[发明专利]一种实验用水泥基材料3D打印机

说明书

本发明涉及一种实验用水泥基材料3D打印机，包括：打印喷头，控制打印喷头运动的打印机器人，与喷头连接输送水泥基3D打印材料的泵送‑挤出系统，泵送‑挤出系统将水泥基3D打印材料通过打印喷头连续挤出，打印机器人控制打印喷头按照程序设定的轨迹运动，使3D打印材料能够连结堆叠成所需形状。与现有技术相比，本发明可用以测试3D打印建筑材料的打印工作性能，可打印适当尺寸的建筑构件用于3D打印结构的测试。

技术领域

本发明属于3D打印建筑技术领域，尤其是涉及一种实验用水泥基材料3D打印机及打印方法。

背景技术

3D打印技术是一种以数字模型文件为基础，通过逐层叠加打印材料来构造物体的增材制造技术，借助成熟的CAD工具，3D打印技术可以将设计与制造环节紧密结合起来，从而能为设计者提供更加灵活、方便、快捷和智能的制造方案。3D打印制造技术作为一种快速发展的新兴技术，由于不受模板、时间和空间的限制，以及可节省劳动力，降低耗材和生产制造成本的优势，在机械设计、制造与加工、电子、汽车、航空航天、服装等各个领域已凸显出了巨大的发展应用前景。

目前，用于3D打印的材料以塑料和金属粉末为主，由于水泥基材料具有良好的可塑性以及较高的强度，也可作为3D打印材料，因此3D打印技术也开始尝试应用于建筑领域。凭借无模板和快速成型的技术优势，3D打印建筑技术可使建筑物的造型更加灵活，建设效率更高，建造成本更低。3D打印建筑技术作为多学科交叉的综合性应用技术，尚处于研究探索阶段，关于3D打印建筑技术的设备、材料以及打印成型方法等都有待深入的研究和完善。与塑料或金属材料的成型方式不同，水泥基材料不需要加热和冷却，但需要经过搅拌和泵送。因此，适用于水泥基材料的3D打印机在构造上和功能上与使用塑料或金属粉末的3D打印机不同。目前，3D打印建筑技术尚处于研究探索阶段，现有的3D打印建筑设备一般为龙门吊式，其结构尺寸较大，移动安装程序复杂，打印喷头直径大，每次打印所消耗的材料较多，清洗维护也较麻烦，并不适合用来测试3D打印建筑材料配比、打印路径规划等试验次数较多且试验结果不可预知的情况。针对实验使用的3D打印建筑设备要求尺寸合适、工作稳定、造价合理、操作简单以及清洗维护方便，但目前现有的3D打印建筑设备主要用来打印建筑结构模型或建筑构件，并不适合3D打印建筑材料的配制以及打印成型方法研究的试验。

为了实现3D打印建筑技术从实验研究到实际应用的过渡，积累3D打印建筑材料研制以及打印成型方法设计的经验，促进3D打印建筑技术的研究与发展，迫切需适用于实验研究的水泥基材料3D打印机及其打印成型方法，从而为3D打印建筑材料的研发、测试，打印设备体系的完善以及对打印建筑构件成型方法的改进提供理论依据。

发明内容

本发明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实验用建筑3D打印机，可以进行水泥基材料3D打印试验，用以研究3D打印水泥基材料的配比，测试材料的打印性能以及打印构件的成型方法，将3D打印水泥基材料的研制与应用环节紧密连接起来，为3D打印水泥基材料、设备以及相关打印方法的研究进行技术储备和验证。该设备布局紧凑，占用空间小，适用性强，所需功率小，结构简单可靠，工作性能稳定，维护成本低，且易于操作和清洗，可用以测试3D打印建筑材料的打印工作性能，可打印适当尺寸的建筑构件用于3D打印结构的测试。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种实验用水泥基材料3D打印机，包括：

打印喷头，

控制打印喷头运动的打印机器人，

与喷头连接输送水泥基3D打印材料的泵送-挤出系统，

所述泵送-挤出系统将水泥基3D打印材料通过打印喷头连续挤出，所述打印机器人控制打印喷头按照程序设定的轨迹运动，使3D打印材料能够连结堆叠成所需形状。

所述打印机器人包括一个机架和控制打印喷头XYZ方向移动的动平台。