CN111366495A - 建筑3d打印材料的流变性能测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种建筑3D打印材料的流变性能测试方法，包括：提供一水平的基准面，将打印头置于基准面上方的设定标高处；开启3D打印机并同时开始计时，该打印头向下挤出材料直至材料受重力而断裂并掉落至基准面，停止计时，以测得时间t；将时间t与参照范围进行比对，从而判断出材料的流变性能是否达标。本发明有效地解决了材料流变性能测试速度慢的问题，减少了测试成本，能够快速判断出材料是否能够打印出合格的构件，有助于提升施工效率，降低施工成本。
Description
技术领域
本发明涉及建筑3D打印领域，特指一种建筑3D打印材料的流变性能测试方法。
背景技术
建筑3D打印材料是典型的宾汉流体，在打印头螺杆旋转产生的应力下，会想粘性流体一样流动，从打印头挤出后处于低应力状态，但又需要具有一定刚度，才能保证打印的建筑构件不坍塌，为了保证打印的建筑构件不坍塌，目前通常采用的方法是利用流变仪测出材料的具体数值，从而判断该材料是否能够打印出合格的构件，然而流变仪测试的时间较长且成本较高，难以快速判断材料的流变性能。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种建筑3D打印材料的流变性能测试方法，解决了材料流变性能测试速度慢的问题，减少了测试成本，能够快速判断出材料是否能够打印出合格的构件，有助于提升施工效率，降低施工成本。
实现上述目的的技术方案是：
本发明提供了一种建筑3D打印材料的流变性能测试方法，用于测试3D打印机的打印头挤出材料的流变性能，该测试方法包括如下步骤：
S11.提供一水平的基准面，将打印头置于基准面上方的设定标高处；
S12.开启3D打印机并同时开始计时，该打印头向下挤出材料直至材料受重力而断裂并掉落至基准面，停止计时，以测得时间t；
S13.将时间t与参照范围进行比对，从而判断出材料的流变性能是否达标。
本发明采用建筑3D打印材料的流变性能测试方法，通过打印头向基准面挤出材料，材料受重力的影响，当材料受到由重力产生的剪切应力大于材料的屈服应力时会产生颈缩的现象并断裂而向下掉落至基准面上，记录材料从挤出到掉落至基准面的时间t，将时间t与参照范围进行比对，若时间t在参照范围内，则符合流变性要求，若时间t大于参照范围的上限值，则流变性能较弱，容易堵塞打印头，若时间t小于参照范围的下限值，则流变性能较强，建筑构件有坍塌的风险，有效地解决了材料流变性能测试速度慢的问题，减少了测试成本，能够快速判断出材料是否能够打印出合格的构件，有助于提升施工效率，降低施工成本。
本发明建筑3D打印材料的流变性能测试方法的进一步改进在于，挤出材料前，还包括：
将打印头的出料口与基准面相贴，进而利用3D打印机控制打印头上升至设定标高处，以使得打印头的出料口正对基准面。
本发明建筑3D打印材料的流变性能测试方法的进一步改进在于，设定标高为基准面上方30cm处。
本发明建筑3D打印材料的流变性能测试方法的进一步改进在于，计时前，还包括：
开启3D打印机，该打印头向下挤出材料直至材料受重力断裂并掉落，暂停3D打印机，并利用刮刀刮除打印头的出料口处的材料。
本发明建筑3D打印材料的流变性能测试方法的进一步改进在于，记录时间t时，还包括：
打印头向下连续挤出材料，在材料第三次断裂并掉落至基准面时，停止计时并记录，以获得时间t。
本发明建筑3D打印材料的流变性能测试方法的进一步改进在于，挤出材料时，还包括：
设置打印头的出料速度，使得材料以设定速度向下挤出。
本发明建筑3D打印材料的流变性能测试方法的进一步改进在于，对比时间t与参照范围时，还包括：
定义参数F
其中φ为打印头出口内径，v为打印头的设定挤出速度，ρ为材料的密度，g为重力加速度，t为测得的时间，F为被挤出并掉落的材料的重量；
将计算得出的F与对应的标准范围进行比较，从而判断材料的流变性能是否达标。
附图说明
图1为本发明建筑3D打印材料的流变性能测试方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
参阅图1，本发明提供了一种建筑3D打印材料的流变性能测试方法，通过打印头向基准面挤出材料，材料受重力的影响，当材料受到由重力产生的剪切应力大于材料的屈服应力时会产生颈缩的现象并断裂而向下掉落至基准面上，记录材料从挤出到掉落至基准面的时间t，将时间t与参照范围进行比对，若时间t在参照范围内，则符合流变性要求，若时间t大于参照范围的上限值，则流变性能较弱，容易堵塞打印头，若时间t小于参照范围的下限值，则流变性能较强，建筑构件有坍塌的风险，有效地解决了材料流变性能测试速度慢的问题，减少了测试成本，能够快速判断出材料是否能够打印出合格的构件，有助于提升施工效率，降低施工成本。下面结合附图对本发明建筑3D打印材料的流变性能测试方法进行说明。
参阅图1，图1为本发明建筑3D打印材料的流变性能测试方法的流程图。下面结合图1，对本发明建筑3D打印材料的流变性能测试方法进行说明。
如图1所示，本发明建筑3D打印材料的流变性能测试方法，该测试方法包括如下步骤：
执行步骤S11.提供一水平的基准面，将打印头置于基准面上方的设定标高处；接着执行步骤S12
执行步骤S12.开启3D打印机并同时开始计时，该打印头向下挤出材料直至材料受重力而断裂并掉落至基准面，停止计时，以测得时间t；接着执行步骤S13
执行步骤S13.将时间t与参照范围进行比对，从而判断出材料的流变性能是否达标。
其中，可以通过利用符合标准流变性能的材料自打印头中挤出，进而测试其断裂并掉落至基准面所用的时间，根据该时间并在合理的误差范围内确定参照范围，符合标准流变性能的材料制备时可利用流变仪判断其流变性，即只需要在确定参照范围时使用流变仪，后续测试材料的流变性能时不用再使用流变仪，直接对比形成的冲击图案的直径与参照范围即可，方便快捷，节约成本。
作为本发明的一较佳实施方式，挤出材料前，还包括：
将打印头的出料口与基准面相贴，进而利用3D打印机控制打印头上升至设定标高处，以使得打印头的出料口正对基准面，避免出现出料口相对于基准面歪斜的情况，使得结果更加精确。
较佳地，设定标高为基准面上方30cm处。
进一步的，计时前，还包括：
开启3D打印机，该打印头向下挤出材料直至材料受重力断裂并掉落，暂停3D打印机，并利用刮刀刮除打印头的出料口处的材料，防止打印头的出料口处有残留的材料而影响测试结果。
进一步的，记录时间t时，还包括：
打印头向下连续挤出材料，在材料第三次断裂并掉落至基准面时，停止计时并记录，从而获得时间t，可以直接将时间t与对应的参照范围进行比对，此时的参照范围也为材料掉落三次的时间范围，或者将测得的时间除以三获得单次掉落的平均值，将该平均值与参照范围比对，该参照范围也为材料单次掉落的时间范围，以提高测量的准确性，减少误差。
较佳地，挤出材料时，还包括：
设置打印头的出料速度，使得材料以设定速度向下挤出，避免挤出速度对结果的影响。
进一步的，对比时间t与参照范围时，还包括：
定义参数F
其中φ为打印头出口内径，v为打印头的设定挤出速度，ρ为材料的密度，g为重力加速度，t为测得的时间，F为被挤出并掉落的材料的重量；
将计算得出的F与对应的标准范围进行比较，从而判断材料的流变性能是否达标，此时的标准范围是由参照范围对应按照参数F的公式计算后得到，在实际测试时，由于受打印头内径以及挤出速度的影响，会导致同样的材料所测得的时间t不一致，因此引入参数F，能够精确计算出被挤出并掉落的材料的重量，消除误差，以得出更为精准的结果。
本发明的具体实施方式如下：
将材料倒入打印头的料斗中，提供一水平的基准面，将打印头的出料口与基准面相贴，进而通过控制3D打印机将打印头向上伸至离基准面30cm的位置，此时打印头的出料口正对基准面；
启动打印头中的螺旋杆，使得螺旋杆反向旋转以搅拌均匀材料，进而提供一容器，将容器置于打印头的出料口的下方；
启动打印头中的螺旋杆，使得螺旋杆正向旋转以向下挤出材料，材料受重力向下掉落至容器中，容器中接到1～2段材料后，移开容器，并利用刮刀将打印头出料口处多余的材料刮除；
打印头向外挤出材料并同时开始计时，材料向下挤出并受重力掉落至基准面，材料第三次掉落至基准面时关闭3D打印机并停止计时，防止打印头继续向下挤出材料，且记录测得的数据，将数据除以三取平均值，从而得到时间t；
根据参数F的公式代入时间t，计算出参数F，将F与参照范围进行比较，若F在标准范围内，则符合流变性要求，若F大于标准范围的上限值，则流变性能较弱，容易堵塞打印头，应增大材料减水剂用量予以调整，若F小于标准范围的下限值，则流变性能较强，建筑构件有坍塌的风险，需要减少材料减水剂用量予以调整；
每次在打印建筑构件前，只需向下挤出材料，使得材料掉落至基准面，并通过计时和比对即可判断出材料是否符合流变性标准，不在需要在打印前使用流变仪进行测量，这种方式不仅方便快捷成本低，而且还能准确判断出材料是否符合流变性标准，保证了构件质量。
以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种建筑3D打印材料的流变性能测试方法，其特征在于，用于测试3D打印机的打印头挤出材料的流变性能，所述测试方法包括如下步骤：
S11.提供一水平的基准面，将所述打印头置于所述基准面上方的设定标高处；
S12.开启所述3D打印机并同时开始计时，所述打印头向下挤出所述材料直至所述材料受重力而断裂并掉落至所述基准面，停止计时，以测得时间t；
S13.将所述时间t与参照范围进行比对，从而判断出所述材料的流变性能是否达标。
2.如权利要求1所述的建筑3D打印材料的流变性能测试方法，其特征在于，挤出所述材料前，还包括：
将所述打印头的出料口与所述基准面相贴，进而利用所述3D打印机控制所述打印头上升至设定标高处，以使得所述打印头的出料口正对所述基准面。
3.如权利要求2所述的建筑3D打印材料的流变性能测试方法，其特征在于，所述设定标高为所述基准面上方30cm处。
4.如权利要求1所述的建筑3D打印材料的流变性能测试方法，其特征在于，计时前，还包括：
开启所述3D打印机，所述打印头向下挤出所述材料直至所述材料受重力断裂并掉落，暂停所述3D打印机，并利用刮刀刮除所述打印头的出料口处的材料。
5.如权利要求1所述的建筑3D打印材料的流变性能测试方法，其特征在于，记录所述时间t时，还包括：
所述打印头向下连续挤出所述材料，在所述材料第三次断裂并掉落至所述基准面时，停止计时并记录，以获得所述时间t。
6.如权利要求1所述的建筑3D打印材料的流变性能测试方法，其特征在于，挤出所述材料时，还包括：
设置所述打印头的出料速度，使得所述材料以设定速度向下挤出。
7.如权利要求6所述的建筑3D打印材料的流变性能测试方法，其特征在于，对比所述时间t与参照范围时，还包括：
定义参数F
其中φ为所述打印头出口内径，v为所述打印头的设定挤出速度，ρ为所述材料的密度，g为重力加速度，t为测得的时间，F为被挤出并掉落的材料的重量；
将计算得出的F与对应的标准范围进行比较，从而判断所述材料的流变性能是否达标。
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