一种建筑3D打印喷头挤出状态智能控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种建筑3D打印喷头挤出状态智能控制系统及方法，所述智能控制系统包括液面高度传感器、黏度传感器、电磁流量计、压力传感器及智能控制装置；所述液面高度传感器安装于螺杆泵储料仓中用于监测螺杆泵储料舱内的液面高度；所述黏度传感器安装于螺杆泵储料仓中用于监测料浆的黏度；所述电磁流量计安装于喷头与螺杆泵之间用于监测料浆的挤出速度；所述压力传感器安装于喷头内用于监测料浆挤出时对喷头的压力；所述液面高度传感器、黏度传感器、电磁流量计、压力传感器连接智能控制装置，所述智能控制装置连接螺杆泵及输料系统。本发明专利技术能够智能监控打印材料的打印状态，适配优选打印材料，智能调控打印材料的挤出速度，终止异常打印。

【技术实现步骤摘要】
一种建筑3D打印喷头挤出状态智能控制系统及方法
本专利技术属于建筑3D打印
，具体涉及一种建筑3D打印喷头挤出状态智能控制系统及方法。
技术介绍
目前，建筑3D技术正处于关键的行业起步阶段，已经在公共建筑、装饰建筑、应急建筑、定制建筑等方面崭露头角，正处于从实验室过渡到商品化的阶段。传统的3D打印技术主要应用于医疗、零配件等小型产品领域，其根据储料仓的大小持续的打印出某一体积不大于储料仓容积的部件，与传统的3D打印方式不同，大规模的建筑打印工作决定了打印喷头要具有持续供料的挤出能力。建筑材料在整个输送及挤出的过程中，喷头挤出口处由于通道截面积的减小，容易造成出口处打印材料的堵塞，由于建筑材料（混凝土、砂浆等）在打印的过程中往往是需要加入增强纤维的，在打印材料输送的过程中，打印材料中的增强纤维会发生定向取向（沿打印方向排列），在挤出口处，由于横截面积的减小，这种取向作用会加剧，造成建筑材料特别是混凝土中的骨料在挤出口处堆积造成堵塞。3D打印喷头是建筑3D打印技术的核心部件，喷头能够均匀的挤出打印材料是打印工作进行的前提，喷头挤出打印材料的速度与许多因素有关，目前对于这些因素的控制基本采用反复适配和人工监测调控的方法，这不利于节约人力和保持打印过程的稳定性。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种建筑3D打印喷头挤出状态智能控制系统，本专利技术能够智能调控建筑3D打印喷头挤出速度，智能监控料浆可打印状态，保证打印过程的稳定性。此外，本专利技术还要提供一种3D打印喷头挤出状态智能控制方法。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术的第一方面，提供一种建筑3D打印喷头挤出状态智能控制系统，包括液面高度传感器、黏度传感器、电磁流量计、压力传感器及智能控制装置；所述液面高度传感器安装于螺杆泵储料仓中用于监测螺杆泵储料舱内的液面高度；所述黏度传感器安装于螺杆泵储料仓中用于监测料浆的黏度；所述电磁流量计安装于喷头与螺杆泵之间用于监测料浆的挤出速度；所述压力传感器安装于喷头内用于监测料浆挤出时对喷头的压力；所述液面高度传感器、所述黏度传感器、所述电磁流量计、所述压力传感器连接所述智能控制装置，所述智能控制装置连接螺杆泵及输料系统。作为优选的技术方案，所述液面高度传感器包括第一液面高度传感器及第二液面高度传感器，所述第一液面高度传感器位于所述第二液面高度传感器的上方，所述第一液面高度传感器与所述第二液面高度传感器形成液面高度限位器。作为优选的技术方案，还包括报警单元，所述报警单元连接所述智能控制装置。作为优选的技术方案，还包括显示单元，所述显示单元连接所述智能控制装置。本专利技术的第二方面，提供一种建筑3D打印喷头挤出状态智能控制方法，采用上述的建筑3D打印喷头挤出状态智能控制系统，包括以下步骤：S1、采集混凝土打印状态数据，适配3D打印混凝土；S2、混凝土打印状态监控；S3、混凝土挤出状态智能调控。作为优选的技术方案，所述步骤S1中，将拌和好的不同配比的混凝土加入螺杆泵储料仓中进行试打印作业，打印过程中，黏度传感器和压力传感器实时采集混凝土的黏度数据及挤出压力数据并发送至智能控制装置进行记录，将实际打印状态与黏度数据、挤出压力数据相对应，得到适合混凝土进行3D打印的打印参数并记录。作为优选的技术方案，所述步骤S1中，在打印作业进行的过程中，智能控制装置实时记录混凝土的黏度数据及挤出压力数据并与实时打印状态相对应，不断优化打印参数并记录，后续打印工作，控制混凝土的打印参数在打印数据内。作为优选的技术方案，所述步骤S2中，根据步骤S1采集的混凝土打印状态数据，获得混凝土的额定挤出压力范围及额定黏度范围，打印过程中，若压力传感器采集的挤出压力数据超出额定挤出压力范围或黏度传感器采集的黏度数据超过额定黏度范围，智能控制装置发出指令停止打印工作；若压力传感器采集的挤出压力数据在额定挤出压力范围内且黏度传感器采集的黏度数据在额定黏度范围内，进入步骤S3。作为优选的技术方案，所述步骤S3中，若螺杆泵储料仓内的料浆液面低于液面高度传感器，智能控制装置向输料系统发出指令，输料系统增大料浆的输送速度；若螺杆泵储料仓内的料浆液面高于液面高度传感器，智能控制装置向输料系统发出指令，输料系统减小料浆的输送速度。作为优选的技术方案，所述步骤S3中，若电磁流量计采集的挤出速度数据小于额定挤出速度，智能控制装置发出指令加快螺杆泵的转速；若电磁流量计采集的挤出速度数据大于额定挤出速度，智能控制装置发出指令降低螺杆泵的转速。大规模的建筑打印工作决定了打印喷头要具有持续供料及挤出能力，因此本专利技术选择螺杆泵作为挤出机构，经过分析，螺杆泵储料仓中的液面高度、螺杆泵的转速以及混凝土料浆的流变性是影响混凝土打印效果的主要因素。本专利技术采用液面高度传感器与输料系统控制料浆液面在一定范围内，之后通过电磁流量计与螺杆泵微调螺杆泵的转速精确控制挤出流量，达到均匀挤出混凝土料浆的目的。建筑材料一旦拌制完成后并投入使用便无法调节工作性能，因此，本专利技术设置压力传感器的目的主要有三个：一是采集料浆的挤出压力数据，与混凝土的挤出状态进行一一对应，从而获得额定挤出压力，作为3D打印作业的控制参数；二是实时监测料浆的挤出状态，结合实际打印状态，用于指导下批料浆的配制；三是随着打印时间及环境的变化，打印材料的工作性能会发生变化，实时监测料浆的挤出状态，判断料浆是否满足打印要求，不满足时，停止打印作业。本专利技术设置黏度传感器的目的是用于监测并经智能控制装置判断打印材料是否满足打印要求，以维护设备安全，保证打印成品质量，以及采集黏度信息用于打印原材料的配置和优化。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：（1）本专利技术能够智能监控打印材料的打印状态，采集打印材料的打印状态数据，将打印材料的打印状态参数化，适配优选打印材料，智能调控打印材料的挤出速度，终止异常打印。（2）本专利技术在打印的过程中不断地对打印参数进行优化，后续打印工作控制混凝土的打印参数在打印数据内，不断匹配良好的打印材料的配合比，保证了混凝土的成品效果。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术建筑3D打印喷头挤出状态智能控制系统的结构示意图。图2为本专利技术建筑3D打印喷头挤出状态智能控制系统的原理示意图。其中，附图标记具体如下：进料口1、第一液面高度传感器2、第二液面高度传感器3、黏度传感器4、螺杆泵储料仓5、螺杆泵6、电磁流量计7、压力传感器8。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种建筑3D打印喷头挤出状态智能控制系统，其特征在于，包括液面高度传感器、黏度传感器、电磁流量计、压力传感器及智能控制装置；/n所述液面高度传感器安装于螺杆泵储料仓中用于监测螺杆泵储料舱内的液面高度；/n所述黏度传感器安装于螺杆泵储料仓中用于监测料浆的黏度；/n所述电磁流量计安装于喷头与螺杆泵之间用于监测料浆的挤出速度；/n所述压力传感器安装于喷头内用于监测料浆挤出时对喷头的压力；/n所述液面高度传感器、所述黏度传感器、所述电磁流量计、所述压力传感器连接所述智能控制装置，所述智能控制装置连接螺杆泵及输料系统。/n

【技术特征摘要】
1.一种建筑3D打印喷头挤出状态智能控制系统，其特征在于，包括液面高度传感器、黏度传感器、电磁流量计、压力传感器及智能控制装置；
所述液面高度传感器安装于螺杆泵储料仓中用于监测螺杆泵储料舱内的液面高度；
所述黏度传感器安装于螺杆泵储料仓中用于监测料浆的黏度；
所述电磁流量计安装于喷头与螺杆泵之间用于监测料浆的挤出速度；
所述压力传感器安装于喷头内用于监测料浆挤出时对喷头的压力；
所述液面高度传感器、所述黏度传感器、所述电磁流量计、所述压力传感器连接所述智能控制装置，所述智能控制装置连接螺杆泵及输料系统。


2.如权利要求1所述的一种建筑3D打印喷头挤出状态智能控制系统，其特征在于，所述液面高度传感器包括第一液面高度传感器及第二液面高度传感器，所述第一液面高度传感器位于所述第二液面高度传感器的上方，所述第一液面高度传感器与所述第二液面高度传感器形成液面高度限位器。


3.如权利要求1所述的一种建筑3D打印喷头挤出状态智能控制系统，其特征在于，还包括报警单元，所述报警单元连接所述智能控制装置。


4.如权利要求1所述的一种建筑3D打印喷头挤出状态智能控制系统，其特征在于，还包括显示单元，所述显示单元连接所述智能控制装置。


5.一种建筑3D打印喷头挤出状态智能控制方法，采用权利要求1-4任一项所述的建筑3D打印喷头挤出状态智能控制系统，其特征在于，包括以下步骤：
S1、采集混凝土打印状态数据，适配3D打印混凝土；
S2、混凝土打印状态监控；
S3、混凝土挤出状态智能调控。


6.如权利要求5所述的一种建筑3D打印喷头挤出状态智能控制方法，其特征在于，所述步骤S1中，将拌和好的不同配比的混凝土加入螺杆...

【专利技术属性】
技术研发人员：董赛阳，陈逸群，朱敏涛，卞成辉，唐晓蒙，黄子豪，季京安，
申请(专利权)人：上海建工材料工程有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31