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CN115217273B - 一种用于3d打印混凝土层间结构的筋材、装置及施工方法 - Google Patents

一种用于3d打印混凝土层间结构的筋材、装置及施工方法 Download PDF

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CN115217273B CN202210610642.8A CN202210610642A CN115217273B CN 115217273 B CN115217273 B CN 115217273B CN 202210610642 A CN202210610642 A CN 202210610642A CN 115217273 B CN115217273 B CN 115217273B
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Abstract

本发明涉及工程建筑技术领域，提供了一种用于3D打印混凝土层间结构的筋材、装置及施工方法，该筋材，至少包括：本体，呈链式结构，包括多个相互拼接的子部，适于夹设在上下相邻的两层水泥基浆料层之间；转动关节，设置在相邻的两个所述子部之间，以使相邻的两个所述子部可转动连接；插接部，每个所述子部的两侧均设置有向远离所述子部的中心延伸的插接部，所述子部的一侧的所述插接部适于插置在上层的水泥基浆料层内，所述子部的另一侧的所述插接部适于插置在下层的水泥基浆料层内。综上，该筋材可以同时增强打印结构在水平和竖直方向的承载力，提高打印结构的整体连接强度，建筑结构不容易出现损坏或坍塌的现象，有利于减小安全隐患。

Description

一种用于3D打印混凝土层间结构的筋材、装置及施工方法
技术领域
本发明涉及工程建筑技术领域，具体涉及一种用于3D打印混凝土层间结构筋材、装置及施工方法。
背景技术
3D打印混凝土技术(3DPC)是一种新颖的数字化方法，目前3DPC技术已成功应用于房屋、桥梁等建筑领域，未来在极端条件或无人施工等领域具有广阔的前景。3DPC技术无需利用昂贵的模板即可生成几何形状复杂的结构，同时减少了劳动强度、建造时间和经济成本，且大大减少了建筑垃圾和CO2的排放，是一种新型绿色可持续建造技术。
在制备建筑结构过程时，装入3D打印机内的储液腔内的水泥基浆料，经喷头逐层地打印在建筑基底上，待水泥基浆料层固化后即形成建筑结构。但是，水泥基浆料在相邻层之间存在界面，且由于打印浆料表面含水及存在打印时间间隔，使得层间界面处的结合强度和韧性较差，当受到外界的驱动力作用时，相邻水泥基浆料层的层间界面处极易出现分层和脱粘现象，导致采用水泥基浆料打印制备的建筑结构容易出现损坏或坍塌的现象，存在安全隐患。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于现有技术中采用水泥基浆料打印制备的建筑结构容易出现损坏或坍塌的现象，存在安全隐患，从而提供一种用于3D打印混凝土层间结构的筋材、装置及施工方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种用于3D打印混凝土层间结构的筋材，至少包括：本体，呈链式结构，包括多个相互拼接的子部，适于夹设在上下相邻的两层水泥基浆料层之间；转动关节，设置在相邻的两个所述子部之间，以使相邻的两个所述子部可转动连接；插接部，每个所述子部的两侧均设置有向远离所述子部的中心延伸的插接部，所述子部的一侧的所述插接部适于插置在上层的水泥基浆料层内，所述子部的另一侧的所述插接部适于插置在下层的水泥基浆料层内。
进一步地，所述转动关节包括连接块、第一转轴与第二转轴；所述第一转轴与所述第二转轴均设置在所述连接块上，且所述第一转轴与所述第二转轴相互垂直；相邻的两个所述子部中的其中一个所述子部可转动的连接在所述第一转轴上，另一个所述子部可转动的连接在所述第二转轴上。
进一步地，所述转动关节包括第一凸部与第一凹槽；所述第一凸部位于所述子部的一端，所述第一凹槽位于所述子部的另一端，相邻的两个所述子部之间通过所述第一凸部与所述第一凹槽相连。
进一步地，该筋材还包括弹性件，设置在所述子部与所述插接部之间，以使所述插接部可伸缩的设置在所述子部的两侧。
一种用于3D打印混凝土层间结构的装置，包括上述的筋材，还包括：混凝土打印系统，适于在建筑基底上打印出自下而上叠层分布的水泥基浆料层；配筋系统，适于将所述筋材铺设在打印好的水泥基浆料层上；其中，所述子部夹设在上下相邻的两层水泥基浆料层之间，所述子部的一侧的所述插接部适于插置在上层的水泥基浆料层内，所述子部的另一侧的所述插接部适于插置在下层的水泥基浆料层内。
进一步地，所述配筋系统包括存储箱与输送结构；所述存储箱上设置有出筋口，所述筋材盘绕设置在所述存储箱中；所述输送结构位于所述存储箱的外部，且正对所述出筋口设置，所述筋材的一端经所述出筋口伸出并受所述输送结构的驱动被输送至目标位置。
进一步地，所述配筋系统还包括导向管；所述导向管的一端与所述存储箱的出筋口相连通，另一端伸向水泥基浆料层的方向；所述筋材位于所述导向管内时，插接部与子部之间的弹性件处于压缩状态；所述导向管的管壁设置开口，所述输送结构的工作部至少部分经所述开口位于所述导向管内并与所述筋材接触，适于驱动所述筋材在所述导向管内沿输送方向前进。
进一步地，所述输送结构包括第一输送轮、第二输送轮以及动力件；所述第一输送轮与所述第二输送轮对称设置在所述导向管的两侧，所述第一输送轮与所述第二输送轮均至少部分伸入所述导向管内，所述筋材夹设在所述第一输送轮与所述第二输送轮之间，所述插接部的长度方向与所述第一输送轮的轴线保持平行；所述动力件的输出端与所述第一输送轮相连，适于驱动所述第一输送轮转动。
进一步地，所述配筋系统还包括分离调姿箱，所述分离调姿箱包括分离部、控制阀以及挡件；所述分离调姿箱位于所述输送结构远离所述存储箱的一侧，所述导向管穿过所述分离调姿箱；所述分离部与所述挡件均设置在所述分离调姿箱内，所述导向管内的筋材夹设在所述分离部与所述挡件之间；所述控制阀与所述分离部相连，适于驱动所述分离部靠近所述挡件，以将所述筋材分离。
进一步地，所述混凝土打印系统包括搅拌器、料斗、螺旋挤出机以及打印头；所述搅拌器的出口与所述料斗的进口相连，适于为所述料斗提供混凝土；所述螺旋挤出机设置在所述料斗内，适于将所述混凝土挤出所述料斗；所述打印头设置在所述料斗的出口处，以使挤出所述料斗的混凝土具有预设的3D结构。
进一步地，该装置还包括升降基架；所述混凝土打印系统与所述配筋系统均可沿所述升降基架的长度方向运动的设置在所述升降基架上；所述升降基架可沿纵向升降运动，以带动所述混凝土打印系统与所述配筋系统同步运动。
进一步地，该装置还包括控制系统；所述控制系统与所述混凝土打印系统及所述配筋系统均信号连接，适于控制所述混凝土打印系统与所述配筋系统沿所述升降基架同步运动。
一种3D打印混凝土层间结构的施工方法，包括上述的筋材，以及上述的装置，还包括如下步骤：采用混凝土打印系统在建筑基底上打印水泥基浆料层；采用配筋系统在打印好的水泥基浆料层的表面铺设所述筋材；逐层进行打印和配筋，以将所述子部夹设在上下相邻的两层水泥基浆料层之间；所述子部的一侧的所述插接部适于插置在上层的水泥基浆料层内，所述子部的另一侧的所述插接部适于插置在下层的水泥基浆料层内，直至建筑结构打印完成。
进一步地，采用混凝土打印系统在建筑基底上打印水泥基浆料层之前还包括如下步骤；对打印结构进行数字化建模，并生成G代码；对配筋系统进行筋材装填，并设置运行参数；对水泥基材料充分搅拌，并将搅拌好的水泥基材料输送到混凝土打印系统；控制系统启动，导入G代码，调试打印参数；混凝土打印系统和配筋系统随升降基架同步移动。
进一步地，逐层进行打印和配筋时：打印完一层后，将混凝土打印系统的打印头和配筋系统抬升一层的高度，进行下一层水泥基浆料层的打印和筋材的布置；其中，配筋系统抬升过程中持续配筋，以使相邻的两层水泥基浆料层之间的所述筋材连续不间断。
本发明技术方案，具有如下优点：
本发明提供的该用于3D打印混凝土层间结构的筋材，子部可平稳的布置在水泥基浆料层的表面，且具有一定的刚度，可起到箍筋的作用，有利于在水平方向上增大打印结构的层间结合强度及承载力。而且，由于转动关节的存在使得整个筋材可以弯曲，以使相邻的两层水泥基浆料层之间的筋材连续不间断，有利于提高打印结构整体的连接强度。而且，插接部插入水泥基浆料层的浆体中，保证水泥基浆料层和配筋之间的连接紧密性，增强打印结构在竖直方向上的抗拉强度。综上，该筋材可以同时增强打印结构在水平和竖直方向的承载力，提高打印结构的整体连接强度，建筑结构不容易出现损坏或坍塌的现象，有利于减小安全隐患。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一个实施例中的用于3D打印混凝土层间结构的筋材的示意图；
图2为本发明又一个实施例中的用于3D打印混凝土层间结构的筋材的示意图；
图3为图2中的筋材中的弹性件处于压缩状态下的示意图；
图4为图2中的筋材中的弹性件处于伸展状态下的示意图；
图5为本发明又一个实施例中的用于3D打印混凝土层间结构的筋材的示意图；
图6为本发明又一个实施例中的用于3D打印混凝土层间结构的筋材的示意图；
图7为本发明实施例中的用于3D打印混凝土层间结构的筋材一种使用状态下的示意图；
图8为本发明实施例中的用于3D打印混凝土层间结构的筋材在使用状态下的剖面图；
图9为本发明实施例中的用于3D打印混凝土层间结构的筋材又一种使用状态下的示意图；
图10为本发明实施例中的用于3D打印混凝土层间结构的筋材又一种使用状态下的示意图；
图11为本发明实施例中的用于3D打印混凝土层间结构的装置的示意图；
图12为本发明实施例中的用于3D打印混凝土层间结构的装置的局部结构放大示意图；
图13为本发明实施例中的用于3D打印混凝土层间结构的装置中的导向嘴的示意图；
图14为本发明实施例中的用于3D打印混凝土层间结构的筋材又一种使用状态下的示意图；
图15为本发明实施例中的用于3D打印混凝土层间结构的筋材又一种使用状态下的示意图。
1、子部； 2、耳板； 3、插接部；
4、本体； 5、水泥基浆料层； 6、短筋；
7、细钢筋； 8、第一凸部； 9、第一凹槽；
10、第一基体； 11、第二基体； 12、第二凸部；
13、第二凹槽； 14、控制系统； 15、升降基架；
16、存储箱； 17、控制器； 18、料斗；
19、搅拌器； 20、螺旋挤出机； 21、输送结构；
22、导向管； 23、导向嘴； 24、第一输送轮；
25、第二输送轮； 26、分离调姿箱； 27、挡件；
28、分离部； 29、控制阀； 30、弹性件；
31、输料管； 32、旋转控制部； 33、长钢筋；
34、第一转轴； 35、第二转轴。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
图1为本发明一个实施例中的用于3D打印混凝土层间结构的筋材的示意图；如图1所示，本实施例提供一种用于3D打印混凝土层间结构的筋材，至少包括：本体4，呈链式结构，包括多个相互拼接的子部1，适于夹设在上下相邻的两层水泥基浆料层5之间；其中，子部1可以呈板状、柱状等结构。转动关节，设置在相邻的两个子部1之间，以使相邻的两个子部1可转动连接；插接部3，每个子部1的两侧均设置有向远离子部1的中心延伸的插接部3，子部1的一侧的插接部3适于插置在上层的水泥基浆料层5内，子部1的另一侧的插接部3适于插置在下层的水泥基浆料层5内。例如，插接部3可以为圆杆、方杆等杆状结构。优选的，插接部3垂直于子部1的外侧壁设置。
本实施例提供的该用于3D打印混凝土层间结构的筋材，子部1可平稳的布置在水泥基浆料层5的表面，且具有一定的刚度，可起到箍筋的作用，有利于在水平方向上增大打印结构的层间结合强度及承载力。而且，由于转动关节的存在使得整个筋材可以弯曲，以使相邻的两层水泥基浆料层5之间的筋材连续不间断，有利于提高打印结构整体的连接强度。而且，插接部3插入水泥基浆料层5的浆体中，保证水泥基浆料层5和配筋之间的连接紧密性，增强打印结构在竖直方向上的抗拉强度。综上，该筋材可以同时增强打印结构在水平和竖直方向的承载力，提高打印结构的整体连接强度，建筑结构不容易出现损坏或坍塌的现象，有利于减小安全隐患。
如图1所示，例如，转动关节包括连接块、第一转轴34与第二转轴35；连接块可以为正方体结构，连接块上设置有通孔，可以用于插置第一转轴34与第二转轴35，且第一转轴34与第二转轴35相互垂直；例如，每个子部1的端部均平行间隔设置有两个耳板2，上方的子部1通过其上的耳板2可转动的连接在第一转轴34的两端，另一个子部1通过其上的耳板2可转动的连接在第二转轴35上。如此设置，无论是同层水泥基浆料层5转弯处，还是不同层的水泥基浆料层5过渡处，均无需将筋材分离，使筋材保持连续，有利于提高打印结构的整体性与连接强度。
其中，第一转轴34或第二转轴35可以向外延伸出耳板1，此时第一转轴34或第二转轴35上的延伸部可以作为插接部3使用。
其中，该筋材还包括弹性件，设置在子部1与插接部3之间，以使插接部3可伸缩的设置在子部1的两侧。例如，弹性件可以为螺旋弹簧。例如，弹性件的一端可以固接于子部1的外侧壁，弹性件的一端与插接部3固定连接。例如，可以在子部1的内部设置容纳空间，弹性件位于容纳空间内，子部1的侧壁设置通孔，弹性件的两端均固定连接平板，平板的尺寸大于通孔的尺寸，弹性件不会从通孔伸出，插接部3可以固定连接在平板上，插接部3受压迫时可以收缩在容纳空间中，不受力时，插接部3从子部1的侧壁向外伸出。如此设置，当子部1与水泥基浆料层5接触后，插接部3向外弹出，可以增大插置在水泥基浆料层5中的深度。
图2为本发明又一个实施例中的用于3D打印混凝土层间结构的筋材的示意图；如图2所示，又一种实施方式中，转动关节也可以包括第一凸部8与第一凹槽9；第一凸部8位于子部1的一端，第一凹槽9位于子部1的另一端，相邻的两个子部1之间通过第一凸部8与第一凹槽9相连。例如，第一凸部8可以呈球状结构，第一凹槽9为与第一凸部8相匹配的坑状结构，第一凸部8卡接在第一凹槽9内后，可以自由旋转，使整个本体4可以朝任意方向弯折。如此设置，多个子部1连接之后形成的筋材具有三维的自由度，后续施工时可以根据情况选择不同的配筋形式，例如，相邻两层水泥基浆料层5之间的筋材可以为连续的，此时配筋系统在拉升过程中可以持续配筋，筋材在相邻两层水泥基浆料层5的过渡处弯折即可，无需分离，有利于实现施工的连续性并提高自动化程度。例如，也可以在相邻两层水泥基浆料层5之间的过渡处选择将筋材分离，整个配筋形式更加灵活，适用性更强。其中，子部1的两侧可以不设置插接部3。优选的，子部1的两侧设置有插接部3，图3为图2中的筋材中的弹性件处于压缩状态下的示意图；图4为图2中的筋材中的弹性件处于伸展状态下的示意图；如图2、图3以及图4所示，也可以将弹性件设置在第一凸部内，弹性件的两端分别连接一个插接部。整个筋材呈链式结构，转动关节的设置使得子部1可以灵活转动，子部1平稳的布置在水泥基浆料层5的表面，且具有一定的刚度，有利于在水平方向上增大打印结构的层间结合强度及承载力，建筑结构不容易出现损坏或坍塌的现象，有利于减小安全隐患。
又一个实施例中的筋材，至少包括：本体4，呈链式结构，包括多个相互拼接的子部1，适于夹设在上下相邻的两层水泥基浆料层5之间；例如，子部1可以呈板状结构，也可以呈柱状结构。每个子部1的两侧均设置有向远离子部1的中心延伸的插接部3，子部1的一侧的插接部3适于插置在上层的水泥基浆料层5内，子部1的另一侧的插接部3适于插置在下层的水泥基浆料层5内。例如，子部1两侧的插接部3可以为一体式结构，此时，子部1的侧壁设置有通孔，插接部3插置在通孔内且贯穿子部1。例如，子部1两侧的插接部3也可以相互独立，此时插接部3可以焊接在子部1的侧壁。其中，插接部3也可以与子部1一体成型。插接部3与子部1的侧壁之间呈一定的夹角，优选的，插接部3垂直于子部1的侧壁设置。
图5为本发明又一个实施例中的用于3D打印混凝土层间结构的筋材的示意图；如图5所示，例如，每个子部1具有呈长方体状结构的第一基体10，相邻的两个第一基体10之间通过连接杆焊接相连，例如，连接杆可以为圆杆。例如，插接部3可以为圆杆，第一基体10的侧壁设置有通孔，插接部3插置在通孔内，两端均相对于第一基体10的侧壁向外伸出。
图6为本发明又一个实施例中的用于3D打印混凝土层间结构的筋材的示意图；如图6所示，例如，每个子部1具有呈板状结构的第二基体11，第二基体11的一端具有第二凸部12，例如，第二凸部12可以呈球状结构，另一端具有第二凹槽13，相邻的两个第二基体11之间通过第二凸部12与第二凹槽13相连；插接部3设置在第二基体11上。优选的，插接部3为轴状结构，第二基体11以及第二凸部12上均设置有通孔，插接部3插置在通孔内，两端均相对于第二基体11的侧壁向外伸出，第二凸部12可沿插接部3转动的设置在第二凹槽13内。
图11为本发明实施例中的用于3D打印混凝土层间结构的装置的示意图；如图11所示，另一个实施例中提供了一种用于3D打印混凝土层间结构的装置，包括配筋系统、混凝土打印系统、控制系统14以及升降基架15。
对于混凝土打印系统而言，适于在建筑基底上打印出自下而上叠层分布的水泥基浆料层5；对于配筋系统而言，适于将筋材铺设在打印好的水泥基浆料层5上；其中，子部1夹设在上下相邻的两层水泥基浆料层5之间，子部1的一侧的插接部3适于插置在上层的水泥基浆料层5内，子部1的另一侧的插接部3适于插置在下层的水泥基浆料层5内。
其中，该用于3D打印混凝土层间结构的装置包括升降基架15；例如，升降基架15可以为圆杆，混凝土打印系统与配筋系统均可沿升降基架15的长度方向运动的设置在升降基架15上；升降基架15可沿纵向升降运动，以带动混凝土打印系统与配筋系统同步运动。
具体的，配筋系统包括存储箱16与输送结构21。其中，存储箱16可以通过滑块、滑轨结构可滑动的设置在升降基架15上，存储箱16的底部设置有出筋口，筋材可以通过绕线轮盘绕设置在存储箱16中；输送结构21位于存储箱16的外部，输送结构21位于存储箱16的下方，且正对出筋口设置，筋材的一端经出筋口伸出并受输送结构21的驱动被输送至目标位置。
图12为本发明实施例中的用于3D打印混凝土层间结构的装置的局部结构放大示意图；如图12所示，其中，配筋系统还包括导向管22，导向管22的顶端与存储箱16的出筋口相连通，筋材从存储箱16出来后进入导向管22，沿导向管22向下输送。导向管22的底端朝向水泥基浆料层5的方向延伸；筋材位于导向管22内时，插接部3与子部1之间的弹性件处于压缩状态，当筋材从导向管22出来后，弹性件恢复形变，插接部3向远离子部1的方向伸出；导向管22的管壁设置开口，输送结构21的工作部至少部分经开口位于导向管22内并与筋材接触，适于驱动筋材在导向管22内沿输送方向前进。
其中，输送结构21包括第一输送轮24、第二输送轮25以及动力件；第一输送轮24与第二输送轮25对称设置在导向管22的两侧，第一输送轮24与第二输送轮25均至少部分伸入导向管22内并与筋材相接触，筋材夹设在第一输送轮24与第二输送轮25之间，插接部3的长度方向与第一输送轮24的轴线保持平行，使得插接部3不会与第一输送轮24以及第二输送轮25相互干扰。动力件的输出端与第一输送轮24相连，适于驱动第一输送轮24转动。例如，动力件可以为驱动电机，动力件的输出端与第一输送轮24相连，第一输送轮24与第二输送轮25之间可以通过皮带或者传动链相连，适于驱动第一输送轮24转动以使筋材不断向下输送。例如，沿导向管22的长度方向上，可以间隔设置两组第一输送轮24与第二输送轮25。例如，第一输送轮24与第二输送轮25均可以为齿轮，也可以为辊筒。
例如，存储箱16上可以设置控制器17，控制器17与动力件信号连接，控制输送结构21向下不断输送筋材，使得筋材平稳的分布在打印的水泥基浆料层5上。
例如，配筋系统还包括分离调姿箱26，导向管22从分离调姿箱26中穿过，分离调姿箱26的箱体可自由旋转地安装在导向管22上，且分离调姿箱26位于输送结构21远离存储箱16的一侧，即位于输送结构21的下方。分离调姿箱26包括分离部28、控制阀29以及挡件27；分离部28与挡件27均设置在分离调姿箱26内，筋材穿过分离调姿箱26，且位于分离调姿箱26内的筋材夹设在分离部28与挡件27之间；控制阀29与分离部28相连，适于驱动分离部28靠近挡件27，以将筋材分成两段。
例如，控制阀29可以为电磁阀，分离部28可以是机械力，电磁力、气流或其他能够使筋材分离的机构或作用力。例如，分离部280与外部的液压气缸相连，为分离部28提供所需的冲压力，控制阀29开启时，液压气缸伸出带动分离部28靠近挡件27，将相邻两个子部3之间的连接杆切断。例如，挡件27可以固定设置在分离调姿箱26的内壁，起到抗冲击的作用。
其中，配筋系统还包括旋转控制部32；导向管22的一端与存储箱16的出口相连，另一端沿筋条的输送方向依次穿过输送结构21与分离调姿箱26；旋转控制部32与分离调姿箱26相连，且位于分离调姿箱26的下游，可以驱动分离调姿箱26绕导向管22转动，最终使得筋材在导向管22内旋转调姿。例如，分离调姿箱26夹住筋材时，旋转控制部32启动，使筋材转动0°-360°范围的角度，以调整筋材姿态使插接部3能够分离后垂直插入水泥基浆料层5。
当然，旋转控制部32可以设在分离调姿箱26远离存储箱16的一侧，也可以设在分离调姿箱26靠近存储箱16的一侧。
图13为本发明实施例中的用于3D打印混凝土层间结构的装置中的导向嘴的示意图；如图13所示，其中，配筋系统还包括导向嘴23；导向嘴23可摆动的设置在导向管22的出口端，以使分离后的筋材的端部相对于水泥基浆料层5摆动预设夹角。例如，导向嘴23可以为L型结构，导向嘴23可转动的插置在导向管22的出口端，当导向嘴23转动时，可以带动输出的筋材在水平面内向左或向右摆动预设夹角，使得筋材斜向伸出水泥基浆料层5一小段。
图14为本发明实施例中的用于3D打印混凝土层间结构的筋材又一种使用状态下的示意图；图15为本发明实施例中的用于3D打印混凝土层间结构的筋材又一种使用状态下的示意图，如图14与图15所示，例如，导向嘴23可以使筋材与长链分离后旋转出一定角度，筋材可以摆向水泥基浆料层5的里侧，筋材也可以摆向水泥基浆料层5的外侧，然后每一层筋材均由导向嘴23摆出一定角度，由于筋材在平面上具有自由度，在整体结构打印完成后，再通过一根连续的长钢筋33贯穿连接各层筋材，使打印混凝土结构保持整体性。
并且，导向嘴23可以使得筋材出来之后，筋材底部的插接部3弹射插入下层的水泥基浆料层5中，筋材顶部的插接部3弹射出之后被上层的水泥基浆料层5所覆盖，有利于提高筋材的布放效果。
其中，混凝土打印系统包括搅拌器19、料斗18、螺旋挤出机20以及打印头；料斗18可以通过滑块、滑轨结构可滑动的安装在升降基架15上，例如，料斗18位于存储箱16的右侧，搅拌器19的出口可以通过输料管31与料斗18的进口相连，适于为料斗18提供混凝土；螺旋挤出机20的电机位于料斗18外，螺旋挤出机20的螺旋轴位于料斗18内，电机驱动螺旋轴转动可以将混凝土挤出料斗18；打印头设置在料斗18的出口处，以使挤出料斗18的混凝土具有预设的3D结构。可以根据不同的3D结构更换不同的打印头。
并且，可以在螺旋挤出机20的螺旋轴上安装流动性检测装置，并与控制系统14信号连接，以根据检测到的浆料的流动性来适应性调整螺旋挤出机20的转速，而且，当检测到浆料有凝固风险时，进行报警。
其中，控制系统14与混凝土打印系统及配筋系统均信号连接，适于控制混凝土打印系统与配筋系统沿升降基架15同步运动。
其中，存储箱16与料斗18也可以通过丝杠与螺母结构安装在升降基架15上。例如，可以在升降基架15的表面设置螺纹，将升降基架15作为丝杠使用，在存储箱16与料斗18的外侧壁焊接螺母，螺母套设在升降基架15上。升降基架15的一端设置电机，驱动升降基架15转动，从而带动存储箱16与料斗18沿升降基架15运动。
同理，可以在升降基架15的另一端设置螺母，沿垂直于升降基架15的方向设置一丝杠，螺母套设在丝杠上，丝杠与电机相连，电机驱动丝杠转动，从而带动升降基架15沿纵向升降运动。
另一个实施例中提供一种3D打印混凝土层间结构的施工方法，包括上述的筋材，以及上述的装置，还包括如下步骤：采用混凝土打印系统在建筑基底上打印水泥基浆料层5；采用配筋系统在打印好的水泥基浆料层5的表面铺设筋材；逐层进行打印和配筋，以将子部1夹设在上下相邻的两层水泥基浆料层5之间；子部1的一侧的插接部3适于插置在上层的水泥基浆料层5内，子部1的另一侧的插接部3适于插置在下层的水泥基浆料层5内，直至建筑结构打印完成。
其中，采用混凝土打印系统在建筑基底上打印水泥基浆料层5之前还包括如下步骤；对打印结构进行数字化建模，并生成G代码；对配筋系统进行筋材装填，并设置运行参数；对水泥基材料充分搅拌，并将搅拌好的水泥基材料输送到混凝土打印系统；控制系统14启动，导入G代码，调试打印参数；混凝土打印系统和配筋系统随升降基架15同步移动。
图7为本发明实施例中的用于3D打印混凝土层间结构的筋材一种使用状态下的示意图；如图7所示，其中，逐层进行打印和配筋时：打印完一层后，将混凝土打印系统的打印头和配筋系统抬升一层的高度，进行下一层水泥基浆料层5的打印和筋材的布置；其中，配筋系统抬升过程中持续配筋，以使相邻的两层水泥基浆料层5之间的筋材连续不间断。
图8为本发明实施例中的用于3D打印混凝土层间结构的筋材在使用状态下的剖面图；如图8所示，在某个施工场景下，逐层进行打印和配筋，直至建筑结构打印完成具体包括：打印完一层后，采用分离调姿箱26将筋材分离；将混凝土打印系统的打印头和配筋系统抬升一层的高度，进行下一层水泥基浆料层5的打印和筋材的布置，直至建筑结构打印完成。
图9为本发明实施例中的用于3D打印混凝土层间结构的筋材又一种使用状态下的示意图；如图9所示，其中，在某个施工场景下，逐层进行打印和配筋，直至建筑结构打印完成具体包括：打印完一层后，采用分离调姿箱26将筋材分离；在每一层的水泥基浆料层5的四角处均插入一段短筋6，例如，短筋6可以沿纵向设置，以使筋材与打印好的水泥基浆料层5在竖直方向形成紧密的连结；将混凝土打印系统的打印头和配筋系统抬升一层的高度，进行下一层水泥基浆料层5的打印和筋材的布置，直至建筑结构打印完成。
图10为本发明实施例中的用于3D打印混凝土层间结构的筋材又一种使用状态下的示意图；如图10所示，其中，在某个施工场景下，逐层进行打印和配筋，直至建筑结构打印完成具体包括：打印完一层后，采用分离调姿箱26将筋材分离；将混凝土打印系统的打印头和配筋系统抬升一层的高度，进行下一层水泥基浆料层5的打印和筋材的布置；每隔n层，在水泥基浆料层5的拐角处竖直插入等高度的细钢筋7，以使筋材与打印好的n层水泥基浆料层5在竖直方向形成紧密的连接，直至建筑结构打印完成；其中，n为不小于2的整数。例如，n可以为2、3、4等。
综上，本申请中的3D打印混凝土层间结构的施工方法，在控制系统14作用下，混凝土打印系统及配筋系统同步进行，控制筋材平稳连续的布置在相邻的水泥基浆料层5之间，增强了3D打印制品的层间结合强度和稳定性，也实现了边打印边配筋的自动化，有利于提高工作效率。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (15)

1.一种用于3D打印混凝土层间结构的筋材，其特征在于，至少包括：
本体，呈链式结构，包括多个相互拼接的子部，适于夹设在上下相邻的两层水泥基浆料层之间；
转动关节，设置在相邻的两个所述子部之间，以使相邻的两个所述子部可转动连接；
插接部，每个所述子部的两侧均设置有向远离所述子部的中心延伸的插接部，所述子部的一侧的所述插接部适于插置在上层的水泥基浆料层内，所述子部的另一侧的所述插接部适于插置在下层的水泥基浆料层内。
2.根据权利要求1所述的用于3D打印混凝土层间结构的筋材，其特征在于，
所述转动关节包括连接块、第一转轴与第二转轴；
所述第一转轴与所述第二转轴均设置在所述连接块上，且所述第一转轴与所述第二转轴相互垂直；
相邻的两个所述子部中的其中一个所述子部可转动的连接在所述第一转轴上，另一个所述子部可转动的连接在所述第二转轴上。
3.根据权利要求1所述的用于3D打印混凝土层间结构的筋材，其特征在于，
所述转动关节包括第一凸部与第一凹槽；所述第一凸部位于所述子部的一端，所述第一凹槽位于所述子部的另一端，相邻的两个所述子部之间通过所述第一凸部与所述第一凹槽相连。
4.根据权利要求2或3所述的用于3D打印混凝土层间结构的筋材，其特征在于，
还包括弹性件，设置在所述子部与所述插接部之间，以使所述插接部可伸缩的设置在所述子部的两侧。
5.一种用于3D打印混凝土层间结构的装置，其特征在于，包括权利要求1-4中任一项所述的筋材，还包括：
混凝土打印系统，适于在建筑基底上打印出自下而上叠层分布的水泥基浆料层；
配筋系统，适于将所述筋材铺设在打印好的水泥基浆料层上；
其中，所述子部夹设在上下相邻的两层水泥基浆料层之间，所述子部的一侧的所述插接部适于插置在上层的水泥基浆料层内，所述子部的另一侧的所述插接部适于插置在下层的水泥基浆料层内。
6.根据权利要求5所述的用于3D打印混凝土层间结构的装置，其特征在于，
所述配筋系统包括存储箱与输送结构；
所述存储箱上设置有出筋口，所述筋材盘绕设置在所述存储箱中；
所述输送结构位于所述存储箱的外部，且正对所述出筋口设置，所述筋材的一端经所述出筋口伸出并受所述输送结构的驱动被输送至目标位置。
7.根据权利要求6所述的3D打印混凝土层间结构的装置，其特征在于，
所述配筋系统还包括导向管；
所述导向管的一端与所述存储箱的出筋口相连通，另一端伸向水泥基浆料层的方向；
所述筋材位于所述导向管内时，插接部与子部之间的弹性件处于压缩状态；
所述导向管的管壁设置开口，所述输送结构的工作部至少部分经所述开口位于所述导向管内并与所述筋材接触，适于驱动所述筋材在所述导向管内沿输送方向前进。
8.根据权利要求7所述的用于3D打印混凝土层间结构的装置，其特征在于，
所述输送结构包括第一输送轮、第二输送轮以及动力件；
所述第一输送轮与所述第二输送轮对称设置在所述导向管的两侧，所述第一输送轮与所述第二输送轮均至少部分伸入所述导向管内，所述筋材夹设在所述第一输送轮与所述第二输送轮之间，所述插接部的长度方向与所述第一输送轮的轴线保持平行；
所述动力件的输出端与所述第一输送轮相连，适于驱动所述第一输送轮转动。
9.根据权利要求7所述的用于3D打印混凝土层间结构的装置，其特征在于，
所述配筋系统还包括分离调姿箱，所述分离调姿箱包括分离部、控制阀以及挡件；
所述分离调姿箱位于所述输送结构远离所述存储箱的一侧，所述导向管穿过所述分离调姿箱；
所述分离部与所述挡件均设置在所述分离调姿箱内，所述导向管内的筋材夹设在所述分离部与所述挡件之间；
所述控制阀与所述分离部相连，适于驱动所述分离部靠近所述挡件，以将所述筋材分离。
10.根据权利要求5所述的用于3D打印混凝土层间结构的装置，其特征在于，
所述混凝土打印系统包括搅拌器、料斗、螺旋挤出机以及打印头；
所述搅拌器的出口与所述料斗的进口相连，适于为所述料斗提供混凝土；
所述螺旋挤出机设置在所述料斗内，适于将所述混凝土挤出所述料斗；
所述打印头设置在所述料斗的出口处，以使挤出所述料斗的混凝土具有预设的3D结构。
11.根据权利要求5-10中任一项所述的用于3D打印混凝土层间结构的装置，其特征在于，
还包括升降基架；
所述混凝土打印系统与所述配筋系统均可沿所述升降基架的长度方向运动的设置在所述升降基架上；
所述升降基架可沿纵向升降运动，以带动所述混凝土打印系统与所述配筋系统同步运动。
12.根据权利要求11所述的用于3D打印混凝土层间结构的装置，其特征在于，
还包括控制系统；
所述控制系统与所述混凝土打印系统及所述配筋系统均信号连接，适于控制所述混凝土打印系统与所述配筋系统沿所述升降基架同步运动。
13.一种3D打印混凝土层间结构的施工方法，其特征在于，包括权利要求1-4中任一项所述的筋材，以及权利要求5-12中任一项所述的装置，还包括如下步骤：
采用混凝土打印系统在建筑基底上打印水泥基浆料层；
采用配筋系统在打印好的水泥基浆料层的表面铺设所述筋材；
逐层进行打印和配筋，以将所述子部夹设在上下相邻的两层水泥基浆料层之间；所述子部的一侧的所述插接部适于插置在上层的水泥基浆料层内，所述子部的另一侧的所述插接部适于插置在下层的水泥基浆料层内，直至建筑结构打印完成。
14.根据权利要求13所述的3D打印混凝土层间结构的施工方法，其特征在于，采用混凝土打印系统在建筑基底上打印水泥基浆料层之前还包括如下步骤；
对打印结构进行数字化建模，并生成G代码；
对配筋系统进行筋材装填，并设置运行参数；
对水泥基材料充分搅拌，并将搅拌好的水泥基材料输送到混凝土打印系统；
控制系统启动，导入G代码，调试打印参数；
混凝土打印系统和配筋系统随升降基架同步移动。
15.根据权利要求13所述的3D打印混凝土层间结构的施工方法，其特征在于，
逐层进行打印和配筋时：
打印完一层后，将混凝土打印系统的打印头和配筋系统抬升一层的高度，进行下一层水泥基浆料层的打印和筋材的布置；
其中，配筋系统抬升过程中持续配筋，以使相邻的两层水泥基浆料层之间的所述筋材连续不间断。
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