[發明專利]3D打印隧道模型制作輔助裝置和模型制作方法

有效

• 申請號: 202111034683.9
• 申請日: 2021-09-04
• 公開（公告）號: CN113715132B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: 蔣力帥;王鑫哲;王文海;張培鵬;張廣超;連小勇
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: B28B1/00
• 分類號: B28B1/00;B28B17/00;B33Y10/00;B33Y40/20
• 代理公司: 北京維正專利代理有限公司 11508
• 代理人: 王德洋

本申請涉及一種3D打印隧道模型制作輔助裝置和模型制作方法，涉及巖體工程測試技術領域，制作輔助裝置包括能夠伸入物理模型的隧洞口中的主桿和插錨機構，插錨機構包括安裝于主桿上的進給組件和動力組件，進給組件包括固定于主桿的固定件和轉動設置的轉動件，動力組件用于帶動轉動件轉動；錨桿表面沿軸向設有貫通的開槽，轉動件用于與錨桿螺紋連接，固定件上設有用于錨桿穿過的穿孔，穿孔與轉動件上的螺孔同軸設置，固定件設有用于與錨桿上的開槽配合以限制錨桿周向轉動的限位棱；模型制作方法包括整體打印模型基體和利用輔助裝置將錨桿插入到模型基體的錨孔。該申請能夠提高巖體物理模型進行實驗模擬數據反映實際工程符合度的優點。

技術領域

本申請涉及巖土工程測試技術領域，尤其是涉及一種3D打印隧道模型制作輔助裝置和模型制作方法。

背景技術

巖體中往往含有復雜的內部結構特征，如縱橫交錯的節理裂隙、形態大小不一的孔洞，這些缺陷直接影響整個巖體的變形和強度，且直接關系到巖體工程中的穩定性。為了研究含人工結構的巖體宏觀力學性質和變形破壞特征，傳統一般會采用室內物理模型實驗的方式。然而傳統室內物理模擬實驗在數值模擬過程中，往往將復雜工程巖體結構進行簡化處理，造成模型與真實巖體存在較大的偏差。

隨著3D打印技術的發展，研究人員借助CT成像技術和3D打印技術結合，利用塑料打印出與砂巖相同內部空隙特征的模型，然而塑料和巖體材質差異大，試驗模擬數據與實際工程相符度低。后來研究人員將塑料用石膏代替，打印出石膏材質的物理模型進行試驗，效果有較高的提升。

針對上述相關技術，發明人認為存在以下缺陷：對于隧洞形式的物理模型，3D整體打印后隧洞口較小，人手無法伸入隧洞口內進行錨桿的插放，所以進行試驗時模型為無錨桿支護的方式進行，然而實際工程中存在錨桿支護，模擬數據與工程實際情況仍然存在偏差。

發明內容

為了改善3D打印巖體物理模型試驗模擬數據反映實際工程符合度低的問題，本申請提供一種3D打印隧道模型制作輔助裝置和模型制作方法。

第一方面，本申請提供一種3D打印隧道模型制作輔助裝置采用如下的技術方案：

一種3D打印隧道模型制作輔助裝置，包括能夠伸入物理模型的隧洞口中的主桿和插錨機構，所述插錨機構包括安裝于主桿上的進給組件和動力組件，所述進給組件包括固定于主桿的固定件和轉動設置的轉動件，動力組件用于帶動轉動件轉動；所述錨桿表面沿軸向設有貫通的開槽，所述轉動件用于與錨桿螺紋連接，所述固定件上設有用于錨桿穿過的穿孔，穿孔與轉動件上的螺孔同軸設置，所述固定件設有用于與錨桿上的開槽配合以限制錨桿周向轉動的限位棱。

通過采用上述技術方案，在物理模型外部先將錨桿穿過固定件的穿孔，錨桿上的開槽與固定件上的限位棱對齊，錨桿的端部伸入到轉動件內，通過旋轉轉動件使得錨桿的端部與固定件的穿孔端部齊平或者露出小段。然后通過主桿將進給組件和錨桿伸入到物理模型的隧洞口中，當錨桿移動到與物理模型內的錨孔對齊后，通過動力組件帶動轉動件旋轉，由于轉動件與錨桿螺紋連接，錨桿被限位棱限制周向轉動，使得錨桿沿著穿孔軸線定向移動插入到物理模型的錨孔中。

可選的，所述主桿表面沿主桿長度方向設有刻度。

通過采用上述技術方案，通過主桿將進給組件伸入到隧洞口內時，可以根據主桿上的刻度判斷伸入位置，根據三維建模時物理模型中錨孔的設置位置數據，可以方便快速的將錨桿伸入到錨孔位置。

可選的，所述物理模型制作輔助裝置還包括支撐機構，所述支撐機構包括底座和支架，所述支架能夠相對底座上下滑動并固定位置，所述主桿支撐于支架并與支架沿主桿長度方向相對滑移。

通過采用上述技術方案，主桿支撐到支架上，移動主桿過程中減小主桿晃動，有利于錨桿與物理模型的錨孔對齊。在錨桿插入錨孔的過程中，減小了主桿晃動造成錨桿插入引發新的裂隙的可能。