复合增强3D打印混凝土设备及工艺方法技术

本发明专利技术公开了一种复合增强3D打印混凝土设备及工艺方法。复合增强3D打印混凝土设备三向行走机构、打印平台底板、混凝土3D打印机构、羽钉喷射机构、滚压涂料机构以及转动机构；三向行走机构分别与混凝土3D打印机构、羽钉喷射机构联动连接；滚压涂料机构的安装座通过转动机构与羽钉喷射机构的安装座连接；滚压涂料机构包括滚轮；羽钉喷射机构包括羽钉喷头，并在混凝土规划打印层累积层叠三层时启动。因此，本发明专利技术通过羽钉增强，并在涂抹界面剂的同时滚压混凝土的打印方法，在保证灵活性的前提下实现了加强打印混凝土结构的整体性、抗压承载力以及抗剪性能，推进了3D打印混凝土技术的应用，有益于社会效益的提高。有益于社会效益的提高。有益于社会效益的提高。

【技术实现步骤摘要】
复合增强3D打印混凝土设备及工艺方法


[0001]本专利技术属于建筑工程3D打印
范畴，具体涉及一种复合增强3D打印混凝土设备及工艺方法，可广泛应用于无骨料的3D打印混凝土结构。

技术介绍

[0002]3D打印混凝土技术又称为增材制造技术，是快速成型技术中的一种。在数字建模的基础上，通过将打印混凝土条带逐层累积的方式进行使结构成型。
[0003]目前的3D打印混凝土由于其分层打印的方式，存在层间黏结力薄弱的问题，3D打印混凝土结构的整体强度刚度因此受到影响，且构件破坏易发生在层间，因此打印混凝土构件的抗剪性能和整体性较为薄弱。
[0004]但已有研究标明，若在3D打印混凝土的层间涂抹界面剂，则对抗压强度能性能带来显著提升；并且在打印混凝土中植入竖向羽钉，可以有效解决因打印方式带来的无竖向钢筋导致的抗剪性能薄弱的弊端。
[0005]因此，针对现有的问题加以研究改良，提供一种复合增强3D打印混凝土设备及工艺方法，旨在通过新设备和新技术来达到在尽可能节省成本的情况下改善3D打印混凝土结构性能的目的。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种复合增强3D打印混凝土设备及工艺方法，以解决上述
技术介绍
中提出的3D打印混凝土构件的抗剪性能和整体性薄弱的弊端，并能大幅提高打印混凝土结构的抗压承载能力。
[0007]为了达到上述目的，本专利技术将采取如下的技术方案：一种复合增强3D打印混凝土设备，包括三向行走机构、打印平台底板、混凝土3D打印机构、羽钉喷射机构、滚压涂料机构以及转动机构；其中：所述的三向行走机构安装在打印平台底板上，并包括有两个动力输出端，对应为第一、第二动力输出端；所述的三向行走机构的第一动力输出端与混凝土3D打印机构的安装座连接，第二动力输出端则与羽钉喷射机构的安装座连接；滚压涂料机构的安装座通过转动机构与羽钉喷射机构的安装座连接；在转动机构的动力作动下，羽钉喷射机构能够围绕所述的滚压涂料机构做360
°
旋转运动；在三向行走机构的动力作动下，所述的混凝土3D打印机构能够按照针对3D打印混凝土结构构建的3D打印规划策略，于打印平台底板上打印形成若干层沿着打印平台底板的Y向层叠的混凝土规划打印层，每一层混凝土规划打印层均包括若干条符合3D打印规划策略规划并沿着打印平台底板的Z向平铺的混凝土打印条带，每一条混凝土打印条带均依照3D打印规划策略打印成型并沿着打印平台底板的X向延伸；所述的滚压涂料机构，包括滚轮；在三向行走机构的动力作动下，所述滚轮能够沿
着混凝土3D打印机构的打印路径滚压前行，以在混凝土3D打印机构所打印成型的当前混凝土打印条带上涂覆打印混凝土界面剂；所述的羽钉喷射机构，包括羽钉喷头，并在混凝土规划打印层累积层叠三层时启动；在三向行走机构以及转动机构的动力协同作动下，所述的羽钉喷射机构能够沿着混凝土3D打印机构的打印路径行进；所述羽钉喷头能够透过混凝土3D打印机构所打印成型的当前混凝土打印条带步进喷射羽钉，每一根羽钉均能够推入当前混凝土打印条带向下的三层混凝土打印条带中。
[0008]优选地，所述的羽钉喷射机构还包括羽钉料仓以及羽钉驱动机构；所述羽钉料仓内预存有一排钉头处于前方的羽钉，且羽钉料仓的出料口与羽钉喷管的进料口衔接；所述的羽钉喷头为升降式喷管结构，包括喷管升降驱动机构以及与喷管升降驱动机构的动力输出端连接的羽钉喷管；所述的羽钉喷管，在喷管升降驱动机构的动力作动下，能够相对于羽钉料仓的出料口升降，且羽钉喷管随着喷管升降驱动机构的作动上升时，羽钉喷管能够回缩至羽钉料仓出料口位置处所设置的环形嵌槽中，而羽钉喷管随着喷管升降驱动机构的作动下降时，羽钉喷管能够从环形嵌槽中伸出，羽钉喷管的上端与羽钉料仓的出料口衔接，而羽钉喷管的下端嵌入当前混凝土打印条带中；所述羽钉驱动机构，能够将羽钉料仓内处于最前方的一枚羽钉通过羽钉喷管推入当前混凝土打印条带向下的三层混凝土打印条带中。
[0009]优选地，所述的羽钉包括杆状主体结构以及均布在杆状主体结构外侧的羽刺；所述羽钉处于羽钉喷管中时，羽刺相对于杆状主体结构呈合拢状态，且羽刺的刺身与羽钉喷管的内壁相切，同时羽刺的尖端与羽钉喷管的内壁之间存在间隙；而所述羽钉推入3D打印混凝土结构的过程中，羽刺相对于杆状主体结构逐步展开，直至羽钉的前端抵达预设位置时，羽刺的尖端能够刺入所在位置处的3D打印混凝土结构中。
[0010]优选地，所述滚压涂料机构还包括界面剂储料瓶以及界面剂泵送机构；界面剂储料瓶中储存有打印混凝土界面剂，界面剂泵送机构的进料端通过管路与界面剂储料瓶的出料口连接，而界面剂泵送机构的出料端则位于滚轮上方并能够与滚轮的表面衔接；界面剂储料瓶中所储存的打印混凝土界面剂，能够通过界面剂泵送机构的出料端，均匀流到滚轮的表面。
[0011]优选地，所述羽钉喷管的管壁厚度为0.6mm。
[0012]优选地，所述混凝土3D打印机构的打印混凝土喷头直径为20cm、30cm或40cm。
[0013]优选地，所述杆状主体结构的直径为2mm。
[0014]优选地，所述的三向行走机构包括X向行走机构、Y向行走机构以及Z向行走机构；Y向行走机构固定安装在打印平台底板上，且向行走机构的动力输出端与Z向行走机构连接，而Z向行走机构的动力输出端则与X向行走机构连接；所述的X向行走机构设置有两个动力输出端，对应为第一、第二动力输出端，且X向行走机构的第一动力输出端设置于X向行走机构行进方向的前端，并与混凝土3D打印机构的安装座联动连接，而第二动力输出端设置于X向行走机构行进方向的后端，并与滚压涂料机构的安装座联动连接。
[0015]本专利技术的另一个技术目的是提供一种复合增强3D打印混凝土的工艺方法，基于上
述的复合增强3D打印混凝土设备而实现，包括羽钉增强3D打印混凝土工序，所述的羽钉增强3D打印混凝土工序具体为：按照3D打印规划策略，在打印成型的混凝土每叠层3层后，在三向行走机构的带动下，沿着每一条混凝土打印条带的打印方向，羽钉喷头每前行距离L后，即喷出一根羽钉，且喷出的羽钉在羽钉喷射机构的动力作动下，均钉入当前混凝土打印条带下方的三层混凝土打印条带中，同时，垂直于混凝土打印条带打印方向上的相邻两根羽钉之间能够错峰搭接，且相邻两根羽钉的搭接部分的长度不小于0.25倍羽钉长度；距离L根据混凝土3D打印机构的打印混凝土喷头直径来设定。
[0016]优选地，所述羽钉喷头在喷出羽钉时，埋入当前混凝土打印条带中；所述滚轮压过当前混凝土打印条带因羽钉喷头留下的孔隙时，一方面通过滚轮滚压减小孔隙，另一方面还能够将部分打印混凝土界面剂带入孔隙。
[0017]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：有效改善层间薄弱层给3D打印混凝土结构带来的抗剪性能差与整体性差的弊端，大幅度提高其抗压承载能力。以较小的成本获得较大的3D打印混凝土结构性能提升。有效改善3D打印混凝土结构性能，有利于3D打印混凝土技术的推广和普及，提高了社会效益。
附图说明
[0018]图1是本专利技术所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合增强3D打印混凝土设备，包括三向行走机构、打印平台底板以及混凝土3D打印机构；其特征在于：还包括羽钉喷射机构、滚压涂料机构以及转动机构；其中：所述的三向行走机构安装在打印平台底板上，并包括有两个动力输出端，对应为第一、第二动力输出端；所述的三向行走机构的第一动力输出端与混凝土3D打印机构的安装座连接，第二动力输出端则与羽钉喷射机构的安装座连接；滚压涂料机构的安装座通过转动机构与羽钉喷射机构的安装座连接；在转动机构的动力作动下，羽钉喷射机构能够围绕所述的滚压涂料机构做360
°
旋转运动；在三向行走机构的动力作动下，所述的混凝土3D打印机构能够按照针对3D打印混凝土结构构建的3D打印规划策略，于打印平台底板上打印形成若干层沿着打印平台底板的Y向层叠的混凝土规划打印层，每一层混凝土规划打印层均包括若干条符合3D打印规划策略规划并沿着打印平台底板的Z向平铺的混凝土打印条带，每一条混凝土打印条带均依照3D打印规划策略打印成型并沿着打印平台底板的X向延伸；所述的滚压涂料机构，包括滚轮；在三向行走机构的动力作动下，所述滚轮能够沿着混凝土3D打印机构的打印路径滚压前行，以在混凝土3D打印机构所打印成型的当前混凝土打印条带上涂覆打印混凝土界面剂；所述的羽钉喷射机构，包括羽钉喷头，并在混凝土规划打印层累积层叠三层时启动；在三向行走机构以及转动机构的动力协同作动下，所述的羽钉喷射机构能够沿着混凝土3D打印机构的打印路径行进；所述羽钉喷头能够透过混凝土3D打印机构所打印成型的当前混凝土打印条带步进喷射羽钉，每一根羽钉均能够推入当前混凝土打印条带向下的三层混凝土打印条带中。2.根据权利要求1所述的复合增强3D打印混凝土设备，其特征在于：所述的羽钉喷射机构还包括羽钉料仓以及羽钉驱动机构；所述羽钉料仓内预存有一排钉头处于前方的羽钉，且羽钉料仓的出料口与羽钉喷管的进料口衔接；所述的羽钉喷头为升降式喷管结构，包括喷管升降驱动机构以及与喷管升降驱动机构的动力输出端连接的羽钉喷管；所述的羽钉喷管，在喷管升降驱动机构的动力作动下，能够相对于羽钉料仓的出料口升降，且羽钉喷管随着喷管升降驱动机构的作动上升时，羽钉喷管能够回缩至羽钉料仓出料口位置处所设置的环形嵌槽中，而羽钉喷管随着喷管升降驱动机构的作动下降时，羽钉喷管能够从环形嵌槽中伸出，羽钉喷管的上端与羽钉料仓的出料口衔接，而羽钉喷管的下端嵌入当前混凝土打印条带中；所述羽钉驱动机构，能够将羽钉料仓内处于最前方的一枚羽钉通过羽钉喷管推入当前混凝土打印条带向下的三层混凝土打印条带中。3.根据权利要求2所述的复合增强3D打印混凝土设备，其特征在于：所述的羽钉包括杆状主体结构以及均布在杆状主体结构外侧的羽刺；所述羽钉处于羽钉喷管中时，羽刺相对于杆状主体结构呈合拢状...

【专利技术属性】
技术研发人员：武雷，张颖，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：