[发明专利]一种制备3D打印定向钢纤维增强水泥基复合材料的装置

权利要求书

1.一种制备3D打印定向钢纤维增强水泥基复合材料的装置，其特征在于，该装置包括电机、联动齿轮组、一级钢纤维定向单元、二级钢纤维定向单元、输料料斗和辅助振动器；

所述联动齿轮组包括主动齿轮和从动齿轮；所述一级钢纤维定向单元包括钢纤维料斗、推进式搅拌桨叶、旋转竖轴、螺旋桨叶和竖杆；所述输料料斗包括储料仓、挤出管和挤出口；二级钢纤维定向单元为圆筒状永磁体；

储料仓用于储存水泥基复合材料拌合物，固定于3D打印机的移动臂架上，其末端为挤出管；挤出管用于混合钢纤维，其末端为挤出口；挤出口用于挤出3D打印定向钢纤维增强水泥基复合材料；

电机固定于3D打印机的移动臂架上，其输出端固定有主动齿轮；旋转竖轴的上端与从动齿轮的中心固定连接；主动齿轮和从动齿轮啮合；

旋转竖轴内部沿轴向开有若干个贯通的钢纤维孔通道，用于钢纤维的竖向通过，每一个钢纤维孔通道由于尺寸约束均起到初步定向钢纤维的作用，使钢纤维纵向输送到二级钢纤维定向单元的控制区域；钢纤维料斗固定于3D打印机的移动臂架上，用于储存钢纤维；钢纤维料斗末端的出料口与旋转竖轴的钢纤维孔通道的始端连通；竖杆固定于旋转竖轴的上端面上；竖杆的外表面的周向均布有推进式搅拌桨叶，促进钢纤维均匀地输送至钢纤维孔通道内；

螺旋桨叶固定于旋转竖轴中部的外表面上，位于储料仓内，用于搅拌和挤压水泥基复合材料拌合物；二级钢纤维定向单元固定于旋转竖轴的下端部上，位于挤出管内、旋转竖轴的下端面的上方且靠近旋转竖轴的下端面；辅助振动器固定于挤出管的外壁上，位于二级钢纤维定向单元的水平外侧。

2.根据权利要求1所述的制备3D打印定向钢纤维增强水泥基复合材料的装置，其特征在于，该装置还包括泵送装置；储料仓通过输料管与泵送装置连接。

3.根据权利要求2所述的制备3D打印定向钢纤维增强水泥基复合材料的装置，其特征在于，该装置还包括数控单元；数控单元分别与电机、移动臂架、辅助振动器和泵送装置电连接，控制电机的启停和转速、移动臂架的移动速度和移动路径、辅助振动器的振动频率以及泵送装置的泵送速度。

4.根据权利要求1所述的制备3D打印定向钢纤维增强水泥基复合材料的装置，其特征在于，旋转竖轴位于储料仓和挤出管中，其上端面与从动齿轮的端面平齐，下端面位于挤出管和挤出口的连接处。

5.根据权利要求1所述的制备3D打印定向钢纤维增强水泥基复合材料的装置，其特征在于，竖杆的中轴线与旋转竖轴的中轴线共线，竖杆位于钢纤维料斗内。

6.根据权利要求1所述的制备3D打印定向钢纤维增强水泥基复合材料的装置，其特征在于，竖杆的外表面的周向沿竖直方向螺旋均布有推进式搅拌桨叶；每一片推进式搅拌桨叶与水平方向的夹角γ均满足30°≤γ≤50°。

7.根据权利要求1所述的制备3D打印定向钢纤维增强水泥基复合材料的装置，其特征在于，旋转竖轴的上端面为弧形或锥形凹面，凹面与竖直方向的夹角α满足30°≤α≤45°；旋转竖轴的下端面呈圆锥状，圆锥角β满足50°≤β≤80°。

8.根据权利要求1所述的制备3D打印定向钢纤维增强水泥基复合材料的装置，其特征在于，钢纤维孔通道均布于竖杆的周围。

9.根据权利要求1所述的制备3D打印定向钢纤维增强水泥基复合材料的装置，其特征在于，二级钢纤维定向单元的材质为铝镍钴或钕铁硼。

10.根据权利要求1所述的制备3D打印定向钢纤维增强水泥基复合材料的装置，其特征在于，储料仓上设置有储料仓盖；储料仓盖上开有两个圆孔，一个内部转动安装有主动齿轮，另一个内部转动安装有从动齿轮和旋转竖轴，进而将三者定位于储料仓盖中。