一种用于增强3D打印混凝土整体性的筋材及装置的制作方法

一种用于增强3d打印混凝土整体性的筋材及装置
技术领域
1.本发明涉及工程建筑技术领域，具体涉及一种用于增强3d打印混凝土整体性的筋材及装置。


背景技术：

2.3d打印混凝土技术(3dpc)是一种新颖的数字化方法，目前3dpc技术已成功应用于房屋、桥梁等建筑领域，未来在极端条件或无人施工等领域具有广阔的前景。3dpc技术无需利用昂贵的模板即可生成几何形状复杂的结构，同时减少了劳动强度、建造时间和经济成本，且大大减少了建筑垃圾和co2的排放，是一种新型绿色可持续建造技术。
3.在制备建筑结构过程时，3d打印机内水泥基浆料，经喷头逐层地打印在建筑基底上，待水泥基浆料层固化后即形成建筑结构。但是，水泥基浆料在相邻层之间存在界面，且由于打印浆料表面含水及存在打印时间间隔，使得层间界面处的结合强度和韧性较差，当受到外界的驱动力作用时，相邻水泥基浆料层的层间界面处极易出现分层和脱粘现象，导致采用水泥基浆料打印制备的建筑结构容易出现损坏或坍塌的现象，存在安全隐患。


技术实现要素：

4.因此，本发明要解决的技术问题在于现有技术中采用水泥基浆料打印制备的建筑结构容易出现损坏或坍塌的现象，存在安全隐患，从而提供一种用于增强3d打印混凝土整体性的筋材及装置。
5.为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
6.一种用于增强3d打印混凝土整体性的筋材，至少包括：本体，呈链式结构，包括多个相互拼接的子部，适于连接至少相邻上下两层水泥基浆料层；每个所述子部的两侧均设置有向远离所述子部的中心延伸的插接部，所述子部的一侧的所述插接部适于插置在上部的至少一层水泥基浆料层内，所述子部的另一侧的所述插接部适于插置在下部的至少一层水泥基浆料层内。
7.进一步地，所述子部具有第一基体，相邻的两个所述第一基体之间通过连接杆相连；所述插接部设置在所述第一基体上。
8.进一步地，所述子部具有呈板状结构的第二基体，所述第二基体的一端具有凸部，另一端具有凹槽，相邻的两个所述第二基体之间通过所述凸部与所述凹槽相连；所述插接部设置在所述第二基体上。
9.进一步地，所述插接部为轴状结构，所述插接部贯穿所述第二基体，以使所述凸部通过所述插接部铰接设置在所述凹槽内，以使所述第二基体绕所述插接部自由转动。
10.进一步地，所述插接部的长度方向与所述子部的长度方向相互垂直。
11.本发明还提供一种用于增强3d打印混凝土整体性的装置，包括上述的筋材，还包括：混凝土打印系统，适于在建筑基底上打印出自下而上叠层分布的水泥基浆料层；配筋系统，适于将所述筋材铺设在打印好的水泥基浆料层上；其中，所述子部连接至少相邻上下两
层水泥基浆料层，所述子部的一侧的所述插接部适于插置在上部的至少一层水泥基浆料层内，所述子部的另一侧的所述插接部适于插置在下部的至少一层水泥基浆料层内。
12.进一步地，所述配筋系统包括存储箱与输送结构；所述存储箱上设置有出筋口，所述筋材盘绕设置在所述存储箱中；所述输送结构位于所述存储箱的外部，且正对所述出筋口设置，所述筋材的一端经所述出筋口伸出并受所述输送结构的驱动被输送至目标位置。
13.进一步地，所述输送结构包括第一输送轮、第二输送轮以及第一动力件；所述第一输送轮的轴线与所述第二输送轮的轴线相互平行，所述筋材夹设在所述第一输送轮与所述第二输送轮之间，所述插接部的长度方向与所述第一输送轮的轴线保持平行；所述第一动力件的输出端与所述第一输送轮相连，适于驱动所述第一输送轮转动以使所述筋材铺设在水泥基浆料层的表面，并使所述插接部插置在所述水泥基浆料层中。
14.进一步地，所述配筋系统还包括分离调姿箱，所述分离调姿箱包括分离部、控制阀以及挡件；所述分离调姿箱位于所述输送结构远离所述存储箱的一侧；所述分离部与所述挡件均设置在所述分离调姿箱内，所述筋材穿过所述分离调姿箱，且位于所述分离调姿箱内的所述筋材夹设在所述分离部与所述挡件之间；所述控制阀与所述分离部相连，适于驱动所述分离部靠近所述挡件，以将所述筋材分离。
15.进一步地，所述配筋系统还包括旋转控制部与导向管；所述导向管的一端与所述存储箱的出口相连，另一端沿所述筋条的输送方向依次穿过所述输送结构与所述分离调姿箱；所述旋转控制部与所述分离调姿箱相连，且位于所述分离调姿箱的下游，适用于驱动所述筋材在所述导向管内旋转调姿。
16.进一步地，所述配筋系统还包括导向嘴；所述导向嘴可摆动的设置在所述导向管的出口端，以使分离后的所述筋材的端部相对于所述水泥基浆料层摆动预设夹角。
17.进一步地，所述混凝土打印系统包括搅拌器、料斗、螺旋挤出机以及打印头；所述搅拌器的出口与所述料斗的进口相连，适于为所述料斗提供混凝土；所述螺旋挤出机设置在所述料斗内，适于将所述混凝土挤出所述料斗；所述打印头设置在所述料斗的出口处，以使挤出所述料斗的混凝土具有预设的3d结构。
18.进一步地，该用于增强3d打印混凝土整体性的装置还包括升降基架；所述混凝土打印系统与所述配筋系统均可沿所述升降基架的长度方向运动的设置在所述升降基架上；所述升降基架可沿纵向升降运动，以带动所述混凝土打印系统与所述配筋系统同步运动。
19.进一步地，该用于增强3d打印混凝土整体性的装置还包括控制系统；所述控制系统与所述混凝土打印系统及所述配筋系统均信号连接，适于控制所述混凝土打印系统与所述配筋系统沿所述升降基架同步运动。
20.本发明技术方案，具有如下优点：
21.本发明提供的该用于增强3d打印混凝土整体性的筋材，包括子部和插接部，子部可平稳的布置在水泥基浆料层的表面，可起到箍筋的作用，插接部插入水泥基浆料层的浆体中，保证水泥基浆料层和配筋之间的连接紧密性，增强打印结构在竖直方向上的抗拉强度，可以同时增强打印结构在水平和竖直方向的承载力，建筑结构不容易出现损坏或坍塌的现象，有利于减小安全隐患。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1为本发明实施例中的用于增强3d打印混凝土整体性的筋材使用状态下的示意图；
24.图2为本发明一个实施例中的用于增强3d打印混凝土整体性的筋材中第一基体的主视图；
25.图3为图2中的第一基体的俯视图；
26.图4为本发明又一个实施例中的用于增强3d打印混凝土整体性的筋材中第一基体的俯视图；
27.图5为图4中的第一基体的主视图；
28.图6为本发明实施例中的用于增强3d打印混凝土整体性的筋材中第二基体的主视图；
29.图7为本发明实施例中的用于增强3d打印混凝土整体性的装置的示意图；
30.图8为本发明实施例中的用于增强3d打印混凝土整体性的装置中分离调姿箱处的放大示意图；
31.图9为本发明实施例中的用于增强3d打印混凝土整体性的装置中导向嘴的示意图；
32.图10为本发明实施例中的用于增强3d打印混凝土整体性的装置的一种打印效果图；
33.图11为本发明实施例中的用于增强3d打印混凝土整体性的装置的又一种打印效果图；
34.图12为本发明实施例中的用于增强3d打印混凝土整体性的装置的又一种打印效果图；
35.图13为本发明实施例中的用于增强3d打印混凝土整体性的装置的又一种打印效果图。
36.1、本体；
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2、第一基体；
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3、插接部；
37.4、第二基体；
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5、凸部；
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6、凹槽；
38.7、水泥基浆料层；
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8、升降基架；
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9、存储箱；
39.10、输送结构；
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11、分离调姿箱；
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12、控制器；
40.13、搅拌器；
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14、输料管；
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15、料斗；
41.16、螺旋挤出机；
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17、控制系统；
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18、第一输送轮；
42.19、第二输送轮；
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20、挡件；
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21、分离部；
43.22、控制阀；
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23、导向管；
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24、导向嘴；
44.25、旋转控制部；
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26、长钢筋。
具体实施方式
45.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
46.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
47.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
48.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
49.图1为本发明实施例中的用于增强3d打印混凝土整体性的筋材使用状态下的示意图；图2为本发明一个实施例中的用于增强3d打印混凝土整体性的筋材中第一基体的主视图；图3为图2中的第一基体的俯视图；如图1、图2以及图3所示，本实施例提供一种用于增强3d打印混凝土整体性的筋材，至少包括：本体1，呈链式结构，包括多个相互拼接的子部，适于连接至少相邻上下两层水泥基浆料层7；例如，子部可以呈板状结构，也可以呈柱状结构。每个子部的两侧均设置有向远离子部的中心延伸的插接部3，子部的一侧的插接部3适于插置在上部的至少一层水泥基浆料层7内，子部的另一侧的插接部3适于插置在下部的至少一层水泥基浆料层7内。例如，子部两侧的插接部3可以为一体式结构，此时，子部的侧壁设置有通孔，插接部3插置在通孔内且贯穿子部。例如，子部两侧的插接部3也可以相互独立，此时插接部3可以焊接在子部的侧壁。其中，插接部3也可以与子部一体成型。插接部3与子部的侧壁之间呈一定的夹角，优选的，插接部3垂直于子部的侧壁设置。
50.本实施例提供的3d打印混凝土层间结构的筋材，包括子部和插接部3，子部可平稳的布置在水泥基浆料层7的表面，可起到箍筋的作用，插接部3插入水泥基浆料层7的浆体中，保证水泥基浆料层7和配筋之间的连接紧密性，增强打印结构在竖直方向上的抗拉强度，可以同时增强打印结构在水平和竖直方向的承载力，建筑结构不容易出现损坏或坍塌的现象，有利于减小安全隐患。
51.如图2与图3所示，例如，每个子部具有呈长方体状结构的第一基体2，相邻的两个第一基体2之间通过连接杆焊接相连，例如，连接杆可以为圆杆。例如，插接部3可以圆杆，第一基体2的侧壁设置有通孔，插接部3插置在通孔内，两端均相对于第一基体2的侧壁向外伸出。
52.图4为本发明又一个实施例中的用于增强3d打印混凝土整体性的筋材中第一基体的俯视图；图5为图4中的第一基体的主视图；如图4与图5所示，每个第一基体2也可以通过转轴转动的连接，并且转轴伸出第一基体2的部分可以形成插接部3。
53.图6为本发明实施例中的用于增强3d打印混凝土整体性的筋材中第二基体的主视图；如图6所示，例如，每个子部具有呈板状结构的第二基体4，第二基体4的一端具有凸部5，例如，凸部5可以呈球状结构，另一端具有凹槽6，相邻的两个第二基体4之间通过凸部5与凹槽6相连；插接部3设置在第二基体4上。优选的，插接部3为轴状结构，第二基体4以及凸部5上均设置有通孔，插接部3插置在通孔内，两端均相对于第二基体4的侧壁向外伸出，凸部5通过可沿插接部3转动的设置在凹槽6内。
54.其中，在一些实施例中，本体1可以同时包括第一基体2与第二基体4。
55.图7为本发明实施例中的用于增强3d打印混凝土整体性的装置的示意图；如图7所示，另一个实施例中提供一种用于增强3d打印混凝土整体性的装置，包括上述的筋材，还包括：混凝土打印系统，适于在建筑基底上打印出自下而上叠层分布的水泥基浆料层7；配筋系统，适于将筋材铺设在打印好的水泥基浆料层7上；其中，子部连接至少相邻上下两层水泥基浆料层7，子部的一侧的插接部3适于插置在上部的至少一层水泥基浆料层7内，子部的另一侧的插接部3适于插置在下部的至少一层水泥基浆料层7内。
56.其中，该用于增强3d打印混凝土整体性的装置包括升降基架8；例如，升价基架可以为圆杆，混凝土打印系统与配筋系统均可沿升降基架8的长度方向运动的设置在升降基架8上；升降基架8可沿纵向升降运动，以带动混凝土打印系统与配筋系统同步运动。
57.具体的，配筋系统包括存储箱9与输送结构10；存储箱9可以通过滑块、滑轨结构可滑动的设置在升降基架8上，存储箱9的底部设置有出筋口，筋材可以通过绕线轮盘绕设置在存储箱9中；输送结构10位于存储箱9的外部，输送结构10位于存储箱9的下方，且正对出筋口设置，筋材的一端经出筋口伸出并受输送结构10的驱动被输送至目标位置。
58.图8为本发明实施例中的用于增强3d打印混凝土整体性的装置中分离调姿箱处的放大示意图；如图8所示，例如，输送结构10包括第一输送轮18、第二输送轮19以及第一动力件；第一输送轮18的轴线与第二输送轮19的轴线相互平行，筋材夹设在第一输送轮18与第二输送轮19之间，插接部3的长度方向与第一输送轮18的轴线保持平行；避免在输送筋材过程中，插接部3与第一输送轮18或者第二输送轮19相抵，此时，当筋材铺设在水泥基浆料层7的表面时，插接部3可以插置在水泥基浆料层7中。
59.例如，第一动力件可以为驱动电机，第一动力件的输出端与第一输送轮18相连，适于驱动第一输送轮18转动以使筋材不断向下输送。
60.例如，可以在存储箱9的出口处设置导向管23，导向管23沿纵向设置，筋材从存储箱9出来后进入导向管23，沿导向管23向下输送。导向管23的管壁可以设置开口，第一输送轮18与第二输送轮19至少部分经该开口伸入导向管23与筋材相接触。
61.例如，沿导向管23的长度方向上，可以间隔设置两组第一输送轮18与第二输送轮19。例如，第一输送轮18与第二输送轮19均可以为齿轮，也可以为辊筒。
62.如图8所示，例如，配筋系统还包括分离调姿箱11，导向管23从分离调姿箱11中穿过，分离调姿箱11的箱体可自由旋转地安装在导向管23上，且分离调姿箱11位于输送结构10远离存储箱9的一侧，即位于输送结构10的下方。分离调姿箱11包括分离部21、控制阀22以及挡件20；分离部21与挡件20均设置在分离调姿箱11内，筋材穿过分离调姿箱11，且位于分离调姿箱11内的筋材夹设在分离部21与挡件20之间；控制阀22与分离部21相连，适于驱动分离部21靠近挡件20，以将筋材分成两段。
63.例如，控制阀22可以为电磁阀，分离部21可以是机械力，电磁力、气流或其他能够使筋材分离的机构或作用力。例如，分离部21与外部的液压气缸相连，为分离部21提供所需的冲压力，控制阀22开启时，液压气缸伸出带动分离部21靠近挡件20，将相邻两个子部之间的连接杆切断。例如，挡件20可以固定设置在分离调姿箱11的内壁，起到抗冲击的作用。
64.其中，配筋系统还包括旋转控制部25与导向管23；导向管23的一端与存储箱9的出口相连，另一端沿筋条的输送方向依次穿过输送结构与分离调姿箱11；旋转控制部25与分离调姿箱11相连，且位于分离调姿箱11的下游，可以驱动分离调姿箱11绕导向管23转动，最终使得筋材在导向管23内旋转调姿。例如，分离调姿箱夹住筋材时，旋转控制部25启动，使筋材转动0
°‑
360
°
范围的角度，以调整筋材姿态使插接部3能够分离后垂直插入水泥基浆料层7。
65.当然，旋转控制部25可以设在分离调姿箱11远离存储箱9的一侧，也可以设在分离调姿箱11靠近存储箱9的一侧。
66.图9为本发明实施例中的用于增强3d打印混凝土整体性的装置中导向嘴的示意图；如图9所示，其中，配筋系统还包括导向嘴24；导向嘴24可摆动的设置在导向管23的出口端，以使分离后的筋材的端部相对于水泥基浆料层7摆动预设夹角。例如，导向嘴24可以为l型结构，导向嘴24可转动的插置在导向管23的出口端，当导向嘴24转动时，可以带动输出的筋材在水平面内向左或向右摆动预设夹角，使得筋材斜向伸出水泥基浆料层7一小段。
67.图12为本发明实施例中的用于增强3d打印混凝土整体性的装置的又一种打印效果图；图13为本发明实施例中的用于增强3d打印混凝土整体性的装置的又一种打印效果图；例如，导向嘴24可以使筋材与长链分离后旋转出一定角度，如图13所示，筋材可以摆向水泥基浆料层7的里侧，如图12所示，筋材也可以摆向水泥基浆料层7的外侧，然后每一层筋材均由导向嘴24摆出一定角度，由于筋材在平面上具有自由度，在整体结构打印完成后，再通过一根连续的长钢筋26贯穿连接各层筋材，使打印混凝土结构保持整体性。
68.并且，导向嘴24可以使得筋材出来之后，筋材底部的插接部3可以插入下层的水泥基浆料层7中，筋材顶部的插接部3被上层的水泥基浆料层7所覆盖，有利于提高筋材的布放效果。
69.例如，存储箱9上可以设置控制器12，控制器12与第一动力件信号连接，控制输送结构10向下不断输送筋材，使得筋材平稳的分布在打印的水泥基浆料层7上。
70.其中，混凝土打印系统包括搅拌器13、料斗15、螺旋挤出机16以及打印头；料斗15可以通过滑块、滑轨结构可滑动的安装在升降基架8上，例如，料斗15位于存储箱9的右侧，搅拌器13的出口可以通过输料管14与料斗15的进口相连，适于为料斗15提供混凝土；螺旋挤出机16的电机位于料斗15外，螺旋挤出机16的螺旋轴位于料斗15内，电机驱动螺旋轴转动可以将混凝土挤出料斗15；打印头设置在料斗15的出口处，以使挤出料斗15的混凝土具有预设的3d结构。可以根据不同的3d结构更换不同的打印头。
71.并且，可以在螺旋挤出机16的螺旋轴上安装流动性检测装置，并与控制系统17信号连接，以根据检测到的浆料的流动性来适应性调整螺旋挤出机16的转速，而且，当检测到浆料有凝固风险时，进行报警。
72.其中，该用于增强3d打印混凝土整体性的装置还包括控制系统17；控制系统17与混凝土打印系统及配筋系统均信号连接，适于控制混凝土打印系统与配筋系统沿升降基架
8同步运动。
73.其中，存储箱9与料斗15也可以通过丝杠与螺母结构安装在升降基架8上。例如，可以在升降基架8的表面设置螺纹，将升降基架8作为丝杠使用，在存储箱9与料斗15的外侧壁焊接螺母，螺母套设在升降基架8上。升降基架8的一端设置电机，驱动升降基架8转动，从而带动存储箱9与料斗15沿升降基架8运动。
74.同理，可以在升降基架8的另一端设置螺母，沿垂直于升降基架8的方向设置一丝杠，螺母套设在丝杠上，丝杠与电机相连，电机驱动丝杠转动，从而带动升降基架8沿纵向升降运动。
75.其中，筋材在使用时，具体连接的水泥基浆料层7的层数可以视情况而定，例如，筋材可以用于连接相邻两层的水泥基浆料层7，筋材也可以用于连接相邻四层的水泥基浆料层7等等。
76.图10为本发明实施例中的用于增强3d打印混凝土整体性的装置的一种打印效果图；如图10所示，筋材的插接部3可以插入相邻上下两个水泥基浆料层7之间。
77.图11为本发明实施例中的用于增强3d打印混凝土整体性的装置的又一种打印效果图；如图11所示，筋材的插接部3可以插入相邻上下四层水泥基浆料层7之间。
78.综上，本技术中的用于增强3d打印混凝土整体性的装置，在控制系统17作用下，混凝土打印系统及配筋系统同步进行，实现边打印边配筋的自动化，有利于提高工作效率。
79.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。