CN109520798A - 基于3d打印的多尺寸、多角度结构面试样拼接式模具的制作方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于3D打印的多尺寸、多角度结构面试样拼接式模具的制作方法，包括以下步骤：步骤1、模板的制作：首先将各基本尺寸模板进行三维建模并导入3D打印机打印；步骤2、模板的拼接：在模板拼接之前，首先确定需要用的模板尺寸，选出所有需要用到的模板；其次在模板的内表面、以及两面带纹理的中间模板的两面均匀涂抹凡士林；最后将各块模板拼接；步骤3、结构面模板的嵌入；步骤4、不同倾斜角度的改变：在计算机建立侧板三维模型之前，模拟结构面不同倾斜角度(0°‑30°)的变化对应平移的长度，根据结果在侧板的上表面标出不同角度变化对应的刻度条。本发明利用3D打印制作全套模具，高效便利，可实现结构面不同角度的改变。
Description
技术领域
本发明属于岩体力学领域，涉及岩石表面力学研究时模型的制作，具体运用三维激光扫描并用3D打印岩石表面纹理的制作方法制作岩石模具。本发明实现了不同尺寸、不同倾角的模型制作，可用于力学剪切实验研究中。
背景技术
由于经历了漫长的成岩过程与多期构造历史，工程岩体内部通常存在着大量原生与构造节理、卸荷裂隙等结构面。因此，工程中开挖的对象基本都是由结构面和岩块构成的具有一定结构特征的岩体。显然岩体中岩石结构面的抗剪强度测试与结构面几何特征分析对工程开挖设计与稳定性预测都具有重要意义，因此，国内外学者通过室内直剪试验等手段对岩石结构面的剪切特性进行了大量研究。然而，结构面抗剪强度试验是破坏性试验，结构面一旦破坏了就不能修复，也不能重复利用，故一个原岩结构面只能进行一次破坏性试验，而且，现场取得的原岩结构面表面形态和起伏度各有差异，很难获取具有相同表面形态和起伏度的原岩结构面试样，难以满足结构面的多点法直剪试验和重复性要求。因此，为了全面分析岩石结构面抗剪强度的力学特性，需要制作大批岩石结构面模型试样。
常规制作的模具常常适用性低，不同结构面、不同尺寸试样的制作需要重新特制新的模具，这不仅造成资源的浪费更导致实验周期较长。如张菊连等利用自制钢模具制作了不同粗糙度系数的结构面试样，对不规则结构面的剪切特性进行了研究；罗战友等利用结构面上盘模具、下盘模具以及定位销构成的组合模具制作了10组具有不同表面起伏度和粗糙度的结构面试样，研究了岩石结构面峰值摩擦角的应力效应；黄曼等利用不同尺寸模具制作若干试样，研究了不同尺寸岩石模型结构面抗剪强的特征；沈明荣和张清照利用试验模具制作了4种不同角度的规则齿型结构面试样，并对其剪切特性进行了研究；刘博等利用模具制作3种壁岩强度、5种起伏度的结构面试样，研究了结构面在循环剪切荷载条件下的变形特性；Z.Y.Yang和D.Y.Chiang利用模具制作了若干锯齿状结构面试样，并对其剪切特性进行了研究。为解决上下盘试样分开制作的问题，罗战友等[7]利用钢材模具制作了吻合模型结构面一体化制作模具，并且利用3D打印中间起伏隔板。
综上所述，以上现有技术针对不同尺寸的试样，均需重新制作试样盒子，且在设计中均未考虑实际结构面倾斜角度带来的影响。
发明内容
为了克服已有技术针对不同尺寸的试样均需重新制作试样盒、未考虑结构面倾斜角度带来的影响的不足，本发明结合最新发展的3D打印、表面三维激光扫描技术和传统岩石模型制作方法，提出了一种基于3D打印的多尺寸、多角度结构面试样拼接式模具的制作方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于3D打印的多尺寸、多角度结构面试样拼接式模具的制作方法，包括以下步骤：
步骤1、模板的制作：
首先将各基本尺寸模板进行三维建模并导入3D打印机打印；
步骤2、模板的拼接
在模板拼接之前，首先确定需要用的模板尺寸，选出所有需要用到的模板；其次在模板的内表面、以及两面带纹理的中间模板的两面均匀涂抹凡士林；最后将各块模板拼接；
步骤3、结构面模板的嵌入
不同的结构面需要每次重新扫描、打印，且在逆向建模过程中需要在两个侧面分别预留前宽6mm深7mm，后宽12mm深8mm的前窄后宽的全道凹槽，并保证所有模板的厚度为10mm；
结构面的固定装置分为两个部分，一部分是底部带长12mm，宽4mm，厚8mm 板，直径为5mm，长50mm的螺栓杆以及与之配套的元宝形螺母，另一部分是带平台板的固定条，固定条的尺寸跟随结构面的高度变化而改变；
步骤4、不同倾斜角度的改变：
在计算机建立侧板三维模型之前，在计算机中模拟结构面不同倾斜角度(0° -30°)的变化对应平移的长度，根据结果在侧板的上表面标出不同角度变化对应的刻度条。
进一步，所述步骤2中，100mm*100mm*100mm模型样盒的组装。拼接顺序如下：
(1)将一块110mm*100mm的底板1选出平放；
(2)将一块侧板1的底部凹槽与底板100mm边的凹槽对齐，插入一根固定条2；
(3)将一块侧板2的底部凹槽与底板110mm边的凹槽对齐，插入一根固定条2；
(4)用固定条1的凸条嵌入两个侧板；
(5)重复步骤(2)、(4)；
(6)重复步骤(3)、(4)。
或者是：所述步骤2中，300mm*300mm*300mm模型样盒的组装，拼接顺序如下：
(1)将三块底板1的110mm边用固定条2将底板两两固定；
(2)将一块底板2的100mm边用固定条2与步骤(1)中一块底板1的100mm固定；
(3)将一块底板2的100mm边用固定条2与步骤(1)中另一块底板1的100mm 固定；
(4)用固定条2将步骤(2)、(3)中的底板2固定；
(5)重复步骤(3)、(4)一遍；
(6)重复步骤(2)、(3)、(4)、(5)一遍，完成底板的拼接；
(7)将一块侧板1的底部凹槽与底板1的100mm边的凹槽对齐，插入一根固定条 2；
(8)重复步骤(7)两次；
(9)用固定条2插入两侧板1的凹槽；
(10)重复步骤(9)；
(11)将一块侧板3的下凸条嵌入侧板1的上边的凹槽；
(12)重复步骤(11)两次；
(13)用固定条2的凸条嵌入两个侧板3之间；
(14)重复步骤(13)；
(15)将一块侧板3的下凸条嵌入步骤(11)中的侧板3的上边的凹槽；
(16)重复步骤(15)两次；
(17)用固定条2的凸条嵌入两个侧板3之间；
(18)重复步骤(17)两次，完成一块300mm*300mm侧板；
(19)重复步骤(7)-(18)一次，完成另一块300mm*300mm侧板；
(20)将一侧板2的凹槽与底板中的110mm边凹槽对齐，插入一根固定条2；
(21)将一侧板1的凹槽与底板中的100mm边凹槽对齐，插入一根固定条2；
(22)重复步骤(21)一遍；
(23)将一侧板4的下凸条插入侧板2的110mm边；
(24)将一侧板3的下凸条插入侧板1的100mm边；
(25)重复步骤(24)一遍；
(26)用固定条2的凸条嵌入两个侧板之间；
(27)重复步骤(23)、(24)、(25)、(26)一遍，完成一块310mm*300mm侧板；
(28)重复步骤(20)-(27)一遍，完成另一块310mm*300mm侧板；
(29)用3根固定条1将两拼接侧板固定；
(30)重复步骤(29)三遍。
再进一步，所述步骤3中，100mm*100mm结构面的嵌入，步骤如下：
(1)将固定螺栓底部平行穿进110mm长的侧板顶部凹槽内，并对照刻度条移动至合适位置；
(2)将两个带平台板的固定条3中的圆孔分别穿入110mm长的侧板上的螺栓杆；
(3)旋紧元宝形螺母固定住固定条3；
(4)将打印好的双面带有纹理的结构面模板插入两个固定条3之间。
或者是：所述步骤3中，300mm*300mm结构面的嵌入，步骤如下：
(1)将固定螺栓底部平行穿进310mm长的侧板顶部凹槽内，并对照刻度条移动至合适位置；
(2)重复步骤(1)；
(3)将固定条3的孔对准310mm长侧板上的螺栓杆，穿入螺栓杆；
(4)重复步骤(3)；
(5)用元宝形螺母固定住固定条3；
(6)重复步骤(5)；
(7)将打印好的双面带有纹理的结构面模板插入两个固定条3之间。
更进一步，所述步骤4中，100mm*100mm*100mm且结构面倾斜角为30°的试样中，对应一边侧板的平移距离中央线的长度为所以要改变角度，只需旋松固定中间板2的两个元宝形螺母，两端分别向不同的方向平移螺栓偏离原位置再拧紧螺母，插入重新打印的带有倾斜角度的中间板即可。
所述步骤4中，300mm*300mm*300mm且结构面倾斜角为30°的试样中，对应一边侧板的平移距离中央线的长度为所以要改变角度，只需旋松固定中间板2的两个元宝形螺母，两端分别向不同的方向平移螺栓偏离原位置再拧紧螺母，插入重新打印的带有倾斜角度的中间板即可。
本发明的有益效果主要表现在：
1、本发明利用3D打印制作全套模具，高效便利；
2、本发明通过外围模具拼接实现了只运用一套模具实现多种试样尺寸的改变，经济环保；
3、本发明可实现结构面不同角度的改变；
4、本发明结合三维扫描与3D打印提高了结构面精度。
附图说明
图1是底板1的平面图，其中，(a)是主视图，(b)是侧视图，(c)是俯视图。
图2是底板1的三维图。
图3是底板2的平面图，其中，(a)是主视图，(b)是侧视图，(c)是俯视图。
图4是底板2的三维图。
图5是侧板1的平面图，其中，(a)是主视图，(b)是侧视图，(c)是俯视图。
图6是侧板1的三维图
图7是侧板2的平面图，其中，(a)是主视图，(b)是侧视图，(c)是俯视图。
图8是侧板2的三维图
图9是侧板3的平面图，其中，(a)是主视图，(b)是侧视图，(c)是俯视图。
图10是侧板3的三维图。
图11是侧板4的平面图，其中，(a)是主视图，(b)是侧视图，(c)是俯视图。
图12是侧板4的三维图。
图13是固定条1平面图，其中，(a)是主视图，(b)是侧视图，(c)是俯视图。
图14是固定条1三维图。
图15是固定条2平面图，其中，(a)是主视图，(b)是侧视图，(c)是俯视图。
图16是固定条2的三维图。
图17是100mm*100mm结构面模板的平面图，其中，(a)是主视图，(b)是侧视图，(c)是俯视图。
图18是100mm*100mm结构面模板的三维图。
图19是300mm*300mm结构面模板的平面图，其中，(a)是主视图，(b)是侧视图，(c)是俯视图。
图20是300mm*300mm结构面模板的三维图。
图21是100mm*100mm结构面模板固定条3平面图，其中，(a)是主视图， (b)是侧视图，(c)是俯视图。
图22是100mm*100mm结构面模板固定条3的三维图。
图23是300mm*300mm结构面模板固定条3平面图，其中，(a)是主视图， (b)是侧视图，(c)是俯视图。
图24是300mm*300mm结构面模板固定条3的三维图。
图25是300mm*300mm*300mm拼接底板的三维图。
图26是300mm*300mm*300mm拼接侧板1的三维图。
图27是300mm*300mm*300mm拼接侧板2的三维图。
图28是100mm*100mm*100mm试样盒组装整体的三维图。
图29是300mm*300mm*300mm试样盒组装整体的三维图。
图30是固定用元宝形螺母示意图，其中，(a)是主视图，(b)是侧视图。
图31是固定螺栓示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1～图31，一种基于3D打印的多尺寸、多角度结构面试样拼接式模具的制作方法，包括以下步骤：
步骤1、模板的制作：
首先将各基本尺寸模板进行三维建模并导入3D打印机打印。
步骤2、模板的拼接
在模板拼接之前，首先确定需要用的模板尺寸，选出所有需要用到的模板；其次在模板的内表面、以及两面带纹理的中间模板的两面均匀涂抹凡士林，起到润滑的作用，方便相似材料成型后脱模；最后将各块模板拼接。
例1，100mm*100mm*100mm模型样盒的组装。拼接顺序如下：
(1)将一块110mm*100mm的底板1选出平放；
(2)将一块侧板1的底部凹槽与底板100mm边的凹槽对齐，插入一根固定条2；
(3)将一块侧板2的底部凹槽与底板110mm边的凹槽对齐，插入一根固定条2；
(4)用固定条1的凸条嵌入两个侧板；
(5)重复步骤(2)、(4)；
(6)重复步骤(3)、(4)。
例2，300mm*300mm*300mm模型样盒的组装。拼接顺序如下：
(1)将三块底板1的110mm边用固定条2将底板两两固定；
(2)将一块底板2的100mm边用固定条2与步骤(1)中一块底板1的100mm固定；
(3)将一块底板2的100mm边用固定条2与步骤(1)中另一块底板1的100mm 固定；
(4)用固定条2将步骤(2)、(3)中的底板2固定；
(5)重复步骤(3)、(4)一遍；
(6)重复步骤(2)、(3)、(4)、(5)一遍，完成底板的拼接；
(7)将一块侧板1的底部凹槽与底板1的100mm边的凹槽对齐，插入一根固定条 2；
(8)重复步骤(7)两次；
(9)用固定条2插入两侧板1的凹槽；
(10)重复步骤(9)；
(11)将一块侧板3的下凸条嵌入侧板1的上边的凹槽；
(12)重复步骤(11)两次；
(13)用固定条2的凸条嵌入两个侧板3之间；
(14)重复步骤(13)；
(15)将一块侧板3的下凸条嵌入步骤(11)中的侧板3的上边的凹槽；
(16)重复步骤(15)两次；
(17)用固定条2的凸条嵌入两个侧板3之间；
(18)重复步骤(17)两次，完成一块300mm*300mm侧板；
(19)重复步骤(7)-(18)一次，完成另一块300mm*300mm侧板；
(20)将一侧板2的凹槽与底板中的110mm边凹槽对齐，插入一根固定条2；
(21)将一侧板1的凹槽与底板中的100mm边凹槽对齐，插入一根固定条2；
(22)重复步骤(21)一遍；
(23)将一侧板4的下凸条插入侧板2的110mm边；
(24)将一侧板3的下凸条插入侧板1的100mm边；
(25)重复步骤(24)一遍；
(26)用固定条2的凸条嵌入两个侧板之间；
(27)重复步骤(23)、(24)、(25)、(26)一遍，完成一块310mm*300mm侧板；
(28)重复步骤(20)-(27)一遍，完成另一块310mm*300mm侧板；
(29)用3根固定条1将两拼接侧板固定；
(30)重复步骤(29)三遍。
步骤3、结构面模板的嵌入
不同的结构面需要每次重新扫描、打印，且在逆向建模过程中需要在两个侧面分别预留前宽6mm深7mm，后宽12mm深8mm的前窄后宽的全道凹槽，并保证所有模板的厚度为10mm。
结构面的固定装置分为两个部分，一部分是底部带长12mm，宽4mm，厚8mm 板，直径为5mm，长50mm的螺栓杆以及与之配套的元宝形螺母，另一部分是带平台板的固定条，固定条的尺寸跟随结构面的高度变化而改变
实例，100mm*100mm结构面的嵌入，步骤如下：
(1)将固定螺栓底部平行穿进110mm长的侧板顶部凹槽内，并对照刻度条移动至合适位置；
(2)将两个带平台板的固定条3中的圆孔分别穿入110mm长的侧板上的螺栓杆；
(3)旋紧元宝形螺母固定住固定条3；
(4)将打印好的双面带有纹理的结构面模板插入两个固定条3之间。
实例，300mm*300mm结构面的嵌入，步骤如下：
(1)将固定螺栓底部平行穿进310mm长的侧板顶部凹槽内，并对照刻度条移动至合适位置；
(2)重复步骤(1)；
(3)将固定条3的孔对准310mm长侧板上的螺栓杆，穿入螺栓杆；
(4)重复步骤(3)；
(5)用元宝形螺母固定住固定条3；
(6)重复步骤(5)；
(7)将打印好的双面带有纹理的结构面模板插入两个固定条3之间。
步骤4、不同倾斜角度的改变：
在计算机建立侧板三维模型之前，在计算机中模拟结构面不同倾斜角度(0° -30°)的变化对应平移的长度，根据结果在侧板的上表面标出不同角度变化对应的刻度条。
例1，100mm*100mm*100mm且结构面倾斜角为30°的试样中，对应一边侧板的平移距离中央线的长度为所以要改变角度，只需旋松固定中间板2 的两个元宝形螺母，两端分别向不同的方向平移螺栓偏离原位置再拧紧螺母，插入重新打印的带有倾斜角度的中间板即可。
例2，300mm*300mm*300mm且结构面倾斜角为30°的试样中，对应一边侧板的平移距离中央线的长度为所以要改变角度，只需旋松固定中间板2 的两个元宝形螺母，两端分别向不同的方向平移螺栓偏离原位置再拧紧螺母，插入重新打印的带有倾斜角度的中间板即可。
本实施例的模具的实施过程：
第一、相似材料的浇筑：
在浇灌相似材料之前，将岩石相似材料倒入样盒，分三次注满，第一注入三分之二高，将整个装置放在振动台上充分振动，使材料密实，再注满整个装置，继续振动，最后将整个注满，并且抹平上表面。在适宜的环境下进行养护，等待材料达到试验要求即可拆模得到上下盘完全吻合的岩石模型。
第二、脱模
在适宜的环境下进行养护，等待材料达到试验要求即可拆模得到上下盘完全吻合的岩石模型。
本发明在传统模具的基础上进行了改造升级，可通过试样盒的拼接实现模具尺寸的改变、可通过平移固定装置实现结构面倾角变化。这一方法可非常方便地实现针对同一岩石自然结构面进行大量试验研究和结构面剪切破坏机制的深入分析。
本发明由两部分组成：一部分是3D打印的无盖试样盒，另一部分是通过三维扫描、重构建模再3D打印的结构面模板及其固定装置。
模型装置由四周边带有凹槽的底板、三面带凹槽的侧板、两面带凸条的固定条、附属零部件等组装而成。
底板两种：
底板1：长110mm，宽100mm，厚20mm，四个侧面形态相同，均于正中央预留前宽6mm，后宽12mm的前窄后宽全道凹槽。(图2是底板1的三维图)
底板2：长100mm，宽100mm，厚20mm，四个侧面形态相同，均于正中央预留前宽6mm，后宽12mm的前窄后宽全道凹槽。(图4是底板2的三维图)
侧板四种：
侧板1：长100mm，厚20mm，高120mm，距底边7mm处预设长100mm的，宽15mm，高6mm和12mm的前窄后宽凹槽，上顶面正中央预设上宽6mm，深 7mm，下宽12mm，深8mm上窄下宽的全道凹槽，侧板两侧面分别预留一道前宽 6mm深7mm，后宽12mm深8mm，高100mm前窄后宽的凹槽；(图6是侧板1 的三维图)
侧板2：长110mm，厚20mm，高120mm，距底边7mm处预设长110mm的，宽15mm，高6mm和12mm的前窄后宽凹槽，上顶面正中央预设上宽6mm，深 7mm，下宽12mm，深8mm上窄下宽的全道凹槽，侧板两侧面分别预留一道前宽 6mm深7mm，后宽12mm深8mm，高100mm前窄后宽的凹槽(图8侧板2的三维图)
侧板3：长100mm，厚20mm，高100mm，底面正中央预留长100mm，宽 10mm，高4mm的前宽后窄凸条，上顶面正中央预设上宽6mm，深7mm，下宽 12mm，深8mm上窄下宽的全道凹槽，侧板两侧面分别预留一道前宽6mm深7mm，后宽12mm深8mm，高100mm前窄后宽的凹槽；(图10是侧板3的三维图)
侧板4：长110mm，厚20mm，高100mm，底面正中央预留长100mm，宽 10mm，高4mm的前宽后窄凸条，上顶面正中央预设上宽6mm，深7mm，下宽 12mm，深8mm上窄下宽的全道凹槽，侧板两侧面分别预留一道前宽6mm深7mm，后宽12mm深8mm，高100mm前窄后宽的凹槽。(图12是侧板4的三维图)
固定条两种：
固定条1：长20mm，宽20mm，高60mm，一侧面正中央预留高60mm，前宽12mm长8mm后宽6mm长7mm的凸条，邻面预留同样尺寸前宽后窄的凸条，两凸条位置成直角。(图14是固定条1的三维图)
固定条2：长20mm，宽20mm，高60mm，一侧面正中央预留高60mm，前宽12mm长8mm后宽6mm长7mm的凸条，对面预留同样尺寸前宽后窄的凸条，两凸条位置平行，整体为H型。(图16是固定条2的三维图)
不同的结构面需要每次重新扫描、打印，且在逆向建模过程中需要在两个侧面分别预留前宽6mm深7mm，后宽12mm深8mm的前窄后宽的全道凹槽，并保证所有模板的厚度为10mm。(图18是100mm*100mm结构面模板的三维图、图 20是300mm*300mm结构面模板的三维图)
结构面的固定装置分为两个部分，一部分是底部带长12mm，宽4mm，厚8mm 板，直径为5mm螺栓杆(图31是固定螺栓)以及与之配套的元宝形螺母，另一部分是带平台板的固定条，固定条的尺寸跟随结构面的高度变化而改变(图22 是100mm*100mm结构面模板固定条3的三维图、图24是300mm*300mm结构面模板固定条3的三维图)。
实现不同尺寸模具的方法：100mm*100mm*100mm试样盒需要一块底板1、两块侧板1、两块侧板2、四根固定条1和四根固定条2；(图28是 100mm*100mm*100mm试样盒组装整体的三维图)
200mm*200mm*200mm试样盒需要两块底板1、两块底板2、六块侧板1、两块侧板2、六块侧板3、两块侧板4、八根固定条1和十六根固定条2；
300mm*300mm*300mm试样盒需要三块底板1、六块底板2、十块侧板1、两块侧板2、二十块侧板3、四块侧板4、十二根固定条1和三十六根固定条2； (图29是300mm*300mm*300mm试样盒组装整体的三维图)。
以此类推，基础板可以拼接出任意尺寸的试样盒。
实现多角度的方法：为实现结构面不同角度的变化，在计算机建立侧板三维模型之前，在计算机中模拟结构面不同倾斜角度(0°-30°)的变化对应平移的长度，根据结果在侧板的上表面标出不同角度变化对应的刻度条。这样，我们只需平移固定装置即可实现结构面不同角度的变化。
100mm*100mm*100mm且结构面倾斜角为10°的试样中，对应一边侧板的平移距离中央线的长度为tan10°，所以要改变角度，只需旋松固定中间板2的两个元宝形螺母，两端分别向不同的方向平移螺栓偏离原位tan10°，再拧紧螺母，插入重新打印的带有倾斜角度的中间板即可。
100mm*100mm*100mm且结构面倾斜角为20°的试样中，对应一边侧板的平移距离中央线的长度为tan20°，所以要改变角度，只需旋松固定中间板2的两个元宝形螺母，两端分别向不同的方向平移螺栓偏离原位tan20°，再拧紧螺母，插入重新打印的带有倾斜角度的中间板即可。
100mm*100mm*100mm且结构面倾斜角为30°的试样中，对应一边侧板的平移距离中央线的长度为所以要改变角度，只需旋松固定中间板2的两个元宝形螺母，两端分别向不同的方向平移螺栓偏离原位置再拧紧螺母，插入重新打印的带有倾斜角度的中间板即可。
300mm*300mm*300mm且结构面倾斜角为30°的试样中，对应一边侧板的平移距离中央线的长度为所以要改变角度，只需旋松固定中间板2的两个元宝形螺母，两端分别向不同的方向平移螺栓偏离原位置再拧紧螺母，插入重新打印的带有倾斜角度的中间板即可。
以此类推，我们可以实现不同角度的倾斜。
Claims (7)
1.一种基于3D打印的多尺寸、多角度结构面试样拼接式模具的制作方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1、模板的制作：
首先将各基本尺寸模板进行三维建模并导入3D打印机打印；
步骤2、模板的拼接
在模板拼接之前，首先确定需要用的模板尺寸，选出所有需要用到的模板；其次在模板的内表面、以及两面带纹理的中间模板的两面均匀涂抹凡士林；最后将各块模板拼接；
步骤3、结构面模板的嵌入
不同的结构面需要每次重新扫描、打印，且在逆向建模过程中需要在两个侧面分别预留前宽6mm深7mm，后宽12mm深8mm的前窄后宽的全道凹槽，并保证所有模板的厚度为10mm；
结构面的固定装置分为两个部分，一部分是底部带长12mm，宽4mm，厚8mm板，直径为5mm，长50mm的螺栓杆以及与之配套的元宝形螺母，另一部分是带平台板的固定条，固定条的尺寸跟随结构面的高度变化而改变；
4、不同倾斜角度的改变：
在计算机建立侧板三维模型之前，在计算机中模拟结构面不同倾斜角度(0°-30°)的变化对应平移的长度，根据结果在侧板的上表面标出不同角度变化对应的刻度条。
2.如权利要求1所述的基于3D打印的多尺寸、多角度结构面试样拼接式模具的制作方法，其特征在于，所述步骤2中，100mm*100mm*100mm模型样盒的组装。拼接顺序如下：
(1)将一块110mm*100mm的底板1选出平放；
(2)将一块侧板1的底部凹槽与底板100mm边的凹槽对齐，插入一根固定条2；
(3)将一块侧板2的底部凹槽与底板110mm边的凹槽对齐，插入一根固定条2；
(4)用固定条1的凸条嵌入两个侧板；
(5)重复步骤(2)、(4)；
(6)重复步骤(3)、(4)。
3.如权利要求1所述的基于3D打印的多尺寸、多角度结构面试样拼接式模具的制作方法，其特征在于，所述步骤2中，300mm*300mm*300mm模型样盒的组装，拼接顺序如下：
(1)将三块底板1的110mm边用固定条2将底板两两固定；
(2)将一块底板2的100mm边用固定条2与步骤(1)中一块底板1的100mm固定；
(3)将一块底板2的100mm边用固定条2与步骤(1)中另一块底板1的100mm固定；
(4)用固定条2将步骤(2)、(3)中的底板2固定；
(5)重复步骤(3)、(4)一遍；
(6)重复步骤(2)、(3)、(4)、(5)一遍，完成底板的拼接；
(7)将一块侧板1的底部凹槽与底板1的100mm边的凹槽对齐，插入一根固定条2；
(8)重复步骤(7)两次；
(9)用固定条2插入两侧板1的凹槽；
(10)重复步骤(9)；
(11)将一块侧板3的下凸条嵌入侧板1的上边的凹槽；
(12)重复步骤(11)两次；
(13)用固定条2的凸条嵌入两个侧板3之间；
(14)重复步骤(13)；
(15)将一块侧板3的下凸条嵌入步骤(11)中的侧板3的上边的凹槽；
(16)重复步骤(15)两次；
(17)用固定条2的凸条嵌入两个侧板3之间；
(18)重复步骤(17)两次，完成一块300mm*300mm侧板；
(19)重复步骤(7)-(18)一次，完成另一块300mm*300mm侧板；
(20)将一侧板2的凹槽与底板中的110mm边凹槽对齐，插入一根固定条2；
(21)将一侧板1的凹槽与底板中的100mm边凹槽对齐，插入一根固定条2；
(22)重复步骤(21)一遍；
(23)将一侧板4的下凸条插入侧板2的110mm边；
(24)将一侧板3的下凸条插入侧板1的100mm边；
(25)重复步骤(24)一遍；
(26)用固定条2的凸条嵌入两个侧板之间；
(27)重复步骤(23)、(24)、(25)、(26)一遍，完成一块310mm*300mm侧板；
(28)重复步骤(20)-(27)一遍，完成另一块310mm*300mm侧板；
(29)用3根固定条1将两拼接侧板固定；
(30)重复步骤(29)三遍。
4.如权利要求1～3之一所述的基于3D打印的多尺寸、多角度结构面试样拼接式模具的制作方法，其特征在于，所述步骤3中，100mm*100mm结构面的嵌入，步骤如下：
(1)将固定螺栓底部平行穿进110mm长的侧板顶部凹槽内，并对照刻度条移动至合适位置；
(2)将两个带平台板的固定条3中的圆孔分别穿入110mm长的侧板上的螺栓杆；
(3)旋紧元宝形螺母固定住固定条3；
(4)将打印好的双面带有纹理的结构面模板插入两个固定条3之间。
5.如权利要求1～3之一所述的基于3D打印的多尺寸、多角度结构面试样拼接式模具的制作方法，其特征在于，所述步骤3中，300mm*300mm结构面的嵌入，步骤如下：
(1)将固定螺栓底部平行穿进310mm长的侧板顶部凹槽内，并对照刻度条移动至合适位置；
(2)重复步骤(1)；
(3)将固定条3的孔对准310mm长侧板上的螺栓杆，穿入螺栓杆；
(4)重复步骤(3)；
(5)用元宝形螺母固定住固定条3；
(6)重复步骤(5)；
(7)将打印好的双面带有纹理的结构面模板插入两个固定条3之间。
6.如权利要求1～3之一所述的基于3D打印的多尺寸、多角度结构面试样拼接式模具的制作方法，其特征在于，所述步骤4中，100mm*100mm*100mm且结构面倾斜角为30°的试样中，对应一边侧板的平移距离中央线的长度为所以要改变角度，只需旋松固定中间板2的两个元宝形螺母，两端分别向不同的方向平移螺栓偏离原位置再拧紧螺母，插入重新打印的带有倾斜角度的中间板即可。
7.如权利要求1～3之一所述的基于3D打印的多尺寸、多角度结构面试样拼接式模具的制作方法，其特征在于，所述步骤4中，300mm*300mm*300mm且结构面倾斜角为30°的试样中，对应一边侧板的平移距离中央线的长度为所以要改变角度，只需旋松固定中间板2的两个元宝形螺母，两端分别向不同的方向平移螺栓偏离原位置再拧紧螺母，插入重新打印的带有倾斜角度的中间板即可。
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| CN201811328036.7A CN109520798A (zh) | 2018-11-09 | 2018-11-09 | 基于3d打印的多尺寸、多角度结构面试样拼接式模具的制作方法 |
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