[发明专利]一种骨架生长式混凝土构件的3D打印方法

说明书

本发明公开了一种骨架生长式混凝土构件的3D打印方法，混凝土构件的外形由模板控制，混凝土构件的新拌混凝土由3D打印喷头逐层浇筑混凝土层；之后在振捣台上对打印的混凝土层进行振捣；再通过骨架打印系统打印骨架，并将打印的骨架铺设在混凝土层中；最后将模板拆除，即可完成混凝土构件的3D打印。本方法能够打印不同材料且可对打印骨架进行铺设，连接上下层混凝土，以构造复杂混凝土建筑，同时，提高了生产效率，节约了成本，减少了环境污染。

技术领域

本发明属于建筑工程技术领域，具体涉及一种骨架生长式混凝土构件的3D打印方法。

背景技术

3D打印技术出现在20世纪90年代中期，它是利用光固化和纸层叠等方式实现快速成型的技术。与普通打印机工作原理基本相同，打印机内装有粉末状金属或塑料等可粘合材料，与电脑连接后，通过一层又一层的多层打印方式，最终把计算机上的蓝图变成实物。随着3D打印技术的完善，混凝土3D打印技术也渐渐开始走向成熟化，通过借助计算机辅助系统和3D打印技术来实现混凝土构件的制作；然而，当复杂的混凝土构件制作时，现有的3D打印方法在制作混凝土构件时，其制作精度较低且质量较差，无法实现复杂结构的打印。同时，现有混凝土打印方法通过旋转打印头将拌合物逐层浇筑，不可避免的产生层间界面，影响结构整体强度。

发明内容

本发明的目的是提供一种骨架生长式混凝土构件的3D打印方法，通过打印骨架并进行铺设，提高了混凝土层界面的连接性能。

本发明所采用的技术方案是，一种骨架生长式混凝土构件的3D打印方法，采用一种骨架生长式混凝土3D打印系统来实现，该3D打印系统包括计算机控制系统、振捣系统、模板铺设系统、拌合料铺设系统、骨架打印系统和骨架铺设系统，计算机控制系统分别与振捣系统、模板铺设系统、拌合料铺设系统、骨架打印系统和骨架铺设系统相连，拌合料铺设系统输出端连接有3D打印喷头，振捣系统中设置有振捣台；

该骨架生长式混凝土构件的3D打印方法，具体步骤如下：

步骤1，建立混凝土构件模型，并设定打印层数i和打印层高h，其中，i＝1，2，………n，层高h＝15cm～20cm；

步骤2，经步骤1后，判断混凝土构件模型是否出现悬空区，若混凝土构件模型没有出现悬空区，则利用模板铺设系统打印混凝土构件外形的模板；若混凝土构件模型出现悬空区，则利用模板铺设系统打印混凝土构件外形的模板，并在悬空区打印支撑结构；

步骤3，待步骤2中打印的材料硬化后，通过拌合料铺设系统进行拌合混凝土，通过3D打印喷头在振捣台上逐层打印混凝土层；

步骤4，经步骤3后，在振捣台上对打印的混凝土层进行振捣；

步骤5，经步骤4后，通过骨架打印系统打印骨架，之后利用骨架铺设系统控制骨架的横向和纵向位置，将打印的骨架嵌设在混凝土层中；

步骤6，待步骤5中打印的混凝土层硬化后，根据步骤1中设定打印层数i，重复进行步骤3～5，直至打印完设定的层数i；

步骤7，经步骤6后，将步骤2中打印的结构拆除，即可完成混凝土构件的3D打印。

本发明的特点还在于，

步骤2中，模板和支撑结构采用钛合金材料或者铝合金材料制成。

步骤2中，支撑结构为直板形、树枝形、柱形、网状形中的任意一种。

步骤5中，骨架的高度为5cm～10cm，骨架采用钛合金材料或者铝合金材料制成。

本发明的有益效果是，该骨架生长式混凝土构件的3D打印方法，通过逐层打印模板，能够适应各种复杂结构形式，通过系统默认设置或用户自定义形式打印骨架并进行铺设，增强上下层混凝土的界面连接性能，以构造性能良好的复杂混凝土建筑，提高了生产效率，拓宽了混凝土结构设计的应用领域。