本發(fā)明涉及一種打印技術(shù)，特別是將水泥基材料或石膏等建筑材料與具有特定功能材料一起打印并可形成具有梯度的功能材料打印技術(shù)。

背景技術(shù)：

快速原型技術(shù)是上世紀(jì)80年代后期源于美國的一項新型造型技術(shù)，該技術(shù)通過材料的堆積而將計算機中的三維實體逐層“打印”出來，因此也常被形象的稱為3D打印技術(shù)。現(xiàn)有的3D打印技術(shù)主要有立體光刻成型(SLA)、疊層實體制造(LOM)、選擇性激光燒結(jié)(SLS)、熔融沉積成型(FDM)等。

3D打印技術(shù)在珠寶、鞋類、工業(yè)設(shè)計、汽車、航空航天、醫(yī)療、軍工以及其他領(lǐng)域都有應(yīng)用，該技術(shù)同樣引發(fā)了建筑業(yè)追捧的熱潮。3D打印建筑技術(shù)與傳統(tǒng)建筑相比，其優(yōu)勢在于：速度快，不需要使用模板，可以大幅節(jié)約成本；不需要數(shù)量龐大的建筑工人，大大提高了生產(chǎn)效率；可以非常容易地打印出其他方式很難建造的高成本曲線建筑；具有低碳、綠色、環(huán)保的特點。3D打印建筑技術(shù)可能改變建筑業(yè)的發(fā)展方向，對環(huán)保、建筑業(yè)、預(yù)拌混凝土行業(yè)帶來的改變是顯而易見。

然而，現(xiàn)有的建筑用粉體物料，例如水泥材料，凝結(jié)時間長，通常的初凝時間6～10h，終凝時間24h左右，不能滿足3D打印過程中材料在短時間內(nèi)快速凝結(jié)的性能要求；且一般呈流動性，無法滿足3D打印過程中的豎直堆積性能；并且，水泥材料的熔融溫度較高，所以無法作為3D打印材料使用，嚴(yán)重阻礙了水泥基材料3D打印的發(fā)展。石膏等粉體的建筑材料也面臨著同樣的問題。將上述建筑材料與功能材料一起打印并形成具有梯度的功能材料3D打印技術(shù)更是無法實現(xiàn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于，提供一種3D打印機及其打印方法，尤其適用于水泥基材料、石膏材料等建筑用粉體物料與功能材料一起打印；所要解決的技術(shù)問題是采用現(xiàn)有的水泥、石膏等建筑用粉體材料與功能材料一起，提供一種3D打印機及相應(yīng)的打印方法，使水泥、石膏材料與功能材料成功應(yīng)用于3D打印技術(shù)，為3D打印技術(shù)在建筑、石膏工藝品等行業(yè)的應(yīng)用提供技術(shù)支持，并使打印出的產(chǎn)品具有與功能材料相結(jié)合的效果(例如相變蓄能、色變等效果)，并可以創(chuàng)造新型功能材料，從而更加適于實際應(yīng)用。

本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。

根據(jù)本發(fā)明提供的一種3D打印機，所述的打印機包含有控制系統(tǒng)、物料系統(tǒng)、攪拌系統(tǒng)、擠出系統(tǒng)、xy軸系統(tǒng)和z軸系統(tǒng)、無線發(fā)射/接收系統(tǒng)和輸入輸出系統(tǒng)，其中，所述的控制系統(tǒng)用于控制攪拌系統(tǒng)、擠出系統(tǒng)、xy軸系統(tǒng)和z軸系統(tǒng)；所述的物料系統(tǒng)包括物料輸送系統(tǒng)和稱量系統(tǒng)，與攪拌系統(tǒng)連接；所述的攪拌系統(tǒng)用于物料的攪拌，與物料系統(tǒng)、擠出系統(tǒng)連接；所述的擠出系統(tǒng)用于擠出攪拌均勻的混合物料，所述的擠出系統(tǒng)包含打印噴頭；所述的無線發(fā)射/接收系統(tǒng)與控制系統(tǒng)相連，用于遠(yuǎn)程移動終端對3D打印機進行控制和監(jiān)控；所述的輸入輸出系統(tǒng)與控制系統(tǒng)相連，用于現(xiàn)場的打印參數(shù)和數(shù)字模型的輸入與輸出。所述的xy軸系統(tǒng)控制所述的打印噴頭在xy軸方向運動；所述的z軸系統(tǒng)包含成型粉體貯存缸、成型缸、鋪粉輥、功能材料貯存缸和螺旋布料輥，所述的成型粉體貯存缸底部為可移動第一活塞，所述的成型缸底部為可移動第二活塞，所述的功能材料為具有電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)、聲學(xué)、力學(xué)、化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)功能，例如具有特殊的物理、化學(xué)、生物學(xué)效應(yīng)的材料，如，色變材料、相變材料等。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進一步實現(xiàn)。

優(yōu)選的，根據(jù)前述的一種3D打印機，其中所述的物料系統(tǒng)包括液體物料輸送系統(tǒng)、液體物料稱量系統(tǒng)；或者，所述的物料系統(tǒng)包括液體物料輸送系統(tǒng)、液體物料稱量系統(tǒng)和粉體物料輸送系統(tǒng)、粉體物料稱量系統(tǒng)，所述的粉體物料為建筑材料。

優(yōu)選的，根據(jù)前述的一種3D打印機，其中所述的z軸系統(tǒng)還包括成型粉體收集缸。

優(yōu)選的，所述的3D打印機還包括流動性檢測裝置，所述的流動性檢測裝置位于所述的擠出系統(tǒng)與打印噴頭之間。以速凝水泥基物料為打印材料，應(yīng)嚴(yán)格控制各步驟中物料的流動性，尤其是擠出系統(tǒng)和打印噴頭處物料的流動性。擠出系統(tǒng)處的物料的流動性不可太低，否則會凝固在擠出系統(tǒng)處，導(dǎo)致打印失敗，并破壞打印裝置；打印噴頭處物料的流動性不宜大，否則，打印出來的物料不易定型。

所述的流動性檢測裝置可以是流速測量傳感器等，用于實時監(jiān)測混合物料的流動性。

優(yōu)選的，根據(jù)前述的一種3D打印機，其中所述的可移動第一活塞和所述的可移動第二活塞在豎直方向上運動，且所述的可移動第一活塞上升的距離等于所述的可移動第二活塞下降的距離。

優(yōu)選的，根據(jù)前述的一種3D打印機，其中所述的建筑材料為水泥基物料或石膏物料。

優(yōu)選的，根據(jù)前述的一種3D打印機，其中所述的無線發(fā)射/接收系統(tǒng)與控制系統(tǒng)相連，用于遠(yuǎn)程移動終端(例如手機APP)對3D打印機進行控制和監(jiān)控，所述的監(jiān)控內(nèi)容可以是打印進度等。

優(yōu)選的，根據(jù)前述的一種3D打印機，其中所述的輸入輸出系統(tǒng)與控制系統(tǒng)相連，用于現(xiàn)場的打印參數(shù)和數(shù)字模型的輸入與輸出，所述的輸出可以是打印進程數(shù)據(jù)的輸出。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還采用以下的技術(shù)方案來實現(xiàn)。

根據(jù)本發(fā)明提出的一種3D打印方法，采用上述中任一項所述的打印機，打印方法包括，步驟一，利用輸入輸出系統(tǒng)進行打印參數(shù)的設(shè)置或者利用移動終端遠(yuǎn)程進行打印參數(shù)的設(shè)置；步驟二，將粉體物料和第一液體物料分別置于所述的粉體物料輸送系統(tǒng)和液體物料輸送系統(tǒng)中，并通過稱量系統(tǒng)控制粉體物料和第一液體物料的用量；步驟三，將稱量好的粉體物料和第一液體物料置于攪拌系統(tǒng)中，攪拌均勻，得到第一混合物料；步驟四，將所述的第一混合物料置于擠出系統(tǒng)中，擠出系統(tǒng)將所述的第一混合物料置于xy軸系統(tǒng)中；步驟五，z軸系統(tǒng)中的成型粉體貯存缸中有第一成型粉體，可移動第一活塞上升a距離，采用鋪粉輥將第一成型粉體均勻鋪在可移動第二活塞上，xy軸系統(tǒng)上的打印噴頭將所述的第一混合物料打印在鋪有第一成型粉體的可移動第二活塞上，第一混合物料與第一成型粉體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，凝固定型成第一塊體；螺旋布料輥將功能材料貯存缸中的功能材料均勻攤鋪在所述的第一塊體上，攤鋪厚度為b，第二活塞下降a+b距離；重復(fù)步驟五，至完成控制系統(tǒng)中設(shè)定的待打印物體的參數(shù)，停止打印，去除多余粉體，表面處理，即得到待打印物體，所述的粉體物料為水泥基物料或石膏物料，所述的第一液體為水，所述的第一成型粉體包含有固態(tài)速凝劑、第二系列水泥、第三系列水泥、骨水泥和氯氧鎂水泥中的一種或兩種以上。

本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進一步實現(xiàn)。

優(yōu)選的，前述的一種3D打印方法，其中所述的攪拌時間為2-4min。

本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施實現(xiàn)。

根據(jù)本發(fā)明提供的一種3D打印方法，采用上述中任一項所述的打印機，所述的打印方法包括，步驟一，利用輸入輸出系統(tǒng)進行打印參數(shù)的設(shè)置或者利用移動終端遠(yuǎn)程進行打印參數(shù)的設(shè)置；步驟二，將第二液體物料置于所述的液體物料輸送系統(tǒng)中，并通過稱量系統(tǒng)控制第二液體物料的用量；步驟三，將稱量好的第二液體物料置于攪拌系統(tǒng)中，攪拌均勻，得到第二混合物料；步驟四，將所述的第二混合物料置于擠出系統(tǒng)中，擠出系統(tǒng)將所述的第二混合物料置于xy軸系統(tǒng)中；步驟五，z軸系統(tǒng)中的成型粉體貯存缸中有第二成型粉體，z軸系統(tǒng)中的可移動第一活塞上升m距離，采用鋪粉輥將第二成型粉體均勻鋪在可移動第二活塞上，xy軸系統(tǒng)上的打印噴頭將所述的第二混合物料打印在鋪有第二成型粉體的可移動第二活塞上，第二混合物料與第二成型粉體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，凝固定型成第二塊體，螺旋布料輥將功能材料貯存缸中的功能材料均勻攤鋪在所述的第二塊體上，攤鋪厚度為n，可移動第二活塞下降m+n距離；重復(fù)步驟五，至完成控制系統(tǒng)中設(shè)定的待打印物體的參數(shù)，停止打印，去除多余粉體，表面處理，即得到待打印物體，所述的第二液體為水和液態(tài)速凝劑；所述的第二成型粉體為水泥基粉體或石膏粉體。

本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進一步實現(xiàn)。

優(yōu)選的，根據(jù)前述的一種3D打印方法，其中所述的攪拌時間為10-120s。

借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明一種3D打印機及其打印方法至少具有下列優(yōu)點：

1、本發(fā)明提供了一種原料為水泥基材料或石膏等建筑用粉體材料的3D打印機。

本發(fā)明提供的3D打印機的原料為現(xiàn)有的水泥基等的建筑材料，成功將水泥基材料運用到3D打印技術(shù)，為3D打印技術(shù)在建材、建筑、工藝美術(shù)、醫(yī)療行業(yè)的應(yīng)用提供技術(shù)支持。

水泥基材料在3D打印領(lǐng)域的發(fā)展遇到諸多困難，例如，1、水泥材凝結(jié)時間較長，且具有流動性，在沒有模具的情況下，很難在短時間內(nèi)定型；2、基于選擇性激光燒結(jié)(SLS)原理的3D打印技術(shù)，需要將待打印的材質(zhì)燒結(jié)至接近熔融狀態(tài)，然而，與現(xiàn)有的打印材質(zhì)相比，將水泥燒結(jié)至熔融狀態(tài)所需能量較大。

本發(fā)明利用現(xiàn)有的水泥基材料與速凝劑之間的化學(xué)反應(yīng)，極大的減少了水泥的初凝時間，同時利用粉體材料的截流作用，抑制了水泥初凝前的流動性，使水泥基材料成功應(yīng)用與3D打印技術(shù)，為3D打印技術(shù)在建筑行業(yè)的應(yīng)用提供技術(shù)支持。

本發(fā)明提供的3D打印機同樣適用于石膏材料。

2、本發(fā)明在打印水泥基材料的同時，加入功能材料，從而更加適于實際應(yīng)用。

功能材料在實際應(yīng)用中起著十分重要的作用，一方面可以發(fā)揮自身的效果，如色變、相變儲能等，另一方面可以減少建筑材料在實際應(yīng)用中的缺陷。本發(fā)明提供的3D打印機可以同時打印建筑材料與功能材料，為創(chuàng)造新型功能材料提供了硬件支持和極大的便利。

上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實施，以下以本發(fā)明的較佳實施例并配合附圖詳細(xì)說明如后。

附圖說明

圖1實施例1水泥基材料的3D打印機。

圖2本發(fā)明水泥基材料的3D打印機的z軸系統(tǒng)的主視圖。

圖3本發(fā)明水泥基材料的3D打印機的z軸系統(tǒng)的俯視圖。

其中，1a鋪粉輥，1b螺旋布料輥，2a粉體貯存缸，2b功能材料貯存缸，2c成型缸，3a粉體貯存缸可移動第一活塞，3b成型缸可移動第二活塞，4粉體收集缸，5樣品，6打印噴頭。

具體實施方式

為更進一步闡述本發(fā)明為達成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的一種3D打印機及其打印方法，其具體實施方式、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說明如后。在下述說明中，不同的“一實施例”或“實施例”指的不一定是同一實施例。此外，一或多個實施例中的特定特征、結(jié)構(gòu)或特點可由任何合適形式組合。

以水泥基材料為例。

本發(fā)明提供一種水泥基材料的3D打印機。

本發(fā)明提供的水泥基材料的3D打印機包含有，控制系統(tǒng)、物料系統(tǒng)、攪拌系統(tǒng)、擠出系統(tǒng)、xy軸系統(tǒng)和z軸系統(tǒng)、無線發(fā)射/接收系統(tǒng)和輸入輸出系統(tǒng)。

所述的控制系統(tǒng)為計算機控制系統(tǒng)，利用輸入輸出系統(tǒng)進行打印參數(shù)的設(shè)置或者利用移動終端(例如手機APP)遠(yuǎn)程進行打印參數(shù)的設(shè)置，并在網(wǎng)絡(luò)的作用下，控制攪拌系統(tǒng)、擠出系統(tǒng)、xy軸系統(tǒng)和z軸系統(tǒng)，進行相應(yīng)的操作。

所述的物料系統(tǒng)用于物料的貯存和定量輸送，包括輸送系統(tǒng)和稱量系統(tǒng)，并與攪拌系統(tǒng)連接。

所述的攪拌系統(tǒng)與物料系統(tǒng)、擠出系統(tǒng)連接，用于物料的攪拌，即將物料系統(tǒng)傳輸過來的物料攪拌均勻，并將攪拌均勻的混合物料傳送至擠出系統(tǒng)。

所述的擠出系統(tǒng)用于攪拌均勻的混合物料的暫時貯存，并定時定量的，將混合物料擠入打印噴頭。

所述的xy軸系統(tǒng)控制所述的打印噴頭在xy軸方向(即水平方向)運動，將混合物料噴涂在設(shè)定的路線上，完成在xy軸方向的打印。

所述的z軸系統(tǒng)包含成型粉體貯存缸、成型缸、鋪粉輥、功能材料貯存缸和螺旋布料輥，所述的成型粉體貯存缸底部為可移動第一活塞，所述的成型缸底部為可移動第二活塞。成型粉體貯存缸中的粉體，一方面，與打印噴頭中的噴出的混合物料發(fā)生反應(yīng)，使水泥基材料快速凝結(jié)成型。例如，成型粉體的主要成分為鋁酸鈉、碳酸鈉時，在堿性溶液中迅速與水泥中的石膏反應(yīng)，形成硫酸鈉，使石膏喪失其原有的緩凝作用，從而導(dǎo)致鋁酸鈣礦物迅速水化，并在溶液中析出其水化產(chǎn)物晶體，從而使水泥基材料迅速凝結(jié)；另一方面，成型粉體有截流作用，雖然本發(fā)明極大降低了水泥基材料的初凝時間，初凝時間僅需幾分鐘，但這幾分鐘時間內(nèi)的水泥仍具有流動性，沒有參與反應(yīng)的成型粉體發(fā)揮截流作用，抑制了水泥的流動性，進一步促進了水泥基材料的定型。

所述的無線發(fā)射/接收系統(tǒng)與控制系統(tǒng)相連，用于遠(yuǎn)程移動終端對3D打印機進行控制和監(jiān)控。

所述的輸入輸出系統(tǒng)與控制系統(tǒng)相連，用于現(xiàn)場的打印參數(shù)和數(shù)字模型的輸入與輸出。

本發(fā)明所述的功能材料貯存缸中的物料為功能材料，所述的功能材料為具有電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)、聲學(xué)、力學(xué)、化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)功能，特殊的物理、化學(xué)、生物學(xué)效應(yīng)的材料。例如，催化劑材料、有機硅材料、膜材料、分子篩材料、防腐材料、蝕刻材料、顯影材料、顯色材料、發(fā)熱材料、制冷材料、電能材料、生物活性物質(zhì)、有機氟材料、電子信息材料、智能材料及功能色素材料等。

進一步的，所述的功能材料為具有電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)、聲學(xué)、力學(xué)、化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)功能，特殊的物理、化學(xué)、生物學(xué)效應(yīng)的材料。，例如石蠟、蜂窩狀石墨、蒙脫石、竹炭、泡沫鋁等。本發(fā)明將建筑材料與功能材料相結(jié)合，使得打印出的產(chǎn)品能夠更加適于實際應(yīng)用，例如，在夏季溫度較高時，相變蓄能材料吸收熱量，降低環(huán)境溫度，在冬季溫度較低時，相變蓄能材料釋放熱量，使環(huán)境溫度升高。

因此，本發(fā)明進一步促進了建筑材料與功能材料的結(jié)合使用。

進一步的，本發(fā)明提供的水泥基材料的3D打印機中的物料系統(tǒng)包括液體物料輸送系統(tǒng)、液體物料稱量系統(tǒng)；或者，所述的物料系統(tǒng)包括液體物料輸送系統(tǒng)、液體物料稱量系統(tǒng)和水泥基物料輸送系統(tǒng)、水泥基物料稱量系統(tǒng)。

即，本發(fā)明水泥基材料的3D打印機的物料系統(tǒng)可以僅輸送液體物料，也可以同時輸送液體物料和水泥基物料。

進一步的，本發(fā)明提供的水泥基材料的3D打印機的z軸系統(tǒng)還包括成型粉體收集缸。

此處的成型粉體收集缸可以將沒有參與反應(yīng)的成型粉體進行收集，并將收集后的成型粉體進行再次應(yīng)用，避免了材料的浪費。

進一步的，本發(fā)明提供的水泥基材料的3D打印機的可移動第一活塞和所述的可移動第二活塞在豎直方向上運動，且所述的可移動第二活塞下降的距離等于可移動第一活塞上升的距離與螺旋布料輥攤鋪粉體厚度之和。

此處，通過可移動第一活塞的向上運動一定的距離，并采用鋪粉輥，將成型粉體物料定量的輸送至可移動第二活塞，與打印噴頭噴出的物料發(fā)生反應(yīng)，凝固定型，然后，可移動第二活塞向下運動相同的距離，為后續(xù)的成型粉體提供空間，進而完成連續(xù)不斷的定型。

同樣，以水泥基材料為例，本發(fā)明提供一種水泥基材料的3D打印方法。

采用上述的3D打印機，其打印方法包括以下步驟。

步驟一，利用輸入輸出系統(tǒng)進行打印參數(shù)的設(shè)置或者利用移動終端(例如手機APP)遠(yuǎn)程進行打印參數(shù)的設(shè)置，并通過控制系統(tǒng)控制。

利用計算機控制系統(tǒng)進行相關(guān)參數(shù)的設(shè)置，例如，攪拌系統(tǒng)的攪拌時間、攪拌速率，擠出系統(tǒng)的擠出時間、擠出量，xy軸系統(tǒng)的運動軌跡、運動速率、打印噴頭的噴出量，z軸系統(tǒng)的運動軌跡、運動速率等，進而控制打印機的運行。

步驟二，將水泥基粉體和第一液體分別置于所述的水泥基粉體物料輸送系統(tǒng)和液體物料輸送系統(tǒng)中，并通過稱量系統(tǒng)控制水泥基粉體和液體的用量。

此時的物料系統(tǒng)可以進行水泥基粉體物料和液體物料的輸送，且兩種物料分別輸送，并通過各自的稱量系統(tǒng)對兩種物料分別進行稱量，控制兩種物料的用量和比值。

步驟三，將稱量好的水泥基粉體和第一液體置于攪拌系統(tǒng)中，攪拌均勻，得到第一混合物料。

此時，將一定量的水泥基粉體和液體進行物理攪拌，混合均勻。此時的液體盡量不要與水泥基粉體發(fā)生速凝反應(yīng)，否則影響凝固后的水泥將嚴(yán)重影響后續(xù)的操作，并有可能對打印機系統(tǒng)造成破壞。

步驟四，將所述的第一混合物料置于擠出系統(tǒng)中，擠出系統(tǒng)將所述的第一混合物料置于打印噴頭。

步驟五，z軸系統(tǒng)中的成型粉體貯存缸中有第一成型粉體，可移動第一活塞上升a距離，采用鋪粉輥將第一成型粉體均勻鋪在可移動第二活塞上，xy軸系統(tǒng)上的打印噴頭將所述的第一混合物料打印在鋪有第一成型粉體的可移動第二活塞上，第一混合物料與第一成型粉體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，凝固定型成第一塊體；螺旋布料輥將功能材料貯存缸中的功能材料均勻攤鋪在所述的第一塊體上，攤鋪厚度為b，第二活塞下降a+b距離；重復(fù)步驟五，至完成控制系統(tǒng)中設(shè)定的待打印物體的參數(shù)，停止打印，去除多余粉體，表面處理，即得到待打印物體。

本發(fā)明通過分步打印，將建筑材料(例如水泥基材料)與功能材料相結(jié)合，充分利用了功能材料帶來的優(yōu)勢(例如相變蓄能、色變等)，克服了單獨使用建筑材料時的缺陷。此處的a、b為可變值，可以根據(jù)實際需要，利用電腦輸入系統(tǒng)，對每一次的打印厚度進行設(shè)置。

進一步的，上述打印方法中所述的水泥基物料包含有通用水泥、專用水泥、特種水泥、骨水泥、氯氧鎂水泥中的一種或兩種以上的混合物。

即本發(fā)明的水泥為現(xiàn)有水泥，優(yōu)選的，水泥基物料還可以包含有石膏、砂、石，以及煤渣、礦渣等固體廢棄物，有利于促進水泥基物料的凝固。優(yōu)選的，本發(fā)明水泥基物料的粒徑小于0.5mm。一方面，提高了水泥基物料的總的表面積，進而增大了水泥基物料與速凝劑的反應(yīng)面積，使反應(yīng)速率加快，提高速凝效果；另一方面，使制得的物體的表面更加光滑、細(xì)膩、美觀，使后續(xù)的打磨程序更加簡單。

所述的第一液體為水。正如前述，此時的第一液體盡量不要與水泥基物料發(fā)生速凝反應(yīng)。

所述的第一成型粉體包含有固態(tài)速凝劑。

此時的固態(tài)速凝劑，一方面與第一混合物料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，凝固定型；另一方面，起到截流的作用。

此時的固態(tài)速凝劑為，1、以堿金屬的鋁酸鹽、碳酸鹽等為主要成分的速凝劑；2、以硫鋁酸鈣、鋁酸鈉、鋁酸鈣和硫酸鋁等為主要成分的無堿、低堿速凝劑；3、加入一定量的醇胺(一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、鏈烷醇胺)、多元醇(乙二醇、丙三醇)、有機酸(檸檬酸、草酸)、聚丙烯酰胺、羧酸等的無機有機復(fù)合型速凝劑等。上述速凝劑可極大的減小水泥基材料的初凝時間，使得水泥基材料的初凝時間為幾分鐘，甚至小于1分鐘。

進一步的，所述的攪拌時間為2-4min。此時的攪拌是將水泥基物料與液體進行攪拌。

本發(fā)明提供了另一種水泥基材料的3D打印方法。

步驟一，利用輸入輸出系統(tǒng)進行打印參數(shù)的設(shè)置或者利用移動終端遠(yuǎn)程進行打印參數(shù)的設(shè)置，并通過控制系統(tǒng)控制；步驟二，將第二液體置于所述的液體物料輸送系統(tǒng)中，并通過稱量系統(tǒng)控制第二液體的用量。

此時，物料輸送系統(tǒng)僅貯存、輸送一定量的液體物料。

步驟三，將稱量好的第二液體置于攪拌系統(tǒng)中，攪拌均勻，得到第二混合物料；步驟四，將所述的第二混合物料置于擠出系統(tǒng)中，擠出系統(tǒng)將所述的第二混合物料置于打印噴頭中；步驟五，z軸系統(tǒng)中的成型粉體貯存缸中有第二成型粉體，z軸系統(tǒng)中的可移動第一活塞上升m距離，采用鋪粉輥將第二成型粉體均勻鋪在可移動第二活塞上，xy軸系統(tǒng)上的打印噴頭將所述的第二混合物料打印在鋪有第二成型粉體的可移動第二活塞上，第二混合物料與第二成型粉體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，凝固定型成第二塊體，螺旋布料輥將功能材料貯存缸中的功能材料均勻攤鋪在所述的第二塊體上，攤鋪厚度為n，可移動第二活塞下降m+n距離。重復(fù)步驟五，至完成控制系統(tǒng)中設(shè)定的待打印物體的參數(shù)，停止打印，去除多余粉體，表面處理，即得到待打印物體。

此處的m、n同樣為可變值，可以根據(jù)實際需要，利用電腦輸入系統(tǒng)，對每一次的打印厚度進行設(shè)置。

進一步的，所述的第二液體為水和液態(tài)速凝劑。

此時的液態(tài)速凝劑為，1、中國建筑材料科學(xué)研究總院研制的無堿無氯液態(tài)速凝劑，主要成分有硫酸鋁、無機酸、多元醇、有機胺和配位劑；2、中鐵隧道集團有限公司研制的無堿液態(tài)速凝劑，主要成分有硫酸鋁、氫氧化鋁、氫氟酸、水玻璃、穩(wěn)定劑等。

所述的第二成型粉體包含有通用水泥、專用水泥、特種水泥、骨水泥、氯氧鎂水泥中的一種或兩種以上的混合物。

進一步的，所述的攪拌時間為10-120s。此時的攪拌是將水與液態(tài)速凝劑進行攪拌。

實施例1

本實施例提供一種水泥基材料的3D打印機的打印方法。本實施例提供的3D打印機如圖1所示，本實施例水泥基材料的3D打印機的z軸系統(tǒng)的主視圖如圖2所示，本實施例水泥基材料的3D打印機的z軸系統(tǒng)的俯視圖如圖3所示。

步驟一，通過手機APP，利用無線發(fā)射/接收系統(tǒng)進行打印參數(shù)設(shè)置。

攪拌系統(tǒng)的攪拌時間為1min、攪拌速率為90轉(zhuǎn)/min，擠出系統(tǒng)的擠出速率為3mm/s，設(shè)置打印層厚為1mm，填充模式為網(wǎng)格填充，填充密度為30％，打印速度為70mm/s，空走速度100mm/s。并通過網(wǎng)絡(luò)將相應(yīng)的參數(shù)命令傳輸至相應(yīng)的系統(tǒng)，進而控制打印機的運行。

步驟二，鋪粉輥1a將粉體貯存缸2a中的成型粉體均勻的攤鋪在成型缸2c中的成型缸活塞3b上，多余的成型粉體落入粉體收集缸4中，且可重復(fù)利用。打印噴頭6將混合均勻的水泥基材料浸漬在成型粉體中，成型粉體與水泥基材料發(fā)生反應(yīng)，快速凝固并形成一定強度的第一塊體。螺旋布料輥1b將功能材料貯存缸2b中的功能材料均勻攤鋪在所述的第一塊體上。粉體貯存缸可移動第一活塞3a上升距離1mm，功能材料的攤鋪厚度為1mm，成型缸可移動第二活塞3b同步下降距離2mm，然后鋪粉輥1a再次將成型粉體均勻的攤鋪在已經(jīng)打印一層的樣品5上，打印噴頭6將混合均勻的水泥基材料再次浸漬在成型粉體中，螺旋布料輥繼續(xù)將功能材料攤鋪在前步成型的建筑材料塊體上，如此往復(fù)打印出完整的樣品5。

步驟三：用空氣壓縮機吹掃打印樣品表面的多余成型粉體，視模型精度進行適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚?，得到打印模型，完成打印?/p>

本實施例中的物料系統(tǒng)包括液體物料輸送系統(tǒng)、液體物料稱量系統(tǒng)和水泥基物料輸送系統(tǒng)、水泥基物料稱量系統(tǒng)。其中，液體物料系統(tǒng)輸送的為水，稱量量為20kg；固體物料系統(tǒng)輸送的為氯氧鎂水泥、磨細(xì)礦渣粉、植物纖維的均勻混合料，最大粒徑不超過0.5mm，，稱量量為120kg。功能材料為石蠟。

本實施例中的成型粉體為ISO標(biāo)準(zhǔn)砂和粉煤灰顆粒。

實施例2

本實施例提供一種水泥基材料的3D打印機的打印方法。

步驟一，進行輸入輸出系統(tǒng)進行打印參數(shù)設(shè)置。

攪拌系統(tǒng)的攪拌時間為2min、攪拌速率為50轉(zhuǎn)/min，擠出系統(tǒng)的擠出速率為2mm/s，設(shè)置打印層厚為2mm，填充模式為直線填充，填充密度為20％，打印速度為50mm/s，空走速度80mm/s。通過網(wǎng)絡(luò)將相應(yīng)的參數(shù)命令傳輸至相應(yīng)的系統(tǒng)，進而控制打印機的運行。

步驟二，鋪粉輥1a將粉體貯存缸2a中的成型粉體均勻的攤鋪在成型缸2c中的成型缸第二活塞3b上，多余的成型粉體落入粉體收集缸4中，且可重復(fù)利用。打印噴頭6將混合均勻的液體材料浸漬在成型粉體中，成型粉體與液體物料發(fā)生反應(yīng)，快速凝固并形成一定強度的第二塊體，厚度為1mm。螺旋布料輥1b將功能材料貯存缸2b中的功能材料均勻攤鋪在所述的第一塊體上。功能材料的攤鋪厚度為1mm，成型缸活塞3b同步下降距離2mm，然后鋪粉輥1a再次將成型粉體均勻的攤鋪在已經(jīng)打印一層的樣品5上，螺旋布料輥繼續(xù)將功能材料攤鋪在前步成型的建筑材料塊體上，打印噴頭6將混合均勻的液體再次浸漬在成型粉體中，如此往復(fù)打印出完整的樣品5。

步驟三：用空氣壓縮機吹掃打印樣品表面的多余成型粉體，視模型精度進行適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚?，得到打印模型，完成相變儲能材料的打印?/p>

本實施例中的物料系統(tǒng)包括液體物料輸送系統(tǒng)和液體物料稱量系統(tǒng)。其中，液體物料水和液態(tài)速凝劑，水的稱量量為50kg，液態(tài)速凝劑為中國建筑材料科學(xué)研究總院研制的無堿無氯液體速凝劑，稱量量為13kg。功能材料為蜂窩狀石墨。

本實施例中的成型粉體為普通硅酸鹽水泥、石蠟和聚乙烯顆粒的混合物，粒徑不超過2cm。

實施例中的建筑材料和功能材料的每次攤鋪的厚度可以根據(jù)不同的材質(zhì)或樣品的形狀等特性進行調(diào)節(jié)，例如，每次的攤鋪厚度可達2cm。

本發(fā)明中所述的數(shù)值范圍包括此范圍內(nèi)所有的數(shù)值，并且包括此范圍內(nèi)任意兩個數(shù)值組成的范圍值。例如，“攪拌時間為10-120s”，此數(shù)值范圍包括10-120之間所有的數(shù)值，并且包括此范圍內(nèi)任意兩個數(shù)值(例如：20、50)組成的范圍值(20-50)；本發(fā)明所有實施例中出現(xiàn)的同一指標(biāo)的不同數(shù)值，可以任意組合，組成范圍值。

本發(fā)明權(quán)利要求和/或說明書中的技術(shù)特征可以進行組合，其組合方式不限于權(quán)利要求中通過引用關(guān)系得到的組合。通過權(quán)利要求和/或說明書中的技術(shù)特征進行組合得到的技術(shù)方案，也是本發(fā)明的保護范圍。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。