CN104297103A - 3d打印建筑砂浆工作性测试装置及应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及3D打印建筑砂浆工作性测试装置及应用，包括挤出装置、支架及载荷，挤出装置由注射筒体及与该注射简体匹配的推杆组成，注射筒体内放置3D打印建筑砂浆，支架为上部带圆环的锥形体，利用圆环固定挤出装置，载荷设置在推杆的上端，利用该装置可以测试3D打印建筑砂浆的挤出时间。与现有技术相比，本发明可有效地表征不同打印砂浆的工作性能(挤出时间)通过本方法可对3D打印砂浆一些性能给出量化指标，为评价3D打印材料的性能提供基础；通过采用本方法对打印材料工作性能的测定，可对材料的组成进行调配使之能符合不同环境、工况条件下对打印材料性能的要求。

Description

3D打印建筑砂浆工作性测试装置及应用

技术领域

本发明属于建筑材料和建筑施工技术领域，尤其是涉及一种3D打印建筑砂浆工作性测试装置及应用。

背景技术

3D打印是一种通过材料逐层添加制造三维物体的变革性、数字化增材制造技术，增材制造技术是采用材料逐渐累加的方法制造实体零件的技术，相对于传统的材料去除一切削加工技术，是一种“自下而上”的制造方法。它将信息、材料、生物、控制等技术融合渗透。3D打印技术擅长解决个性化、复杂化、高难度的生产技术。

利用3D打印技术，不仅可以打印出小件的工艺品，甚至可以打印出汽车来，并且能够应用于建筑领域。3D打印建筑技术的基本原理是利用3D打印技术建造房屋，和其他3D打印不同的是，它需要一个巨型的三维挤出机械，并且它挤出的是水泥砂浆或混凝土，通过与计算机相连接，将设计蓝图变成实物。虽然在概念上设计起来很简单，但实际上实施起来相当复杂，要解决的技术问题非常多。3D打印建筑技术与传统建筑相比，其优势不仅体现在速度快一可比传统建筑技术快10倍以上；不需要使用模板，可以大幅节约成本，并且具有低碳、绿色、环保的特点；不需要数量庞大的建筑工人，大大提高了生产效率；可以非常容易地打印出其他方式很难建造的高成本曲线建筑；可以打印出强度更高、质量更轻的混凝土建筑物；还可能改变建筑业的发展方向，更多地采用装配式建筑。

由于建筑物自身的特点，3D打印建筑物的工艺和原材料不同一般3D打印，如工程塑料、光敏树脂、铝材料、钛合金及橡胶类材料等不适宜用于打印建筑物。建筑物在打印制造过程中及制造完成后，对材料的施工性能、力学性能、功能性、耐久性和安全性以及经济性等有特定的要求，就目前情况而言，水泥基材料依然是制造建筑物的首选，但并非所有水泥基材料都适合用作3D打印材料，结合3D制造技术的特点，用作3D打印的建筑材料必须具有以下特点：流态、可塑且变形可控，具有自凝、自硬性，有足够的施工时间，各打印层之间紧密衔接、粘结良好且不留空隙，硬化浆体不收缩开裂，硬化后强度和热工性能达到设计要求，同时这些材料应该是对人体无伤害、对环境无污染的。

基于以上特点，与传统水泥混凝土相比，对3D打印建筑材料提出了更高、更全面地要求，性能也发生了巨大变化。传统的水泥基建筑材料设计、制备方法和理论已不能适应新建造方式变化的需求，新型3D打印建筑材料的出现必然要求制定相应的性能测试和表征方法，然而，目前用于测试和表征传统建筑材料工作性能的方法，如表征建筑砂浆和混凝土工作性的坍落度、扩展度、凝结时间、分层度、可泵性等方法，都不适宜用于表征3D打印建筑材料的工作性能。

3D打印建筑材料是3D打印建造技术的关键技术之一，其性能的优劣决定着整个建造技术的成败，而建立起该材料的表征方法和评价体系是一切工作的基础。目前，国内外3D打印建筑的施工技术和建筑材料的研究尚处于探索阶段，还没有可供借鉴的3D打印建筑材料的测试和表征方法，本发明提出的3D打印建筑材料工作性能的测试方法可弥补现有技术的空缺，为3D打印建筑的发展提供良好的技术基础。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可表征3D打印建筑砂浆工作性的测试装置及应用，为评价3D打印建筑材料的性能提供基础。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3D打印建筑砂浆工作性测试装置，包括挤出装置、支架及载荷，

所述的挤出装置由注射筒体及与该注射筒体匹配的推杆组成，注射筒体内放置3D打印建筑砂浆，

所述的支架为上部带圆环的锥形体，利用圆环固定挤出装置，

所述的载荷设置在推杆的上端。

所述的挤出装置由不锈钢或铝合金制成。

所述的注射筒体端部为开口倒圆锥体，所述的推杆上刻有精确到毫米的刻度。

所述的推杆的下端部安装有橡胶或软塑料密封圈。

所述的载荷为铁块，重量根据实际情况调整。

3D打印建筑砂浆工作性测试装置可以用于测试3D打印建筑砂浆的挤出时间，采用以下步骤：

(1)将挤出装置内壁清洗干净并干燥，用刮刀将拌好的3D打印建筑砂浆填入装置内部并用铁棒插捣压实砂浆；

(2)用湿抹布擦干净注射筒体的筒口，控制3D打印建筑砂浆至少距筒口20mm，并在推杆密封圈上涂抹少量润滑油，插入推杆至零刻度位置，在挤出筒体端部塞入橡皮塞防止打印砂浆流出；

(3)将挤出筒置于支架上，取出橡皮塞，将荷载在竖直方向上压在推杆上端，在重力作用下会自由下落，松开铁块，采用秒表记录推杆下降100mm所用的时间即为挤出时间；

(4)重复上述步骤三次，取三次结果的平均值即为3D打印建筑砂浆的挤出时间。

测试好初始挤出时间后，将打印砂浆盛放在密封容器中，环境温度保持在20±2℃，放置一定时间再次按上述方法测试挤出时间，如60min后测试的挤出时间≤30s，则可操作时间≥60min。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.本发明模拟3D打印建筑挤出施工方式测试打印砂浆性能，测试结果可真实反映打印材料的施工适用性，同时采用本发明装置及测试方法，操作简便、高效，易于推广使用。

2.采用本发明装置，可测试范围广，适用于各种组分的打印砂浆，具有广泛地适用性，可用于表征不同使用要求及使用环境打印砂浆的工作性能。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为挤出装置的结构示意图；

图3为支架的结构示意图。

图中，1为挤出装置、11为推杆、12为密封圈、13为注射筒体、2为3D打印砂浆、3为支架、4为载荷、5为盛料桶。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

3D打印建筑砂浆工作性测试装置，其结构如图1所示，主要包括挤出装置1、支架3、载荷4及盛料桶5。挤出装置1的结构如图2所示，由注射筒体13及与该注射筒体13匹配的推杆11组成，注射筒体13内放置3D打印建筑砂浆2，挤出装置1由不锈钢或铝合金制成。注射筒体13的端部为开口倒圆锥体，推杆11上刻有精确到毫米的刻度。在推杆11的下端部安装有橡胶或软塑料的密封圈12。推杆11和注射筒体13的尺寸可根据打印材料中的流动性、材料中骨料的尺寸或施工实际情况作调整。支架3为上部带圆环的锥形体，利用圆环固定挤出装置1，其结构如图3所示。支架3也可以由不锈钢、铝合金材料组成，与挤出装置1配套使用，其尺寸根据挤出装置1实际尺寸作调整。载荷4设置在推杆11的上端。本实施例中使用的载荷为铁块，重量根据实际情况调整。

3D打印建筑砂浆工作性测试装置可以用于测试3D打印建筑砂浆的挤出时间，采用以下步骤：

(1)将挤出装置内壁清洗干净并干燥，用刮刀将拌好的3D打印建筑砂浆填入装置内部并用铁棒插捣压实砂浆；

(2)用湿抹布擦干净注射筒体的筒口，控制3D打印建筑砂浆至少距筒口20mm，并在推杆密封圈上涂抹少量润滑油，插入推杆至零刻度位置，在挤出筒体端部塞入橡皮塞防止打印砂浆流出；

(3)将挤出筒置于支架上，取出橡皮塞，将荷载在竖直方向上压在推杆上端，在重力作用下会自由下落，松开铁块，采用秒表记录推杆下降100mm所用的时间即为挤出时间；

(4)重复上述步骤三次，取三次结果的平均值即为3D打印建筑砂浆的挤出时间，三个测试值中最大值或最小值中如有一个与中间值的差超过中间值的15％，这把最大值及最小值一并舍去，去中间值为该材料的挤出时间，如最大值和最小值与中间值得差值均超过15％，则该试验结果无效。

测试好初始挤出时间后，将打印砂浆盛放在密封容器中，环境温度保持在20±2℃，放置一定时间再次按2.1方法测试挤出时间，如60min后测试的挤出时间≤30s，则可操作时间≥60min。

表1列出了5种不同配方的打印砂浆采用本发明方法测试的工作性能的试验结果。

表1不同配比打印砂浆的挤出性能

编号	挤出时间/s	可操作时间/min
			1	33.4	≥45
2	20.9	≥60
			3	16.2	≥60
4	17.7	≥90
			5	15.8	≥90

由表1可看出，采用本测试方法可有效地表征不同打印砂浆的工作性能(挤出时间、可操作时间)通过本方法可对3D打印砂浆一些性能给出量化指标，为评价3D打印材料的性能提供基础；通过采用本方法对打印材料工作性能的测定，可对材料的组成进行调配使之能符合不同环境、工况条件下对打印材料性能的要求。

Claims (6)

1.3D打印建筑砂浆工作性测试装置，其特征在于，该装置包括挤出装置、支架及载荷，

所述的挤出装置由注射筒体及与该注射筒体匹配的推杆组成，注射筒体内放置3D打印建筑砂浆，

所述的支架为上部带圆环的锥形体，利用圆环固定挤出装置，

所述的载荷设置在推杆的上端。

2.根据权利要求1所述的3D打印建筑砂浆工作性测试装置，其特征在于，所述的挤出装置由不锈钢或铝合金制成。

3.根据权利要求1或2所述的3D打印建筑砂浆工作性测试装置，其特征在于，所述的注射筒体端部为开口倒圆锥体，所述的推杆上刻有精确到毫米的刻度。

4.根据权利要求1或2所述的3D打印建筑砂浆工作性测试装置，其特征在于，所述的推杆的下端部安装有橡胶或软塑料密封圈。

5.根据权利要求1所述的3D打印建筑砂浆工作性测试装置，其特征在于，所述的载荷为铁块，重量根据实际情况调整。

6.如权利要求1-5中任一项所述3D打印建筑砂浆工作性测试装置的应用，其特征在于，该装置用于测试3D打印建筑砂浆的挤出时间，采用以下步骤：

(1)将挤出装置内壁清洗干净并干燥，用刮刀将拌好的3D打印建筑砂浆填入装置内部并用铁棒插捣压实砂浆；

(2)用湿抹布擦干净注射筒体的筒口，控制3D打印建筑砂浆至少距筒口20mm，并在推杆密封圈上涂抹少量润滑油，插入推杆至零刻度位置，在挤出筒体端部塞入橡皮塞防止打印砂浆流出；

(3)将挤出筒置于支架上，取出橡皮塞，将荷载在竖直方向上压在推杆上端，在重力作用下会自由下落，松开铁块，采用秒表记录推杆下降100mm所用的时间即为挤出时间；

(4)重复上述步骤三次，取三次结果的平均值即为3D打印建筑砂浆的挤出时间。