[發(fā)明專(zhuān)利]用于3D打印粗骨料混凝土的噴頭裝置

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010134272.6
• 申請(qǐng)日: 2020-03-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111251413A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-06-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張?jiān)粕?/a>;陳逸東;徐寶平;石加順
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B28B1/00
• 分類(lèi)號(hào): B28B1/00;B33Y30/00;B33Y70/00
• 代理公司: 南京蘇高專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 張秀

本發(fā)明公開(kāi)了一種用于3D打印粗骨料混凝土的噴頭裝置，包括尖口朝下的錐形料筒、設(shè)于料筒出料口處的噴嘴、設(shè)于料筒上方并用于與3D打印裝置連接的固定平臺(tái)，且料筒內(nèi)還設(shè)有能夠輸送攪拌混凝土物料的傳送攪拌機(jī)構(gòu)，傳送攪拌機(jī)構(gòu)通過(guò)設(shè)于所述料筒頂端的減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)。本發(fā)明能夠滿(mǎn)足3D打印粗骨料混凝土的要求，解決了打印時(shí)易堵塞的問(wèn)題；能夠有效激發(fā)混凝土的流變性質(zhì)使其變得流動(dòng)，并能夠按照噴嘴的不同形狀進(jìn)行異形層結(jié)構(gòu)打印。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及混凝土3D打印領(lǐng)域，尤其涉及一種用于3D打印粗骨料混凝土的噴頭裝置。

背景技術(shù)

3D打印技術(shù)為綜合了數(shù)學(xué)、信息、機(jī)械、材料及化學(xué)等多方面技術(shù)的一種新型快速成型、增材制造技術(shù)，其實(shí)際應(yīng)用可大幅度節(jié)約人力成本、能源與資源并提高加工產(chǎn)品的精度和效率，從而顯著改變制造業(yè)的生產(chǎn)方式，是第三次工業(yè)革命中重要的技術(shù)性標(biāo)志之一。2015年2月，我國(guó)出臺(tái)《國(guó)家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)計(jì)劃(2015-2016)》將增材制造升格為國(guó)家戰(zhàn)略。2016年8月住建部《2016-2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》中提出“積極開(kāi)展建筑業(yè)3D打印設(shè)備及材料的研究，結(jié)合BIM技術(shù)應(yīng)用，探索3D打印技術(shù)運(yùn)用于建筑部品、構(gòu)件生產(chǎn)，開(kāi)展示范應(yīng)用”。近年來(lái)，3D打印技術(shù)在機(jī)械制造、航空、醫(yī)療等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，并且逐漸拓展至建筑領(lǐng)域。3D打印技術(shù)能夠有效解決建筑傳統(tǒng)施工中存在的手工作業(yè)多、模板用量大、復(fù)雜造型難以實(shí)現(xiàn)等問(wèn)題，并且在建筑個(gè)性化設(shè)計(jì)、智能化建造等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。

目前的市場(chǎng)上適配砂漿的3D打印工藝逐漸趨于成熟，也在工程中進(jìn)行了推廣應(yīng)用。然而砂漿材料中骨料顆粒細(xì)小，易導(dǎo)致材料成型后強(qiáng)度、剛度較低；此外，其油墨中膠凝材料比例較高，易導(dǎo)致抗裂性能下降；目前，國(guó)家對(duì)于砂子開(kāi)采的管控逐漸嚴(yán)格，若繼續(xù)砂漿作為油墨材料來(lái)實(shí)現(xiàn)3D打印建設(shè)，將導(dǎo)致開(kāi)發(fā)成本大幅上升。上述問(wèn)題極大地限制了3D打印建筑在大型土木工程中的應(yīng)用，亟待能夠采用取材簡(jiǎn)單、性能高、成本低的含粗骨料混凝土材料。而若利用混凝土進(jìn)行3D打印，因其骨料直徑、表面不規(guī)則度大幅上升，從而使得骨料之間的嚙合度大幅下降，極易造成打印時(shí)出現(xiàn)噴頭堵塞或螺桿卡死的不良現(xiàn)象。因此，開(kāi)發(fā)能夠流暢進(jìn)行混凝土3D打印的噴頭非常重要。

然而目前可以大規(guī)模連續(xù)打印含粗骨料混凝土，特別是粗骨料粒徑大于20mm的3D打印噴頭裝置尚沒(méi)有成熟產(chǎn)品。當(dāng)前打印噴頭主要研發(fā)思路仍沿用3D打印砂漿的螺桿擠壓原理上進(jìn)行改造。利用螺桿裝置的擠壓出料，由于在打印過(guò)程中噴頭內(nèi)部受到的骨料機(jī)械咬合力較大，容易使得螺桿邊緣部分發(fā)生堵塞而卡死，因此其可以進(jìn)行打印的混凝土中骨料粒徑一般不超過(guò)4.75mm，難以滿(mǎn)足建筑行業(yè)所需要混凝土的骨料大小要求。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明提供了一種用于3D打印粗骨料混凝土的噴頭裝置，該裝置解決了現(xiàn)有3D打印粗骨料混凝土打印的混凝土粗骨料粒徑小與打印時(shí)易堵塞的問(wèn)題。

技術(shù)方案：本發(fā)明的用于3D打印粗骨料混凝土的噴頭裝置，包括尖口朝下的錐形料筒、設(shè)于所述料筒出料口處的噴嘴、設(shè)于所述料筒上方并用于與3D打印裝置連接的固定平臺(tái)，且所述料筒內(nèi)還設(shè)有能夠輸送攪拌混凝土物料的傳送攪拌機(jī)構(gòu)，所述傳送攪拌機(jī)構(gòu)通過(guò)設(shè)于所述料筒頂端的減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)。

本發(fā)明的打印噴頭裝置與目前常規(guī)的螺桿擠壓出料原理不同，采用位于料筒內(nèi)上端傳送葉片進(jìn)行物料的傳送，并通過(guò)料筒下端的攪拌葉片的攪拌作用使混凝土由固態(tài)被轉(zhuǎn)為流態(tài)，從而在自重與攪拌力共同作用之下通過(guò)噴嘴，最終形成一定形狀的打印層結(jié)構(gòu)。此外，可通過(guò)替換噴嘴的方式進(jìn)行各類(lèi)形狀的層結(jié)構(gòu)打印構(gòu)建。

為方便添加混凝土物料，所述料筒上方側(cè)邊設(shè)有能夠向其內(nèi)加料的入泵口。所述入泵口朝內(nèi)的一端與料筒相切連接、朝外的一端向外延伸，且內(nèi)部與料筒連通。

所述傳送攪拌機(jī)構(gòu)包括立設(shè)于所述料筒內(nèi)腔并與減速電機(jī)輸出端連接螺桿、連接于螺桿上端周緣并用于將物料傳送至螺桿下端的傳送葉片、連接于螺桿下端周緣并用于攪拌物料的攪拌葉片。所述螺桿的動(dòng)力輸入端與減速電機(jī)的轉(zhuǎn)子通過(guò)嵌合方式連接。