一种长通道式混凝土3D打印喷头打印系统及打印方法与流程

本发明涉及3d打印混凝土，尤其涉及一种长通道式混凝土3d打印喷头打印系统及打印方法。

背景技术：

1、当前，混凝土3d打印喷头多为倒圆锥形，上部料仓较打印挤出头扩大较多倍，容易导致打印过程中上部膨大的料仓碰撞已打印部位，从而对打印过程造成干扰，这会导致当同时打印多个模型时，就不得不单层跳打或者增大模型之间的距离，单层跳打需同时打印多个构件的同一高度水平层，这就会使得每个模型打印条带在每层上升时断开一次，进而导致同一打印实体上下层之间整体性变差，美观度下降，同时会降低打印过程的连续性，提高对打印材料性能的要求，而选择增大模型之间的放置距离又会明显增大单个打印模型的占用空间，从而减少打印平台的同期作业数量。当前，为实现多组分的打印往往通过增加3d打印喷头的数量来实现，膨大的喷头往往会占据较大的打印空间，也给喷头转换带来困难。

2、当前常用的建筑打印材料多为流动度在180～200mm的砂浆，为了满足建造性的要求，通常要求触变性较好，静置情况下迅速失去流动性，这无疑提高了材料泵送的难度，在打印现场往往一次短暂的暂停就会导致泵管堵塞。

3、3d打印混凝土没有模板，打印条带与空气接触比表面积大，水分损失较快，打印成品的后期性能受环境温度和湿度影响较大，一般来说，随着温度升高或空气变干燥打印材料硬化速度变快，材料表现为建造性更好，反之，温度降低、空气变潮湿，使得打印材料硬化速度变慢，则对材料建造性不利，但空气干燥带来的建造性提高是打印条带快速失水变干引起的，并非加快了胶凝材料的水化速度，最终会导致打印成品后期性能劣化。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种长通道式混凝土3d打印喷头打印系统及打印方法，本发明在泵送端通过振捣棒将打印材料液化、通过多段式加振动可调温泵送管路提高打印材料泵送效率，降低了堵管风险，通过独立可转动长通道式打印喷头减小了跳层打印对已打印层的干扰，实现了多材料的打印、非水平向挤出。

2、一种长通道式混凝土3d打印喷头打印系统，包括多喷头打印机组、至少一个用于将其内部打印材料振捣通过泵送管输送给多喷头打印机组进行3d打印的泵送机和控制器，所述多喷头打印机组包括设置在混凝土3d打印机的三维移动组件上的喷头载具、设置在喷头载具侧面上的多个母盘、以及固定在母盘上并可绕着母盘周向转动的打印喷头；

3、所述泵送机的泵送机料仓内部设置有用以对其内部的打印材料进行振捣以使打印材料液化的振捣机构，振捣机构设置于泵送机的搅拌螺杆的上方。

4、优选地，所述振捣机构包括固定在泵送机料仓的两个相对仓壁上的减振组件、设置在两个减振组件之间的振捣棒、设置在其中一个减振组件内并与振捣棒的一端部相固定的传动软管，传动软管的另一端从泵送机料仓的仓壁上的卡孔中穿过后与振捣电机相连，卡孔内设置有用以对卡孔与传动软管之间的缝隙进行密封以避免打印材料溢出的密封橡胶圈。

5、优选地，所述减振组件包括减振弹簧、减振板和波纹管，减振弹簧的一端固定在泵送机料仓的仓壁上、另一端与减振板相固定，波纹管套设在减振弹簧和减振板的外侧。

6、优选地，所述密封橡胶圈包括呈环状的固定外圈、垂直设置在固定外圈中央并插入卡孔的密封内圈，固定外圈通过紧固件与泵送机料仓的仓壁相固定。

7、优选地，所述密封内圈的内壁在轴向方向的截面呈“v”字形，其在径向方向的厚度从中间向两边逐渐收缩变薄。

8、优选地，所述打印喷头包括喷头螺杆组件和筒仓组件，筒仓组件包括平行设置的顶板和底板、固定在喷头载具上的用以连接顶板和底板的底座、固定在底板上且其上端口向上延伸至顶板的上端面的筒仓、以及设置在筒仓下端的喷嘴，筒仓的上部设置有用以与泵送管相连的进料口，喷头螺杆组件下部向下插入筒仓并使其上部坐落固定在顶板上。

9、优选地，所述喷头螺杆组件包括喷头电机、安装在喷头电机上的减速机和联轴器、与喷头电机的输出端相连的喷头螺杆、设置在喷头螺杆下部的轴承，轴承架设在筒仓内部以将喷头螺杆的中心限制在筒仓的中心。

10、优选地，所述泵送管由多段泵管拼接而成，泵管外侧缠绕有控温水管，泵管的与泵送机料仓的出料口相连的端部及泵管与泵管相连的端部均设有振动接头。

11、优选地，所述混凝土3d打印机的三维移动组件上设置有用以向打印范围喷射水雾的控温水管。

12、一种长通道式混凝土3d打印喷头打印系统的打印方法，具体包括以下步骤：

13、s1，在多喷头打印机组的各个打印喷头上分别通过泵送管连接一个泵送机；

14、s2，分别开启泵送管和混凝土3d打印机的三维移动组件上的控温水管；

15、s3，根据打印需求分别向各个泵送机内添加所需材料量的打印材料，调试各泵送机使其对应连接的打印喷头能稳定挤出打印材料；

16、s4，根据设定的打印喷头的打印工作顺序，控制器控制开启其中一个泵送机及其连接的打印喷头并使该打印喷头竖直向下、其他打印喷头竖直向上，泵送机内的打印材料在振捣机构的振捣作用下液化后从其出料口进入泵送管，经泵送管、打印喷头的进料口、打印喷头的筒仓和喷嘴，从喷嘴挤出进行打印工作，打印过程中该打印喷头跟随其母盘按照设定的打印路径转动以动态调整打印喷头的喷嘴挤出打印材料的方向，且在混凝土3d打印机的三维移动组件的带动下调整其打印层，当该打印喷头的打印层打印完毕后，控制器控制另一泵送机及其连接的打印喷头开始打印工作；

17、s5，所有打印层均打印完毕后，关闭泵送管和混凝土3d打印机的三维移动组件上的控温水管；

18、s6，将多喷头打印机组移出打印范围，并将所有的打印喷头转至竖直向下，挤出打印喷头内残余的打印材料后对泵送机和多喷头打印机组的喷头螺杆组件进行清洗。

19、本发明的有益效果是：

20、1、本发明在泵送端通过振捣棒将打印材料液化、通过多段式加振动可调温泵送管路提高打印材料泵送效率，降低了堵管风险，通过独立可转动长通道式打印喷头减小了跳层打印对已打印层的干扰，实现了多材料的打印、非水平向挤出，提高了多模型打印时的放样自由度，提高了打印平台的利用效率。

21、2、本发明在泵送机的料仓内增设振捣棒，通过振捣棒将打印材料提前振动，使打印材料液化、密实，提高了泵送效率，减小了堵管风险，同时也避免了在打印喷头内加入大功率振动器对打印喷头的结构造成损坏、避免打印精度下降。

22、3、本发明泵送机料仓内的振捣棒通过减振弹簧固定在泵送机料仓内，使振动能量有效的作用于打印材料，减少了料仓对振动能量的吸收，且减振弹簧安装在波纹管内，能够避免打印材料对弹簧减振效果造成影响。

23、4、本发明的打印喷头的长通道筒仓内的打印材料在泵送机压力和喷头螺杆组件的动力作用下实现挤出打印，每个打印喷头可随其各自的母盘单独转动，可以实现打印喷头的非水平向挤出，变换不同打印喷头内的打印材料还可以实现多材料打印，此外，长筒形的打印喷头也可以减少喷头内淤积过多的打印材料，减小打印喷头重量，提高打印喷头转换效率。

24、5、本发明通过将泵送管设计成多段式泵送管道，并在泵管接头处安装振动接头，不仅可以降低输料暂停启动时堵管的风险，也可以降低泵管堵塞的维修难度。

25、6、本发明通过在泵送管外部缠绕可调温水管，同时在混凝土3d打印机的三维移动组件上设置控温水管，可以提高打印材料泵送、打印过程中对环境温度、湿度的适应性，从而降低堵管风险以及打印环境对打印材料性能的要求。

26、7、本发明具有很强的实用性，原理容易理解，设计合理，充分考虑到泵送管道和打印喷头的拆卸清理问题，可用性强，便于生产装备。