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1.本发明涉及混凝土3d打印技术领域，具体涉及一种3d打印混凝土状态调节挤出系统及其控制方法。
2.3d打印混凝土作为一种新兴的建筑增材制造技术，对新拌混凝土的流变性能有着严格的要求。在打印前，混凝土应保持高流动性和低硬化率，以降低泵送压力降低堵塞风险。然而，混凝土挤出后，沉积材料的屈服应力应足够高，以支撑起自身重量和上层不断增加的压力。并且，水泥的不断水化，水泥基材料的流变性能随时间变化，因此对可打印混凝土的配合比设计带来挑战，通常在进行混凝土3d打印时，配合比需要不断调整测试，降低了工作效率。
3.环境温度可通过影响混凝土中化学反应的速度，以及混凝土中外加剂的吸附效果来影响混凝土的工作状态。在低温环境下，化学反应速度低，外加剂对水泥颗粒的吸附效果稳定，混凝土可较长时间保持其工作状态。环境温度升高时，化学反应速度加快，外加剂对水泥颗粒的吸附能力减弱且外加剂更易发生水解，混凝土的流动性降低。
4.本发明的主要目的在于提供一种3d打印混凝土状态调节挤出系统及其控制方法，旨在控制搅拌容器内的低温环境，以维持混凝土的流动性能稳定，同时通过加热送料管来降低出料口混凝土的流动性。
5.为实现上述目的，本发明提供一种3d打印混凝土状态调节挤出系统，包括冷却挤出装置以及加热输料装置，其中，
6.所述冷却挤出装置包括低温储料斗以及位于低温储料斗内的搅拌轴和挤出轴，搅拌轴的上方与驱动机构连接，搅拌轴的下方与挤出轴连接，挤出轴的尾部穿设于低温储料斗的出口处，低温储料斗上安装有对其内部混凝土降温的降温机构；
7.所述加热输料装置包括与低温储料斗出口连通的送料管以及位于送料管末端的喷嘴，送料管上安装有对送料管内混凝土加热的加热机构。
8.优选地，所述挤出轴上叶片为螺纹挤出叶片，驱动机构为电机，搅拌轴通过轴套与电机的输出轴固定连接。
9.优选地，所述低温储料斗内部开设有中空夹层，降温机构包括安装于低温储料斗中空夹层中的半导体制冷片，半导体制冷片的制冷面朝向低温储料斗的内侧壁设置。
10.优选地，所述低温储料斗上开设有与其中空夹层连通的进水口和出水口。
11.优选地，所述送料管上设置有用于通入加热液体的夹层以及与夹层连通的注水口和出口，加热机构包括用于储存冷却液的储水箱以及容纳于储水箱中的水泵，储水箱的入口通过管路与送料管的出口连通，储水箱中的水泵通过管路与低温储料斗的进水口连通，低温储料斗的出水口通过管路与送料管的注水口连通。
12.优选地，所述送料管上至少设置有两个出口，送料管的夹层设置有多段，每段夹层之间隔板上安装有阀门以控制相邻夹层之间连通，储水箱的入口选择性与送料管的一出口连通以调节送料管的加热位置。
14.优选地，所述控制装置包括控制主板以及与其电连接的继电器和水泵控制器，水泵控制器与水泵电连接，继电器与半导体制冷片电连接。
15.优选地，所述控制装置还包括与控制主板电连接的第一温度传感器和第二温度传感器，第一温度传感器安装于低温储料斗内壁，第二温度传感器安装于送料管末端内壁。
16.本发明进一步提出一种基于上述3d打印混凝土状态调节挤出系统的控制方法，包括以下步骤：
17.启动控制装置，设置低温储料斗内腔温度在第一预设范围，加热输料装置喷嘴温度在第二预设温度范围；
18.通过控制主板控制水泵和半导体制冷片运行，低温储料斗内温度开始降低，并且加热机构带动送料管内夹层温度上升；
19.当低温储料斗内腔温度达到第一预设范围时，将混凝土倒入低温储料斗内，启动驱动机构工作带动搅拌轴搅拌，使挤出轴旋转从而将混凝土经喷嘴挤出至打印平台；
20.控制主板实时采集温度传感器的数据，并根据设定温度来调整水泵和半导体制冷片的运行功率，保持系统温度稳定。
22.(1)通过在低温储料斗5上设置降温机构，在低温环境(5～10℃)下混凝土中减水剂在胶凝材料颗粒表面的吸附量增加，混凝土的流动性提高，拌合物气孔数量降低，混凝土的密实程度及强度提升。并且低温环境使混凝土中的水分蒸发速率及化学反应速度降低，减少了混凝土流动度损失，保证了挤出轴4可连续稳定地挤出混凝土；
23.(2)通过在送料管9上安装有对送料管9内混凝土加热的加热机构，控制加热机构的功率，从而可调节喷嘴24处混凝土的流动性，从而保证打印平台上混凝土的可塑性，提高打印混凝土的表观质量；
24.(3)本3d打印混凝土状态调节挤出系统通过循环水装置，将半导体制冷片6同时作为冷源和热源，系统自动根据设定温度，实时调整运行效率，从而达到混凝土工作状态调节的功能，更好的适应了不同状态混凝土的打印需求，增加了混凝土3d打印的工作效率；
25.(4)本3d打印混凝土状态调节挤出系统具有结构简单、工作可靠以及容易实现的优点。
27.图2为本发明3d打印混凝土状态调节挤出系统中冷却挤出装置的结构示意图；
28.图3为本发明3d打印混凝土状态调节挤出系统中加热输料装置的结构示意图；
30.图5为本发明3d打印混凝土状态调节挤出系统控制方法的流程示意图。
31.图中：1-电机；2-轴套；3-搅拌轴；4-挤出轴；5-低温储料斗；6-半导体制冷片；7-进
水口；8-出水口；9-送料管；10-第四出口；11-第三出口；12-第二出口；13-第一出口；14-注水口；15-第一阀门；16-第二阀门；17-第三阀门；18-第一水管；19-第二水管；20-第三水管；21-储水箱；22-储水箱21的入口；23-水泵；24-喷嘴；25-第一温度传感器；26-第二温度传感器；27-控制主板；28-继电器；29-水泵控制器29。
32.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
33.应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
34.需要说明的是，在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，并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”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
36.参照图1至图3，本优选实施例中，一种3d打印混凝土状态调节挤出系统，包括冷却挤出装置以及加热输料装置，其中，
37.冷却挤出装置包括低温储料斗5以及位于低温储料斗5内的搅拌轴3和挤出轴4，搅拌轴3的上方与驱动机构连接，搅拌轴3的下方与挤出轴4连接，挤出轴4的尾部穿设于低温储料斗5的出口处，低温储料斗5上安装有对其内部混凝土降温的降温机构；
38.加热输料装置包括与低温储料斗5出口连通的送料管9以及位于送料管9末端的喷嘴24，送料管9上安装有对送料管9内混凝土加热的加热机构。
39.具体地，本实施例中，挤出轴4上叶片为螺纹挤出叶片，驱动机构为电机1，搅拌轴3通过轴套2与电机1的输出轴固定连接。
40.参照图1和图2，本实施例在此提出降温机构一具体实现方式：低温储料斗5内部开设有中空夹层，降温机构包括安装于低温储料斗5中空夹层中的半导体制冷片6，半导体制冷片6的制冷面朝向低温储料斗5的料斗内侧壁设置。半导体制冷片6在通电后，制冷面和散热面温差可达60℃，半导体制冷片6体积小，易组装。低温储料斗5内侧设置有多个半导体制冷片6。
41.低温储料斗5上开设有与其中空夹层连通的进水口7和出水口8。进水口7位于出水口8下方，进水口7和出水口8分别位于低温储料斗5的左、右两侧外侧壁上。
42.结合参照图1和图3，本实施例在此提出一加热机构具体实现方式：送料管9上设置有用于通入加热液体的夹层以及与夹层连通的注水口14和出口，加热机构包括用于储存冷却液的储水箱21以及容纳于储水箱21中的水泵23，储水箱21的入口22通过管路与送料管9的出口连通，储水箱21中的水泵23通过管路与低温储料斗5的进水口7连通，低温储料斗5的出水口8通过管路与送料管9的注水口14连通。送料管9选用软管，并且管外设置有夹层。喷嘴24与(9)送料管9连接，根据不同需求，可替换不同内径的喷嘴24。
43.结合参照图1和图3，送料管9上至少设置有两个出口，送料管9的夹层设置有多段，每段夹层之间隔板上安装有阀门以控制相邻夹层之间连通，储水箱21的入口22选择性与送料管9的一出口连通以调节送料管9的加热位置。本实施例中以送料管9的夹层设置有四段
为例说明，此时，四段夹层之间设置分别设置三个阀门(分别为第一阀门15，第二阀门16和第三阀门17)，每段夹层中分别设置第一出口13、第二出口12、第三出口11和第四出口10，靠近喷嘴24位置设置注水口14。可通过切换与第三水管连接的出口(选择与第一出口13、第二出口12、第三出口11和第四出口10其中一个出口连接)，从而达到调节加热位置及时间的目的。
44.参照图1，进一步地，本3d打印混凝土状态调节挤出系统还包括与降温机构和加热机构电连接的控制装置，从而实现温度的自动调节。
45.具体地，本实施例中，控制装置包括控制主板27以及与其电连接的继电器28和水泵控制器29，水泵控制器29与水泵23电连接，继电器28与半导体制冷片6电连接。继电器28输入端连接220v交流电，信号端连接控制主板27，输出端连接半导体制冷片6。水泵控制器29输入端连接220v交流电，信号端连接控制主板27，输出端连接水泵23。
46.控制装置还包括与控制主板27电连接的第一温度传感器25和第二温度传感器26，第一温度传感器25安装于低温储料斗5内壁，第二温度传感器26安装于送料管9末端内壁。第一温度传感器25与第二温度传感器26均为贴片式温度传感器。
47.控制主板27用于接收第一温度传感器25与第二温度传感器26的信号。控制主板27通过输出信号控制继电器28，来控制半导体制冷片6的功率，进而控制低温储料斗5内混凝土的温度。控制主板27通过输出信号控制水泵23速度，控制冷却液温度，进而控制喷嘴24内混凝土的温度。
48.参照图4(图4中温度传感器一和温度一均为第一温度传感器25，温度传感器二和温度二均为第二温度传感器26)，本3d打印混凝土状态调节挤出系统的具体工作过程如下。
49.1，启动控制装置，设置低温储料斗5内腔温度在第一预设范围(如5～10℃)，加热输料装置喷嘴24温度第二预设温度范围(如50℃～60℃)；
50.2，通过控制主板27控制水泵23和半导体制冷片6运行，低温储料斗5内温度开始降低，并且加热机构带动送料管9内夹层温度上升；
51.3，当低温储料斗5内腔温度达到第一预设范围时，将混凝土倒入低温储料斗5内，启动驱动机构工作带动搅拌轴3搅拌，挤出轴4旋转，将混凝土挤出至打印平台；
52.4，控制主板27实时采集温度传感器的数据，并根据设定温度来调整水泵23和半导体制冷片6的运行功率，保持系统温度稳定。
54.(1)通过在低温储料斗5上设置降温机构，在低温环境(5～10℃)下混凝土中减水剂在胶凝材料颗粒表面的吸附量增加，混凝土的流动性提高，拌合物气孔数量降低，混凝土的密实程度及强度提升。并且低温环境使混凝土中的水分蒸发速率及化学反应速度降低，减少了混凝土流动度损失，保证了挤出轴4可连续稳定地挤出混凝土；
55.(2)通过在送料管9上安装有对送料管9内混凝土加热的加热机构，控制加热机构的功率，从而可调节喷嘴24处混凝土的流动性，从而保证打印平台上混凝土的可塑性，提高打印混凝土的表观质量；
56.(3)本3d打印混凝土状态调节挤出系统通过循环水装置，将半导体制冷片6同时作为冷源和热源，系统自动根据设定温度，实时调整运行效率，从而达到混凝土工作状态调节的功能，更好的适应了不同状态混凝土的打印需求，增加了混凝土3d打印的工作效率；
57.(4)本3d打印混凝土状态调节挤出系统具有结构简单、工作可靠以及容易实现的优点。
59.本优选实施例中，一种基于上述3d打印混凝土状态调节挤出系统的控制方法，包括以下步骤：
60.步骤s10，启动控制装置，设置低温储料斗5内腔温度在第一预设范围，加热输料装置喷嘴24温度在第二预设温度范围；
61.步骤s20，通过控制主板27控制水泵23和半导体制冷片6运行，低温储料斗5内温度开始降低，并且加热机构带动送料管9内夹层温度上升；
62.步骤s30，当低温储料斗5内腔温度达到第一预设范围时，将混凝土倒入低温储料斗5内，启动驱动机构工作带动搅拌轴3搅拌，使挤出轴4旋转从而将混凝土经喷嘴挤出至打印平台；
63.步骤s40，控制主板27实时采集温度传感器(包括第一温度传感器25和第二温度传感器26)的数据，并根据设定温度来调整水泵23和半导体制冷片6的运行功率，保持系统温度稳定。
64.本发明提出的控制方法，通过实时采集温度传感器的数据，并根据设定温度来调整水泵23和半导体制冷片6的运行功率，保持系统温度稳定，其控制温度稳定可靠。
65.以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
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