[發(fā)明專利]一種水泥基3D打印技術(shù)制作隧洞試驗(yàn)地質(zhì)模型的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110054509.4
• 申請(qǐng)日: 2021-01-15
• 公開（公告）號(hào): CN112895058A
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬國偉;王酉鈺;王里;孟凡斐
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B28B1/00
• 分類號(hào): B28B1/00;B28B17/00;B28B13/02;B28B11/12;B28B11/08;B28B11/24;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y40/20;B33Y50/02;B33Y80/00
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 王富強(qiáng)

本發(fā)明公開了一種水泥基3D打印技術(shù)制作隧洞試驗(yàn)地質(zhì)模型的方法，包括以下步驟：建立隧洞試驗(yàn)地質(zhì)模型的三維數(shù)字模型；將模型導(dǎo)入控制系統(tǒng)并生成打印路徑，得到隧洞試驗(yàn)地質(zhì)模型分層打印的厚度參數(shù)；配制隧洞試驗(yàn)地質(zhì)模型的水泥基打印材料；3D打印設(shè)備按照厚度參數(shù)和運(yùn)行路徑打印隧洞試驗(yàn)地質(zhì)模型基層，利用減材制造機(jī)刻劃隧洞試驗(yàn)地質(zhì)模型基層內(nèi)的洞室與裂隙等結(jié)構(gòu)的輪廓，并將分離塊體取出重復(fù)上述過程，直至隧洞試驗(yàn)地質(zhì)模型完成。本發(fā)明采用分層3D打印模型同時(shí)分層減材刻劃和分離不需要的塊體的方式，達(dá)到對(duì)隧洞試驗(yàn)地質(zhì)模型內(nèi)部結(jié)構(gòu)的精確控制，且操作方便，避免了整體3D打印模型然后再進(jìn)行減材分離造成的操作不便，進(jìn)行減材時(shí)造成地質(zhì)模型損傷影響精度，容易對(duì)模型造成破壞的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及3D打印技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種水泥基3D打印技術(shù)制作隧洞試驗(yàn)地質(zhì)模型的方法。

背景技術(shù)

地質(zhì)試驗(yàn)?zāi)Ｐ褪菐r體工程安全性研究的重要手段，可以為巖土科學(xué)項(xiàng)目研究提供基礎(chǔ)性、機(jī)理性和直觀性的結(jié)果。傳統(tǒng)地質(zhì)模型制作通常采用塊體堆砌或者相似材料填筑的方法，不僅需要大量不規(guī)則的模板輔助模型成型，而且成型精度難以保證，特別是無法制作地質(zhì)模型內(nèi)部的結(jié)構(gòu)面、夾層和洞室等隱蔽缺陷。如公開號(hào)為CN102663950A的大型地質(zhì)力學(xué)模型的制作方法中就是采用預(yù)制標(biāo)準(zhǔn)模塊，然后堆砌而成，無法保證地質(zhì)力學(xué)模型的成型精度，尤其對(duì)于內(nèi)部的復(fù)雜結(jié)構(gòu)無法得到有效的控制。目前，雖然存在一些采用3D打印技術(shù)進(jìn)行混凝土打印的技術(shù)，但是由于其是對(duì)地質(zhì)模型進(jìn)行整體打印，然后進(jìn)行切削的方式，往往不能對(duì)模型內(nèi)部結(jié)構(gòu)做到精準(zhǔn)的控制，同時(shí)，模型的整體成型對(duì)于后續(xù)的切削角度以及視角均有限制，如公開號(hào)為CN112172139A的一種制備復(fù)雜地質(zhì)模型的粉末粘結(jié)3D打印設(shè)備及方法中就存在上述的整體打印然后切削處理的問題。因此，為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種水泥基3D打印技術(shù)制作隧洞試驗(yàn)地質(zhì)模型的方法來解決地質(zhì)試驗(yàn)?zāi)Ｐ途_度不高的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種水泥基3D打印技術(shù)制作隧洞試驗(yàn)地質(zhì)模型的方法來達(dá)到提高地質(zhì)試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷某尚途_度的目的。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

本發(fā)明提供一種水泥基3D打印技術(shù)制作隧洞試驗(yàn)地質(zhì)模型的方法，包括以下步驟：

建立隧洞試驗(yàn)地質(zhì)模型的三維數(shù)字模型；

將所述隧洞試驗(yàn)地質(zhì)模型的三維數(shù)字模型導(dǎo)入控制系統(tǒng)并生成打印路徑，并取得所述隧洞試驗(yàn)地質(zhì)模型分層打印的厚度參數(shù)；

配制所述隧洞試驗(yàn)地質(zhì)模型的水泥基材料；

3D打印設(shè)備在所述控制系統(tǒng)的控制下按照所述的厚度參數(shù)和運(yùn)行路徑打印所述隧洞試驗(yàn)地質(zhì)模型基層，然后利用減材制造機(jī)刻劃所述隧洞試驗(yàn)地質(zhì)模型基層內(nèi)的結(jié)構(gòu)和輪廓，并將分離塊體取出，繼續(xù)在所述隧洞試驗(yàn)地質(zhì)模型基層上表面打印述隧洞試驗(yàn)地質(zhì)模型的下一層，同樣利用減材制造機(jī)刻劃所述隧洞試驗(yàn)地質(zhì)模型的下一層內(nèi)的結(jié)構(gòu)和輪廓，并將分離塊體取出，重復(fù)上述過程，直至所述隧洞試驗(yàn)地質(zhì)模型完成。

優(yōu)選的，所述水泥基材料包括硅酸鹽水泥、石英砂、石英粉、硅灰、銅爐渣粉末、水、添加劑。

優(yōu)選的，所述水泥基材料放置在儲(chǔ)料泵送系統(tǒng)中，啟動(dòng)泵車和振動(dòng)器，將水泥基泵送至管道中，所述管道連接3D打印設(shè)備的打印頭。

優(yōu)選的，所述隧洞試驗(yàn)地質(zhì)模型完成后，靜置至所述隧洞試驗(yàn)地質(zhì)模型初凝，轉(zhuǎn)移進(jìn)混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

優(yōu)選的，使用石材切割機(jī)將所述隧洞試驗(yàn)地質(zhì)模型周邊余料削除，并將表面打磨平整。

優(yōu)選的，根據(jù)試驗(yàn)要求在所述隧洞試驗(yàn)地質(zhì)模型表面噴涂散斑場(chǎng)或粘貼監(jiān)測(cè)元器件。

優(yōu)選的，所述3D打印設(shè)備和所述減材制造機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置為雙臂機(jī)器人，所述雙臂機(jī)器人的兩條手臂分別控制所述3D打印設(shè)備和所述減材制造機(jī)。