[發明專利]一種預應力樁3D打印系統及其使用方法

有效

• 申請號: 201610289723.7
• 申請日: 2016-05-04
• 公開（公告）號: CN105965664B
• 公開（公告）日: 2018-03-20
• 發明（設計）人: 孔綱強;李輝;孟珍珠;彭懷風
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: B28B1/00
• 分類號: B28B1/00;B28B23/02;B28B13/02;B33Y30/00;E02D5/30;E02D5/58
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 柏尚春

1.一種預應力樁3D打印系統，其特征在于，包括：控制裝置（1）、材料供應裝置和打印裝置、打印移動裝置和預制樁移動裝置；控制裝置（1）分別與所述材料供應裝置、打印裝置、打印移動裝置和預制樁移動裝置相連接；所述材料供應裝置包括料池（15）和輸料管（18），所述打印裝置包括儲料單元（7）、打印單元（9）和凝固單元（10），儲料單元（7）通過輸料管（18）與料池（15）連接，打印單元（9）和凝固單元（10）設置在儲料單元（7）的下方；所述打印移動裝置包括支撐架和Y向滑軌（6），支撐架包括豎向支架（3）和橫向支架（4），豎向支架（3）固定在地面，橫向支架（4）通過移動單元（5）與豎向支架（3）相連接，Y向滑軌（6）與橫向支架（4）之間通過移動單元（5）相連接，所述儲料單元（7）通過移動單元（5）與Y向滑軌（6）相連接；所述預制樁移動裝置包括移動板車（11），移動板車（11）上設置有推進單元為其提供動力，移動板車（11）的上表面還設置有兩個卡盤（12），兩個卡盤（12）之間設置有鋼筋籠（14）。

2.根據權利要求1所述的預應力樁3D打印系統，其特征在于，所述鋼筋籠（14）包括非預應力鋼筋（20）和箍筋（21），所述箍筋（21）作為鋼筋籠（14）的外表面，其形狀決定了鋼筋籠（14）的截面形狀，若干個非預應力鋼筋（20）等間距設置在箍筋（21）的內表面，在箍筋（21）所包圍的區域內還規則地設置有預留孔（19）。

3.根據權利要求2所述的預應力樁3D打印系統，其特征在于，所述箍筋（21）為圓形、方形或X形。

4.根據權利要求2所述的預應力樁3D打印系統，其特征在于，所述移動板車（11）通過軌道滾輪在地面導軌（13）上移動。

5.根據權利要求1所述的預應力樁3D打印系統，其特征在于，料池（15）內設置有攪拌單元（16），所述輸料管（18）上設置有料漿泵（17），所述儲料單元（7）的內部設置有加熱單元（8）。

6.根據權利要求1所述的預應力樁3D打印系統，其特征在于，打印單元（9）為L形，以鋼筋籠（14）所放置方向為水平方向，則打印單元（9）可在豎直方向上自由伸縮，其打印噴頭水平設置以實現打印材料的水平向噴射。

7.一種權利要求1所述的預應力樁3D打印系統的使用方法，其特征在于，包括以下步驟：

（1）三維建模：利用3D建模軟件繪制預應力樁的三維立體模型，模型包括預應力樁的形狀、截面形式以及尺寸；

（2）材料準備：將漿料裝入料池（15）中，對打印材料進行攪拌得到水泥基漿液；根據預應力樁的長度以及截面形狀尺寸，綁扎相應的鋼筋籠（14），并將鋼筋籠（14）固定在卡盤（12）上；

（3）3D打印施工過程：

將水泥基漿液輸送至儲料單元（7）中，并保證漿液溫度保持在30～50℃；

根據3D建模軟件中繪制的預應力樁三維立體模型，將預應力樁三維立體模型劃分為多個豎向橫截面層，對于每一豎向橫截面層，儲料單元（7）向打印單元（9）輸送水泥基漿料，打印噴頭將水泥基漿料水平向噴射到需要打印的位置，凝固單元（10）促使漿料凝固形成混凝土層，分層進行打印直至整根樁打印完成；

（4）養護成型：打印完成后，在標準養護條件下，對預應力樁體進行養護28～30d；

（5）施加預應力：樁體混凝土達到齡期及其強度后，在樁體內的預留孔（19）中放入預應力鋼筋并對其施加預應力，完成3D打印預應力樁的制作施工。

8.根據權利要求7所述的使用方法，其特征在于，以鋼筋籠（14）所放置方向為X方向，以豎直方向為Z方向，以垂直于X方向和Z方向的方向為Y方向，步驟（3）中對于每一豎向橫截面層的打印包括以下步驟：

控制裝置（1）向預制樁移動裝置發送指令調整移動板車（11）和打印裝置的相對位置，定位打印單元（9）使其打印噴頭在X方向上對準待打印的豎向橫截面層的起始位置；

控制裝置（1）控制打印裝置沿Y向滑軌實現打印單元（9）的打印噴頭在Y方向的自由移動；

控制橫向支架（4）上下移動以及打印單元（9）上下伸縮，實現打印噴頭在Z方向的自由移動；

控制移動板車（11）的左右移動實現打印噴頭在X方向上的相對自由移動。