[发明专利]夹心复合建筑3D打印材料、其制备方法及其制备装置

说明书

本发明公开了一种夹心复合建筑3D打印材料、其制备方法及其制备装置，装置包括：料斗；空心螺旋杆，安装于料斗内部，外部配置螺旋构造，内部形成供柔性纤维束轴向通过的空腔，空腔两端形成纤维束入口和纤维束出口，纤维束出口对准并窄于出料口；旋转电机，联接于空心螺旋杆。本发明通过将柔性纤维束从空心螺旋杆内部的空腔中穿越，将3D打印浆料从料斗加入，空心螺旋杆旋转，将3D打印浆料挤出的同时，柔性纤维束被3D打印浆料均匀包裹，形成全新的夹心复合建筑3D打印材料，增强了3D打印材料的抗裂性能、抗拉强度以及抗剪性能，能将柔性纤维束以长度方向定向布置，使纤维空间方向沿最利于提高抗拉强度的方向分布，最大化纤维的增强效应。

技术领域

本发明涉及建筑3D打印技术领域，尤其涉及一种夹心复合建筑3D打印材料、其制备方法及其制备装置。

背景技术

现有建筑3D打印大多是挤压出料，层层叠加实现建筑物的打印，但建筑物及构件需要增加加强筋增强其抗拉、抗剪强度，目前解决途径是自动打印水泥砂浆，人工增加钢筋，完成构件的成型，效率较低。

为增强3D打印材料的抗裂性能、抗拉强度以及抗剪性能，通常需要采用纤维增强，而目前主要采用将短切纤维均匀分散在水泥砂浆中。而纤维在材料内部的空间和方向分布会影响复合材料的开裂性能和韧性，只有与拉应力方向平行的纤维才能充分发挥纤维的抗拉性能，而与拉应力垂直的纤维反而会降低材料的抗拉强度。而3D打印材料的抗拉强度主要为沿长度方向，若能将纤维按照长度方向定向排列，将在很大程度上提高3D打印材料的抗拉抗剪性能，进而提高3D打印构件及建筑的抗拉与抗剪性能，而这是分散式纤维不可能实现的。

发明内容

鉴于上述现有技术中存在或潜在的不足之处，本发明提供了一种夹心复合建筑3D打印材料、其制备方法及其制备装置，采用连续纤维3D打印技术，以纤维束沿长度方向定向排列，使纤维的空间方向沿最有利于提高抗拉强度的方向分布，将纤维的增强效应最大化。

为实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种夹心复合建筑3D打印材料的制备装置，其包括：

用于输送3D打印浆料的料斗；

用于输送柔性纤维束的空心螺旋杆，所述空心螺旋杆安装于所述料斗的内部，所述空心螺旋杆的外部配置螺旋构造，所述空心螺旋杆的内部形成供所述柔性纤维束轴向通过的空腔，且所述空腔的两端开口形成一纤维束入口和一纤维束出口，所述纤维束出口对准并窄于所述料斗的出料口；以及

用于带动所述空心螺旋杆周向旋转的旋转电机，所述旋转电机的输出轴联接于所述空心螺旋杆。

所述制备装置的一些实施例中，所述料斗的所述出料口形成有用于融合所述3D打印浆料和所述柔性纤维束的融合区域，所述空心螺旋杆的所述纤维束出口位于所述融合区域的入口。

所述制备装置的一些实施例中，所述制备装置还包括用于泵送所述3D打印浆料的泵送设备，所述泵送设备通过泵管连接于所述料斗的入料口。

所述制备装置的一些实施例中，所述制备装置还包括用于提供所述柔性纤维束的输出设备，所述输出设备具有一转轴，所述柔性纤维束盘绕于所述转轴上。

所述制备装置的一些实施例中，所述柔性纤维束选自以下材料中的一种或多种的组合：玻璃纤维、碳纤维、碳纳米管纤维等柔性纤维。

所述制备装置的一些实施例中，所述料斗的所述出料口处设有排水口。

所述制备装置的一些实施例中，所述螺旋构造为螺旋片或螺旋齿状结构，且所述螺旋构造的螺旋方向朝向于所述料斗的所述出料口方向。

所述制备装置的一些实施例中，所述旋转电机的输出轴上设有主动齿轮，所述空心螺旋杆的纤维束入口处设有从动齿轮，所述主动齿轮啮合于所述从动齿轮。