本發(fā)明涉及3d打印，尤其涉及微重力環(huán)境下的鋼筋混凝土3d打印裝置、結(jié)構(gòu)及方法。

背景技術(shù)：

1、月球作為地球的天然衛(wèi)星，擁有著重力小、真空等特點。其環(huán)境接近于太空，蘊含豐富的資源，具有很高的研究探索價值。為了更好地探索月球，實現(xiàn)長期在月研究，建立一個牢固穩(wěn)定的月球基地至關(guān)重要。但是由于月球的微重力環(huán)境問題，在地球的傳統(tǒng)建造方法無法在月球上復(fù)現(xiàn)。3d打印作為新興技術(shù)，其技術(shù)成熟、簡單方便，最為關(guān)鍵的是可以實現(xiàn)在微重力環(huán)境下的打印成形。

2、不過在太空環(huán)境下存在著微重力這一主要問題，對于在地面上通過金屬熔融完成的打印技術(shù)，在微重力環(huán)境下熔融液滴的表面張力效應(yīng)凸顯，在參數(shù)不匹配的情況下熔滴極易球化，黏附在金屬絲上，難以與基材相結(jié)合。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供微重力環(huán)境下的鋼筋混凝土3d打印裝置、結(jié)構(gòu)及方法，旨在解決微重力環(huán)境下金屬打印困難的問題，以實現(xiàn)微重力環(huán)境下的3d建筑打印。

2、技術(shù)方案：為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的微重力環(huán)境下的鋼筋混凝土3d打印裝置、結(jié)構(gòu)及方法，所述打印裝置上設(shè)置有金屬打印端頭和混凝土打印端頭；打印裝置內(nèi)有送料機構(gòu)，送料機構(gòu)向混凝土打印端頭供送混凝土，向金屬打印端頭供送金屬物料；金屬打印端頭為攪拌頭，攪拌頭能以攪拌摩擦增材制造的方式將金屬物料打印為金屬筋架，再由混凝土打印端頭在金屬筋架上打印混凝土。

3、進一步地，所述打印裝置上設(shè)置有加壓機構(gòu)，在攪拌頭打印時，加壓機構(gòu)能對攪拌頭加壓。

4、進一步地，所述混凝土打印端頭為擠出式的噴嘴，噴嘴能將混凝土擠注到金屬筋架上。

5、進一步地，所述打印裝置上設(shè)置有抓取機構(gòu)，抓取機構(gòu)能抓取物料放置到打印中的建筑結(jié)構(gòu)上。

6、進一步地，所述打印結(jié)構(gòu)包括金屬筋架，金屬筋架的內(nèi)部形成有若干立體網(wǎng)格，立體網(wǎng)格內(nèi)填充有混凝土；金屬筋架內(nèi)的立體網(wǎng)格相互連通，使金屬筋架內(nèi)的混凝土連接為一個整體。

7、進一步地，所述金屬筋架由若干筋排層堆疊而成，單個筋排層由同向的多個金屬筋條排列而成，同一筋排層內(nèi)的相鄰兩個金屬筋條之間有筋縫，相鄰兩個筋排層內(nèi)的金屬筋條有一定夾角，使相鄰兩個筋排層內(nèi)的筋縫相互交叉，從而在金屬筋架內(nèi)形成相互連通的立體網(wǎng)格。

8、進一步地，所述金屬筋條由多層金屬物料結(jié)合而成。

9、進一步地，所述金屬筋條由底層的金屬支撐條和金屬支撐條上的多層金屬沉積物料結(jié)合而成。

10、進一步地，在打印過程中，送料機構(gòu)向攪拌頭供應(yīng)金屬物料，壓力機構(gòu)對攪拌頭加壓；攪拌頭先將金屬物料打印在地基上，攪拌頭一邊旋轉(zhuǎn)一邊往復(fù)位移，從而打印出金屬筋條，然后攪拌頭間隔一段距離打印另一個金屬筋條，逐漸在地基上打印出整個筋排層；完成一個筋排層的打印后，攪拌頭更改往復(fù)位移的方向，在原先的筋排層上打印出新的筋排層，由此逐層堆疊，打印出金屬筋架，并通過噴嘴將混凝土注入到金屬筋架內(nèi)。

11、進一步地，在打印金屬筋條時，先由抓取機構(gòu)抓取一個金屬支撐條放置在打印位置上，讓金屬支撐條跨在下方筋排層的筋縫上，然后再由攪拌頭在金屬支撐條上打印金屬物料，對金屬支撐條加厚，形成金屬筋條。

12、有益效果：本發(fā)明的微重力環(huán)境下的鋼筋混凝土3d打印裝置、結(jié)構(gòu)及方法，其有益效果如下：

13、1)在打印裝置上設(shè)置有攪拌頭，攪拌頭利用攪拌摩擦增材制造的方式，在微重力環(huán)境下進行3d打印，克服了傳統(tǒng)激光增材在微重力環(huán)境下熔滴難以過渡的問題；

14、2)在打印金屬筋條時，將較薄的金屬支撐條放置在打印位置上，讓金屬支撐條跨過筋縫，再通過攪拌頭對金屬支撐條進行加厚，以解決攪拌頭在打印過程中無法直接跨過筋縫的問題。

技術(shù)特征：

1.微重力環(huán)境下的鋼筋混凝土3d打印裝置，其特征在于：所述打印裝置(1)上設(shè)置有金屬打印端頭和混凝土打印端頭；打印裝置(1)內(nèi)有送料機構(gòu)(2)，送料機構(gòu)(2)向混凝土打印端頭供送混凝土，向金屬打印端頭供送金屬物料；金屬打印端頭為攪拌頭(3)，攪拌頭(3)能以攪拌摩擦增材制造的方式將金屬物料打印為金屬筋架(4)，再由混凝土打印端頭在金屬筋架(4)上打印混凝土。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微重力環(huán)境下的鋼筋混凝土3d打印裝置，其特征在于：所述打印裝置(1)上設(shè)置有加壓機構(gòu)，在攪拌頭(3)打印時，加壓機構(gòu)能對攪拌頭(3)加壓。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微重力環(huán)境下的鋼筋混凝土3d打印裝置，其特征在于：所述混凝土打印端頭為擠出式的噴嘴(5)，噴嘴(5)能將混凝土擠注到金屬筋架(4)上。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微重力環(huán)境下的鋼筋混凝土3d打印裝置，其特征在于：所述打印裝置(1)上設(shè)置有抓取機構(gòu)，抓取機構(gòu)能抓取物料放置到打印中的建筑結(jié)構(gòu)上。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微重力環(huán)境下的鋼筋混凝土3d打印結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述打印結(jié)構(gòu)包括金屬筋架(4)，金屬筋架(4)的內(nèi)部形成有若干立體網(wǎng)格，立體網(wǎng)格內(nèi)填充有混凝土；金屬筋架(4)內(nèi)的立體網(wǎng)格相互連通，使金屬筋架(4)內(nèi)的混凝土連接為一個整體。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的微重力環(huán)境下的鋼筋混凝土3d打印結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述金屬筋架(4)由若干筋排層(6)堆疊而成，單個筋排層(6)由同向的多個金屬筋條(7)排列而成，同一筋排層(6)內(nèi)的相鄰兩個金屬筋條(7)之間有筋縫(8)，相鄰兩個筋排層(6)內(nèi)的金屬筋條(7)有一定夾角，使相鄰兩個筋排層(6)內(nèi)的筋縫(8)相互交叉，從而在金屬筋架(4)內(nèi)形成相互連通的立體網(wǎng)格。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的微重力環(huán)境下的鋼筋混凝土3d打印結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述金屬筋條(7)由多層金屬物料結(jié)合而成。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的微重力環(huán)境下的鋼筋混凝土3d打印結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述金屬筋條(7)由底層的金屬支撐條和金屬支撐條上的多層金屬沉積物料結(jié)合而成。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的微重力環(huán)境下的鋼筋混凝土3d打印方法，其特征在于：在打印過程中，送料機構(gòu)(2)向攪拌頭(3)供應(yīng)金屬物料，壓力機構(gòu)對攪拌頭(3)加壓；攪拌頭(3)先將金屬物料打印在地基(10)上，攪拌頭(3)一邊旋轉(zhuǎn)一邊往復(fù)位移，從而打印出金屬筋條(7)，然后攪拌頭(3)間隔一段距離打印另一個金屬筋條(7)，逐漸在地基(10)上打印出整個筋排層(6)；完成一個筋排層(6)的打印后，攪拌頭(3)更改往復(fù)位移的方向，在原先的筋排層(6)上打印出新的筋排層(6)，由此逐層堆疊，打印出金屬筋架(4)，并通過噴嘴(5)將混凝土注入到金屬筋架(4)內(nèi)。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的微重力環(huán)境下的鋼筋混凝土3d打印方法，其特征在于：在打印金屬筋條(7)時，先由抓取機構(gòu)抓取一個金屬支撐條放置在打印位置上，讓金屬支撐條跨在下方筋排層(6)的筋縫(8)上，然后再由攪拌頭(3)在金屬支撐條上打印金屬物料，對金屬支撐條加厚，形成金屬筋條(7)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了微重力環(huán)境下的鋼筋混凝土3D打印裝置、結(jié)構(gòu)及方法，所述打印裝置上設(shè)置有金屬打印端頭和混凝土打印端頭；打印裝置內(nèi)有送料機構(gòu)，送料機構(gòu)向混凝土打印端頭供送混凝土，向金屬打印端頭供送金屬物料；金屬打印端頭為攪拌頭，攪拌頭能以攪拌摩擦增材制造的方式將金屬物料打印為金屬筋架，再由混凝土打印端頭在金屬筋架上打印混凝土。所述打印裝置上設(shè)置有加壓機構(gòu)，在攪拌頭打印時，加壓機構(gòu)能對攪拌頭加壓。所述混凝土打印端頭為擠出式的噴嘴，噴嘴能將混凝土擠注到金屬筋架上。本發(fā)明能夠解決微重力環(huán)境下金屬打印困難的問題，以實現(xiàn)微重力環(huán)境下的3D建筑打印。

技術(shù)研發(fā)人員：孫中剛,顧海,戴國慶,李明,張捷,李彬,姜杰
受保護的技術(shù)使用者：南通理工學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6