一种带有抹平成型功能的混凝土3D打印装置的制作方法

本发明属于建筑3d打印技术领域，涉及一种带有抹平成型功能的混凝土3d打印装置。

背景技术：

近几年来，随着中国的人口老龄化问题日趋严重，建筑业等人口密集型产业面临着较为严峻的劳动力供应不足及人工费日益昂贵等挑战，再加上建筑业本身工作环境多为高强度、风险，社会福利和保障制度与其他行业相差较大，使得“用工荒”、“豆腐渣”等问题日益增多。因此，建筑行业亟需有机械化、标准化的技术支撑其继续发展。在这样的背景下，3d打印技术应运而生，其以数字模型为基础，运用可粘合材料，通过逐层堆叠材料构造三维实体，属于快速成型增材制造技术。建筑3d打印技术在3d打印技术的基础上也逐步发展起来，其利用建筑材料浆体(如水泥基材料)为原材料，通过三维坐标构建模型，安装预先设置好的打印程序，通过挤出装置由喷嘴挤出建筑材料浆体进行打印，最终得到设计的建筑构件。

然而，现有的建筑3d打印装置具有一定设计上的缺陷。已有的3d打印装置多为圆形喷嘴，这使得挤出的混凝土多为不规则的圆柱体堆叠，打印的构件的截面孔隙多，对挤出的浆体也难以进行收光抹平，难以保证成品的外观质量和力学性能。同时，堆叠的施工工艺使得建筑构件不同部位硬化程度不同，在打印高度较高的情况下，底部混凝土容易被压平，导致打印精度出现问题且难以快速成型，实用意义较小。为此，需要向混凝土浆体中加入能使其快速硬化的速凝剂，足以支撑后续打印，但是，由于速凝剂加入后会使得混凝土浆体的快速凝结硬化时间大大缩短，如遇临时终止打印等情况，易造成管内浆体凝结硬化堵塞管道等严重后果。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了提供一种带有抹平成型功能的混凝土3d打印装置，以解决现有建筑3d打印技术挤出浆体形貌不佳、难以快速成型等问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种带有抹平成型功能的混凝土3d打印装置，包括进料料仓、位于进料料仓下方并与其接通的预搅拌仓、安装在预搅拌仓下方的出料管，以及设置在出料管下方的挤出喷嘴，所述的出料管的侧面还嵌合布置有一速凝剂进料口，在挤出喷嘴的底部还连接设置有抹平成型组件。

进一步的，所述的挤出喷嘴呈上宽下窄的柱状体。

进一步的，所述的挤出喷嘴的截面呈长方形。

进一步的，所述的抹平成型组件由位于挤出喷嘴下端较长边两侧的两水平抹平挡板、以及位于挤出喷嘴下端较短边两侧的两竖直成型挡板组成。

更进一步的，两水平抹平挡板的长度相同，并与挤出喷嘴的下端连接成一体；

两竖直成型挡板的高度相同，并与挤出喷嘴的下端连接成一体。

更进一步的，所述水平抹平挡板的工作面的自由端为光滑弧形结构。

进一步的，所述的预搅拌仓的内腔呈漏斗状，其内部设有预搅拌桨叶，所述预搅拌桨叶还通过预搅拌旋转轴连接固定在预搅拌仓上方的动力件。

更进一步的，所述的出料管的内腔的截面尺寸不变，其内部还设有与预搅拌旋转轴下端嵌合连接的螺旋挤出杆，所述螺旋挤出杆经动力件带动转动时，可带动进入的混凝土向下挤出。

进一步的，所述的速凝剂进料口向出料管内混凝土挤出方向的反方向倾斜。

进一步的，所述的速凝剂进料口还连接外部的速凝剂导入管。

本发明能均匀持续地将液体速凝剂混合入混凝土浆体中，稳定可控地挤压出混凝土材料，出料后又能简单抹平混凝土，且喷嘴装置易于拆卸，便于清洗，可根据需要对各类建筑3d打印装置进行推广。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明使用挤出喷嘴，避免了圆形喷嘴造成挤出混凝土形貌不佳、层间粘接性能差、截面孔隙大等难以控制的问题，使得挤出构件形状更加规则。

(2)本发明采用水平抹平挡板，可与喷嘴协同沿打印程序设计路线同时同向运动，实现了沿打印方向的水平方向上的收光抹平，设计精巧简单，在不影响下一打印面打印的情况下，大大提高了打印产品的外观质量和打印精度。

(3)本发明采用竖直成型挡板，可与喷嘴协同沿打印程序设计路线同时同向运动，确保了沿打印方向水平方向上的宽度一致性，有效控制了打印结构的最终成型，并对打印完成后的结构进行了表面抹平，提高了打印产品的外观质量打印精度。

(4)本发明通过在出料管设置速凝剂进料口，在混凝土浆体输送末端加入速凝剂，使得速凝剂均匀、持续、可控地进入混凝土浆体，既能满足建筑混凝土3d打印对于混凝土浆体快速凝结成型，避免堆高坍塌，又避免了混凝土浆体在输送中凝结硬化过快造成堵管等严重后果。

附图说明

图1为本发明混凝土3d打印装置整体示意图；

图2为本发明挤出喷嘴的结构详图；

图3为本发明挤出喷嘴的左视图；

图4为本发明挤出喷嘴的前视图

图中标记说明：

1-挤出喷嘴，2-螺旋挤出杆，3-速凝剂进料口，4-预搅拌桨叶，5-进料料仓5，6-电机，7-水平抹平挡板，8-竖直成型挡板。

具体实施方式

下面将参照示出了本发明实施例的附图，在下文中更加充分地描述本发明。但是，本发明可以多种不同的形式出现，而不应该被解释为限于这里所阐述的实施例，通过实施例，本发明变得更加完整；相反，以示例性方式提供的这些实例使得本公开将本发明的范围传达给本技术领域技术人员。此外，相同的数字始终表示相同或者类似的元件或者部件。

在本发明中，本领域的普通技术人员需要理解的是，文中指示方位或者位置关系的属于为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和定义，“安装”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接、也可以说可拆卸连接、或者一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也是可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和定义，本文所使用的所有技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所述使用的属于仅为描述具体的实施方式为目的，不是旨在限制本发明。

以下各实施例中，如无特别说明的功能部件或结构，则表明均为本领域为实现对应功能的常规部件或结构。

本发明提出了一种带有抹平成型功能的混凝土3d打印装置，请参见图1所示，包括进料料仓5、位于进料料仓5下方并与其接通的预搅拌仓、安装在预搅拌仓下方的出料管，以及设置在出料管下方的挤出喷嘴1，所述的出料管的侧面还嵌合布置有一速凝剂进料口3，在挤出喷嘴1的底部还连接设置有抹平成型组件。

在本发明的一种具体的实施方式中，请再参见图1、图3和图4所示，所述的挤出喷嘴1呈上宽下窄的柱状体。这样，当其竖直放置时，上部截面面积大于下部截面，因为喷嘴中原料的自重，下截面受到的压强更大，这样方便原料喷出挤出喷嘴1，通过挤出喷嘴1，使得挤出混凝土形状更加规则。

在本发明的一种具体的实施方式中，所述的挤出喷嘴1的截面呈长方形。

在本发明的一种具体的实施方式中，请再参见图1等所示，所述的抹平成型组件由位于挤出喷嘴1下端较长边两侧的两水平抹平挡板7、以及位于挤出喷嘴1下端较短边两侧的两竖直成型挡板8组成。更优选的，水平抹平挡板7与出料管的轴向夹角呈90°。

更具体的实施方式中，两水平抹平挡板7的长度相同，并与挤出喷嘴1的下端连接成一体；

两竖直成型挡板8的高度相同，并与挤出喷嘴1的下端连接成一体。

更具体的实施方式中，所述水平抹平挡板7的工作面的自由端(即指沿挤出喷嘴1工作移动方向的前方一端)为光滑弧形结构。

在本发明的一种具体的实施方式中，请再参见图1等所示，所述的预搅拌仓的内腔呈漏斗状，其内部设有预搅拌桨叶4，所述预搅拌桨叶4还通过预搅拌旋转轴连接固定在预搅拌仓上方的动力件。更优选的，动力件可以采用电机6。

更具体的实施方式中，请再参见图1等所示，所述的出料管的内腔的截面尺寸不变，其内部还设有与预搅拌旋转轴下端嵌合连接的螺旋挤出杆2，所述螺旋挤出杆2经动力件带动转动时，可带动进入的混凝土向下挤出。

在本发明的一种具体的实施方式中，请再参见图1等所示，所述的速凝剂进料口3向出料管内混凝土挤出方向的反方向倾斜。

在本发明的一种具体的实施方式中，所述的速凝剂进料口3还连接外部的速凝剂导入管。

以上各实施方式中可以任一单独实施，也可以任意两两组合或更多的组合实施。

下面结合具体实施例来对上述实施方式进行更详细的说明。

实施例1：

参阅图1、图2、图3、图4，本发明提出一种带有抹平成型功能的混凝土3d打印装置，包括进料料仓5，位于进料料仓5下方的预搅拌仓，位于预搅拌仓下方的出料管，嵌合于出料管侧面的速凝剂进料口3，位于出料管下方的挤出喷嘴1，组合于挤出喷嘴1上的水平抹平挡板7及竖直成型挡板8。

进料料仓5与预搅拌仓一体化连接。

预搅拌仓与出料管一体化连接。

出料管与挤出喷嘴1通过出料管下端的下支撑板与挤出喷嘴1上端的圆形上支撑板利用螺杆连接。

如图1所示，电机6固定在进料料仓5顶部，预搅拌仓内的预搅拌桨叶4旋转轴上端与电机6的转子通过嵌合方式连接，出料管内的螺旋挤出杆2与预搅拌桨叶4的旋转轴下端嵌合连接。工作时，电机6同时驱动预搅拌叶与螺旋挤出杆2绕同一轴线共同转动。

如图1所示，预搅拌仓竖直放置时，内腔为漏斗状，上部截面面积大于下部截面，因为内腔中原料的自重，下截面受到的压强更大，方便原料被预搅拌叶3充分搅拌后均匀稳定地进入出料管。

如图1所示，速凝剂进料口3位于出料管下部截面不变筒体侧面，作为支管在外部与速凝剂导入管相连，内部与出料管连通通，且向所述出料管内混凝土挤出的反方向倾斜。

如图2、3、4所示，挤出喷嘴1竖直放置时，水平抹平挡板7与竖直成型挡板8均位于喷嘴底部出料端，水平抹平挡板7与出料管的轴向夹角为90度，且与上部挤出喷嘴1长边端部一体化连接。两块抹平挡板长度相同，且位于同一平面上。

如图2、3、4所示，挤出喷嘴1竖直放置时，水平抹平挡板7与竖直成型挡板8均位于喷嘴底部出料端，竖直成型挡板8与出料管的轴向平行，且与上部挤出喷嘴1短边端部一体化连接，分别位于喷嘴端部的量测。两块抹平挡板高度相同，其高度依本实施例打印构件尺寸设置，为15mm，且相互平行。

如图2、3、4所示，挤出喷嘴1竖直放置时，上部截面面积大于下部截面，因为喷嘴中原料的自重，下截面受到的压强更大，这样方便原料喷出挤出喷嘴1，通过挤出喷嘴1，使得挤出混凝土形状更加规则。

本实施例中，挤出头截面尺寸15×30mm，成型挡板高度15mm。

工作过程描述：打印时，电机6启动，原料通过进料料仓5进入预搅拌仓，在预搅拌桨叶4搅拌后，进入出料管固定截面段，此处，原料在被螺旋挤压杆挤出杆逐渐挤出的同时，外部速凝剂通过速凝剂进料口3缓慢均匀恒定加入，原料进入挤出喷嘴1后，成功挤出。挤出后，随着3d打印喷嘴的移动，水平抹平挡板7与竖直成型挡板8共同作用，对打印出的3d结构进行表面收光抹平。

水平抹平挡板7利用两片抹平挡板构成的工作面对结构水平表面进行表面抹平收光，且该工作面自由端为光滑弧形结构。

竖直成型挡板8利用两个分别由两片成型挡板构成的平行工作面对结构进行竖直表面抹平，并限制打印结构的水平尺寸。

本实施例中，混凝土3d打印装置通过挤出喷嘴1持续均匀挤出有一定形状的3d打印结构，水平抹平挡板7利用挤出喷嘴1的移动进行水平表面收光抹平，竖直成型挡板8利用挤出喷嘴1的移动进行竖直表面抹平成型，同时，在原料输送过程中，速凝剂进料口3缓慢均匀恒定加入了速凝剂。

实施例2：

参阅图1、图2、图3、图4，本发明提出一种带有抹平成型功能的混凝土3d打印装置，包括进料料仓5，位于进料料仓5下方的预搅拌仓，位于预搅拌仓下方的出料管，嵌合于出料管侧面的速凝剂进料口3，位于出料管下方的挤出喷嘴1，组合于挤出喷嘴1上的水平抹平挡板7及竖直成型挡板8。

进料料仓5与预搅拌仓一体化连接。

预搅拌仓与出料管一体化连接。

出料管与挤出喷嘴1通过出料管下端的下支撑板与挤出喷嘴1上端的圆形上支撑板利用螺杆连接。

如图1所示，电机6固定在进料料仓5顶部，预搅拌仓内的预搅拌桨叶4旋转轴上端与电机6的转子通过嵌合方式连接，出料管内的螺旋挤出杆2与预搅拌桨叶4的旋转轴下端嵌合连接。工作时，电机6同时驱动预搅拌叶与螺旋挤出杆2绕同一轴线共同转动。

如图1所示，预搅拌仓竖直放置时，内腔为漏斗状，上部截面面积大于下部截面，因为内腔中原料的自重，下截面受到的压强更大，这样方便原料被预搅拌叶3充分搅拌后均匀稳定地进入出料管。

如图1所示，速凝剂进料口3位于出料管下部截面不变筒体侧面，作为支管在外部与速凝剂导入管相连，内部与出料管连通通，且向所述出料管内混凝土挤出的反方向倾斜。

如图2、3、4所示，挤出喷嘴1竖直放置时，水平抹平挡板7与竖直成型挡板8均位于喷嘴底部出料端，水平抹平挡板7与出料管的轴向夹角为90度，且与上部挤出喷嘴1长边端部一体化连接。两块抹平挡板长度相同，且位于同一平面上。

如图2、3、4所示，挤出喷嘴1竖直放置时，水平抹平挡板7与竖直成型挡板8均位于喷嘴底部出料端，竖直成型挡板8与出料管的轴向平行，且与上部挤出喷嘴1短边端部一体化连接，分别位于喷嘴端部的量测。两块抹平挡板高度相同，其高度依本实施例打印构件尺寸设置，为10mm，且相互平行。

如图2、3、4所示，挤出喷嘴1竖直放置时，上部截面面积大于下部截面，因为喷嘴中原料的自重，下截面受到的压强更大，这样方便原料喷出挤出喷嘴1，通过挤出喷嘴1，使得挤出混凝土形状更加规则。

本实施例中，挤出头截面尺寸10×50mm，成型挡板高度10mm。

工作过程描述：打印时，电机6启动，原料通过进料料仓5进入预搅拌仓，在预搅拌桨叶4搅拌后，进入出料管固定截面段，此处，原料在被螺旋挤压杆挤出杆逐渐挤出的同时，外部速凝剂通过速凝剂进料口3缓慢均匀恒定加入，原料进入挤出喷嘴1后，成功挤出。挤出后，随着3d打印喷嘴的移动，水平抹平挡板7与竖直成型挡板8共同作用，对打印出的3d结构进行表面收光抹平。

水平抹平挡板7利用两片抹平挡板构成的工作面对结构水平表面进行表面抹平收光，且该工作面自由端为光滑弧形结构。

竖直成型挡板8利用两个分别由两片成型挡板构成的平行工作面对结构进行竖直表面抹平，并限制打印结构的水平尺寸。

本实施例中，混凝土3d打印装置通过挤出喷嘴1持续均匀挤出有一定形状的3d打印结构，水平抹平挡板7利用挤出喷嘴1的移动进行水平表面收光抹平，竖直成型挡板8利用挤出喷嘴1的移动进行竖直表面抹平成型，同时，在原料输送过程中，速凝剂进料口3缓慢均匀恒定加入了速凝剂。

实施例三

参阅图1、图2、图3、图4，本发明提出一种带有抹平成型功能的混凝土3d打印装置，包括进料料仓5，位于进料料仓5下方的预搅拌仓，位于预搅拌仓下方的出料管，嵌合于出料管侧面的速凝剂进料口3，位于出料管下方的挤出喷嘴1，组合于挤出喷嘴1上的水平抹平挡板7及竖直成型挡板8。

进料料仓5与预搅拌仓一体化连接。

预搅拌仓与出料管一体化连接。

出料管与挤出喷嘴1通过出料管下端的下支撑板与挤出喷嘴1上端的圆形上支撑板利用螺杆连接。

如图1所示，电机6固定在进料料仓5顶部，预搅拌仓内的预搅拌桨叶4旋转轴上端与电机6的转子通过嵌合方式连接，出料管内的螺旋挤出杆2与预搅拌桨叶4的旋转轴下端嵌合连接。工作时，电机6同时驱动预搅拌叶与螺旋挤出杆2绕同一轴线共同转动

如图1所示，预搅拌仓竖直放置时，内腔为漏斗状，上部截面面积大于下部截面，因为内腔中原料的自重，下截面受到的压强更大，这样方便原料被预搅拌叶3充分搅拌后均匀稳定地进入出料管。

如图1所示，速凝剂进料口3位于出料管下部截面不变筒体侧面，作为支管在外部与速凝剂导入管相连，内部与出料管连通通，且向所述出料管内混凝土挤出的反方向倾斜。

如图2、3、4所示，挤出喷嘴1竖直放置时，水平抹平挡板7与竖直成型挡板8均位于喷嘴底部出料端，水平抹平挡板7与出料管的轴向夹角为90度，且与上部挤出喷嘴1长边端部一体化连接。两块抹平挡板长度相同，且位于同一平面上。

如图2、3、4所示，挤出喷嘴1竖直放置时，水平抹平挡板7与竖直成型挡板8均位于喷嘴底部出料端，竖直成型挡板8与出料管的轴向平行，且与上部挤出喷嘴1短边端部一体化连接，分别位于喷嘴端部的量测。两块抹平挡板高度相同，其高度依本实施例打印构件尺寸设置，为10mm，且相互平行。

如图2、3、4所示，挤出喷嘴1竖直放置时，上部截面面积大于下部截面，因为喷嘴中原料的自重，下截面受到的压强更大，这样方便原料喷出挤出喷嘴1，通过挤出喷嘴1，使得挤出混凝土形状更加规则。

本实施例中，挤出头截面尺寸10×100mm，成型挡板高度10mm。

工作过程描述：打印时，电机6启动，原料通过进料料仓5进入预搅拌仓，在预搅拌桨叶4搅拌后，进入出料管固定截面段，此处，原料在被螺旋挤压杆挤出杆逐渐挤出的同时，外部速凝剂通过速凝剂进料口3缓慢均匀恒定加入，原料进入挤出喷嘴1后，成功挤出。挤出后，随着3d打印喷嘴的移动，水平抹平挡板7与竖直成型挡板8共同作用，对打印出的3d结构进行表面收光抹平。

水平抹平挡板7利用两片抹平挡板构成的工作面对结构水平表面进行表面抹平收光，且该工作面自由端为光滑弧形结构

竖直成型挡板8利用两个分别由两片成型挡板构成的平行工作面对结构进行竖直表面抹平，并限制打印结构的水平尺寸。

本实施例中，混凝土3d打印装置通过挤出喷嘴1持续均匀挤出有一定形状的3d打印结构，水平抹平挡板7利用挤出喷嘴1的移动进行水平表面收光抹平，竖直成型挡板8利用挤出喷嘴1的移动进行竖直表面抹平成型，同时，在原料输送过程中，速凝剂进料口3缓慢均匀恒定加入了速凝剂。

综上所述，本发明提供了一种能在打印混凝土的同时对其水平方向进行抹平，对其竖直方向进行成型，并对打印原料缓慢均匀恒定添加速凝剂的带有抹平成型功能的混凝土3d打印装置。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。