热塑性碳纤维复合型建筑3D打印材料制备与打印的方法与流程

热塑性碳纤维复合型建筑3d打印材料制备与打印的方法
技术领域
1.本发明涉及建筑3d打印施工技术领域，尤其涉及一种热塑性碳纤维复合型建筑3d打印材料制备与打印的方法。


背景技术：

2.建筑3d打印技术是指将计算机辅助设计中的三维数字模型快速转换为实体建筑构件的制造技术，与传统建筑施工方式相比，具有施工速度快、构件精度高、适用于复杂结构等优点。然而，目前常用的建筑3d打印材料主要是砂浆、水泥等，其强度和韧性有限，不适用于一些高强度和高韧性要求的建筑结构。


技术实现要素：

3.为解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种热塑性碳纤维复合型建筑3d打印材料制备与打印的方法，该方法采用热塑性碳纤维材料作为打印材料的掺合物，在建筑3d打印中得到应用，保证打印构件的高强度和高韧性，还具有一定的导电性。
4.为实现上述效果，本发明提供如下技术方案：
5.一种热塑性碳纤维复合型建筑3d打印材料制备与打印的方法，其包括步骤：
6.在建筑3d打印材料干粉混合过程中，按体积掺量2％～5％掺入热塑性短切碳纤维，充分搅拌均匀；
7.按质量百分比掺入5％～10％的水，进行3d打印材料的湿料混合制备，并将湿料泵送至建筑3d打印设备的料仓中，进行再次搅拌及挤出，建筑3d打印设备按照设计好的构件打印路径，进行3d成型打印；
8.构件成型后，在硬化前，根据构件后续使用场景需要，将通电线插入构件设计位置，待后续使用时接线加热。
9.作为本发明进一步的方案，所述碳纤维短丝的长度取自1mm～5mm。
10.作为本发明进一步的方案，在建筑3d打印材料干粉混合设备中进行干粉和碳纤维短丝的混合，利用建筑3d打印材料干混泵送设备，将水分掺入干粉混合设备中。
11.作为本发明进一步的方案，利用建筑3d打印机器人打印头的料仓进行湿料搅拌。
12.作为本发明进一步的方案，所述构件为取暖楼板。
13.作为本发明进一步的方案，所述构件为异性座椅。
14.本发明采用了以上技术方案，使其具有以下有益效果：
15.(1)利用含热塑性碳纤维短丝的建筑3d打印材料进行建筑3d打印，可以打印出高强度和高韧性的构件，具有更广泛的应用前景；
16.(2)在建筑3d材料中掺入一定比例的碳纤维短丝，可增加打印线条的抗拉抗弯能力，起到建筑3d打印构件加固功效，同时还可使打印构件或墙体句有导电、导热及耐腐蚀等性能，可实现通电加热制暖的功效；
17.(3)利用电力通过碳纤维分子活动振荡做“布朗运动”取得热量，分子间的撞击和
摩擦产生热量，穿透介质；整个发热过程无声、无光、无污染，是名副其实的绿色产品。这种取暖方式充分利用了热量的三种传播方式，即：热传导，热对流和远红外低温辐射；
18.(4)利用碳纤维的这些优点，结合建筑3d打印工艺施工方法及优势，在打印材料中掺入一定比例的碳纤维短丝，在打印材料搅拌、泵送允许的条件下，实现可导电性砂浆水泥构件、部品的快速成型，可实现个性化定制，所打印的部品不但具有艺术特点，节省模具制作成本，提高成型效率，还可实现特殊场景下部品具备制热的需求。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。
20.图1为本发明实施例的热塑性碳纤维复合型建筑3d打印材料制备与打印的方法的流程图。
具体实施方式
21.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
22.目前常用的建筑3d打印材料主要是砂浆、水泥等，其强度和韧性有限，不适用于一些高强度和高韧性要求的建筑结构。因此，为解决这一问题，热塑性碳纤维材料成为焦点。
23.碳纤维复合材料是由有机纤维经过一系列热处理转化而成，含碳量高于90％的无机高性能纤维，是一种力学性能优异的新材料，具有碳材料的固有本性特征，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。
24.碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，其含碳量随种类不同而异，一般在90％以上。碳纤维具有一般碳素材料的特性，如耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等，但与一般碳素材料不同的是，其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物，沿纤维轴方向表现出很高的强度。碳纤维比重小，因此有很高的比强度。
25.碳纤维产品抗拉强度强，耐腐蚀，耐酸碱，不燃烧，耐氧化。碳纤维加热制暖主要特点是安全、节能、环保。
26.本发明实施例提供了一种热塑性碳纤维复合型建筑3d打印材料制备与打印的方法，主要是采用热塑性碳纤维材料作为打印材料的掺合物，在建筑3d打印中得到应用，通过设计合适的打印施工方法，保证打印构件的高强度和高韧性，还具有一定的导电性。
27.参阅图1所示，本发明热塑性碳纤维复合型建筑3d打印材料制备与打印的方法主要采用以下步骤：
28.第一步：在建筑3d打印材料干粉混合过程中，在干粉混合设备中按体积掺量2％～5％掺入热塑性短切碳纤维，充分搅拌均匀；其中，碳纤维短丝的长度可取自1mm～5mm；
29.其中，碳纤维短丝的制备可以先选择合适的碳纤维丝，通过切断，得到符合打印材料要求的长度1mm～5mm。然后通过与建筑3d打印所需砂浆、水泥等干粉混合和挤出等工艺
对其进行制备，制得含有热塑性碳纤维材料的建筑3d打印材料。
30.第二步：然后利用建筑3d打印材料干混泵送设备，按质量百分比掺入5％～10％的水，进行3d打印材料的湿料混合制备，并将湿料泵送至建筑3d打印设备的料仓中，进行再次搅拌及挤出，建筑3d打印设备按照设计好的构件打印路径，进行3d成型打印；其中，3d打印设备可采用先进的3d打印机器人，将湿料泵送至建筑3d打印机器人打印头的料仓中，进行再次搅拌及挤出，建筑3d打印机器人按照实现设计好的打印路径程序，进行3d成型打印，从而实现定制化、非标化的艺术造型的快速打印成型。3d打印机器人为现有技术。
31.3d成型打印的过程如下：
32.1.设计打印构件：根据建筑物的cad模型和实际需求，设计合适的打印构件，包括结构尺寸、强度和韧性等要求；
33.2.设计打印方法：根据打印构件的设计要求和热塑性碳纤维材料的特性，设计适合该材料的3d打印方法；该方法需要符合热塑性碳纤维材料的塑性、粘度和流动性等要求，以确保打印构件的质量；
34.3.建立打印参数：根据含有热塑性碳纤维短丝的建筑3d打印材料的特性和打印方法，建立适合该材料的打印参数，包括打印速度、温度和压力等。这些参数需要根据不同打印构件的特性进行调整，以确保打印构件的质量；
35.4.开始打印：安装3d打印设备，根据设计的打印参数和打印路径，进行建筑3d打印施工；在打印过程中，不断监测打印构件的质量和材料的流动性，并根据实际情况进行相应的调整。
36.5.检验打印构件：完成打印后，进行打印构件的质量检验，包括结构强度和韧性等，如有不符合要求的地方，可进行相应的调整。
37.第三步：构件成型后，在硬化前，根据构件后续使用场景需要，将通电线插入构件设计位置，待后续使用时接线加热即可。
38.本发明的优点在于，利用含热塑性碳纤维短丝的建筑3d打印材料进行建筑3d打印，可以打印出高强度和高韧性的构件，具有更广泛的应用前景。
39.在建筑3d材料中掺入一定比例的碳纤维短丝，可增加打印线条的抗拉抗弯能力，起到建筑3d打印构件加固功效，同时还可使打印构件或墙体句有导电、导热及耐腐蚀等性能，可实现通电加热制暖的功效。
40.利用电力通过碳纤维分子活动振荡做“布朗运动”取得热量。分子间的撞击和摩擦产生热量，穿透介质；整个发热过程无声、无光、无污染，是名副其实的绿色产品。这种取暖方式充分利用了热量的三种传播方式，即：热传导，热对流和远红外低温辐射。
41.利用碳纤维的这些优点，结合建筑3d打印工艺施工方法及优势，在打印材料中掺入一定比例的碳纤维短丝，在打印材料搅拌、泵送允许的条件下，实现可导电性砂浆水泥构件、部品的快速成型，可实现个性化定制，所打印的部品不但具有艺术特点，节省模具制作成本，提高成型效率，还可实现特殊场景下部品具备制热的需求。
42.如取暖楼板，实现不同房间不同温度的按需调节，并且免掉地暖锅炉、管道维护等工序，一次性成型，终身受用，使用寿命与建筑物等同，不存在维护和检修。在运行的时候不需要调试、检查，使用清洁的电能源。不对环境造成污染和破坏，不影响其他产品正常使用。使用中无电磁干扰和污染、无灰尘、无噪音，光线柔和，不刺激眼睛和灼伤皮肤，给您带来清
洁、宁静的使用感受。还能够产生对人体有益的远红外线，是“低碳生活，生态宜居”的最佳供暖选择。
43.如公园异性座椅、座凳，实现中温型控制，冬季寒冷天气，当人坐在建筑3d打印成型的砂浆座凳上时，感受到制暖后的温暖，舒适、保暖，提升座凳的人性化设计品质。
44.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，但本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对发明的限制，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合，本领域技术人员在阅读完本说明书后可在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下，可以根据需要对实施例做出没有创造性贡献的修改、替换和变型等，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

技术特征：
1.一种热塑性碳纤维复合型建筑3d打印材料制备与打印的方法，其特征在于，包括步骤：在建筑3d打印材料干粉混合过程中，掺入2％～5％体积掺量的热塑性碳纤维短丝，充分搅拌均匀；按质量百分比掺入5％～10％水分，进行3d打印材料的湿料混合制备，并将湿料泵送至建筑3d打印设备的料仓中，进行再次搅拌及挤出，建筑3d打印设备按照设计好的构件打印路径，进行3d成型打印；构件成型后，在硬化前，根据构件后续使用场景需要，将通电线插入构件设计位置，待后续使用时接线加热。2.如权利要求1所述的热塑性碳纤维复合型建筑3d打印材料制备与打印的方法，其特征在于，所述碳纤维短丝的长度取自1mm～5mm。3.如权利要求1所述的热塑性碳纤维复合型建筑3d打印材料制备与打印施工方法，其特征在于，在建筑3d打印材料干粉混合设备中进行干粉和碳纤维短丝的混合，利用建筑3d打印材料干混泵送设备，将水分掺入干粉混合设备中。4.如权利要求1所述的热塑性碳纤维复合型建筑3d打印材料制备与打印的方法，其特征在于，利用建筑3d打印机器人打印头的料仓进行湿料搅拌。5.如权利要求1所述的热塑性碳纤维复合型建筑3d打印材料制备与打印的方法，其特征在于，所述构件为取暖楼板。6.如权利要求1所述的热塑性碳纤维复合型建筑3d打印材料制备与打印的方法，其特征在于，所述构件为异性座椅。

技术总结
本发明公开了一种热塑性碳纤维复合型建筑3D打印材料制备与打印的方法，包括步骤：在建筑3D打印材料干粉混合过程中，按体积掺量2％～5％掺入热塑性短切碳纤维，充分搅拌均匀；按质量百分比掺入5％～10％的水，进行3D打印材料的湿料混合制备，并将湿料泵送至建筑3D打印设备的料仓中，进行再次搅拌及挤出，建筑3D打印设备按照设计好的构件打印路径，进行3D成型打印；构件成型后，在硬化前，根据构件后续使用场景需要，将通电线插入构件设计位置，待后续使用时接线加热。本发明方法采用热塑性碳纤维材料作为打印材料的掺合物，在建筑3D打印中得到应用，通过设计合适的打印施工方法，保证打印构件的高强度和高韧性，还具有一定的导电性。电性。电性。


技术研发人员：韩立芳 连春明 杨燕 冯明扬
受保护的技术使用者：中国建筑第八工程局有限公司
技术研发日：2023.05.23
技术公布日：2023/9/20