CN207724527U - 一种带有微波养护功能的混凝土3d打印设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种带有微波养护功能的混凝土3D打印设备，包括：混凝土打印模块，用以实现混凝土3D打印；微波养护模块，与所述混凝土打印模块同步移动，用以对3D打印混凝土实现微波养护；控制器，分别连接所述混凝土打印模块和微波养护模块，用以提供工作指令。与现有技术相比，本实用新型将3D混凝土打印与微波养护相结合，通过微波加热使混凝土快速凝结硬化，从而达到理想的打印形状，解决了3D打印过程中混凝土不易成型的问题。

Description

一种带有微波养护功能的混凝土3D打印设备

技术领域

本实用新型属于土木工程领域，尤其是涉及一种带有微波养护功能的混凝土3D打印设备。

背景技术

混凝土是当代建筑中使用量最大、范围最广的建筑材料，其发展有200年的历史，已成为当代社会使用量巨大的建筑工程材料，对建筑工程贡献巨大。但是，传统建筑技术中，混凝土的使用又会产生很高比例的建筑垃圾。中国每年会产生约6亿吨的建筑垃圾，加之人力成本的增加，作为混凝土使用量极高的建筑行业将迎来一次巨大的挑战。所以，需要在建筑行业中，开发一种新型的施工材料及施工技术替代传统的施工工艺，从而减少以混凝土为主的建筑垃圾的生成量。近年来，新兴的结合了3D打印技术的3D打印混凝土及其施工技术的出现，成为建筑领域的一大创新，以增材制造为主要特点来减少混凝土类建筑垃圾的生成量，必将掀起未来建筑领域的技术革命。

传统混凝土现场施工通常采用模筑法施工，并采用传统的养护方式进行混凝土的后期养护。

模筑法是通过在浇筑混凝土之前按照混凝土构件的外形尺寸架立模板，再向模板中浇筑混凝土并进行振捣，从而使得混凝土在模板的约束下形成预期的构件尺寸。随着模板内混凝土的水化反应的进行，混凝土的强度随时间推移不断提高，当混凝土达到一定强度后，可将模板拆除，获得表面平整度较高的混凝土构件。但采用模筑法具有一系列尚待改进之处：(1)模板的搭建需要耗费大量的人力，机械化程度低，施工效率慢。(2)模板由于尺寸形状固定，难以完成外形复杂的混凝土构件的浇筑。(3)模板周转易耗损，带来材料的消耗与浪费。

3D打印混凝土技术是在无模板的情况下，将混凝土通过分层打印，逐层叠加的方式运用于结构构件的建造。基本的打印过程是将构件的三维模型在软件中进行切割分层，从而得到不同层的二维数据，再依据不同层的二维数据进行混凝土打印头的定位和移动，并在打印头的移动的过程中进行混凝土的打印，从而通过逐层打印，分层堆叠的机械化施工方式完成混凝土构件的建造。相比模筑法混凝土，3D打印混凝土具有以下优势：(1)机械化与自动化程度高，大量节省了人工，显著提高施工效率。(2)不需要额外进行模板支护，减少了施工的工作量，缩短施工时间。(3)可完成复杂几何外形的混凝土构件的建造。

但目前3D打印混凝土施工中常出现混凝土通过喷嘴挤出后不能立即成型，容易发生塑性垮塌的现象。这是由于混凝土水化反应发展缓慢、混凝土凝结时间长、早期强度低导致的。

混凝土养护是加速混凝土水化进程的核心技术之一，通过良好的养护方式可以使得混凝土的各龄期强度得到充分的发展，减少混凝土收缩，减少混凝土的开裂。传统的养护方式常用的有洒水自然养护、喷涂薄膜养护及塑料薄膜包裹养护等几种方法。但这几种方式都有以下的局限性：(1)是在常温的养护条件下对混凝土进行养护，导致混凝土的水化反应速度较缓慢，无法在较短的时间内达到较高的强度，混凝土的早期强度较低；(2)整个混凝土养护的过程耗时久，人工投入大；(3)养护方式针对传统工艺开发，对于无模板3D打印混凝土技术尚未出现有针对性的养护技术。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种带有微波养护功能的混凝土3D打印设备。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种带有微波养护功能的混凝土3D打印设备，包括：

混凝土打印模块，用以实现混凝土3D打印；

微波养护模块，与所述混凝土打印模块同步移动，用以对3D打印混凝土实现微波养护；

控制器，分别连接所述混凝土打印模块和微波养护模块，用以提供工作指令。

进一步地，所述混凝土打印模块包括打印喷头、第一机械手臂、第一底座、第一定位器和供料机构，所述打印喷头连接于第一机械手臂上，所述第一机械手臂设置于第一底座上，所述第一定位器与第一底座连接，所述供料机构与打印喷头连接，所述第一机械手臂、第一定位器和供料机构均与控制器连接。

进一步地，所述供料机构包括依次连接的供料箱、供料泵和供料管道，所述供料管道与打印喷头连接。

进一步地，所述第一底座为滑轨式、履带式或轮胎式底座。

进一步地，所述微波养护模块包括微波发生器、第二机械手臂、第二底座和第二定位器，所述微波发生器连接于第二机械手臂上，所述第二机械手臂设置于第二底座上，所述第二定位器与第二底座连接，所述第二机械手臂和第二定位器均与控制器连接。

进一步地，所述微波发生器通过一微波挡板连接于第二机械手臂上。

进一步地，所述微波挡板为平面挡板或曲面挡板。

进一步地，所述第二底座为滑轨式、履带式或轮胎式底座。

进一步地，所述控制器通过无线网络与上位机连接。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型将3D混凝土打印与微波养护相结合，通过微波加热使混凝土快速凝结硬化，从而达到理想的打印形状，解决了3D打印过程中混凝土不易成型的问题。

2、本实用新型通过控制器控制微波养护模块随混凝土打印模块的打印喷头的移动而移动，两者协同工作，高效地对新打印混凝土进行养护。

3、采用微波加热的方式对3D打印混凝土进行养护，迅速提高混凝土的水化进程，缩短了印混凝土的凝结时间，使得混凝土的早期强度迅速提高，从而避免了打印混凝土的坍塌。

4、打印和养护过程高度自动化与机械化，相比传统混凝土现浇与养护方式，本实用新型大量节省了人工，提高了施工效率。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图1中：1、打印喷头，

图2为微波养护模块的养护线圈示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例提供一种带有微波养护功能的混凝土3D打印设备，包括混凝土打印模块、微波养护模块和控制器11，混凝土打印模块用以实现混凝土3D打印；微波养护模块与混凝土打印模块同步移动，用以对3D打印混凝土实现微波养护，依据混凝土打印的先后顺序对其进行养护；控制器11分别连接混凝土打印模块和微波养护模块，用以提供工作指令。该打印设备将3D混凝土打印与微波养护相结合，通过微波加热使混凝土快速凝结硬化，从而达到理想的打印形状，解决了3D打印过程中混凝土不易成型的问题。

微波热再生技术具有加热均匀、控制及时、无污染等优越性，应用于沥青路面的现场热再生，满足高等级公路“快速进入、快速作业、快速撤离”的工作要求，取得相当可观的经济效益。把微波技术应用于混凝土上，具有很多的优点：

(1)微波时间、强度可控，可根据具体情况调节，可以达到最佳养护效果；

(2)微波加热功能可靠，可以保证混凝土的水泥顺利硬化，使水泥石结构致密，从而提高混凝土的抗压强度和耐久性；

(3)微波可以实现现场化，使养护水平从预制走向工程现地，有利于提高混凝土的强度等级；

(4)混凝土微波养护的生产工艺的创新是可行的，理论基础是模拟现场蒸汽养护，工艺条件可以实现；

(5)可以制造大型微波设备，用于工程实际，成本较低。

如图1所示，混凝土打印模块包括打印喷头1、第一机械手臂2、第一底座3、第一定位器4和供料机构5，打印喷头1连接于第一机械手臂2上，第一机械手臂2设置于第一底座3上，第一定位器4与第一底座3连接，驱动其移动，供料机构5与打印喷头1连接，第一机械手臂2、第一定位器4和供料机构5均与控制器11连接。供料机构5包括依次连接的供料箱、供料泵和供料管道，供料管道与打印喷头1连接。

在某些实施例中，第一机械手臂2为六轴机械手臂，具有六个自由度，可以夹持打印喷头1进行灵活的运动。第一机械手臂2的型号依据所打印的结构大小而定，活动半径可从数米至十数米不等。

在某些实施例中，第一底座3可为滑轨式、履带式或轮胎式底座，具有用于搭载第一机械手臂2和第一定位器4的平台，在打印过程中能够保持稳定。

在某些实施例中，打印喷头1的形状和尺寸可调，打印喷头的出口形状可以为圆形、方形、长方形或者椭圆形，特征尺寸在50mm到200mm之间可调整。混凝土的打印速率可调，每分钟的打印长度在0.5m到5m范围内。

如图1所示，微波养护模块包括微波发生器6、第二机械手臂8、第二底座9和第二定位器10，微波发生器6连接于第二机械手臂8上，第二机械手臂8设置于第二底座9上，第二定位器10与第二底座9连接，驱动其移动，第二机械手臂8和第二定位器10均与控制器11连接。

在某些实施例中，微波发生器6可为微波发生线圈或其余可发出不同功率微波的装置，微波的功率可调节。调整范围在300MHz到300GHz之间。

在某些实施例中，第二机械手臂8具有六个自由度，可以夹持微波发生器6进行灵活的运动。第二机械手臂8的型号依据所打印的结构大小而定，活动半径可从数米至十数米不等。

在某些实施例中，微波发生器6通过一微波挡板7连接于第二机械手臂8上。微波挡板7为平面挡板或曲面挡板，尺寸可依据微波的波长、功率、构件尺寸进行确定。微波档板7与微波发生器6的连接位置、连接方式也可依实际情况而确定。

在某些实施例中，第二底座9可为滑轨式、履带式或轮胎式底座，具有用于搭载第二机械手臂8和第二定位器10的平台，在打印过程中能够保持稳定。

控制器11进行数据的储存、处理与输出。在某些实施例中，控制器11可通过无线网络与上位机连接。控制器11与其余设备实现信息交互传递的方式可以通过无线或有线的方式进行数据传递，具体依打印情况而定。

上述三个模块在混凝土打印与养护的过程中协同工作。

控制器11对混凝土打印模块输出特定的打印指令后，混凝土打印模块开始按指令工作。具体包括：第一定位器4依据控制器11的指令，驱动第一底座3移动至指定位置；机械手臂2依据指令将打印喷头1移动至指定位置，按照轨迹进行混凝土的逐层打印；供料机构5依据指令进行对打印喷头1供料。随着打印过程不断进行，混凝土按照设计好的轨迹被逐层打印出来。

控制器11同时控制微波养护模块工作。具体包括：第二定位器10依据控制器11的指令，第二底座9移动至指定位置；第二机械手臂8依据指令将微波发生器6移动至已打印出的混凝土的位置，微波发生器6依据指令产生微波，对已打印出的混凝土进行微波加热养护，如图2所示，微波发生器6的具体位置随打印过程的进行而改变，并始终在控制器11的指令下与打印喷头1的移动相配合。微波档板7用于阻挡微波向其余方向传递，避免对附近人员产生辐射影响。

控制器11依据混凝土的凝结硬化性质和微波的功率大小调整微波养护线圈的位置，对打印后的混凝土结构进行养护。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种带有微波养护功能的混凝土3D打印设备，包括：

混凝土打印模块，用以实现混凝土3D打印；

其特征在于，还包括：

微波养护模块，与所述混凝土打印模块同步移动，用以对3D打印混凝土实现微波养护；

控制器(11)，分别连接所述混凝土打印模块和微波养护模块，用以提供工作指令。

2.根据权利要求1所述的带有微波养护功能的混凝土3D打印设备，其特征在于，所述混凝土打印模块包括打印喷头(1)、第一机械手臂(2)、第一底座(3)、第一定位器(4)和供料机构(5)，所述打印喷头(1)连接于第一机械手臂(2)上，所述第一机械手臂(2)设置于第一底座(3)上，所述第一定位器(4)与第一底座(3)连接，所述供料机构(5)与打印喷头(1)连接，所述第一机械手臂(2)、第一定位器(4)和供料机构(5)均与控制器(11)连接。

3.根据权利要求2所述的带有微波养护功能的混凝土3D打印设备，其特征在于，所述供料机构(5)包括依次连接的供料箱、供料泵和供料管道，所述供料管道与打印喷头(1)连接。

4.根据权利要求2所述的带有微波养护功能的混凝土3D打印设备，其特征在于，所述第一底座(3)为滑轨式、履带式或轮胎式底座。

5.根据权利要求1所述的带有微波养护功能的混凝土3D打印设备，其特征在于，所述微波养护模块包括微波发生器(6)、第二机械手臂(8)、第二底座(9)和第二定位器(10)，所述微波发生器(6)连接于第二机械手臂(8)上，所述第二机械手臂(8)设置于第二底座(9)上，所述第二定位器(10)与第二底座(9)连接，所述第二机械手臂(8)和第二定位器(10)均与控制器(11)连接。

6.根据权利要求5所述的带有微波养护功能的混凝土3D打印设备，其特征在于，所述微波发生器(6)通过一微波挡板(7)连接于第二机械手臂(8)上。

7.根据权利要求6所述的带有微波养护功能的混凝土3D打印设备，其特征在于，所述微波挡板(7)为平面挡板或曲面挡板。

8.根据权利要求5所述的带有微波养护功能的混凝土3D打印设备，其特征在于，所述第二底座(9)为滑轨式、履带式或轮胎式底座。

9.根据权利要求1所述的带有微波养护功能的混凝土3D打印设备，其特征在于，所述控制器(11)通过无线网络与上位机连接。