输以及打印喷嘴的结构，扩大了3D打印技术在混凝土方面的应用范畴，大大提高了混凝土3D打印结构的适用性。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程技术领域，具体设计混凝土设计与生产中一种普通混凝土的3D打印装置及方法。
背景技术
3D打印技术作为智能化时代的代表性技术，已在医疗器械，金属材料等领域大面积应用，并初步应用于建筑建造领域。近年来，中国建筑行业已开启混凝土3D打印技术的积极探索。
当前混凝土3D打印技术主要面临两个问题：
(1)致力于实现混凝土材料的高流动性和早强快速增长的统一，需要掺用大量外加剂，导致混凝土3D打印成本较高。
(2)致力于实现材料的单通道，单喷嘴和一次性挤出，材料输送管与打印喷嘴是直接串联的，对混凝土原材料的要求极高，导致目前主要的打印对象局限为砂浆，无法实现高强度混凝土的打印。
因此，传统的混凝土3D打印技术存在适用性不高的技术问题；由此可见，如何提高混凝土3D打印技术的适用性为本领域需解决的问题。
发明内容
针对于现有混凝土3D打印技术存在适用性不高的技术问题，本方案的目的在于提供一种普通混凝土的3D打印装置，其改变了现有技术只能打印砂浆的现状，实现了真正的普通混凝土3D打印，扩大了3D打印技术在混凝土方面的应用范畴；在此基础上，还给出普通混凝土的3D打印的方法，很好地克服了现有技术所存在的问题。
为了达到上述目的，本发明提供的一种普通混凝土的3D打印装置，包括安装架，骨料输送通道，自密实砂浆输送通道，储料装置以及加压装置；所述骨料输送通道和自密实砂浆输送通道分别与安装架的一侧连接且输出口分别与储料装置的输入口对应连接，将骨料和自密实砂浆通过骨料输送通道和自密实砂浆输送通道输送至储料装置内进行合成混凝土；所述加压装置的加压端与储料装置内部对应连接，对储料装置内部进行加压；所述储料装置的输出口与喷嘴对应连接，储料装置内的混凝土在加压装置的挤压内进入到喷嘴内进行3D打印。
进一步地，所述骨料输送通道的输送段底部设有称重组件，通过称重组件来反应向输送至储料装置中投送的骨料质量。
进一步地，所述骨料输送通道和自密实砂浆输送通道分别设有驱动机构；所述驱动机构分别与外置控制系统配合连接，通过控制系统控制驱动机构来分别控制骨料输送通道的输送速率以及自密实砂浆通道的泵送速率来调整对混凝土“胶骨比”。
进一步地，所述储料装置包括储料平台以及若干储料仓；所述若干储料仓分布与储料平台内。
进一步地，所述储料平台为一圆台形平台，其包括壳体，上盖，外环和内环；所述外环围绕着内环的外圆周设置并设置于壳体内部；所述外环通过外环固定轴穿过上盖与安装架连接，内环通过内环旋转轴穿过壳体底部与安装架连接，内环可在外置电机带动下可绕旋转轴相对于外壳底部进行转动；所述壳体底部对应喷嘴装置设有出料口；所述上盖设置于壳体顶部，所述上盖一侧对应储料平台内部设置有扇形空缺的观察口。
进一步地，所述若干储料仓沿内环圆周的边缘平均分布，若干储料仓可跟随内环的绕旋转轴运动而运动。
进一步地，所述储料仓底部设有下料口，与出料口配合设有设有下料阀，所述下料阀的一端通过设置转轴与储料仓连接，下料阀可通过转轴相对储料仓进行第一方向或第二方向的转动，实现储料仓下料口的打开或关闭。
进一步地，所述加压装置包括加压管以及加压泵；所述加压泵驱动连接加压管，加压管穿过上盖另一侧与储料装置内部的出料端对应设置；当储料仓转动至出料口时，加压管在加压泵的驱动下，储料仓内混凝土由于自重压力及加压管气压作用下，下料阀打开，仓内的混凝土进入喷嘴装置中。
为了达到上述目的，本发明提供的一种普通混凝土的3D打印方法，包括：通过将普通混凝土中的骨料和砂浆设置为双通道分别输送及合成后直接传输至打印端。
进一步地，通过设置储料仓将骨料和砂浆输送至内并进行混合合成。
本发明提供的普通混凝土的3D打印装置及方法，其通过改变材料运输以及打印喷嘴的结构，使得改变了现有技术只能打印砂浆的现状，实现了真正的普通混凝土3D打印，扩大了3D打印技术在混凝土方面的应用范畴，大大提高了混凝土3D打印结构的适用性。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。
图1为本普通混凝土的3D打印装置的整体结构示意图；
图2为本普通混凝土的3D打印装置中材料输送装置的结构示意图；
图3为本普通混凝土的3D打印装置中骨料输送通道输送段的结构示意图；
图4为本普通混凝土的3D打印装置中储料装置的装配示意图；
图5为本普通混凝土的3D打印装置中储料装置的结构顶部示意图；
图6为本普通混凝土的3D打印装置中上盖的结构示意图；
图7为本普通混凝土的3D打印装置中壳体底部出料口的结构示意图；
图8为本普通混凝土的3D打印装置中储料仓的分布结构示意图；
图9为本普通混凝土的3D打印装置中储料仓底部转轮分布结构示意图；
图10为本普通混凝土的3D打印装置中下料阀关闭时的状态示意图；
图11为本普通混凝土的3D打印装置中下料阀开启时的状态示意图；
图12为本普通混凝土的3D打印装置中加压装置的结构示意图。
下面为幅图中的部件标注说明：
100.安装架110.横架120.支撑架200.材料输送装置210.骨料输送通道221.输送段222.下料段223.称重组件220.自密实砂浆输送通道300.储料装置310.储料平台311.外环312.外环固定轴313.内环320.储料仓321.转轮322.下料阀323.转轴324.下料口330.上盖331.观察口340.出料口400.加压装置410.加压泵420.加压管500.喷嘴装置。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
针对于现有混凝土3D打印技术存在适用性不高的技术问题，基于此技术问题，本方案提供了一种普通混凝土的3D打印装置，其通过改变材料运输以及打印喷嘴的结构，使得改变了现有技术只能打印砂浆的现状，实现了真正的普通混凝土3D打印，扩大了3D打印技术在混凝土方面的应用范畴，大大提高了混凝土3D打印结构的适用性。
本方案提供的普通混凝土的3D打印装置，参见图1，其包括安装架100，材料输送装置200，储料装置300，喷嘴装置500以及加压装置400。
其中，安装架100为整体普通混凝土的3D打印结构的安装体以及支撑体，其包括横条架110以及两个支撑架120。
横条架110设置于顶部，两个支撑架120对称设置于横条架110两侧，第一端支撑架120用于支撑固定材料输送装置200，并设有与材料输送装置200对应的输送通道入口，可与材料输送装置200配合连通；第二端支撑架120用于支撑固定喷嘴装置500以及加压装置400。
进一步地，参见图2材料输送装置200包括双输送通道，分别包括骨料输送通道210以及自密实砂浆输送管220。
骨料输送通道210用于输送普通混凝土材料中的骨料，其分为输送段221和下料段222，输送段221与下料段222配合连通。
输送段221的输入口与骨料储备仓配合连接，可将骨料储备仓内的骨料通过输入口输送至输送段221的管道内；输送段221的输出口与下料段222配合，将输送段221内的骨料传送至下料段222内部。
由于输送段221的管道内运输材料为散体块状碎石，因此输送段221的管道截面优选采用方管，采用管道截面为方形的输送段，能够避免散体块状碎石卡在管道内部形成堵塞。
碎石应经过筛分清洁处理，表面无明显石粉后进行传输；本方案中的碎石粒径在10-20mm之间的单粒径碎石，具体的选择碎石粒径选择可根据实际情况与打印喷嘴装置400相适配，最大粒径不应超过打印喷嘴装置400内径的1/2，为避免造成打印喷嘴输出时的堵塞。
另外，参见图3，在骨料输送通道210的输送段221底部设有称重组件223，可对骨料输送的重量进行实时的计算和记录，反应向输送至储料装置300中投送的骨料质量，进一步地保证普通混凝土在3D打印时的可靠性。
这里输送段221在应用时可为水平放置，也可根据工程现场条件倾斜放置，具体的放置位置可根据实际情况而定。
下料段222相对于输送段221垂直设置，并穿过第一端支撑架120的输送通道入口与储料装置300配合连接。
下料段222的输送口与输送段221的输出口连通设置，输出口与储料装置300配合连接，用于将骨料输送至储料装置300内部。
这里下料段222的管道截面对应输送段221优选采用方管，同样为避免碎石在管道内的堵塞，提高了输送装置的可靠性。
自密实砂浆输送管道220输送口与自密实砂浆储备仓配合连接，输出口与储料装置300配合连接，用于将自密实砂浆或掺加纤维的自密实砂浆输送至储料装置300内部并与骨料混合形成普通混凝土。
由于砂浆为流体，因此自密实砂浆输送管道220管道截面优选采用圆管，由于圆形内壁与砂浆接触面积最大，由此，可以增加自密实砂浆输送的体积与流速。
这里自密实砂浆输送管道220包括但不限定于采用混凝土泵送管，具体的可根据实际情况而定。
由此通过双输送通道，不仅可以实现砂浆的3D打印，还可以通过将骨料与砂浆通过输送管道至储料装置300内混合形成普通混凝土的3D打印，大大提高了本装置的适用性。
另外，在实现普通混凝土的合成的同时，需要保证普通混凝土中的“胶骨比”，因此，骨料输送通道和自密实输送通道220分别设有驱动机构并与外置控制系统配合连接，可通过控制系统控制驱动机构来调整骨料输送通道210的输送速率以及自密实砂浆通道220的泵送速率来实现对混凝土“胶骨比”的调整，提高不同强度混凝土打印的灵活性。
综上所述，骨料输送通道210与自密实砂浆输送通道220的输出口分别对应储料装置300内部设置，可将骨料和自密实砂浆输送至储料装置300内部。
进一步地，储料装置300包括储料平台310以及若干储料仓320。
参见图4-图5，储料平台310为一圆台形平台，其包括壳体，上盖330，外环311和内环313，外环311围绕着内环313的外圆周设置并设置于壳体内部；上盖330设置于壳体顶部。
外环311通过外环固定轴312穿过上盖与安装架100连接，内环313通过内环旋转轴穿过壳体底部与安装架100连接，内环313可在外置电机带动下可绕旋转轴相对于外壳底部进行转动。
上盖330设置于壳体的顶部，参见图6，上盖一侧设有一扇形空缺的观察口331，可用于观察输送到储料仓320中的混凝土的状况。
这里，储料上盖330优选采用亚克力板材，可便于对内部混凝体的情况进行观测，但具体的选材不限定于亚克力板材，可根据实际情况而定。
参见图7，壳体底部对应喷嘴装置500设有出料口340，可将储料装置300内的混凝土通过出料口340输出给喷嘴装置500进行3D打印。
进一步地，参见图8，若干储料仓320沿内环313圆周的边缘平均分布，若干储料仓320可跟随内环313的绕旋转轴运动而运动。
另外，为减少储料仓320绕旋转轴旋转的摩擦，参见图9，本方案在每个储料仓320的四个对角底部分别设有一个转轮321，由此，可大大减少储料仓320在绕轴旋转时与内环313之间的摩擦，减小了储料仓320以及内环313的磨损成程度，提高了储料仓320以及内环313的使用寿命。
在每个储料仓320底部设有下料口324，与下料口324配合设有设有下料阀322，参见图10-图11，下料阀322的一端通过设置转轴323与储料仓320连接，下料阀322可通过转轴323相对储料仓320进行第一方向或第二方向的转动，实现储料仓320下料口324的打开或关闭。
同时，在下料阀322底部另一端同样设有一转动轮321，为减少储料仓320在绕轴旋转时与内环313之间的摩擦。
这里储料仓320的数量的选择以及每个储料仓320之间摆放角度的调整本方案不做限定，可根据实际情况而定。
因此，当储料仓320随内环313转动至壳体的出料口340时，位于下料阀322底部的转轮321处于悬空状态，下料阀322带动转轮321通过转轴323相对于储料仓320进行第一方向的转动，使得储料仓320的下料口324打开，此时，储料仓320内部的混凝土依次通过储料仓320的下料口324以及壳体的出料口340进入喷嘴装置500。
本方案通过设置储料平台310以及若干储料仓320，可以使得普通混凝土的骨料和砂浆两种材料能够在转动的时间里拥有较长的结合时间，进而输送至喷嘴处，实现普通混凝土的直接打印。
另外，为了保障喷嘴打印效果，保障储料仓320中的混凝土快速全部喷出，本方案将储料装置300配合设置一个加压装置400，其可对储料装置300内部的压力进行加压，使得储料装置300内部的混凝土全部被挤出，大大提高了混凝土出料的效率。
参见图12，加压装置400包括加压管420以及加压泵410。
加压泵410驱动连接加压管420，加压管420穿过上盖330另一侧与储料装置300内部的出料端对应设置，当储料仓320转动至出料口340时，加压管420在加压泵410的驱动下，利用气压加大储料仓320中的混凝土受力，因此，在仓内混凝土由于自重压力及加压管气压作用下，下料阀322打开，从而使仓内的混凝土进入喷嘴装置500中。
这里，加压管420在实际应用中的形式可以有所改变，包括但不限定于直管，能够达到加压效果即可。
喷嘴装置500的结构组成以及工作原理为本领域技术人员所熟知，这里就不加一详细赘述。
以下举例说明一下本方案在使用时的工作过程；这里需要说明下述内容只是本方案的一种具体应用示例，并不对本方案构成限定。
首先，将骨料和自密实砂浆分别通过骨料输送通道210以及自密实砂浆输送通道220输送至储料装置300内的同一个储料仓320内部，并通过控制整骨料输送通道210的输送速率以及自密实砂浆通道220的泵送速率来调整混凝土“胶骨比”。
在同一个储料仓320内的骨料和自密实砂浆进行充分反应，并通过内环313转动至另一侧外壳底部的出料口340处。
同时，加压泵410通过加压管420对储料仓320内进行加压，因此，在仓内混凝土由于自重压力及加压管气压作用下，下料阀322打开，从而使仓内的混凝土依次通过储料仓320的下料口324，壳体的出料口340进入喷嘴装置500中，进行3D打印。
因此，本方案提供的普通混凝土的3D打印方法，即为将普通混凝土中的骨料和砂浆设置为双通道分别输送至储料装置内合成并传输至喷嘴装置中。
综上所述，本方案提供的普通混凝土的3D打印装置及方法，其对现有市场上主要的混凝土3D打印方法进行了突破，通过双输送管道设计，改变了现有技术只能打印砂浆的现状，实现了真正的普通混凝土3D打印。
同时，本发明提出的双输送管道设计，可以在打印过程中实现混凝土胶骨比的灵活调整，进而一定程度上实现混凝土强度的灵活调整，提升了混凝土3D打印在实践中的可靠性。
其次，本发明采用储料平台和储料仓设计，增大了混凝土从入仓到打印之间的时间，使自密实砂浆和混凝土骨料有较充分的反应时间，提高了混凝土的可打性。同时，储料仓的循环设计，提高了打印的连续性和稳定性。
另外，本发明提出的采用加气泵提升混凝土打印压力的方法，本质上弱化了混凝土材料与打印压力之间的相关性，在实现混凝土打印压力和打印强度灵活控制的同时，提高了打印速率制定的科学性。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种普通混凝土的3D打印装置，其特征在于，包括安装架，骨料输送通道，自密实砂浆输送通道，储料装置以及加压装置；所述骨料输送通道和自密实砂浆输送通道分别与安装架的一侧连接且输出口分别与储料装置的输入口对应连接，将骨料和自密实砂浆通过骨料输送通道和自密实砂浆输送通道输送至储料装置内进行合成混凝土；所述加压装置的加压端与储料装置内部对应连接，对储料装置内部进行加压；所述储料装置的输出口与喷嘴对应连接，储料装置内的混凝土在加压装置的挤压内进入到喷嘴内进行3D打印。
2.根据权利要求1所述的一种普通混凝土的3D打印装置，其特征在于，所述骨料输送通道的输送段底部设有称重组件，通过称重组件来反应向输送至储料装置中投送的骨料质量。
3.根据权利要求1所述的一种普通混凝土的3D打印装置，其特征在于，所述骨料输送通道和自密实砂浆输送通道分别设有驱动机构；所述驱动机构分别与外置控制系统配合连接，通过控制系统控制驱动机构来分别控制骨料输送通道的输送速率以及自密实砂浆通道的泵送速率来调整对混凝土“胶骨比”。
4.根据权利要求1所述的一种普通混凝土的3D打印装置，其特征在于，所述储料装置包括储料平台以及若干储料仓；所述若干储料仓分布与储料平台内。
5.根据权利要求4所述的一种普通混凝土的3D打印装置，其特征在于，所述储料平台为一圆台形平台，其包括壳体，上盖，外环和内环；所述外环围绕着内环的外圆周设置并设置于壳体内部；所述外环通过外环固定轴穿过上盖与安装架连接，内环通过内环旋转轴穿过壳体底部与安装架连接，内环可在外置电机带动下可绕旋转轴相对于外壳底部进行转动；所述壳体底部对应喷嘴装置设有出料口；所述上盖设置于壳体顶部，所述上盖一侧对应储料平台内部设置有扇形空缺的观察口。
6.根据权利要求4所述的一种普通混凝土的3D打印装置，其特征在于，所述若干储料仓沿内环圆周的边缘平均分布，若干储料仓可跟随内环的绕旋转轴运动而运动。
7.根据权利要求4所述的一种普通混凝土的3D打印装置，其特征在于，所述储料仓底部设有下料口，与出料口配合设有设有下料阀，所述下料阀的一端通过设置转轴与储料仓连接，下料阀可通过转轴相对储料仓进行第一方向或第二方向的转动，实现储料仓下料口的打开或关闭。
8.根据权利要求1所述的一种普通混凝土的3D打印装置，其特征在于，所述加压装置包括加压管以及加压泵；所述加压泵驱动连接加压管，加压管穿过上盖另一侧与储料装置内部的出料端对应设置；当储料仓转动至出料口时，加压管在加压泵的驱动下，储料仓内混凝土由于自重压力及加压管气压作用下，下料阀打开，仓内的混凝土进入喷嘴装置中。
9.一种普通混凝土的3D打印方法，其特征在于，包括：通过将普通混凝土中的骨料和砂浆设置为双通道分别输送及合成后直接传输至打印端。
10.根据权利要求9所述的一种普通混凝土的3D打印方法，其特征在于，通过设置储料仓将骨料和砂浆输送至内并进行混合合成。
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- 2022-09-19 CN CN202211147563.4A patent/CN115383865A/zh active Pending
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