一种用于打印污染场地应急水平阻隔屏障的3D打印喷头的制作方法

本发明属于污染场地中的构筑物建造领域，具体来说，涉及一种用于打印污染场地应急水平阻隔屏障的3d打印喷头。

背景技术：

1、突发环境污染事件的应急处置是一个国际性难题。突发环境污染事件具有不确定性、污染物短时间内集中排放的特点。若不及时控制，将对地表土壤、地下水、大气等环境介质以及周边人类、植被、生物造成恶劣影响。切断和控制污染源、防止污染蔓延扩散是处置突发土壤污染的有效方法。

2、传统的压实黏土需要重型设备压实；土-土工膜复合水平阻隔屏障铺设后，应急处置机械与设备通行能力较差。因此，现有技术难以满足突发环境污染事件的应急处置需求。将快速成型、高韧性的阻隔屏障材料通过3d打印技术进行施工，能够有效克服传统的阻隔屏障材料的弊端。然而，与传统建筑领域的3d打印技术相比，污染场地阻隔屏障除了关注墙体强度之外，更为关注阻隔屏障阻隔污染物的性能。与3d打印建筑的垂向墙体相比，水平阻隔屏障厚度小，但水平方向条带数量多，因此存在大量的拼接冷缝。这些打印条带之间的冷缝粘结强度较小，故对阻隔屏障强度影响不大。但材料凝固过程中，失水开裂产生孔隙、裂缝等优势通道，使其阻隔污染物能力显著降低。因此，如何解决避免产生拼接冷缝、控制阻隔屏障失水开裂，成为本领域的一个技术难题。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种用于打印污染场地应急水平阻隔屏障的3d打印喷头，能够在水平阻隔屏障条带打印过程中，同步在打印带的顶部和侧面布设加强网和加强线，形成复合阻隔屏障，有效控制打印阻隔屏障开裂，提升阻隔性能，满足突发环境污染应急阻控需求。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

3、一种用于打印污染场地应急水平阻隔屏障的3d打印喷头，包括喷头壳体、位于喷头壳体底端的出料成型口、位于喷头壳体外侧的加强线组件和加强网组件；所述加强线组件和喷头壳体的一侧面连接，所述加强网组件和喷头壳体的正面连接；工作时，所述出料成型口流出组成水平阻隔屏障的打印带，打印带由打印材料制成，所述打印材料由骨料和凝胶材料组成。

4、作为优选例，所述加强线组件包括加强线储存单元、加强线导轮组和加强线固定器，所述加强线储存单元和加强线导轮组分别与喷头壳体的一侧面固定连接，且加强线导轮组位于加强线储存单元下方；所述加强线固定器通过加强线固定器支架和出料成型口固定连接，加强线固定器位于加强线导轮组下方；加强线固定器用于储存并弹出加强线固定铆钉；所述加强线储存单元包括加强线储存盒和加强线卷轴，加强线储存盒和喷头壳体的一侧面固定连接，加强线卷轴固定连接在加强线储存盒内腔中，加强线卷轴用于卷绕加强线。

5、作为优选例，所述加强线固定器包括加强线固定器壳体、安装在加强线固定器壳体外部的第一气压式推力器、安装在加强线固定器壳体内腔的第一固定铆钉支撑器；加强线固定器壳体的前端底面设有铆钉出口，加强线固定器壳体的前端顶面设有开口；第一气压式推力器的底端设有第一顶针，第一顶针与开口相对，开口与铆钉出口相对；使用时，加强线固定铆钉位于加强线固定器壳体内腔，第一固定铆钉支撑器对加强线固定铆钉施加压力，使得加强线固定铆钉具有向加强线固定器壳体的前端移动趋势；所述加强线固定铆钉的高度为单条打印带厚度的1/2～4/5，加强线固定铆钉长度为单条打印带宽度的1/3～4/5。

6、作为优选例，所述加强线包括条形本体和防滑线，所述防滑线与条形本体轴线垂直，防滑线长度为打印材料中骨料最大粒径的3～6倍；防滑线为n条，呈组设置，每组防滑线包括4～8条防滑线，防滑线沿条形本体轴向均匀分布；相邻防滑线的间距为打印带宽度的1/4～2/3；每组防滑线中，防滑线沿条形本体周向均匀分布，相邻防滑线之间夹角相等，加强线呈立体状。

7、作为优选例，所述加强网组件包括加强网储存单元、加强网导轮组和加强网固定器，所述加强网储存单元和加强网导轮组分别与喷头壳体的正面固定连接，且加强网导轮组位于加强网储存单元下方；所述加强网固定器通过加强网固定器支架和出料成型口固定连接，加强网固定器位于加强网导轮组下方；加强网固定器用于储存并弹出加强网固定铆钉；所述加强网储存单元包括加强网储存盒和加强网卷轴，加强网储存盒和喷头壳体的正面固定连接，加强网卷轴固定连接在加强网储存盒内腔中，加强网卷轴用于卷绕加强网。

8、作为优选例，所述加强网是由加强线编织而成。

9、作为优选例，所述加强网固定器包括加强网固定器壳体、安装在加强网固定器壳体外部的第二气压式推力器、安装在加强网固定器壳体内腔的第二固定铆钉支撑器；加强网固定器壳体的前端底面设有铆钉出口，加强网固定器壳体的前端顶面设有开口；第二气压式推力器的底端设有第二顶针，第二顶针与开口相对，开口与铆钉出口相对；使用时，加强网固定铆钉位于加强网固定器壳体内腔，第二固定铆钉支撑器对加强网固定铆钉施加压力，使得加强网固定铆钉具有向加强网固定器壳体的前端移动趋势；所述加强网固定铆钉的高度为单条打印带厚度的4/5～1，长度为单条打印带宽度的1/2～4/5。

10、作为优选例，所述的3d打印喷头还包括挥发性有机物检测器，所述挥发性有机物检测器固定连接在喷头壳体外壁，所述挥发性有机物检测器用于测定土壤表层大气中挥发性有机物的浓度。

11、作为优选例，所述加强线固定器(1023)中第一气压式推力器(10232)输出压力p1，根据式(1)计算：

12、p1＝a1-b1×f式(1)

13、式中，a1表示打印带被破坏时对应的第一气压式推力器的输出压力，a1取值范围为1.5～2.0mpa；b1表示与加强线固定铆钉相关的参数，b1取值范围为0.003～0.004mpa/mm；f表示阻隔屏障材料的流动度，单位：mm。

14、作为优选例，所述加强网固定器(1033)中第一气压式推力器的输出压力p2，根据式(2)计算：

15、p2＝a2-b2×f式(2)

16、式中，a2表示打印带被破坏时对应的第二气压式推力器的输出压力，a2取值范围为1.5～2.0mpa；b2表示与加强网固定铆钉相关的参数，b2取值范围为0.003～0.004mpa/mm；f表示阻隔屏障材料的流动度，单位：mm。

17、与现有技术相比，本发明实施例的用于打印污染场地应急水平阻隔屏障的3d打印喷头，能够在水平阻隔屏障条带打印过程中，同步在打印带的顶部和侧面布设加强网和加强线，形成复合阻隔屏障，有效控制打印阻隔屏障开裂，提升阻隔性能，满足突发环境污染应急阻控需求。该打印喷头包括喷头壳体、位于喷头壳体底端的出料成型口、位于喷头壳体外侧的加强线组件和加强网组件；所述加强线组件和喷头壳体的一侧面连接，所述加强网组件和喷头壳体的正面连接；工作时，所述出料成型口流出组成水平阻隔屏障的打印带，打印带由打印材料制成。该打印喷头能够在阻隔屏障打印过程中同步实现在同层打印带之间布设加强线，在打印带层与层之间布设加强网。加强线和加强网有效增加新、旧打印带界面之间的粘结强度、减少污染物迁移优势通道的形成；通过加强线的界面与打印浆体之间存在的物理吸附、化学键合和机械嵌锁作用下，形成复合结构，从而减少材料硬化失水过程中的脱空发育与裂缝形成。加强网还能有效改善材料打印后的流动状态。