[发明专利]基于3D打印制备建筑结构的设备及方法

说明书

本发明公开了一种基于3D打印制备建筑结构的设备及方法，其设备包括：3D打印装置、配筋装置。其中，3D打印装置具有储料腔及与储料腔连接且相对于基架可移动的喷头；配筋装置包括暂存机构、装填机构以及驱动机构。暂存机构用以存储短钢筋或短筋条；装填机构用以向暂存机构内装填短钢筋或短筋条；驱动机构用以驱动暂存机构出料口处的短钢筋或短筋条沿相交于水泥基浆料层层叠方向做插入运动，驱动机构将短钢筋或短筋条插入到至少跨越3D打印装置所打印的相邻两层水泥基浆料层的层间界面。打印的水泥基浆料层与插入的钢筋之间不存在打印缝隙，保证水泥料浆与钢筋之间连接紧密性，使3D打印的水泥基材料层间界面的力学性能和韧性得到真正的改善。

技术领域

本发明涉及工程建筑技术领域，具体涉及一种基于3D打印制备建筑结构的设备及方法。

背景技术

3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工(AEC)、汽车、航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。其中，水泥基材料3D打印技术在建筑领域、复杂结构的制造、功能材料的成型与制造以及未来极端条件无人施工等领域具有广阔的前景。

现有的建筑领域中，基于3D打印制备建筑结构的设备主要包括3D打印机，在制备建筑结构过程时，装入3D打印机内的储液腔内的水泥基浆料，经喷头逐层地喷在建筑基底上，鉴于3D打印机在打印一层水泥基浆料的高度有限，3D打印出来的建筑构件表现为在基底上形成呈层叠分布的水泥基浆料层，待水泥基浆料层固化后即形成建筑结构，由于不同层的水泥基浆料在相邻层之间存在界面，各水泥基浆料层的层间界面处的结合强度和韧性较差，当层间界面处受到外界的驱动力作用时，相邻水泥基浆料层的层间界面处会出现分层和脱粘现象，导致采用水泥基浆料制备出的建筑结构容易出现损坏或坍塌的现象发生，存在安全隐患。

现有技术中有采用钢筋作为骨架的，钢筋混凝土中钢筋骨架的一个用途就是增强不同批次浇筑的混凝土的连接强度。但是对于3D打印建筑构件的技术方案而言，3D打印机在靠近如现有技术预设的钢筋附近进行打印时，钢筋将阻挡3D打印机喷头的运行路径，使得喷头需要绕着钢筋周围进行打印，鉴于3D打印水泥基材料自身要求能够竖直堆积，因此喷头喷出的水泥浆料不能像传统建筑施工的自流平混凝土沿水平方向自动流平，填入钢筋缝隙，从而现有的采用3D打印制备建筑结构时，喷头喷出的水泥基浆料与钢筋之间存在间隙，二者不能形成有机结合，就不能形成传统建筑施工的钢筋混凝土。因此，采用通常的现有技术的钢筋设置方式，不能实质性地使钢筋与3D打印的混凝土进行有机的结合，也就不能使3D打印的水泥基材料层间界面的力学性能和韧性得到真正的改善。

发明内容

因此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术中基于3D打印制备建筑结构的设备制备出的建筑结构中，水泥基材料层间界面的力学结合性能差。

为此，本发明提供一种基于3D打印制备建筑结构的设备，包括：

3D打印装置，具有储料腔及与所述储料腔连接且相对于基架可移动的喷头；

配筋装置，相对于所述基架可移动设置；所述配筋装置包括用以存储短钢筋或短筋条的暂存机构，向所述暂存机构内装填所述短钢筋或短筋条的装填机构，及驱动所述暂存机构出料口处的短钢筋或短筋条沿相交于水泥基浆料层层叠方向做插入运动的驱动机构，所述驱动机构将所述短钢筋或短筋条插入到至少跨越所述3D打印装置所打印的相邻两层水泥基浆料层的层间界面。

进一步优选地，上述的基于3D打印制备建筑结构的设备，所述暂存机构具有供所述短钢筋或短筋条沿相交于水泥基浆料层的层叠方向延伸且平行于水泥基浆料层方向成排可滑动地放置的存储内腔；所述存储内腔设有进料口和出料口，及与所述出料口相对的让位口；

所述驱动机构伸入所述让位口内以驱动滑动到所述存储内腔的出料口处的所述短钢筋或短筋条伸出所述存储内腔外做所述插入运动；