[实用新型]一种基于3D打印技术的移动式隧道衬砌修复装置

说明书

本实用新型公开一种基于3D打印技术的移动式隧道衬砌修复装置。本装置包括电脑辅助模块、CT扫描模块、3D打印模块，所述CT扫描模块连接电脑辅助模块，电脑辅助模块连接3D打印模块；所述3D打印模块包括3D打印机、输料管、耗材罐、多向打印臂；所述3D打印机通过输料管与耗材罐连接，所述多向打印臂安装在3D打印机上；所述多向打印臂的端部能够安装打印头或铣刀。本装置优点是修复效率高，节约材料，经济环保；在整个修复过程无需模板支撑，显著缩短了修复工期；对衬砌造成的二次伤害较小，损伤修复完毕后，钻孔也能够恢复原状。

技术领域

本实用新型属于隧道工程修复加固技术领域，涉及一种基于3D打印技术的移动式隧道衬砌修复装置。

背景技术

近年来我国的高速公路、高速铁路建设蓬勃发展，产生大量的隧道工程。然而随着隧道运营时间增长，衬砌管片受土层内的砂及地下水冲刷，使其表面性能劣化；同时，汽车尾气、水泥集料及地下水引起的碳化作用，导致混凝土受碳化腐蚀；特别是在西部高寒地区，混凝土经过冻融循环变化而开裂脱落，冰冻引起的冻胀力对隧道衬砌内部应力影响较大，加重了管片衬砌结构的腐蚀，衬砌结构的承载力下降，影响了隧道的稳定性。

现有的隧道衬砌修复技术主要采取水泥灌浆法或环氧树脂法，但这些方法修复时间长，在衬砌修复的各个环节中都需要人工操作，浪费材料，成型慢且精度低，如若在冬季施工，环氧树脂液还可能因为低温而冻结，施工工序也较为繁琐。随着科学技术的不断发展，出现了3D打印技术。3D打印技术(3DP) 是一项新型快速增材技术，其原理是通过粉末状粘结性材料逐层叠加的方式来完成实体产品成型。该技术具有成型快、精度高以及节约耗材等优点。利用3D 打印技术进行零件或结构的修复在医疗、机械以及航空航天等领域已有相应的专利；对于隧道工程领域，目前直接对隧道施工的研究较多，但在腐蚀环境、极端环境下，用于隧道加固修复和3D打印隧道衬砌的装置与方法较少。专利文件一种四自由度的前端带有铣刀和3D打印头的机械手文件中，其打印头和铣刀垂直于机械手，在隧道衬砌与围岩的预留变形空间内不利于清除腐蚀物；专利文件一种3D打印技术修复文物的方法，其需要将文物缺损部分打印后，再用粘结材料补配在缺损部位，但当缺损部位形状不规则、内部有空腔时，先打印后补配的技术就不再适用。上述3D打印技术的出现为腐蚀性环境中隧道结构的修复提供了一种新思路。

因此，亟待一种可适用于腐蚀环境，并可避免耗时耗材精度低的装置及修复加固方法，更好的减少资源浪费、提高经济效益，成为本领域技术人员亟须解决的问题。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种成型快、精度高、耗材低，且从根本上解决腐蚀隧道衬砌管片问题的装置。使其能够有效降低隧道的二次修复损伤，适用于复杂尺寸不规则构件。

为实现上述目的，本实用新型所述一种基于3D打印技术的移动式隧道衬砌修复装置，包括电脑辅助模块、CT扫描模块、3D打印模块，所述CT扫描模块连接电脑辅助模块，电脑辅助模块连接3D打印模块；

所述3D打印模块包括3D打印机、输料管、耗材罐、多向打印臂；所述3D 打印机通过输料管与耗材罐连接，所述多向打印臂安装在3D打印机上；所述多向打印臂的端部能够安装打印头或铣刀；

所述多向打印臂为中空管状，中空管状与输料管联通，所述中空管状的末端设置有外螺纹；

所述打印头一端为中空套管，所述打印头与多向打印臂相连通，所述中空套管内壁设有内螺纹，所述内螺纹与多向打印臂末端设置的外螺纹相匹配；所述打印头另一端设置锥形斗状的出料喷头；

所述铣刀一端为中空套管，所述中空套管内壁设有内螺纹，所述内螺纹与多向打印臂末端设置的外螺纹相匹配；所述铣刀另一端设有厚度1-2mm、宽1-2mm、高5-10mm的刀头。

所述打印头与出料喷头之间设置有输料腔，所述出料喷头包括大口喷头和小口喷头，所述输料腔为中空圆柱，所述中空圆柱表面环向均匀设置有至少四个小口喷头，中空圆柱末端安装大口喷头。