[发明专利]一种料斗式水泥基材料3D打印装置及3D打印的方法

说明书

本发明涉及料斗式水泥基材料3D打印装置及3D打印的方法，其中，料斗式水泥基材料3D打印装置，包括出料管和控制器，出料管包括出料管体和锥状出料口，出料管体的一侧固设空压管，空压管的上方设有料斗，料斗固定在出料管体的侧壁上，出料管体的顶部固设环状内板，环状内板中插接连接料管，连接料管的底部具有环状外板，在环状内板和环状外板之间设置推力轴承，环状内板的上表面具有环状齿条，连接料管的外侧壁上水平设置固定板，固定板的底部设置减速电机，减速电机的输出轴上具有齿轮；还包括3D打印的方法。本发明的料斗式水泥基材料3D打印装置，水泥基材料出料装置和钢纤维插入装置设置在一个机械臂上即可，大大节省了成本，也可以利用3D打印机轨道。

技术领域

本发明涉及建筑领域，尤其涉及料斗式水泥基材料3D打印装置及3D打印的方法。

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，已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打印技术虽然发展很快，但在应用上还存在一定的缺陷，主要是由于利用3D打印水泥基材料所打印的大多数结构没有筋材，致使其抗拉及抗震性能较弱，较高及较大跨距结构的成型不易实现。

目前，已有少部分国内外研究者使用钢纤维、聚乙烯醇纤维、聚乙烯纤维、玻璃纤维等纤维材料来提高3D打印增强水泥基复合材料的抗拉及抗震性能。在现有的建筑3D打印技术中，往往将纤维混合在水泥基材料中，随水泥基材料一起逐层打印。但这种打印方式，一方面由于纤维降低了水泥基材料的流动性，增加了堵塞喷头的可能性；另一方面，水泥基材料层与层之间的粘接方式与一体式的浇筑相比，强度和稳定性大大降低。针对这个问题，有研究提出在现有水泥基材料逐层打印的基础上，在层间额外插接钢纤维，这种方式大大增强了打印结构层与层之间的粘接强度和稳定性，且额外插接钢纤维的方式不存在堵塞喷头的可能。

当下现有的钢纤维安装方式一般是采用两套机械臂，钢纤维插接机械臂跟在水泥基材料打印机械臂的后面，分别进行水泥基材料打印和钢纤维插接，但配合起来非常麻烦，尤其是两套机械臂在路径小范围转弯或复位时，容易形成干涉；两套万向机械臂，成本也非常高。另外，对于在3D打印机轨道上的水泥基材料打印系统，则根本无法将水泥基材料打印、钢纤维插接两套装置在同一3D打印机轨道上操作，本发明所述的3D打印机轨道即3D打印通常使用的X、Y、Z三个方向上的轨道。

为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种料斗式水泥基材料3D打印装置及3D打印的方法。

本发明所采用的技术方案是：

料斗式水泥基材料3D打印装置，包括供水泥基材料挤出的出料管以及控制器，出料管包括筒状的出料管体以及设于出料管体底部的锥状出料口，所述出料管体的一侧固设空压管，空压管的上方设有用于容纳钢纤维的料斗，料斗固定在出料管体的侧壁上，料斗底部通过三通管件与空压管连接，三通管件包括用于与气泵连接的进气管、与料斗底部连接的导向管以及与空压管进气口连接的排气管，进气管、导向管和排气管呈V字形结构，导向管的底部具有单向阀结构，出料管体的顶部固设环状内板，环状内板中插接连接料管，连接料管的底部具有环状外板，在环状内板和环状外板之间设置推力轴承，推力轴承的上板与环状内板固定，推力轴承的下板与环状外板固定，连接料管与上板、下板以及环状内板之间具有转动间隙，所述环状内板的上表面具有环状齿条，连接料管的外侧壁上水平设置固定板，固定板的底部设置减速电机，所述减速电机的输出轴上具有与环状齿条啮合配合的齿轮，控制器与减速电机控制连接。

优选的，所述单向阀结构包括固设于导向管中的环形固定板、固设在环形固定板下表面上的弹性片以及与弹性片连接的用于向上封闭环形固定板中心孔的圆形封板。

利用所述料斗式水泥基材料3D打印装置进行3D打印的方法，包括以下步骤：