CN216884467U - 一种3d打印水泥基材料在线混合挤出装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种3D打印水泥基材料在线混合挤出装置，属于水泥基材料3D打印技术领域。该在线混合挤出装置包括筒体和设置在其内部的搅拌组件，筒体下部设有水泥基缓凝材料入口和功能助剂入口，筒体上部设有材料出口，且水泥基缓凝材料入口、功能助剂入口和材料出口处均设有止逆阀门和流量调节装置。筒体内壁上设有相对布置、错位布置或螺旋布置的凸起。凸起采用圆锥、棱锥型凸起或凸脊。本实用新型通过调整水泥基材料的流动方向和搅拌方向，引导材料和功能组分在筒体内从下至上流动，达到混合、挤出二合一的效果，并且大大延长混合历程，以得到混合效果更好的水泥基材料，提高混合效率。还能实现材料流量控制精准，防止倒流，安全可靠。

Description

一种3D打印水泥基材料在线混合挤出装置

技术领域

本实用新型涉及水泥基材料3D打印技术领域，特别是涉及一种3D打印水泥基材料在线混合挤出装置。

背景技术

随着我国智能制造技术的不断扩大深化，传统行业向智能化、自动化、信息化转型升级迫在眉睫。作为最主要的传统行业之一，建筑和桥梁建造行业最重要的一个发展方向是3D打印制造技术。

3D打印技术在桥梁或建筑构件的制造尤其是混凝土构件预制方面具备极高的应用潜力，且已经显示出需要人工较少、制造速度快、节约能源与材料等诸多优点。目前水泥基材料3D打印制造过程中，虽然可以实现打印过程连续不间断，但是材料供给方面仍不能达到连续送料的需求。从现有 3D打印制造混凝土构件生产制造方式来看，混凝土一般是先制备成为凝结时间较长的缓凝型混凝土组分，该组分可以保持塑性很长时间，然后通过输送，在中间混合器混合后输送至打印喷头，通过打印喷头挤出，完成打印。该预先混料再输送的方式受材料影响较大，且出现问题的时候容易造成大量材料浪费，无法保证连续工作，使3D打印制造工作失去了其优越性。

由此可见，上述现有的3D打印水泥基材料的制造装置仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种新的3D打印水泥基材料在线混合挤出装置，使其能实现3D打印水泥基材料的在线混合、挤出，达到持续供给水泥基材料的目的，结构简单，控制简便，成为当前业界极需改进的目标。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种3D打印水泥基材料在线混合挤出装置，使其能实现3D打印水泥基材料的在线混合、挤出，达到持续供给水泥基材料的目的，结构简单，控制简便，从而克服现有的3D打印水泥基材料的制造装置的不足。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种3D打印水泥基材料在线混合挤出装置，包括筒体和设置在所述筒体内部的搅拌组件，所述筒体的下部设有至少一个水泥基材料入口，所述筒体的上部设有材料出口，且所述水泥基材料入口和材料出口处均设有止逆阀门。

进一步改进，所述筒体的内壁上设有相对布置、错位布置或螺旋布置的凸起。

进一步改进，所述凸起采用圆锥、棱锥型凸起或凸脊。

进一步改进，所述凸起顶点连接形成的圆柱面与所述搅拌组件最外缘扫过的圆柱面间距不小于水泥基材料颗粒最大粒径的2.5倍。

进一步改进，所述搅拌组件包括搅拌轴和设置在所述搅拌轴上的搅拌叶片，所述搅拌轴由设置在所述筒体上部的电机驱动旋转，所述搅拌叶片采用相对布置、错位布置或螺旋布置方式设置在所述搅拌轴上。

进一步改进，所述搅拌叶片采用叶片式、棒状、螺带状或桨状结构。

进一步改进，所述水泥基材料入口包括水泥基缓凝材料入口和功能助剂入口，所述水泥基缓凝材料入口、功能助剂入口和材料出口处均设有耐压圆柱形管道，所述耐压圆柱形管道的管径不小于水泥基材料颗粒最大粒径的2倍。

进一步改进，所述耐压圆柱形管道上均设有流量调节装置。

进一步改进，所述材料出口处的耐压圆柱形管道端部设有喷嘴挤出口。

进一步改进，所述筒体采用耐压圆柱形筒体，所述耐压圆柱形筒体的内径不小于水泥基材料颗粒最大粒径的2.5倍。

采用这样的设计后，本实用新型至少具有以下优点：

本实用新型通过调整筒体上水泥基材料入口和材料出口的位置，实现水泥基材料的流动方向和搅拌方向的改变，引导材料和功能组分在筒体内从下至上流动，使传统的材料混合方式发生改变，达到混合、挤出二合一的效果，并且大大延长混合历程，以得到更好的混合效果。

还通过搅拌叶片的设置，以及筒体内壁凸起的设置，尽可能的发挥搅拌混合作用，并在混合流体中局部区域形成涡流，大大提高材料的混合效率。

还通过在材料入口和出口处设置流量调节装置，实现对材料流量的精准调节、自动控制，并通过止逆阀门的设置，防止在打印工作中多路流体之间因为压力作用产生倒灌，避免由此引发的材料凝固进而堵塞装置的风险，能用于基于截面塑型原理的混凝土构件3D打印制造工艺中，控制精准，防止倒流，安全可靠。

附图说明

上述仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

图1是本实用新型3D打印水泥基材料在线混合挤出装置的结构示意图。

具体实施方式

本实用新型针对现有3D打印水泥基材料制造装置存在的不足，提供一种可以在线混合多组分流体，同时具备挤出打印能力的装置，适用于3D打印水泥基材料的在线持续给料，以满足3D打印混凝土构件的目的。其具体的实施例如下。

参照附图1所示，本实施例3D打印水泥基材料在线混合挤出装置，包括筒体1和设置在所述筒体1内部的搅拌组件2。

所述筒体1采用耐压圆柱形筒体，内壁光滑，耐化学腐蚀，耐摩擦，筒体能承受压力可以根据材料性质决定。当材料粘度小时，筒体可以选择耐压范围相对低的材料，如塑料等；当材料粘度大时，筒体可选择耐压范围相对高的材料，如金属，甚至更高的如无缝金属管。所述筒体1的尺寸包括长度、内径、壁厚等，应根据材料性能参数试验结果确定，并且所述筒体的内径应不小于水泥基材料颗粒最大粒径的2.5倍。

本实施例中所述筒体1的下部设置的水泥基材料入口包括水泥基缓凝材料入口3和功能助剂入口4，所述筒体1的上部设有材料出口5，且所述水泥基缓凝材料入口3、功能助剂入口4和材料出口5处均设有耐压圆柱形管道31、41、51。所述耐压圆柱形管道31、41、51的管径不小于水泥基材料颗粒最大粒径的2倍。当然，所述筒体1的下部也可以设置一个水泥基材料入口，或多个水泥基材料入口，根据材料的组分特性设置。

所述耐压圆柱形管道31、41、51分别设有止逆阀门32、42、52。所述止逆阀门32、42仅容许材料单向输入所述筒体1中，筒体1中材料无法回到耐压圆柱形管道31、41中。所述止逆阀门52仅容许材料从所述筒体1 中单向输出，材料无法回到筒体1中。则水泥基缓凝材料组分和调凝助剂在压力作用下，分别从水泥基缓凝材料入口3和从功能助剂入口4进入筒体1，在电机7和搅拌组件2的共同作用下，水泥基缓凝材料组分和调凝助剂混合均匀后，从材料出口5处挤出。

所述材料出口5处的耐压圆柱形管道51端部可根据需要设置为与喷嘴连接的中间部件，也可设置为喷嘴挤出口6，直接做喷嘴使用。

本实施例中所述耐压圆柱形管道31、41、51上还分别设有流量调节装置33、43、53。所述流量调节装置33、43、53具备手动调节和自动调节两种模式，可以通过改变实际通过材料的管径调节材料流量，以控制各通过材料的流量大小。所述流量调节装置33、43、53可以显示实时流量，并且将数据反馈回控制系统中，并根据控制指令调节流量大小。

所述搅拌组件2包括搅拌轴21和设置在所述搅拌轴21上的搅拌叶片 22，所述搅拌轴21由设置在所述筒体1上部的电机7驱动旋转。电机7与搅拌轴21通过螺纹连接、销栓连接、键连接或卡扣连接等方式连接，且电机7与搅拌轴21、筒体1三者的中心轴线重合，以保证实现均匀的搅拌作用，避免偏心。所述搅拌叶片22采用叶片式、棒状、螺带状或桨状结构，并通过相对布置、错位布置或螺旋布置方式设置在所述搅拌轴21上。

较优实施例为，所述筒体1的内壁上设有凸起8，该凸起8采用圆锥、棱锥型凸起或凸脊，可以相对布置、错位布置或螺旋布置在所示筒体1的内壁上，起到在混合流体中局部区域形成涡流，大大提高材料混合效率的作用。凸脊8的布置与否及间距、数量等特性参数由材料性能参数试验结果确定。

所述凸起8的顶点连接形成的圆柱面与所述搅拌组件2最外缘扫过的圆柱面间距不小于水泥基材料颗粒最大粒径的2.5倍，以使其凸起不会影响搅拌组件的搅拌功能。

本实用新型3D打印水泥基材料在线混合挤出装置可以用于基于截面塑型原理的混凝土构件3D打印制造工艺中，首先，在设备准备阶段，将该在线混合挤出装置的水泥基缓凝材料入口3与缓凝混凝土材料输送口连接，功能助剂入口4与调凝组分输送口连接，材料出口5处的喷嘴挤出口6固定至截面塑型系统的加料口。根据打印参数及材料配合比，控制电机7的启停和流量调节装置33、43、53的流量开口，获得混合均匀的打印材料，并持续给料。打印结束后，首先将功能助剂入口4断开，继续执行水泥基缓凝材料并挤出，对筒体1内部的材料进行顶替。顶替完成后将水泥基缓凝材料入口3与功能助剂入口4分别连接上清洗装置，清洗干净。

本实用新型通过调整材料流动方向和搅拌组件的相对位置，引导材料和功能组分在筒体内的流向，使其与传统混合方式不一致，达到混合、挤出二合一的效果，且二种功能相互独立。并且该结构能够获得尽可能长的混合历程，得到更高的混合效果。在搅拌组件和挤出功能设计相互独立的情况下，配合高效的搅拌组件外形设计，能尽可能的发挥搅拌组件的混合作用。再结合筒体内壁凸起的设置，能尽可能的在混合流体中局部区域形成涡流，提高材料的混合效率。

本实用新型还通过在材料入口和出口处设置流量调节装置，实现对材料流量的精准调节、自动控制，并通过止逆阀门的设置，防止在打印工作中多路流体之间因为压力作用产生倒灌，避免由此引发的材料凝固进而堵塞装置的风险，控制精准，安全可靠。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”等指示的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实用新型和简化描述，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、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，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”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相连，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实用新型中的具体含义。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种3D打印水泥基材料在线混合挤出装置，其特征在于，包括筒体和设置在所述筒体内部的搅拌组件，所述筒体的下部设有至少一个水泥基材料入口，所述筒体的上部设有材料出口，且所述水泥基材料入口和材料出口处均设有止逆阀门。

2.根据权利要求1所述的3D打印水泥基材料在线混合挤出装置，其特征在于，所述筒体的内壁上设有相对布置、错位布置或螺旋布置的凸起。

3.根据权利要求2所述的3D打印水泥基材料在线混合挤出装置，其特征在于，所述凸起采用圆锥、棱锥型凸起或凸脊。

4.根据权利要求3所述的3D打印水泥基材料在线混合挤出装置，其特征在于，所述凸起顶点连接形成的圆柱面与所述搅拌组件最外缘扫过的圆柱面间距不小于水泥基材料颗粒最大粒径的2.5倍。

5.根据权利要求1所述的3D打印水泥基材料在线混合挤出装置，其特征在于，所述搅拌组件包括搅拌轴和设置在所述搅拌轴上的搅拌叶片，所述搅拌轴由设置在所述筒体上部的电机驱动旋转，所述搅拌叶片采用相对布置、错位布置或螺旋布置方式设置在所述搅拌轴上。

6.根据权利要求5所述的3D打印水泥基材料在线混合挤出装置，其特征在于，所述搅拌叶片采用叶片式、棒状、螺带状或桨状结构。

7.根据权利要求1至6任一项所述的3D打印水泥基材料在线混合挤出装置，其特征在于，所述水泥基材料入口包括水泥基缓凝材料入口和功能助剂入口，所述水泥基缓凝材料入口、功能助剂入口和材料出口处均设有耐压圆柱形管道，所述耐压圆柱形管道的管径不小于水泥基材料颗粒最大粒径的2倍。

8.根据权利要求7所述的3D打印水泥基材料在线混合挤出装置，其特征在于，所述耐压圆柱形管道上均设有流量调节装置。

9.根据权利要求8所述的3D打印水泥基材料在线混合挤出装置，其特征在于，所述材料出口处的耐压圆柱形管道端部设有喷嘴挤出口。

10.根据权利要求1所述的3D打印水泥基材料在线混合挤出装置，其特征在于，所述筒体采用耐压圆柱形筒体，所述耐压圆柱形筒体的内径不小于水泥基材料颗粒最大粒径的2.5倍。

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