[发明专利]一种带自约束装置的水泥基材料3D打印喷头

说明书

本发明公开了一种带自约束装置的水泥基材料3D打印喷头，该喷头自上而下包括料斗(1)、与料斗(1)下部连接的喷嘴(2)、设在喷嘴(2)下方的矩形连接板(3)以及设置在矩形连接板(3)下方的自约束装置；自约束装置包括上约束板(4)、分布在约束板(4)两侧的左侧约束板(5)和右侧约束板(7)，以及位于上约束板(4)下表面的切槽(6)，其中上约束板(4)与矩形连接板(3)固定连接；在矩形连接板(3)和上约束板(4)上，与喷嘴(2)相对应的位置处开有与喷嘴(2)大小相同的孔。该喷头能够解决3D打印水泥基材料构件中存在的空腔和冷缝问题，同时可以提升打印成品表面光洁度。

技术领域

本发明涉及一种带自约束装置的水泥基材料3D打印喷头，属于3D打印技术领域。

背景技术

3D打印又称为增材制造，起源于上世纪80年代，是指通过连续的物理层叠加，通过三维模型将塑料、金属粉末或无机非金属粉末等可粘合材料通过逐层增加的方法来生成三维实体的技术。3D打印综合了数字建模技术、机电控制技术、信息技术、材料科学与化学等诸多方面的前沿技术知识，具有很高的科技含量。

混凝土作为建筑上用量最大，使用范围最广的建筑用材料，3D打印建筑材料就是3D打印混凝土技术，是在3D打印技术的基础上发展起来的应用于水泥基材料的新技术，其主要工作原理是将配置好的水泥基材料浆体通过挤出装置，在三维软件的控制下，按照预先设置好的打印程序，由喷嘴挤出进行打印。传统的建筑行业需要大量的劳动力，而且混凝土的灌浆过程耗费大量的能源和材料，效率低，且施工过程中危险较大，而采用3D打印技术可以节省35％-60％的混凝土消耗，且既有自密实混凝土无需捣振的优点，也有喷射混凝土便于制造繁杂构件的优点，因此建筑材料的3D打印是建筑行业今后转型发展的重要方向。

水泥基材料的3D打印与金属材料或者树脂材料不同，不能在高温或者熔融状态下熔结在一起，所以每层打印之间都会有冷缝的存在，使得层间结合力变差，墙体的抗压强度较高但剪切强度较低。在打印的过程中，由于材料是层层堆积，所以先打印的部分就要不断承受后打印部分堆积的重量，因此需要材料拥有较短的初凝时间和较强的初凝强度，在下层保证足够的强度后，水泥基材料暴露在空气中的时间过长，又会导致上下两层结合强度下降。由于打印出的条带存在自身重力，会坍塌成截面为椭圆形的腰鼓状，会使打印成品表面产生波纹状凸起，会大大影响表面光洁度以及整体强度，在多次打印中也会使内部产生空腔。

综上所述，目前3D打印水泥基材料中不可避免的冷缝以及空腔的问题，会大大影响整体构件的强度，因此如何解决冷缝以及空腔的问题，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种带自约束装置的水泥基材料3D打印机喷头，其设计能够解决3D打印水泥基材料构件中存在的空腔和冷缝问题，同时可以提升打印成品表面光洁度。

技术方案：本发明提供了一种带自约束装置的水泥基材料3D打印喷头，该喷头自上而下包括料斗、与料斗下部连接的喷嘴、设在喷嘴下方的矩形连接板以及设置在矩形连接板下方的自约束装置；

自约束装置包括上约束板、分布在约束板两侧的左侧约束板和右侧约束板，以及位于上约束板下表面的切槽，其中，上约束板、左侧约束板和右侧约束板三者构成自约束型腔，上约束板与矩形连接板固定连接；

在矩形连接板和上约束板上，与喷嘴相对应的位置处开有与喷嘴大小相同的孔。

其中：

所述的料斗下部连接的喷嘴中，料斗的下部和喷嘴在竖直Z轴方向以焊接或铆接方式进行无缝连接。

所述料斗下部与喷嘴上方重合。

所述的设在喷嘴下方的矩形连接板中，喷嘴与矩形连接板通过焊接或铆接进行无缝连接。