[发明专利]一种复杂形状混凝土制品的3D打印方法

说明书

本发明涉及一种复杂形状混凝土制品的3D打印方法，具体步骤如下：1)将混凝土制品模型切片程序输入到3D打印机上；2)称取干粉原料：42.5硅酸盐水泥或快硬硫铝酸盐水泥100份，早强剂0.1～2份、减水剂0.5～5份、增稠剂0.5～5份，按水胶比0.3～0.5配制得到水泥浆体；3)将骨料粉末铺平，将模型相应截面形状的水泥浆体喷出，层层叠加直至成型出混凝土制品模型，再将模型干燥、抛光、打磨得到混凝土制品。本发明采用选择性浸渍成形快速制造工艺，水泥浆体均匀渗透进骨料中再进行水化作用作为粘接剂将骨料紧密结合在一起，所得混凝土制品致密度高、性能好。

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，具体涉及一种复杂形状混凝土制品的3D打印方法。

背景技术

自1980年以来，3D打印制造领域大幅增长，高分子材料、生物材料、金属材料、陶瓷材料等许多材料已经利用了这一技术。混凝土3D打印制造是一个有前途的替代传统施工方式的混凝土建筑行业新技术，3D打印制造的预制构件已经在实验室规模生产，这种技术可以用来制造墙壁或设计结构件。3D打印是通过逐层叠加材料，使工件成形的过程。

在混凝土施工中，将增材制造和混凝土材料结合，可以节约施工周期、降低施工成本、降低污染。增材制造领域使用在开放空间直接挤压混凝土的过程，被称为直写自由成型打印(Direct Ink Writing，DIW)。直写自由成型的优点是可以快速制造大型部件。这种增材制造必须处理一个问题：在打印过程中需要进行人工添加支撑，才能打印复杂的结构。另外一种三维打印成型技术((Three Dimensional Printing，3DP)，采用铺粉辊将水泥粉末预先铺平，然后将粘接剂溶液按零件截面形状从喷头中喷出，使粉末粘结在一起形成零件形状，层层叠加直至成型出设计的三维模型。但这样的成型过程中，没有骨料，只有水泥胶凝材料，不算是真正意义上的混凝土3D打印，并且黏结剂黏合强度受限导致部件强度有限，难以获得机械性能优良的产品。

本发明克服了以上3D打印技术应用领域的不足，提出了一种复杂形状混凝土制品的3D打印方法，无需支撑材料即可制备复杂结构的混凝土制品，同时获得优良的致密度和性能，实现真正意义上的混凝土复杂构件的打印。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种复杂形状混凝土制品的3D打印方法，采用该方法能够使浆料保持稳定，并能均匀持续挤出。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

本发明提供一种复杂形状混凝土制品的3D打印方法，具体步骤如下：

1)通过软件(Cura，Repetier，Slicer等)将复杂形状混凝土制品模型切片后，将所得切片程序输入到3D打印机上；

2)水泥浆体的制备：按以下重量份比例称取干粉原料：42.5硅酸盐水泥或快硬硫铝酸盐水泥100份，早强剂0.1～2份、减水剂0.5～5份、增稠剂0.5～5份，按水胶比0.3～0.5配制得到水泥浆体；

3)制备复杂形状混凝土制品：将步骤2)所得水泥浆体混合好后置于3D打印机挤出装置内部，采用铺粉辊将骨料粉末预先铺平，形成单层层高的骨料粉末，利用3D打印机的控制软件，将模型相应截面形状的水泥浆体从挤出装置喷头喷出，使相应区域的骨料粉末通过水泥浆料浸渍粘结在一起形成模型单层形状，单层打印完毕后再铺单层层高的骨料粉末并喷出模型相应截面形状的水泥浆体，层层叠加直至成型出混凝土制品模型，再将模型干燥、抛光、打磨得到混凝土制品。

按上述方案，步骤2)所述早强剂为无水硫酸钠或无水氯化钙。

按上述方案，步骤2)所述减水剂为聚羧酸系高性能减水剂或萘磺酸盐减水剂，固含量为20～40％。

按上述方案，步骤2)所述增稠剂为羟丙基甲基纤维素或甲基纤维素。