一种用于打印非连续结构的混凝土3D打印挤出装置

一种用于打印非连续结构的混凝土3d打印挤出装置
技术领域
1.本发明涉及混凝土3d打印技术领域，更具体地说，涉及一种用于打印非连续结构的混凝土3d打印挤出装置。


背景技术：

2.3d打印又被称为“增材制造技术”，它是利用基于“离散-叠加”原理将计算机绘制的三维模型快速制造出实体的一种技术。其中，混凝土3d打印技术在外太空、军事、极端环境建筑物的个性化快速建造领域获得高度重视。
3.当前，混凝土3d打印技术应用最成熟的成型工艺主要为挤出(extrusion-based)成型工艺。但目前国内外挤出式混凝土3d打印设备均采用外置泵送系统供应湿料混凝土，无法实现混凝土的即混即用，造成湿料混凝土的浪费，又削弱了3d打印技术快速成型的特点。
4.基于extrusion-based成型工艺的3d打印混凝土设备的关键技术之一就是挤出装置的设计。团队已经研制出集混合、搅拌、挤出于一体的3d打印混凝土设备，但在开动设备后无法暂停混凝土的挤出，依旧存在材料浪费问题。此外，该设备无法打印带有断点的非连续结构建筑物。


技术实现要素：

5.本发明针对上述问题，提供一种用于打印非连续结构的混凝土3d打印挤出装置，既要提供一种集混合、搅拌、挤出一体化的混凝土3d打印挤出装置，又要解决材料浪费、非连续结构打印的难题。
6.为了达到上述目的，本发明提供了一种用于打印非连续结构的混凝土3d打印挤出装置，包括壳体，壳体为椎体结构，壳体的上端安装叶片，叶片的表面上设有开口，壳体内部设有传动轴，传动轴的外表面上安装螺旋叶片，传动轴的上端穿过叶片与第二联轴器连接，第二联轴器的另一端与第一联轴器连接，第一联轴器的另一端连接第一电机，壳体底端设有出料口，出料口安装第一电磁阀。
7.壳体的侧壁上端设有送料口，送料口与循环导料管连接，循环导料管与送料口的连接处安装第二电磁阀，循环导料管的另一端通过弯头与连接管连接，连接管的另一端与三通导管连接，连接管与三通导管的连接处安装气力输送器。
8.三通导管设有第一端口、第二端口以及第三端口，第一端口与连接管连接，第二端口连接在壳体的底端，第三端口处安装第二电机，第二电机连接螺旋叶片轴，螺旋叶片轴设置在第二端口与第三端口之间的管路中。
9.用于打印非连续结构的混凝土3d打印挤出装置的工作过程包括以下步骤：
10.步骤1、当进行打印挤出工作时，控制第一电机正向转动，并通过第一联轴器与第二联轴器带动传动轴上的螺旋叶片一起正向转动，对壳体内的混凝土进行搅拌并向下输送。
11.步骤2、控制第二电机反向转动，第二电机带动螺旋叶片轴反向转动，把混凝土挡在三通管道外，对在三通导管的第二端口与壳体的底端连接处的混凝土进行持续搅拌。
12.步骤3、打开第一电磁阀，进行出料，同时关闭第二电磁阀，阻挡混凝土浆料进入循环导料管内。
13.步骤4、当暂停打印或从某一打印点移动至另一打印点时，关闭第一电磁阀，停止出料，同时打开第二电磁阀。
14.步骤5、控制第一电机反向转动，通过第一联轴器与第二联轴器带动传动轴上的螺旋叶片一起反向转动。
15.步骤6、控制第二电机正向转动，第二电机带动螺旋叶片轴正向转动，使壳体底部的混凝土浆料进入三通管道内。
16.步骤7、打开气力输送器，把三通管道内的混凝土浆料泵送至循环导料管内，再经过循环导料管输送至壳体内，实现混凝土浆料循环使用。
17.上述用于打印非连续结构的混凝土3d打印挤出装置，优选方式下，壳体的外表面设有输水孔。
18.上述用于打印非连续结构的混凝土3d打印挤出装置，优选方式下，的螺旋叶片为直径从上到下依次变小的变径变螺距螺旋叶片。
19.上述用于打印非连续结构的混凝土3d打印挤出装置，优选方式下，的螺旋叶片轴中的螺旋叶片是等径等螺距螺旋叶片。
20.上述用于打印非连续结构的混凝土3d打印挤出装置，优选方式下，第一电磁阀和第二电磁阀与plc控制器连接，并由plc控制器控制其开关状态。
21.上述用于打印非连续结构的混凝土3d打印挤出装置，优选方式下，叶片上的开口为三个，并以环形等距的方式分布在叶片的表面上。
22.上述用于打印非连续结构的混凝土3d打印挤出装置，优选方式下，第一电机与第二电机为步进电机，均可以实现正转或者反转。
23.上述用于打印非连续结构的混凝土3d打印挤出装置，优选方式下，壳体的底端连接打印喷嘴。
24.本发明通过连接传动轴驱动壳体内螺旋叶片旋转以搅拌混凝土并从打印喷嘴挤出成形，在打印设备空走阶段，打印喷嘴处的电磁阀门关闭，混凝土浆料停止被挤出，壳体内的混凝土浆料通过外部安装的循环导料管和气力输送器在壳体内循环混料，本发明可实现非连续结构建筑物的快速打印，并且节约混凝土材料，避免了预制湿料混凝土和打印冗余结构造成的材料浪费。
附图说明
25.图1是本发明整体结构示意图。
26.图2是本发明立体结构示意图。
27.图3是本发明第一电磁阀与第二电磁阀的原理图。
28.图4是本发明第二联轴器结构示意图。
29.图5是本发明叶片结构示意图。
30.图中：1、第一电机，2、第一联轴器，3、第三联轴器，4、叶片，5、传动轴，6、螺旋叶片，
7、壳体，8、循环导料管，9、弯头，10、连接管，11、气力输送器，12、三通导管，13、第一电磁阀，14、第二电磁阀，15、第二电机，16、螺旋叶片轴，17、第一电磁线圈，18、第二电磁线圈。
具体实施方式
31.如图1所示，一种用于打印非连续结构的混凝土3d打印挤出装置，包括壳体7，壳体7为椎体结构，壳体7的上端安装叶片4，叶片4的表面上设有开口，壳体7内部设有传动轴5，传动轴5的外表面上安装螺旋叶片6，传动轴5的上端穿过叶片4与第二联轴器3连接，第二联轴器3的另一端与第一联轴器2连接，第一联轴器2的另一端连接第一电机1，壳体7底端设有出料口，出料口安装第一电磁阀13。
32.如图2所示，壳体7的侧壁上端设有送料口，送料口与循环导料管8连接，循环导料管8与送料口的连接处安装第二电磁阀14，循环导料管8的另一端通过弯头9与连接管10连接，连接管10的另一端与三通导管12连接，连接管10与三通导管12的连接处安装气力输送器11。
33.三通导管12设有第一端口、第二端口以及第三端口，第一端口与连接管10连接，第二端口连接在壳体7的底端，第三端口处安装第二电机15，第二电机15连接螺旋叶片轴16，螺旋叶片轴16设置在第二端口与第三端口之间的管路中。
34.一种用于打印非连续结构的混凝土3d打印挤出装置的工作过程包括以下步骤：
35.步骤1、当进行打印挤出工作时，控制第一电机1正向转动，并通过第一联轴器2与第二联轴器3带动传动轴5上的螺旋叶片6一起正向转动，对壳体7内的混凝土进行搅拌并向下输送。
36.步骤2、控制第二电机15反向转动，第二电机15带动螺旋叶片轴16反向转动，把混凝土挡在三通管道12外，对在三通导管12的第二端口与壳体7的底端连接处的混凝土进行持续搅拌。
37.步骤3、打开第一电磁阀13，进行出料，同时关闭第二电磁阀14，阻挡混凝土浆料进入循环导料管8内。
38.步骤4、当暂停打印或从某一打印点移动至另一打印点时，关闭第一电磁阀13，停止出料，同时打开第二电磁阀14。
39.步骤5、控制第一电机1反向转动，通过第一联轴器2与第二联轴器3带动传动轴5上的螺旋叶片6一起反向转动。
40.步骤6、控制第二电机15正向转动，第二电机15带动螺旋叶片轴16正向转动，使壳体底部的混凝土浆料进入三通管道12内。
41.步骤7、打开气力输送器11，把三通管道12内的混凝土浆料泵送至循环导料管8内，再经过循环导料管8输送至壳体7内，实现混凝土浆料循环使用。
42.壳体7的外表面设有输水孔。
43.如图1所示，螺旋叶片6为直径从上到下依次变小的变径变螺距螺旋叶片。
44.螺旋叶片轴16中的螺旋叶片是等径等螺距螺旋叶片。
45.第一电磁阀13和第二电磁阀14均为使用电磁线圈的开关阀门，电磁线圈包括第一电磁线圈17和第二电磁线圈18。
46.第一电磁阀13和第二电磁阀14与plc控制器连接，并由plc控制器控制其开关状
态。
47.如图5所示，叶片4上的开口为三个，并以环形等距的方式分布在叶片4的表面上。
48.第一电机1与第二电机15为步进电机，均可以实现正转或者反转。
49.壳体7底端连接打印喷嘴。
50.如图1、图4所示，第一电机1与第一联轴器2相连，第一联轴器2与第二联轴器3相连，可以满足电机正反转的要求，电机1采用步进电机，方便控制。
51.如图1、图5所示，传动轴5穿过叶片4，第二联轴器3焊接在传动轴5上，螺旋叶片6焊接在传动轴5上，叶片4安装在壳体7上，在第一电机1转动时，第一联轴器2、传动轴5和螺旋叶片6整体自由转动。
52.螺旋叶片轴16上的螺旋叶片采用等径等螺距螺旋，与一根长轴组成螺旋叶片轴，螺旋叶片轴16被安装在三通导管12内，与电机15相连，打印喷嘴进行挤出工作时第一电机1正转挤出混凝土浆料，第二电机15将反转，带动螺旋叶片轴16反转，防止料仓里的混凝土浆料进入三通导管12内；打印喷嘴在暂停打印或从某一打印点移动至另一打印点时，第一电机1反转，第二电机15正转带动螺旋叶片轴16正转，将料仓内的混凝土浆料输送至三通导管12内。
53.气力输送器11下端连接三通导管12，上端连接连接管10，连接管10与循环导料管8通过弯头9连接，气力输送器11将三通导管12内的混凝土浆料泵送至循环导料管8内，再经过循环导料管8输送至打印喷嘴内，实现混凝土浆料循环使用。
54.如图3所示，第一电磁阀13和第二电磁阀14的原理是当电第一磁线圈17通电，第二电磁线圈18断电时，内部开关向第一电磁线圈17移动，电磁阀处于关闭状态；当第一电磁线圈17断电，第二电磁线圈18通电时，内部开关向第二电磁线圈18移动，电磁阀处于打开状态，第一电磁线圈17和第二电磁线圈18的通电断电状态由plc控制器控制。
55.当打印喷嘴进行挤出混凝土动作时，第一电磁阀13处于打开状态，以保证混凝土浆料的顺利挤出，此时第二电磁阀14处于关闭状态，防止混凝土浆料进入循环导料管8内形成混凝土倒灌，造成管路的堵塞；当打印喷嘴进行暂停打印或从某一打印点移动至另一打印点时，第一电磁阀13处于关闭状态，防止混凝土浆料挤出，同时第二电磁阀14打开，使经过循环导料管8的混凝土浆料流回打印喷嘴内。
56.工作方法
57.当进行打印挤出工作时，第一电机1正向转动，通过第一联轴器2与第二联轴器3带动传动轴，使传动轴5与螺旋叶片6一同转动，同时第二电机15反转，带动螺旋叶片轴16反转，其主要目的是防止混凝土进入三通管道内，同时防止在三通导管12与喷嘴连接处发生混凝土凝结，第一电磁阀13打开，第二电磁阀14关闭；当需要暂停打印或从某一打印点移动至另一打印点时，此时第一电机1反转，第二电机15正转，气力输送器开始工作，电磁阀13关闭同时电磁阀14打开，实现混凝土浆料在打印喷嘴内的循环。
58.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。