一种机械互锁和润湿填充复合增强的3D协同打印喷嘴及系统

本发明属于建筑3d打印混凝土，具体涉及一种机械互锁和润湿填充复合增强的3d协同打印喷嘴及系统。

背景技术：

1、混凝土增材制造(也被称为3d打印混凝土)近年来在建筑领域已经取得了不错的进展。基于挤出成型的3dcp因无模板、灵活、快速施工、节省人工等优点已经被证实在替代传统建筑施工行业具有巨大潜力和广阔前景。

2、但是由于缺乏振捣和逐层堆叠特性，3d打印混凝土层间性能薄弱是目前普遍存在的问题。通过在3d打印混凝土层间引入界面增强材料并进行协同打印可以提高3d打印混凝土层间粘结强度。增强材料沉积在上一层3d打印基体混凝土表面时，增强材料可以自行流平并填充层间因为蒸发导致的大孔缺陷，这有利于层间性能的提高。但高流动度增强材料随之带来的问题是：增强材料用量需要精确控制，否则容易沿着打印混凝土的侧面溢出，在圆形喷嘴中由于混凝土的触变性，上层混凝土由于重力挤压下一层混凝土，导致层间表面容易形成拱形，这种情况也加重了增强材料沿着侧面流出，减弱了堆积高度，进而降低了3d打印混凝土的可建造性能。

技术实现思路

1、本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种机械互锁和润湿填充复合增强的3d协同打印喷嘴及系统。

2、本发明提供了一种机械互锁和润湿填充复合增强的3d打印喷嘴，具有这样的特征，包括：基体材料供给机构，包括第一挤出口，用于挤出混凝土基体材料；和增强材料供给机构，包括第二挤出口，用于挤出增强材料，第二挤出口位于第一挤出口外侧并与第一挤出口齐平，其中，第一挤出口与第二挤出口的边缘具有互相匹配的锯齿状结构。

3、在本发明提供的机械互锁和润湿填充复合增强的3d打印喷嘴中，还可以具有这样的特征：其中，3d协同打印喷嘴还包括喷嘴主体，基体材料供给机构包括竖直方向穿设过喷嘴主体的第一腔体，其顶部记做第一进料部，用于混凝土基体材料的进料，其底部开口为第一挤出口，增强材料供给机构包括竖直方向穿设过喷嘴主体的第二腔体，其顶部记做第二进料部，用于增强材料的进料，其底部开口为第二挤出口。

4、在本发明提供的机械互锁和润湿填充复合增强的3d打印喷嘴中，还可以具有这样的特征：其中，第一挤出口为矩形，长宽比为(1～2.5)：1，第二挤出口为矩形且数量为2，分别设置于第一挤出口两侧，第二挤出口与第一挤出口的横截面的长度相同，第二挤出口的横截面的宽度为15～150mm。

5、在本发明提供的机械互锁和润湿填充复合增强的3d打印喷嘴中，还可以具有这样的特征：其中，第一挤出口与第二挤出口之间的间隙范围为3～10mm，第一挤出口和/或第二挤出口的边缘锯齿状结构的锯齿数量至少为4，锯齿尖角的角度为60～120°。

6、在本发明提供的机械互锁和润湿填充复合增强的3d打印喷嘴中，还可以具有这样的特征：其中，第一进料部为凸设于喷嘴主体上的且上下贯通的管状结构，基体材料供给机构还包括快装接头，快装接头设置于管状结构上，用于将第一进料部与混凝土基体材料的供给设备连接。

7、在本发明提供的机械互锁和润湿填充复合增强的3d打印喷嘴中，还可以具有这样的特征：其中，快装接头为凸设于管状结构上的快装卡盘接口或凹设于管状结构上的螺纹接口结构。

8、在本发明提供的机械互锁和润湿填充复合增强的3d打印喷嘴中，还可以具有这样的特征：其中，基体材料供给机构还包括缓冲斜坡，缓冲斜坡为设置于喷嘴主体中且上宽下窄的空腔，用于连通第一进料部与第一挤出口。

9、在本发明提供的机械互锁和润湿填充复合增强的3d打印喷嘴中，还可以具有这样的特征：其中，第二腔体为没有上下底面的上宽下窄的空腔，第二进料部为第二腔体的顶部开口，且开设于喷嘴主体上，第二进料部与增强材料的供给设备连接，用于接收增强材料并传输至第二挤出口挤出。

10、在本发明提供的机械互锁和润湿填充复合增强的3d打印喷嘴中，还可以具有这样的特征：其中，机械互锁和润湿填充复合增强的3d打印喷嘴材质为钢、木质或塑料中的任意一种或多种。

11、本发明还提供了一种机械互锁和润湿填充复合增强的3d打印系统，具有这样的特征，使用了前述任意一项的机械互锁和润湿填充复合增强的3d打印喷嘴。

12、发明的作用与效果

13、本发明通过增加混凝土基体材料挤出成型的锯齿结构，在一定时间间隔后锯齿结构在层间表面形成凹槽，为增强材料提供位点，同时锯齿结构有利于界面的机械锁连，相比于普通协同打印喷嘴，复合增强使3d打印基体混凝土具有更高的层间粘结强度，增强材料槽口也组成对应锯齿挤出口，更便于控制增强材料的用量，有效提高了增强材料的可建造性能。

14、本发明扩大了层间增强混凝土的适用性并对推进3d打印混凝土的实际应用具有重要意义。

技术特征：

1.一种机械互锁和润湿填充复合增强的3d打印喷嘴，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的机械互锁和润湿填充复合增强的3d打印喷嘴，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的机械互锁和润湿填充复合增强的3d打印喷嘴，其特征在于：

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的机械互锁和润湿填充复合增强的3d打印喷嘴，其特征在于：

5.根据权利要求2所述的机械互锁和润湿填充复合增强的3d打印喷嘴，其特征在于：

6.根据权利要求5所述的机械互锁和润湿填充复合增强的3d打印喷嘴，其特征在于：

7.根据权利要求2所述的机械互锁和润湿填充复合增强的3d打印喷嘴，其特征在于：

8.根据权利要求2所述的机械互锁和润湿填充复合增强的3d打印喷嘴，其特征在于：

9.根据权利要求1所述的机械互锁和润湿填充复合增强的3d打印喷嘴，其特征在于：

10.一种机械互锁和润湿填充复合增强的3d打印系统，其特征在于，使用了权利要求1～9中任意一项所述的机械互锁和润湿填充复合增强的3d打印喷嘴。

技术总结
本发明提供了一种机械互锁和润湿填充复合增强的3D协同打印喷嘴及系统。本发明通过增加混凝土基体材料挤出成型的锯齿结构，在一定时间间隔后锯齿结构在层间表面形成凹槽，为增强材料提供位点，同时锯齿结构有利于界面的机械锁连，相比于普通协同打印喷嘴，复合增强使3D打印混凝土基体材料具有更高的层间粘结强度，增强材料槽口也组成对应锯齿挤出口，更便于控制增强材料的用量，有效提高了增强材料的可建造性能。本发明扩大了层间增强混凝土的适用性并对推进3D打印混凝土的实际应用具有重要意义。

技术研发人员：邢昌祥,杨钱荣
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/17