一种适用于混凝土的3D打印喷头及3D打印机的制作方法

本发明涉及3D打印技术领域，特别是涉及一种适用于混凝土的3D打印喷头。此外，本发明还涉及一种包括上述3D打印喷头的3D打印机。

背景技术：

3D打印机是通过电脑控制，把各种“打印材料”经过层层堆积，把设计图纸变为实物的机器，3D打印技术是一种具有极大突破性的技术。

3D打印的材料需要在一定的时间内达到需要的强度，否则就会出现大幅度的塑形变形甚至垮塌。目前的3D打印技术普遍使用ABS、PLA、光敏树脂等材料打印实物，有极少数使用金属等特殊材料进行3D打印，而现在市场上的混凝土一般流动性很大，其很难快硬化速成型，若使用流动性较小的混凝土，其能够很快硬化但是在输送过程中很难保证不堵管，因此目前应用于建筑行业的3D打印少之又少，更没有一种专门用于小型混凝土试件打印的3D打印机及专用喷头。

因此如何解决3D打印过程中混凝土易硬化堵管等问题，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种适用于混凝土的3D打印喷头，其结构设计能够解决3D打印过程中混凝土易硬化堵管的问题。本发明的另一目的是提供一种包括上述3D打印喷头的3D打印机。

为解决上述技术问题，本发明提供一种适用于混凝土的3D打印喷头，包括送料管、安装在所述送料管顶端的电机、设在所述送料管内的螺杆搅拌轴、设在所述送料管底部的喷嘴、与所述送料管连接且用于向所述送料管内输送混凝土干料的干料输送管，以及用于向所述送料管内输送混凝土液料的液料输送管，所述螺杆搅拌轴由所述电机驱动且用于在所述送料管内混合搅拌混凝土并使其从所述喷嘴处挤出。

优选地，所述干料输送管的送料出口和所述液料输送管的送料出口在所述送料管上重合。

优选地，所述螺杆搅拌轴与所述送料管的内壁无缝相接。

优选地，所述干料输送管与所述送料管连通且向所述送料管内混凝土挤出的反方向倾斜。

优选地，所述喷嘴的直径为5mm至10mm。

优选地，还包括固定块，所述进料管安装在所述固定块的下侧，所述电机安装在所述固定块的上侧且其动力轴穿过所述固定块后伸入所送料管内与所述螺杆搅拌轴连接。

优选地，在所述喷嘴处安装有用于测量混凝土出料速率的流量剂。

优选地，还包括用于根据所述流量剂的测量数据调节所述螺杆搅拌轴的转动速率以及调节所述干料输送管和所述液料输送管的进料速率的控制器。

优选地，所述电机为步进电机。

本发明还提供一种适用于混凝土的3D打印机，包括打印机体和3D打印喷头，所述3D打印喷头具体为上述任意一项所述的3D打印喷头。

本发明提供的适用于混凝土的3D打印喷头，包括送料管、安装在送料管顶端的电机、设在送料管内的螺杆搅拌轴、设在送料管底部的喷嘴、与送料管连接且用于向送料管内输送混凝土干料的干料输送管，以及用于向送料管内输送混凝土液料的液料输送管，螺杆搅拌轴由电机驱动且用于在送料管内混合搅拌混凝土并使其从喷嘴处挤出。

将混凝土分为干料和液料输送，并使混凝土干料和液料在送料管的进口处混合，电机驱动螺杆搅拌轴在送料管里搅拌，使得混凝土在螺旋推送过程中被搅拌均匀，这样可以减少混凝土在送料管中的时间，保证混凝土不会堵管，被搅拌均匀的混凝土在螺杆搅拌轴的推动下经喷嘴挤出，按照施工图纸叠加打印成型；综上所述，本发明提供的适用于混凝土的3D打印喷头，结构简单，使用方便，能够解决混凝土易堵管等的问题。

本发明提供的3D打印机包括上述3D打印喷头，由于上述3D打印喷头具有上述技术效果，上述3D打印机也应具有同样的技术效果，在此不再详细介绍。

附图说明

图1为本发明所提供的3D打印喷头的一种具体实施方式的结构示意图；

图2为图1中的A-A向剖视图；

图3为图2的局部放大示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种适用于混凝土的3D打印喷头，其结构设计能够解决3D打印过程中混凝土易硬化堵管的问题。本发明的另一核心是提供一种包括上述3D打印喷头的3D打印机。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1至图3，图1为本发明所提供的3D打印喷头的一种具体实施方式的结构示意图；图2为图1中的A-A向剖视图；图3为图2的局部放大示意图。

本发明具体实施方式提供的适用于混凝土的3D打印喷头，包括送料管3、电机1和设在送料管3内的螺杆搅拌轴4，在送料管3的顶端安装有电机1，在送料管3的底端设有喷嘴5，电机1的动力轴与螺杆搅拌轴4连接，螺杆搅拌轴4由电机1驱动，还包括干料输送管7和液料输送管8，干料输送管7设在送料管3的管壁上且与送料管3连通，用于向送料管3内输送混凝土干料，液料输送管8与送料管3连通，用于向送料管3内输送混凝土液料，螺杆搅拌轴4在电机1的驱动下且在送料管3内搅拌混凝土并使其从喷嘴5处挤出。

本发明提供的适用于混凝土的3D打印喷头，将混凝土分为干料和液料输送，并使混凝土干料和液料在送料管3的进口处混合，电机1驱动螺杆搅拌轴4在送料管3里搅拌，使得混凝土在螺旋推送过程中被搅拌均匀，这样可以减少混凝土在送料管3中的时间，保证混凝土不会堵管，被搅拌均匀的混凝土在螺杆搅拌轴4的推动下经喷嘴5挤出，按照施工图纸叠加打印成型。

另外，干料输送管7和液料输送管8可以保证同步进料，通过调节混凝土干料和液料的进料速度，可以适用于不同配比的混凝土，通过调节电机1的转速即调节螺杆搅拌轴4的转速，控制混凝土的出料速度，进而配合外界养护条件调节混凝土凝结硬化速度，达到更好的3D打印效果。

综上所述，本发明提供的适用于混凝土的3D打印喷头，结构简单，使用方便，能够通过改变输料速率调节混凝土凝结硬化速度，能够解决混凝土易堵管等的问题。

本发明具体实施方式提供的适用于混凝土的3D打印喷头，混凝土干料和混凝土液料分别通过干料输送管7和液料输送管8泵送至送料管3内，再进行混合搅拌，具体地，可以将干料输送管7的送料出口和液料输送管8的送料出口设置在送料管3上的同一位置，即干料输送管7的送料出口和液料输送管8的送料出口在送料管3上重合，以保证混凝土干料和液料在进入送料管3时即开始混合，可以达到更好的混合搅拌效果。

也可以将液料输送管8设在干料输送管7上，并设在靠近干料输送管7的送料出口的位置，使液料输送管8通过干料输送管7与送料管3连通，使混凝土干料和混凝土液料在进入送料管3之前即在干料输送管7内开始混合，也在本发明的保护范围之内。

本发明具体实施方式提供的适用于混凝土的3D打印喷头，螺杆搅拌轴4优选与送料管3的内壁无缝相接，即螺杆搅拌轴4的螺纹外径与送料管3的内壁直径相同，且能够保证螺杆搅拌轴4在送料管3内自由转动，这样能够使得进入送料管3内的混凝土始终沿螺杆搅拌轴4的螺纹凹槽被推送，不会出现混凝土材料卡在缝隙导致螺杆搅拌轴4停止运行的问题。

在上述各具体实施方式的基础上，本发明具体实施方式提供的适用于混凝土的3D打印喷头，干料输送管7与送料管3连接时，干料输送管7可以向送料管3内混凝土挤出的反方向倾斜，即干料输送管7倾斜向上延伸，使得混凝土材料能够顺利地进入送料管3，且不会堵塞进料口，不会滴落材料造成浪费。

另外，为保证进入送料管3的混凝土材料能够被搅拌均匀，干料输送管7可以设在送料管3靠近电机1的一端，这样可以最大化利用送料管3，延长搅拌时间。

本发明具体实施方式提供的适用于混凝土的3D打印喷头，喷嘴5可以与送料管3一体成型，即可以直接将送料管3的底部整合成喷嘴5，可以减少整个装置所使用的零部件，减轻自重，并减少加工流程；当然，喷嘴5和送料管3也可以单独加工，组装时再将喷嘴5通过焊接等方式与送料管3连接，也在本发明的保护范围之内。

由于混凝土材料的颗粒大小与传统的ABS等材料不同，为保证混凝土材料的顺利打印，本发明具体实施方式提供的适用于混凝土的3D打印喷头，可以采用圆形大直径的喷嘴5，喷嘴5的直径具体可以在5mm至10mm的范围内调整，当然，喷嘴5的具体直径和形状并不限于此，可以根据不同的工况来调整，均在本发明的保护范围之内。

在上述各具体实施方式的基础上，本发明具体实施方式提供的适用于混凝土的3D打印喷头，为方便各部件的连接和固定，还可以包括固定块2，进料管具体可以安装在固定块2的下侧，电机1可以安装在固定块2的上侧，且电机1的动力轴可以在穿过固定后伸入送料管3内并与螺杆搅拌轴4连接；这样，进料管通过固定块2与电机1固定连接，并在工作时保持固定不动，电机1的动力轴带动螺杆搅拌轴4旋转。固定块2具体可以为铝块，密度小，重量轻；当然，也可以选用铁块等作为固定块2，也在本发明的保护范围之内。

在上述各具体实施方式的基础上，本发明具体实施方式提供的适用于混凝土的3D打印喷头，在喷嘴5处可以安装有流量剂6，通过流量剂6能够测量喷嘴5处混凝土的出料速率，进而可以实时了解决出料情况，并能够根据流量剂6的测量数据返回去调整螺杆运转速率和混凝土进料速率。

为进一步提高3D打印的智能化和自动化，本发明具体实施方式提供的适用于混凝土的3D打印喷头，还可以包括控制器，控制器与流量剂6、电机1、混凝土干料输送泵以及混凝土液料输送泵连接，其能够接收流量剂6的测量数据，并能够根据流量剂6的测量数据调节电机1转速，调节凝土干料输送泵和混凝土液料输送泵的输送功率，进而调节螺杆搅拌轴4的转速以及混凝土干料和液料的进料速率。

本发明具体实施方式提供的适用于混凝土的3D打印喷头，电机1具体可以选用步进电机1，方便控制，且在现有3D打印机原程序的基础上进行编程修改后，即可作为混凝土的3D打印程序继续使用，可以减少用户的编程时间。

除了上述3D打印喷头，本发明的具体实施方式还提供一种包括上述3D打印喷头的适用于混凝土的3D打印机，该3D打印机其他各部分的结构请参考现有技术，本文不再赘述。

使用本发明提供的3D打印机进行混凝土材料打印时，可以先按照建筑混凝土的物料配合比，准备足量的按比例配置的干料和液料，分开配置，并分别初步拌匀；然后调试3D打印机，调试设备运转速率和干料液料输送速率，保证混凝土的配比正确；再将初步拌匀的混凝土干料和液料通过输送泵持续均匀的输送到各自的储存仓中；待储存仓中储存有一定量的料后，启动3D打印机，打开进料开关，按照施工图纸分层打印，叠加成型；在打印过程中，可以通过流量测试仪反馈的数据对设备运转速率进行微小调整，以达到更好的打印效果；打印完毕后，关闭设备即可。

以上对本发明所提供的适用于混凝土的3D喷头及3D打印机进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。