[发明专利]用于打印混凝土立体结构的打印头及其方法

说明书

本发明涉及一种用于打印混凝土制成的三维结构的打印头(1)，以及一种方法，其中这种打印头用于将混凝土材料层层迭迭地沉积在一起。根据本发明的打印头(1)配置为可在空间中移动，并将形成待制造结构的混凝土材料的各层(20a)一一地迭加，其中打印头(1)包括以下内容：一进料器(2)，配置为提供混凝土材料；一输送装置(3)，配置为从进料器(2)接收混凝土材料并将其输送；一定型部分(4)，配置为充满加压混凝土材料并至少界定待沉积层(20a)的横向尺寸；一出口部分(5)，其指向相反于打印头(1)的进料方向(A)；以及一出离防止部分(6)，其配置为防止混凝土材料沿着打印头(1)的进料方向(A)离开。

技术领域

本发明涉及一种打印混凝土立体结构的打印头及其方法。

背景技术

混凝土是世界上容易取得的原材料，通过合适的制造技术几乎可以自由成型。预制混凝土构件或半成品可以工业化生产，也可以在施工现场直接加工混凝土。搭建模板的工作非常繁重，因此成本很高，特别是在最终应用，即现场混凝土施工中。3D打印使在施工现场的无模板混凝土成型成为可能。3D打印领域的技术在技术上还不成熟，目前还存在很多问题。其目的是在建筑工地上的任何地点打印复杂的几何图形，如整栋房屋。所述技术已从文件US 2007/0138678 A1获知，其中公开胶凝材料的分层应用，这是3D打印的惯用法。在挤出胶凝材料的过程中，以未固化的状态向下离开喷嘴的出口。为使材料的外侧光滑，在喷嘴出口的下方配置板子，并起到抹光的作用，防止材料由横向于喷嘴的进料方向横向离开。当从喷嘴离开时，材料在侧板内沿进料方向和与喷嘴的进料方向相反的方向膨胀和扩散。与进料方向相反的方向扩散是通过喷嘴的前进而实现的，然后所述喷嘴的前进在与进料方向相反的方向上为从喷嘴中排出的材料产生空间。但是，在进料方向上的扩散会因材料的堆积和材料的膨胀而对沉积层的表面质量产生不利影响。特别是在一些要求精度较高的地方，比如门窗的过梁，这种情况就显得特别不利。例如，由于喷嘴的进料速度的波动，会出现材料的堆积。此外，传统应用的混凝土在一定程度上是可以流动的，并根据重力的作用向下流动，然后在各层中形成球状结构。各层之间的接缝往往只表现出相互之间较差的黏接，这就是为什么这些壁体通常比传统的一体浇筑的预制混凝土构件具有较差的特征值的原因。由于这个原因，对于根据现有技术的结构，必须进行复杂和昂贵的后处理。

此外，现有技术中只有在底层有足够的强度时才会对后续的层进行打印，这使得所述技术的速度慢，并导致打印出来的混凝土元件的表面质量较差。

除实心壁之外，从现有技术中还可获知形成空心体，例如，通过平行地打印2股挤压材料。此后，这种空心体可以用钢筋笼和混凝土填充。混凝土壁处没有加入任何剪力器之类的东西。因此，在填充过程中，壁面只能承受很小的内压。因此，在用现场混凝土填充空腔时，只能以较低的混凝土浇筑速度施工。

发明内容

因此，本发明的目的是在短时间内制造由混凝土制成的稳定结构。

根据本发明所述的打印头可满足此目的。

根据本发明的第一方面，提供一种用于打印由混凝土制成的三维结构的打印头，打印头配置为在空间中移动，并将一层混凝土材料沉积在另一层之上，由其形成待制造的结构。所述打印头包括：进料器，其配置为提供混凝土材料；输送装置，其配置为从进料器接收混凝土材料并进行输送；定型部分，其配置为填充加压混凝土材料并至少界定待沉积层的横向尺寸；出口部分，其指向与打印头的进料方向相反的方向，所述打印头还包括：出离防止部分，其配置为防止混凝土材料沿着打印头的进料方向离开。