[发明专利]一种用于无机胶凝材料制品增材制造的成形装置与方法

说明书

本发明公开了一种用于无机胶凝材料制品增材制造的装置与方法。该装置设置了不少于两组喷头或喷头阵列，结合相应方法，用以制造结构形状复杂、尺寸精度及表面质量要求高的无机胶凝材料制品和特殊陶瓷制品。阻渗层在制品与其周围的粉末材料之间形成阻隔凝结剂渗透的隔离带，保证制品有更好的表面质量和更高的尺寸精度，并使未参与制品成形的粉末材料不被污染。

技术领域

本发明涉及无机胶凝材料制品成形技术领域，尤其是一种用于无机胶凝材料制品增材制造的成形装置与方法。

背景技术

无机胶凝材料制品广泛用于社会生产、生活的各个领域。传统的水泥(粉状水硬性无机胶凝材料)及新兴的地质聚合物制品都是其中的典型代表。

常见的无机胶凝材料制品成形方法主要包括：预混浇铸法、直接喷射法、喷射真空脱水法、预混加压法、预混挤出法、层铺法等。其中：预混浇铸法，主要适于制造壁厚较厚的小型异型制品；直接喷射法，主要适于制造平板、波瓦等外形简单、面积较大的制品；喷射真空脱水法，主要适于制造要求立即脱模的制品；预混加压法，主要适于制造复杂的表面图案的制品；预混挤出法，主要适于制造表面较复杂的异形细长制品；层铺法，主要适于制造形状简单的制品。

上述方法的共同之处在于：必须预先按照成形后产品的形状制作相应的模型，然后以不同的方式将混合好的无机胶凝浆料灌注进模型，待浆料凝固后再脱去模型，获得产品。上述方法适于制造形状不太复杂，尺寸精度要求不很高（毫米级），表面较为粗糙的制品，如：大型构件（构筑物）、井盖、涵管、波瓦及面砖等。

受现有制模与脱模技术的约束，无机胶凝材料制品的形状不可能设计得十分复杂，从而大大限制了其应用范围，难以制造表面光滑、尺寸精度较好的无机材料的精细制品。

现有的相关增材制造技术可制作形状或结构相对复杂，尺寸精度要求相对较高的制品。但对无机胶凝材料的粉末床打印而言，由于凝结剂在松散多孔的无机胶凝材料中渗透，导致成形产品在成形过程中，与其周边的无机粉末材料界线模糊，从而严重影响产品的表面质量和尺寸精度。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术存在的问题，提供一种用于无机胶凝材料制品增材制造的成形装置及其方法，可用于制造形状或者结构复杂、表面光滑、尺寸精度高的无机胶凝材料制品。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于无机胶凝材料制品增材制造的成形装置，成形装置包括超声振动铺粉装置、喷射装置、成形缸和升降台，所述超声振动铺粉装置用于将无机胶凝材料在升降台上表面均匀铺展并振实成平面，所述喷射装置包括至少两组喷头或两组喷头阵列，其中一组喷头或喷头阵列用于向该材料层上制品所对应的水平截面实体区域轮廓外缘喷射阻渗剂,另一组喷头或喷头阵列用于向该材料层上制品所对应的水平截面实体区域喷射凝结剂，所述升降台置于成形缸内，沿成形缸内壁面进行升降运动，用于承载铺展的无机胶凝材料。

进一步的，所述超声振动铺粉装置工作时，将以高于20KHz的超声频率振动。

进一步的，所述喷射装置的喷头或喷头阵列的喷射频率f范围:

1KHz＜ f ＜20KHz。

进一步的，用于喷射阻渗剂的喷头或喷头阵列，其所喷射的液体的粘度η范围:1CP＜ η ＜150CP。

本法明还提供了一种用于无机胶凝材料制品增材制造的成形装置的成形方法，包括以下步骤：

a) 超声振动铺粉装置将粉末状无机胶凝材料在平面上铺展并振实成指定厚度的材料层；

b)一组喷头或喷头阵列向该材料层上制品所对应的水平截面实体区域轮廓外缘喷射阻渗剂；

c) 另一组喷头或喷头阵列向该材料层上制品所对应的水平截面实体区域喷射凝结剂；

d)依次重复上述步骤，直至完成制品的成形；