CN108444867A - 一种建筑3d打印水泥砂浆的连续性测试方法 - Google Patents

一种建筑3d打印水泥砂浆的连续性测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明为一种建筑3D打印砂浆的连续性测试方法。所应用装置竖直放置，包括挤出筒内部的推动杆(1)和套在推动杆(1)上的后盖(6)，推动杆(1)推入挤出筒(2)，垫片(5)于推动杆(1)前放入挤出筒(2)，后盖(6)固定于挤出筒(2)的上端，挤出筒(2)固定于固定支架(4)上；直尺(3)固定于固定支架(4)上，且直尺(3)的零刻度线与挤出筒的挤出嘴下端在同一水平线上。与现有技术相比，本发明通过对建筑3D打印水泥砂浆的测试，可以得到关于连续性能的量化数值指标，准确评价3D打印用砂浆的连续性。这有助于帮助设计3D打印水泥砂浆的配比，缩短打印前的材料的调配时间，减少了材料的浪费，提高了工作效率。

Description

一种建筑3D打印水泥砂浆的连续性测试方法
技术领域
本发明专利涉及与3D打印相关的建筑材料和建筑施工领域，尤其涉及一种建筑3D打印水泥砂浆连续性能的测试。
背景技术
3D打印技术又称为增材制造技术，是集信息与软件学、机械数控工程、材料科学、激光技术等学科的尖端科技于一体的现代化制造技术，具有数字制造、降维制造、堆积制造、直接制造和快速制造等优点。水泥基材料与3D打印技术结合，应用于工程建设领域就形成了建筑3D打印技术。建筑3D打印技术对传统建造工艺和施工方式颠覆性的变革，对于推动建筑产业现代化具有特别重要的意义。
目前建筑3D打印工艺主要分为两大类，第一种是基于粉末与粘结剂叠加成型的3D打印建筑工艺，第二种是新拌水泥基材料利用打印机挤出叠加成型的打印方式。本发明主要针对第二种建造方式采用的打印材料。
建筑3D打印技术是采用层层叠加的成型方式，建筑构件模型或建筑物模型由电脑切层处理后，将数据传输到建筑3D打印机，之后建筑3D打印机按照设计的打印路线层层打印建筑构件或建筑物。喷嘴与成型面之间可能会存在一定的距离或在打印过程中材料的挤出与喷头的移动速度之间略有差异，可能导致材料在打印过程中出现断裂的情况。因此要求3D打印水泥基材料具有一定的连续性或者粘聚力，保证打印过程中不出现断裂以维持构件的整体性。
专利文献“3D打印建筑砂浆工作性测试装置及应用”(申请号：CN 104297103 A)中报道了一种测试建筑3D打印砂浆工作性能的装置及方法，其可以测试得出3D打印建筑砂浆的工作性(包括挤出时间和可操作时间)，但未涉及测试打印材料所需要的连续性。专利文献“一种水泥基建筑砂浆粘聚性的测试方法”(申请号：CN 104215573 A)报道了一种水泥基建筑砂浆的粘聚性测试方法，其主要目的是测试传统水泥基材料的可操作性。但是建筑3D打印技术是一项新的建筑工艺，需要的水泥砂浆具有与传统建筑砂浆有很大不同，在具有较好的工作性的同时也需要有好的连续性和凝结时间短等特点。
目前测试和表征传统建筑水泥基材料性能的测试方法(如坍落度、稠度、流动度等)并不能完全准确的测试出建筑3D打印材料的连续性。国内外针对建筑3D打印水泥基材料的性能测试也尚处于探索阶段，没有可以直接应用于连续性测试的测试方法。本发明提出了一种能够测试建筑3D打印砂浆的连续性能的测试方法，为之后建筑3D打印技术的发展提供了良好的基础。
发明内容
本发明针对现有的建筑3D打印技术，提出了一种建筑3D打印水泥砂浆的连续性测试方法。
本发明可通过以下技术方案来实现：
一种建筑3D打印砂浆的连续性测试装置，其特征在于：该装置竖直放置，包括挤出筒内部的推动杆1和套在推动杆1上的后盖6，推动杆1推入挤出筒2，垫片5于推动杆1前放入挤出筒2，后盖6固定于挤出筒2的上端，挤出筒2固定于固定支架4上；直尺3固定于固定支架4上，且直尺3的零刻度线与挤出筒的挤出嘴下端在同一水平线上。
挤出筒2下端的挤出口可根据打印机的打印尺寸调整；推动杆1的杆部为螺旋杆，与后盖6组成一套螺旋推动装置，且后盖6外延设置卡扣，能够卡在挤出筒2尾端以达到固定；推动杆1的下端为橡胶活塞，橡胶活塞直径等于挤出筒2内径，并且可在挤出筒内自由移动。
推动杆1在旋动时，砂浆与推动杆下端界面处安置垫片5，此垫片5为毛质材料，直径与挤出筒内径相等，在推动杆1运动时刮除挤出筒2内壁残留的砂浆，减少运动时的摩擦阻力。
所述直尺固定于固定支架上，直尺上有标准的厘米刻度线。根据实际情况，将直尺与挤出筒下端的距离调整至2～3cm的位置。
所述的一种建筑3D打印砂浆的连续性测试装置的使用，采用以下步骤：
(1)将挤出筒内部用水洗净，并保持湿润无明水。封住挤出筒下端筒口，将建筑3D打印砂浆分多次填装入筒内，每次填装完毕，用捣棒均匀敲击挤出筒外壁，用以排除砂浆内部空气捣实砂浆。
(2)依次把垫片和推动杆放入挤出筒，用后盖卡紧挤出筒并将挤出筒竖直放置于固定支架上并固定。将直尺固定于固定支架上能保证准确读数的位置。
(3)解除挤出筒下端筒口的封闭，均匀旋动推动杆，使建筑3D打印砂浆匀速挤出，挤出的砂浆在此过程中会随着自身重力的增加而断裂。
(4)在步骤(3)实施过程中，利用摄像机进行拍摄记录，通过拍摄画面仔细观察砂浆断裂时所对应的直尺上的读数，此时的读数即为建筑3D打印砂浆的连续性值。
(5)重复上述步骤3次以上，取全部数据的平均值作为建筑3D打印砂浆的连续性值。当全部连续性值中有超过平均数值的±10％时，应剔除，再取平均值作为连续性值。
与现有技术相比，本发明提出了新的测试方法，设计了测试装置。发明设计的测试过程方便、快捷，能够均匀挤出砂浆，控制挤出速度，可解决建筑3D打印砂浆连续性的测试问题，量化打印材料的性能测试指标，避免了以经验判断或不断进行打印试验带来的问题。为建筑3D打印材料的制备提供了有效的测试方法，也为以后建筑3D打印的发展提供了测试方法方面的基础。
附图说明
图1为本发明的一个具体实施例的结构示意图。其中包含推动杆1，挤出筒2，直尺3，固定支架4，垫片5和后盖6。
具体实施方式
本发明是建筑3D打印水泥砂浆的连续性测试方法，下面结合实例对本发明做进一步描述：图1为本发明的一个具体实例的结构示意图，其中主要包括有推动杆1，挤出筒2，直尺3，固定支架4，垫片5和后盖6。推动杆1的杆部为螺旋杆，可与后盖组成一套螺旋推动装置，其下端活塞采用橡胶材质，直径等于挤出筒内径，并且可在挤出筒内自由移动。推动杆1，挤出筒2可由硬质塑料、不锈钢金属材料或铝质金属材料制成，垫片5采用毛质材料制成。
挤出筒2上部主体为55mm，下端的挤出口为直径20mm的圆形。直尺3为精度精确到毫米的标准厘米刻度尺。
该装置可用于测试建筑3D打印砂浆的连续性，采用以下步骤：
(1)将挤出筒内部用水洗净，并保持湿润无明水。封住挤出筒下端筒口，将建筑3D打印砂浆分3次填装入筒内，每次填装完毕，用捣棒均匀敲击挤出筒外壁，用以排除砂浆内部空气捣实砂浆。
(2)依次把垫片和推动杆放入挤出筒，用后盖卡紧挤出筒并将挤出筒竖直放置于固定支架上并固定。将直尺固定于固定支架上，调整直尺边缘与挤出筒下端的距离为2cm，以便能保证准确读数。
(3)解除挤出筒下端筒口的封闭，均匀旋动推动杆，使建筑3D打印砂浆匀速挤出，挤出的砂浆在此过程中会随着自身重力的增加而断裂。
(4)在步骤(3)实施过程中，利用摄像机记录，之后通过拍摄画面仔细观察砂浆断裂时所对应的直尺上的读数，此时的读数即为建筑3D打印砂浆的连续性值。
(5)重复上述步骤3次，取三组数据的平均值作为建筑3D打印砂浆的连续性值。当三个连续性值中有超过平均数值的±10％时，应剔除，再取平均值作为连续性值。
表1列出了采用本发明方法测试出的10种不同配方的建筑3D打印砂浆连续性的试验结果。
表1不同配比的建筑3D打印砂浆的连续性测试结果
由表1可以看出，针对不同配比的打印材料，采用本发明的试验方法能够有效的量化材料的连续性能，为评价建筑3D打印砂浆的性能提供标准。通过本发明对打印材料连续性的测定，可以根据3D打印机的要求调配出不同的符合建筑要求的建筑3D打印砂浆配合比，同时也可以根据打印材料的连续性能调试3D打印机的各项参数，为建筑3D打印工艺提供了更好的测试基础。

Claims (5)

1.一种建筑3D打印砂浆的连续性测试装置，其特征在于：该装置竖直放置，包括挤出筒内部的推动杆(1)和套在推动杆(1)上的后盖(6)，推动杆(1)推入挤出筒(2)，垫片(5)于推动杆(1)前放入挤出筒(2)，后盖(6)固定于挤出筒(2)的上端，挤出筒(2)固定于固定支架(4)上；直尺(3)固定于固定支架(4)上，且直尺(3)的零刻度线与挤出筒的挤出嘴下端在同一水平线上。
2.如权利要求1所述的一种建筑3D打印砂浆的连续性测试装置，其特征在于：挤出筒(2)下端的挤出口可根据打印机的打印尺寸调整；推动杆(1)的杆部为螺旋杆，与后盖(6)组成一套螺旋推动装置，且后盖(6)外延设置卡扣，能够卡在挤出筒(2)尾端以达到固定；推动杆(1)的下端为橡胶活塞，橡胶活塞直径等于挤出筒(2)内径，并且可在挤出筒内自由移动。
3.如权利要求1所述的一种建筑3D打印砂浆的连续性测试装置，其特征在于：推动杆(1)在旋动时，砂浆与推动杆下端界面处安置垫片(5)，此垫片(5)为毛质材料，直径与挤出筒内径相等，在推动杆(1)运动时刮除挤出筒(2)内壁残留的砂浆，减少运动时的摩擦阻力。
4.如权利要求1所述的一种建筑3D打印砂浆的连续性测试装置，其特征在于：直尺(3)固定于固定支架(4)上，直尺(3)上有标准的厘米刻度线；直尺(3)与挤出筒(2)下端的距离调整至2～3cm的位置。
5.应用如权利要求1-4中任意一项所述的一种建筑3D打印砂浆的连续性测试装置的方法，其特征在于，该装置用于测试建筑3D打印砂浆的连续性，采用以下步骤：
(1)将挤出筒(2)内部用水洗净，并保持湿润无明水；封住挤出筒(2)下端筒口，将建筑3D打印砂浆分多次填装入筒内，每次填装完毕，用捣棒均匀敲击挤出筒(2)外壁，用以排除砂浆内部空气，捣实砂浆；
(2)依次把垫片(5)和推动杆(1)推入挤出筒(2)，将后盖(6)的卡扣扣紧，固定于挤出筒(2)尾端，将挤出筒(2)竖直放置于固定支架(4)上并固定；将直尺(3)固定于固定支架(4)上于保证准确读数位置；
(3)解除挤出筒(2)下端筒口的封闭，匀速旋动推动杆(1)，使建筑3D打印砂浆均匀挤出，挤出的砂浆在此过程中会随着自身重力的增加而断裂；
(4)在步骤(3)实施过程中，利用摄像机记录，之后通过拍摄画面仔细观察砂浆断裂时所对应的直尺(3)上的读数，此时的读数即为建筑3D打印砂浆的连续性值；
(5)重复上述步骤3次以上，取全部数据的平均值作为建筑3D打印砂浆的连续性值；当全部连续性值中有超过平均数值的±10％，应剔除，再取平均值作为连续性值。
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