[發明專利]一種骨架生長式混凝土構件的3D打印方法

在審

• 申請號: 201711239818.9
• 申請日: 2017-11-30
• 公開（公告）號: CN108000675A
• 公開（公告）日: 2018-05-08
• 發明（設計）人: 曹靖;楊毅;王奕璇;張鮮維;柴軍瑞;許增光;覃源
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: B28B1/00
• 分類號: B28B1/00;B33Y10/00;B33Y30/00
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 韓玙

本發明公開了一種骨架生長式混凝土構件的3D打印方法，混凝土構件的外形由模板控制，混凝土構件的新拌混凝土由3D打印噴頭逐層澆筑混凝土層；之后在振搗臺上對打印的混凝土層進行振搗；再通過骨架打印系統打印骨架，并將打印的骨架鋪設在混凝土層中；最后將模板拆除，即可完成混凝土構件的3D打印。本方法能夠打印不同材料且可對打印骨架進行鋪設，連接上下層混凝土，以構造復雜混凝土建筑，同時，提高了生產效率，節約了成本，減少了環境污染。

技術領域

本發明屬于建筑工程技術領域，具體涉及一種骨架生長式混凝土構件的3D打印方法。

背景技術

3D打印技術出現在20世紀90年代中期，它是利用光固化和紙層疊等方式實現快速成型的技術。與普通打印機工作原理基本相同，打印機內裝有粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，與電腦連接后，通過一層又一層的多層打印方式，最終把計算機上的藍圖變成實物。隨著3D打印技術的完善，混凝土3D打印技術也漸漸開始走向成熟化，通過借助計算機輔助系統和3D打印技術來實現混凝土構件的制作；然而，當復雜的混凝土構件制作時，現有的3D打印方法在制作混凝土構件時，其制作精度較低且質量較差，無法實現復雜結構的打印。同時，現有混凝土打印方法通過旋轉打印頭將拌合物逐層澆筑，不可避免的產生層間界面，影響結構整體強度。

發明內容

本發明的目的是提供一種骨架生長式混凝土構件的3D打印方法，通過打印骨架并進行鋪設，提高了混凝土層界面的連接性能。

本發明所采用的技術方案是，一種骨架生長式混凝土構件的3D打印方法，采用一種骨架生長式混凝土3D打印系統來實現，該3D打印系統包括計算機控制系統、振搗系統、模板鋪設系統、拌合料鋪設系統、骨架打印系統和骨架鋪設系統，計算機控制系統分別與振搗系統、模板鋪設系統、拌合料鋪設系統、骨架打印系統和骨架鋪設系統相連，拌合料鋪設系統輸出端連接有3D打印噴頭，振搗系統中設置有振搗臺；

該骨架生長式混凝土構件的3D打印方法，具體步驟如下：

步驟1，建立混凝土構件模型，并設定打印層數i和打印層高h，其中，i＝1，2，………n，層高h＝15cm～20cm；

步驟2，經步驟1后，判斷混凝土構件模型是否出現懸空區，若混凝土構件模型沒有出現懸空區，則利用模板鋪設系統打印混凝土構件外形的模板；若混凝土構件模型出現懸空區，則利用模板鋪設系統打印混凝土構件外形的模板，并在懸空區打印支撐結構；

步驟3，待步驟2中打印的材料硬化后，通過拌合料鋪設系統進行拌合混凝土，通過3D打印噴頭在振搗臺上逐層打印混凝土層；

步驟4，經步驟3后，在振搗臺上對打印的混凝土層進行振搗；

步驟5，經步驟4后，通過骨架打印系統打印骨架，之后利用骨架鋪設系統控制骨架的橫向和縱向位置，將打印的骨架嵌設在混凝土層中；

步驟6，待步驟5中打印的混凝土層硬化后，根據步驟1中設定打印層數i，重復進行步驟3～5，直至打印完設定的層數i；

步驟7，經步驟6后，將步驟2中打印的結構拆除，即可完成混凝土構件的3D打印。

本發明的特點還在于，

步驟2中，模板和支撐結構采用鈦合金材料或者鋁合金材料制成。

步驟2中，支撐結構為直板形、樹枝形、柱形、網狀形中的任意一種。

步驟5中，骨架的高度為5cm～10cm，骨架采用鈦合金材料或者鋁合金材料制成。

本發明的有益效果是，該骨架生長式混凝土構件的3D打印方法，通過逐層打印模板，能夠適應各種復雜結構形式，通過系統默認設置或用戶自定義形式打印骨架并進行鋪設，增強上下層混凝土的界面連接性能，以構造性能良好的復雜混凝土建筑，提高了生產效率，拓寬了混凝土結構設計的應用領域。