一种制备3D打印定向钢纤维增强水泥基复合材料的装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种制备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。提高了复合材料的结构力学性能。提高了复合材料的结构力学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种制备3D打印定向钢纤维增强水泥基复合材料的装置


[0001]本专利技术属于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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术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。
[0005]本专利技术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；
[0006]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；
[0007]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；
[0008]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；
[0009]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；
[0010]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。
[0011]与现有技术相比，本专利技术有益效果在于：
[0012](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。
[0013](2)本装置通过钢纤维孔通道初步定向钢纤维，使钢纤维纵向输送到二级钢纤维定向单元的控制区域，再在二级钢纤维定向单元的磁场作用下，钢纤维发生轻微转动促使钢纤维的长度方向平行于竖直方向以达到二级定向效果，保证了在3D打印时钢纤维平行于打印方向分布，实现在3D打印钢纤维增强水泥基复合材料内部分级定向钢纤维。
[0014](3)本装置设置有辅助振动器，在辅助振动器的振动作用下，使得钢纤维在二级钢纤维定向单元中的定向效果更好，使钢纤维与水泥基复合材料拌合物充分接触并从挤出口处顺利并均匀地挤出打印，同时打印材料中颗粒与颗粒之间、颗粒与钢纤维之间更为紧密，改善了挤出材料的密实性。
[0015](4)改善了钢纤维增强水泥基复合材料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3D打印钢纤维增强水泥基复合材料打印试件的结构力学性能，相对于普通的3D打印随机乱向钢纤维增强水泥基复合材料，本装置制得的3D打印定向钢纤维增强水泥基复合材料的单轴拉伸强度提高20～40％，弯曲韧性提高80～150％，抗剪强度提高40～60％。
附图说明
[0016]图1为本专利技术的整体结构示意图；
[0017]图2为本专利技术的控制框图；
[0018]图3为本专利技术的联动齿轮组的立体示意图；
[0019]图4为本专利技术的一级钢纤维定向单元的安装示意图；
[0020]图5为本专利技术图4的A部分的局部放大示意图；
[0021]图6为本专利技术图4的B部分的局部放大示意图；
[0022]图7为本专利技术的二级钢纤维定向单元的工作原理示意图；
[0023]图8为本专利技术的辅助振动器的立体示意图；
[0024]图9为本专利技术实施例1采用本装置打印出的试件内部钢纤维取向的CT扫描结果示意图；
[0025]图10为本专利技术对比例1采用常规3D打印装置打印出的试件内部钢纤维取向的CT扫描结果示意图。
[0026]图中，1
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电机，2
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联动齿轮组，3
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一级钢纤维定向单元，4
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输料管，5
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二级钢纤维定向单元，6
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输料料斗，7
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辅助振动器，8
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泵送装置，9
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数控单元，21
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主动齿轮，22
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从动齿轮，31
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钢纤维料斗，32
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推进式搅拌桨叶，33
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旋转竖轴，331
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钢纤维孔通道，34
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螺旋桨叶，35
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竖杆，61
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储料仓，62
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挤出管，63
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挤出口。
具体实施方式
[0027]下面给出本专利技术的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本专利技术，不限制本申请权利要求的保护范围。
[0028]本专利技术提供了一种制备3D打印定向钢纤维增强水泥基复合材料的装置(简称装置)，其特征在于，该装置包括电机1、联动齿轮组2、一级钢纤维定向单元3、二级钢纤维定向单元5、输料料斗6和辅助振动器7；
[0029]所述联动齿轮组2包括主动齿轮21和从动齿轮22；所述一级钢纤维定向单元3包括钢纤维料斗31、推进式搅拌桨叶32、旋转竖轴33、螺旋桨叶34和竖杆35；所述输料料斗6包本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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；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...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅少林，慕儒，卿龙邦，程庆澳，李露，刘娜，范春豪，刘永帅，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：