[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

说明书

本发明公开了一种制备3D打印定向钢纤维增强水泥基复合材料的装置，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；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。本装置实现了3D打印钢纤维增强水泥基复合材料内部钢纤维沿打印方向定向分布，钢纤维分布更为均匀，充分发挥钢纤维的增强作用，改善了复合材料3D打印时材料挤出的顺滑性、打印材料的密实性、打印试件表面有纤维突出等技术问题，提高了复合材料的结构力学性能。

技术领域

本发明属于3D打印建筑材料领域，具体是一种制备3D打印定向钢纤维增强水泥基复合材料的装置。

背景技术

3D打印技术是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的快速成型技术，3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的，能够逐渐应用于航空航天、汽车构件、医疗器械、文化艺术和建筑工程等领域。在建筑工程方面，3D打印技术仍处于起步阶段，在技术上还存在一定的缺陷。

国内外研究者普遍使用钢纤维、聚乙烯醇纤维、聚乙烯纤维、玻璃纤维等纤维来研究3D打印纤维增强水泥基复合材料，属于无筋建筑3D打印技术。在现有的建筑3D打印技术中，对于3D打印钢纤维增强水泥基复合材料而言，首先，一般的3D打印钢纤维增强水泥基复合材料中钢纤维是随机乱向分布的，只有与拉应力方向接近或一致的钢纤维发挥增强作用，理论上，发挥作用的纤维量只有三分之一左右，这就导致3D打印试件在受力时，钢纤维无法充分发挥其应有的作用；其次，普通的3D打印钢纤维增强水泥基复合材料是未经振捣的，故其密实性较差。因此，亟需研发一种装置使3D打印钢纤维增强水泥基复合材料中钢纤维方向与拉应力方向一致以充分发挥其增强作用并且改善其密实程度。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种制备3D打印定向钢纤维增强水泥基复合材料的装置。

本发明解决所述技术问题的技术方案是，提供一种制备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；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。

与现有技术相比，本发明有益效果在于：

(1)本装置实现了3D打印钢纤维增强水泥基复合材料内部钢纤维沿打印方向定向分布，充分发挥钢纤维的增强作用，在钢纤维掺量相同的情况下，与普通的3D打印随机乱向钢纤维增强水泥基复合材料相比，可使纤维方向有效系数提高到0.90以上，钢纤维分布更为均匀。