一种双组分粗骨料混凝土3D打印动态混合挤出装置

本发明涉及3d打印，涉及一种双组分粗骨料混凝土3d打印动态混合挤出装置。

背景技术：

1、混凝土3d打印是将3d打印技术与混凝土材料结合而产生的智能建造技术，无模板、少人工、设计自由，使个性化和智能化建造得以实现。目前， 混凝土3d打印材料主要以水泥砂浆，含粗骨料的混凝土打印较少。混凝土3d打印智能化过程中，粗骨料3d打印混凝土泵送因其屈服应力高，摩擦阻力大，出现堵泵爆管的现象，不能连续施工，并存在安全隐患。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于建筑领域双组分粗骨料混凝土3d打印动态混合挤出装置，解决了粗骨料3d打印混凝土泵送难题，实现粗骨料混凝土自动化打印。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明提出了一种双组分粗骨料混凝土3d打印动态混合挤出装置，包括依次连接的旋转给料器、下料管、搅拌输送混合器以及挤出器；所述搅拌输送混合器包括横向筒体，所述横向筒体上设置有泵送管接口，所述泵送管接口与混凝土泵送机连接，大流动性混凝土通过泵送管接口被输入至搅拌输送混合器；所述下料管上端与旋转给料器的下部连接，下端与横向筒体连接；所述旋转给料器用于供给粉状材料，并将粉状材料通过下料管输送至搅拌输送混合器；所述搅拌输送混合器用于将大流动性混凝土与粉状材料混合后将混合物输送至挤出器，所述挤出器下部设置有打印喷嘴，用于将混凝土自打印喷嘴挤出。

4、需要说明的是：本技术中大流动性混凝土是相对于常规的3d打印混凝土，常规3d打印混凝土坍落度1120mm-180mm，扩展度≤250；而大流动性混凝土坍落度≥200mm，扩展度≥300mm。

5、进一步地，所述旋转给料器包括第一电机、第一减速器、转子叶轮、壳体以及料仓；所述第一电机的输出端与第一减速器连接，所述第一减速机的输出端与转子叶轮连接，所述转子叶轮设置于壳体内，所述料仓设置于壳体上部；粉状材料自料仓进入壳体，通过转子叶轮的旋转后将粉状材料输送至搅拌输送混合器；所述第一电机用于驱动转子叶轮。

6、进一步地，粉状材料输送采用旋转给料器中的星型旋转阀进行供料，第一电机驱动第一减速器，第一减速器与转子叶轮连接。

7、进一步地，所述转子叶轮为星型，通过第一电机的旋转速度来控制转子叶轮的转速，进而控制粉状材料输送至搅拌输送混合器的频率。

8、进一步地，所述旋转给料器还包括气动振料装置，所述气动振料装置设置于料仓的仓壁上，用于通过振动避免粉状材料物理堆积，出现供料不均匀现象。

9、进一步地，所述旋转给料器还包括旋转给料器底座，旋转给料器底座的中心设置有通孔，孔径≥60mm；旋转给料器底座的作用方便与搅拌输送混合器连接，便于拆卸，观察混合器内部粉状材料与大流动性混凝土混合情况，是否存在粉状材料布料不均匀、堵塞等情况。所述旋转给料器底座的下部与下料管的上部连接，设置下料管是为了提供一个缓冲空间，避免混凝土流量过大，堵塞粉状材料的下料口。

10、再进一步地，所述旋转给料器底座与下料管通过第二螺钉连接。

11、进一步地，所述搅拌输送混合器包括依次连接的第二电机、第二减速器以及搅拌器，所述搅拌器包括设置于横向筒体内的主轴、均化轴以及输送螺带；所述第二电机通过第二减速器驱动主轴，所述主轴的一端与第二减速器连接，所述均化轴与主轴固定连接，并与主轴呈交叉设置；所述输送螺带与主轴固定连接。大流动性混凝土和粉状材料进入到搅拌输送混合器内部后，通过搅拌器将两种材料混合并随输送螺带的转动向前推动混合物至挤出器。

12、进一步地，所述搅拌器还包括螺带固定轴，所述螺带固定轴一端与输送螺带固定连接，另一端与主轴固定连接。更进一步地，所述螺带固定轴分别与输送螺带、主轴焊接连接。优选地，所述螺带固定轴以主轴为中心线上下对称设置。

13、进一步地，由于搅拌器较长，所述横向筒体内还设置有主轴固定器，所述主轴的另一端与主轴固定器连接，主轴固定器的设置用于防止主轴偏心转动，这样能够保证主轴的两端固定，保证搅拌器同心转动，同时稳定搅拌器在搅拌输送混合器中的位置。

14、进一步地，所述主轴固定器为一个固定在横向筒体的筒壁上的支架。再进一步地，所述主轴固定器为一三角形支架，通过3个角焊接在横向筒体的筒壁上。

15、进一步的，所述均化轴与主轴呈90度交叉设置，所述均化轴至少有1个，均布设置于主轴上。

16、进一步地，所述搅拌输送混合器还包括第一法兰和第一螺钉，第二减速器的壳体与横向筒体通过第一法兰连接，所述第一螺钉用于紧固第一法兰。通过拆卸第一法兰可以实现快速更换或者清理搅拌器。

17、进一步地，所述挤出器包括纵向筒体、设置于上部的第三电机、与所述第三电机的输出端连接的第三减速器、一端与所述第三减速器的输出端连接的挤出螺杆以及环设于所述挤出螺杆周围的螺旋叶轮；所述横向筒体的尾端连接在纵向筒体的筒壁上。

18、进一步地，所述横向筒体通过第二法兰和第三螺钉固定在纵向筒体的筒壁上。

19、进一步地，所述挤出器还包括第三法兰和第四螺钉，所述第三减速器的壳体通过第三法兰与纵向筒体的上部连接，第四螺钉用于紧固第三法兰与对应部件的连接。

20、进一步地，所述挤出器还包括喷嘴连接法兰和螺栓，所述打印碰嘴通过喷嘴连接法兰和螺栓固定在纵向筒体的下部。

21、进一步地，所述泵送管接口与下料管在同一立面上，且呈90°布置，这样粉状材料下落时直接分布在泵送来的大流动性混凝土表面，通过流量控制粉状材料和混凝土的质量比例。

22、进一步地，所述挤出器还包括安装底座，所述安装底座用于固定整个挤出装置。更进一步地，安装底座与打印机横梁连接，所述挤出装置通过安装底座与打印机横梁连接。

23、进一步地，所述挤出器还包括观察口，所述观察口设置于挤出器的纵向筒体上，且高度与横向筒体高度的一致，这样可以不仅监察两种物料的混合状态以及本发明的挤出装置的运转情况，还可以监测搅拌输送的混凝土的量和调整搅拌输送速度。

24、进一步地，所述搅拌输送混合器和挤出器连接处的挤出螺杆上没有螺旋叶轮，其目的是预先储存一定量的3d打印混凝土，使搅拌输送的混凝土流量与挤出的混凝土流量向一致，保证打印过程的连续性和保证挤出条带的均匀性。

25、进一步地，本发明的挤出装置还包括挡板控制器和活动挡板，所述活动挡板设置于搅拌输送混合器与挤出器的连接处，当活动挡板关闭时，所述横向筒体的尾端处于封闭状态；所述挡板控制器与活动挡板通信连接，挡板控制器用于控制活动挡板的开度，从而调节被输送至挤出器的混凝土的流量，且为适应不同配合比，可以通过活动挡板定量延长混合时间，提高混合效率，满足3d打印混凝土可挤出性的要求。此外，当活动挡板封闭后，使得搅拌输送混合器形成一个独立的混合搅拌装置，这样可以测试搅拌输送混合器中物料混合搅拌时间对物料均匀性的影响。

26、进一步地，活动挡板通过螺栓连接在搅拌输送混合器和挤出器上。

27、进一步地，本发明的挤出装置还包括空压机，所述下料管上设置有空气阀，所述空气阀通过管道与空压机连接，启动空压机，通过空气阀向下料管吹入一定压力的空气，防止粉状材料黏附在管壁上。

28、进一步地，所述下料管为锥形，所述空气阀为一个不锈钢圆管，通过软管与空压机连接。

29、进一步地，所述输送螺带的宽度为混凝土中最大骨料直径的2至3倍，这样能够更进一步保证物料混合的均匀性。

30、进一步地，所述螺旋叶轮的叶轮间距为最大骨料粒径的5至8倍，这样能够给保证挤出时不因骨料颗粒之间相互挤嵌增大的摩擦力而导致堵塞。

31、进一步地，所述第一电机为变频电机，所述第二电机和第三电机为伺服电机，转速皆可调，如在打印过程中，为使搅拌输送混凝土的流量和挤出流量协同，可以通过第三电机调节挤出螺杆的转速，使3d打印混凝土通过打印喷嘴挤出。所述第一螺钉、第二螺钉、第三螺钉以及第四螺钉皆为圆柱体螺钉。

32、进一步地，所述打印喷嘴能够根据设计的3d打印构件更换不同形状和尺寸的喷嘴；优选打印喷嘴为圆形喷头。

33、与现有技术相比，本发明提供了一种双组分粗骨料混凝土3d打印动态混合挤出装置，具备以下有益效果：

34、（1）本发明结合现有混凝土泵送技术和3d打印，解决了粗骨料3d打印混凝土泵送时堵管和爆管问题，实现粗骨料混凝土自动化打印，对3d打印技术在建筑领域的发展具有重要意义。

35、（2）本发明将大流动性混凝土和干粉状材料通过泵管及旋转给料器以双组分的形式分别输送至搅拌输送混合器，大流动性混凝土在进入混合器前具有较长的开放时间和较高的物流输送流动性，与粉状材料接触时快速稠化，挤出定型后打印条带的承载力随时间延长迅速增大，提高3d打印构件的稳定性。