CN112706253B - 水泥3d打印材料试验装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水泥3D打印材料试验装置及其使用方法，包括左右间隔设置的两个立支撑，两个立支撑之间共同安装有多根水平的横梁，多根横梁前方共同通过升降驱动机构安装有升降座，升降座前侧通过平移驱动机构安装有沿其长度方向移动的背板，背板前侧面安装有落料组件；落料组件的结构为：包括上下间隔设置的上板和下板，其中上板的后端与背板固装，上板和下板之间通过螺杆连接；下板上方通过上板共同支承有可拆卸的筒体，筒体内置放有水泥，筒体内的水泥在配重的作用下下落并穿过下板；通过本试验装置的打印过程，来测试打印材料的喷剂流塑性和凝固堆积自稳性，以及材料的可打印性，并且操作简单、方便、快捷，实用性好。

Description

水泥3D打印材料试验装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及水泥3D打印设备技术领域，尤其是一种水泥3D打印材料试验装置及其使用方法。

背景技术

国内外对3D打印技术的应用大多仍处于试验阶段，但是利用3D打印建筑技术代替人工进行大型构件、建筑建造、或其它大型产品的自动化建造，使建筑达到工业智能化的发展方向则十分明确；3D打印建筑是一个全新领域，在建筑领域还没有标准可行。传统水泥基建材料设计、制备方法和理论不能适应新建造方式变化的需求，需提出新的评价指标和技术要求。

水泥材料作为3D打印建筑的必备品，其性能特性尤为重要，需要对不同成分配比的水泥材料，通过多种试验获得其实际使用性能，如打印流动性、打印后的凝固性以及堆积自稳性等。现有技术中，不仅试验繁杂零散，而且试验中对水泥容器的清理十分麻烦，不仅清洗困难而且费时间，极其不方便。

发明内容

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的水泥3D打印材料试验装置及其使用方法，从而在获得水泥材料各项使用性能的同时，极大地助力于试验的顺利进行，操作简单、可靠，并且清理方便。

本发明所采用的技术方案如下：

一种水泥3D打印材料试验装置，包括左右间隔设置的两个立支撑，两个立支撑之间共同安装有多根水平的横梁，多根横梁前方共同通过升降驱动机构安装有升降座，升降座前侧通过平移驱动机构安装有沿其长度方向移动的背板，背板前侧面安装有落料组件；

所述落料组件的结构为：包括上下间隔设置的上板和下板，其中上板的后端与背板固装，上板和下板之间通过螺杆连接；所述下板上方通过上板共同支承有可拆卸的筒体，筒体内置放有水泥，筒体内的水泥在配重的作用下下落并穿过下板。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述升降驱动机构的结构为：包括后侧面与横梁固装的支撑板，支撑板的顶端和底端分别安装有端板，两个端板之间共同转动安装有丝杆，丝杆向上贯穿上方的端板，丝杆顶端头安装有Z向手轮，位于丝杆两侧的支撑板上对称安装有线性导轨；所述丝杆与升降座之间通过螺母螺旋副连接，升降座与两根线性导轨分别滑动连接。

所述升降座的水平截面为矩形结构，包括前后平行间隔设置的前板和后板，前板和后板两端部通过侧板连接；所述升降驱动机构位于升降座的前板和后板之间，前板后侧面的中部通过加强板安装与丝杆螺旋连接的螺母。

位于螺母两侧的加强板上对称安装有小滑块，小滑块与对应的线性导轨滑动连接；位于升降驱动机构两侧的横梁前侧面上还对称安装有Z向导轨，所述侧板后侧面分别安装有与对应Z向导轨滑动连接的大滑块；所述后板前侧面的中部还开有上下贯穿的槽，后板通过该槽嵌装于支撑板后侧面。

所述平移驱动机构的结构为：包括水平固装于升降座前侧面下部的支承架，支承架上沿着长度方向安装有齿条，位于齿条前侧和后侧的支承架上还安装有平行的X向导轨，两个X向导轨上共同安装有沿其长度方向滑动的移动座；所述移动座侧面通过前后间隔的轴座转动安装有转轴，转轴上固装有齿轮，齿轮与齿条啮合；所述转轴前端向前贯穿前方的轴座，转轴前端头固装有X向手轮；所述移动座前侧面固装有背板。

所述下板的结构为：包括环形本体，环形本体上表面的中部沿着周向开有环形的凹槽，所述筒体的底端嵌装于凹槽内；位于凹槽外侧的环形本体与螺杆底端固装，位于凹槽内侧的环形本体表面设置为下凹的锥面结构。

所述筒体为亚克力材质的透明结构，上板中部开有供筒体向上贯穿的大孔。

配重的结构为：包括与筒体内壁尺寸相配的盘形结构的施重部，施重部顶面的中部安装有把手部。

所述环形本体底面的中部还安装有封盖，封盖从下方将环形本体的内孔挡住；

所述环形本体底面沿着内孔的周向向下延伸有环形的凸台，封盖顶面的中部设置有与凸台尺寸相配的下凹结构；所述封盖相对的两侧边缘处还向上延伸有侧耳，封盖通过侧耳与凸台外侧面锁装。

一种所述的水泥3D打印材料试验装置的使用方法，包括如下步骤：

第一步：将筒体安装放置于上板和下板之间；

第二步：通过升降驱动机构调整落料组件底端的高度，获得第一层的打印高度；

第三步：将水泥倒入筒体中，通过配重向下施力于筒体内的水泥，使得水泥从落料组件的筒体中落下，同时，通过平移驱动机构经背板带动落料组件水平移动，进而打印出第一层条状结构；

第四步：再次通过升降驱动机构调整落料组件的高度，使其上升一个打印高度；

第五步：重复上述第三步，进而打印出第二层条状结构，以此类推，获得打印完成的试验体；

第六步：更换配重，或者更换打印材料，进行同组试验；

第七步：根据打印过程中打印材料的流动性以及试验体的凝固情况，测试并判断打印材料的喷剂流塑性和凝固堆积自稳性，以及材料的可打印性。

本发明的有益效果如下：

本发明结构紧凑、合理，操作方便，在筒体内放置待试验的水泥材料，水泥材料通过配重的作用从筒体下落打印，打印的同时通过平移驱动机构带动落料组件整体平移，并通过升降驱动机构调整打印高度，获得堆积的打印体，从而在试验中通过打印材料和打印体的观察对比，直观获得打印材料喷剂流塑性、凝固堆积自稳性和材料的可打印性这些使用性能参数；另一方面，筒体能够方便地从上板、下板中取下或安装，下板亦可方便地通过螺杆相对于上板拆下或安装，十分方便，操作简单可靠，极大地便利于试验的顺利进行，并能通过不同型号下板的安装来调整打印材料下落处喷口的尺寸，以助力于更多对比试验的进行，使用灵活性好；

本发明还包括如下优点：

升降座的水平截面为矩形结构，即升降座本身呈框型结构，其通过前板后侧面的螺母与丝杆之间的螺旋副连接，由丝杆的转动实现升降；同时，前板后侧面通过小滑块-线性导轨的配合、以及侧板后侧面通过大滑块-Z向导轨的配合，同步为升降座的升降提供导向作用，并且后板前侧面还开有与支撑板嵌置的槽，有效保证了升降运动的稳定、可靠性，保障了打印层高调节的方便和可靠性；

通过Z向手轮旋转的圈数来判断层高量的调节，亦可在丝杆侧面放置对应的标尺，来更精确的获得升降座升、降的高度值；

筒体为透明亚克力构成的水泥容纳腔，从而便于观察打印材料在腔体内部的情况，包括残留量以及腔体内的流动情况等。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明升降驱动机构、平移驱动机构以及落料组件的安装示意图。

图3为图2中A部的局部放大图。

图4为本发明落料组件的结构示意图。

图5为图4中B部的局部放大图。

其中：1、立支撑；2、横梁；3、Z向导轨；4、升降驱动机构；5、升降座；6、平移驱动机构；7、背板；8、落料组件；

31、大滑块；41、Z向手轮；42、丝杆；43、线性导轨；44、支撑板；45、端板；46、小滑块；51、后板；52、前板；53、侧板；61、支承架；62、X向导轨；63、齿条；64、移动座；65、X向手轮；66、转轴；67、轴座；68、齿轮；

81、封盖；82、下板；83、螺杆；84、上板；85、筒体；86、配重；811、侧耳；812、下凹结构；821、环形本体；822、凸台；823、凹槽；824、锥面结构；861、把手部；862、施重部。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

如图1和图2所示，本实施例的水泥3D打印材料试验装置，包括左右间隔设置的两个立支撑1，两个立支撑1之间共同安装有多根水平的横梁2，多根横梁2前方共同通过升降驱动机构4安装有升降座5，升降座5前侧通过平移驱动机构6安装有沿其长度方向移动的背板7，背板7前侧面安装有落料组件8；

如图4所示，落料组件8的结构为：包括上下间隔设置的上板84和下板82，其中上板84的后端与背板7固装，上板84和下板82之间通过螺杆83连接；下板82上方通过上板84共同支承有可拆卸的筒体85，筒体85内置放有水泥，筒体85内的水泥在配重86的作用下下落并穿过下板82。

在筒体85内放置待试验的水泥材料，水泥材料通过配重86的作用从筒体85下落打印，打印的同时通过平移驱动机构6带动落料组件8整体平移，并通过升降驱动机构4调整打印高度，获得堆积的打印体，从而在试验中通过打印材料和打印体的观察对比，直观获得打印材料喷剂流塑性、凝固堆积自稳性和材料的可打印性这些使用性能参数；另一方面，筒体85能够方便地从上板84、下板82中取下或安装，下板82亦可方便地通过螺杆83相对于上板84拆下或安装，十分方便，操作简单可靠，极大地便利于试验的顺利进行，并能通过不同型号下板82的安装来调整打印材料下落处喷口的尺寸，以助力于更多对比试验的进行，使用灵活性好。

升降驱动机构4的结构为：包括后侧面与横梁2固装的支撑板44，支撑板44的顶端和底端分别安装有端板45，两个端板45之间共同转动安装有丝杆42，丝杆42向上贯穿上方的端板45，丝杆42顶端头安装有Z向手轮41，位于丝杆42两侧的支撑板44上对称安装有线性导轨43；丝杆42与升降座5之间通过螺母螺旋副连接，升降座5与两根线性导轨43分别滑动连接；通过Z向手轮41旋转的圈数来判断层高量的调节，亦可在丝杆42侧面放置对应的标尺，来更精确的获得升降座5升、降的高度值。

升降座5的水平截面为矩形结构，包括前后平行间隔设置的前板52和后板51，前板52和后板51两端部通过侧板53连接；升降驱动机构4位于升降座5的前板52和后板51之间，前板52后侧面的中部通过加强板安装与丝杆42螺旋连接的螺母。

位于螺母两侧的加强板上对称安装有小滑块46，小滑块46与对应的线性导轨43滑动连接；位于升降驱动机构4两侧的横梁2前侧面上还对称安装有Z向导轨3，侧板53后侧面分别安装有与对应Z向导轨3滑动连接的大滑块31；后板51前侧面的中部还开有上下贯穿的槽，后板51通过该槽嵌装于支撑板44后侧面。

升降座5的水平截面为矩形结构，即升降座5本身呈框型结构，其通过前板52后侧面的螺母与丝杆42之间的螺旋副连接，由丝杆42的转动实现升降；同时，前板52后侧面通过小滑块46-线性导轨43的配合、以及侧板53后侧面通过大滑块31-Z向导轨3的配合，同步为升降座5的升降提供导向作用，并且后板51前侧面还开有与支撑板44嵌置的槽，有效保证了升降运动的稳定、可靠性，保障了打印层高调节的方便和可靠性。

如图3所示，平移驱动机构6的结构为：包括水平固装于升降座5前侧面下部的支承架61，支承架61上沿着长度方向安装有齿条63，位于齿条63前侧和后侧的支承架61上还安装有平行的X向导轨62，两个X向导轨62上共同安装有沿其长度方向滑动的移动座64；移动座64侧面通过前后间隔的轴座67转动安装有转轴66，转轴66上固装有齿轮68，齿轮68与齿条63啮合；转轴66前端向前贯穿前方的轴座67，转轴66前端头固装有X向手轮65；移动座64前侧面固装有背板7。

如图5所示，下板82的结构为：包括环形本体821，环形本体821上表面的中部沿着周向开有环形的凹槽823，筒体85的底端嵌装于凹槽823内；位于凹槽823外侧的环形本体821与螺杆83底端固装，位于凹槽823内侧的环形本体821表面设置为下凹的锥面结构824。

筒体85为亚克力材质的透明结构，上板84中部开有供筒体85向上贯穿的大孔；筒体85为透明亚克力构成的水泥容纳腔，从而便于观察打印材料在腔体内部的情况，包括残留量以及腔体内的流动情况等。

配重86的结构为：包括与筒体85内壁尺寸相配的盘形结构的施重部862，施重部862顶面的中部安装有把手部861。

环形本体821底面的中部还安装有封盖81，封盖81从下方将环形本体821的内孔挡住；封盖81的存在，使得不打印时或者打印间隙时防止筒体85内的打印材料因重力而自行落下，而只在试验需求时才在配重86作用下落下。

环形本体821底面沿着内孔的周向向下延伸有环形的凸台822，封盖81顶面的中部设置有与凸台822尺寸相配的下凹结构812；封盖81相对的两侧边缘处还向上延伸有侧耳811，封盖81通过侧耳811与凸台822外侧面锁装。

本实施例的水泥3D打印材料试验装置的使用方法，包括如下步骤：

第一步：将筒体85安装放置于上板84和下板82之间；将筒体85从上板84上方经中部的大孔向下放置到下板82上，并且使得筒体85下边缘嵌装至下板82的凹槽823内；

第二步：通过升降驱动机构4调整落料组件8底端的高度，获得第一层的打印高度；

旋动Z向手轮41，使得丝杆42转动，进而通过螺旋副配合的螺母带动升降座5上移或下移，使得落料组件8的高度达到预设位置；

第三步：将水泥倒入筒体85中，通过配重86向下施力于筒体85内的水泥，使得水泥从落料组件8的筒体85中落下，同时，通过平移驱动机构6经背板7带动落料组件8水平移动，进而打印出第一层条状结构；

施力于X向手轮65，使得转轴66转动，转轴66带动齿轮68转动，齿轮68的转动使其自身沿着啮合的齿条63水平移动，从而带动移动座64的水平移动，进而经背板7带动落料组件8水平移动。

第四步：再次通过升降驱动机构4调整落料组件8的高度，使其上升一个打印高度；

第五步：重复上述第三步，进而打印出第二层条状结构，以此类推，获得

打印完成的试验体；

第六步：更换配重86，或者更换打印材料，进行同组试验；

第七步：根据打印过程中打印材料的流动性以及试验体的凝固情况，测试并判断打印材料的喷剂流塑性和凝固堆积自稳性，以及材料的可打印性。

本发明结构紧凑合理，极大地助力于水泥打印材料试验的顺利、可靠进行，并且操作简单方便，使用灵活性好。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (5)

1.一种水泥3D打印材料试验装置，其特征在于：包括左右间隔设置的两个立支撑（1），两个立支撑（1）之间共同安装有多根水平的横梁（2），多根横梁（2）前方共同通过升降驱动机构（4）安装有升降座（5），升降座（5）前侧通过平移驱动机构（6）安装有沿其长度方向移动的背板（7），背板（7）前侧面安装有落料组件（8）；

所述落料组件（8）的结构为：包括上下间隔设置的上板（84）和下板（82），其中上板（84）的后端与背板（7）固装，上板（84）和下板（82）之间通过螺杆（83）连接；所述下板（82）上方通过上板（84）共同支承有可拆卸的筒体（85），筒体（85）内置放有水泥，筒体（85）内的水泥在配重（86）的作用下下落并穿过下板（82）；

上下贯穿的筒体（85）从上至下穿过上板（84）后放置支承于下板（82）上；

所述下板（82）的结构为：包括环形本体（821），环形本体（821）上表面的中部沿着周向开有环形的凹槽（823），所述筒体（85）的底端嵌装于凹槽（823）内；位于凹槽（823）外侧的环形本体（821）与螺杆（83）底端固装，位于凹槽（823）内侧的环形本体（821）表面设置为下凹的锥面结构（824）；

所述升降驱动机构（4）的结构为：包括后侧面与横梁（2）固装的支撑板（44），支撑板（44）的顶端和底端分别安装有端板（45），两个端板（45）之间共同转动安装有丝杆（42），丝杆（42）向上贯穿上方的端板（45），丝杆（42）顶端头安装有Z向手轮（41），位于丝杆（42）两侧的支撑板（44）上对称安装有线性导轨（43）；所述丝杆（42）与升降座（5）之间通过螺母螺旋副连接，升降座（5）与两根线性导轨（43）分别滑动连接；

所述升降座（5）的水平截面为矩形结构，包括前后平行间隔设置的前板（52）和后板（51），前板（52）和后板（51）两端部通过侧板（53）连接；所述升降驱动机构（4）位于升降座（5）的前板（52）和后板（51）之间，前板（52）后侧面的中部通过加强板安装与丝杆（42）螺旋连接的螺母；

所述筒体（85）为亚克力材质的透明结构，上板（84）中部开有供筒体（85）向上贯穿的大孔；

所述环形本体（821）底面的中部还安装有封盖（81），封盖（81）从下方将环形本体（821）的内孔挡住；

所述环形本体（821）底面沿着内孔的周向向下延伸有环形的凸台（822），封盖（81）顶面的中部设置有与凸台（822）尺寸相配的下凹结构（812）；所述封盖（81）相对的两侧边缘处还向上延伸有侧耳（811），封盖（81）通过侧耳（811）与凸台（822）外侧面锁装。

2.如权利要求1所述的水泥3D打印材料试验装置，其特征在于：位于螺母两侧的加强板上对称安装有小滑块（46），小滑块（46）与对应的线性导轨（43）滑动连接；位于升降驱动机构（4）两侧的横梁（2）前侧面上还对称安装有Z向导轨（3），所述侧板（53）后侧面分别安装有与对应Z向导轨（3）滑动连接的大滑块（31）；所述后板（51）前侧面的中部还开有上下贯穿的槽，后板（51）通过该槽嵌装于支撑板（44）后侧面。

3.如权利要求1所述的水泥3D打印材料试验装置，其特征在于：所述平移驱动机构（6）的结构为：包括水平固装于升降座（5）前侧面下部的支承架（61），支承架（61）上沿着长度方向安装有齿条（63），位于齿条（63）前侧和后侧的支承架（61）上还安装有平行的X向导轨（62），两个X向导轨（62）上共同安装有沿其长度方向滑动的移动座（64）；所述移动座（64）侧面通过前后间隔的轴座（67）转动安装有转轴（66），转轴（66）上固装有齿轮（68），齿轮（68）与齿条（63）啮合；所述转轴（66）前端向前贯穿前方的轴座（67），转轴（66）前端头固装有X向手轮（65）；所述移动座（64）前侧面固装有背板（7）。

4.如权利要求1所述的水泥3D打印材料试验装置，其特征在于：配重（86）的结构为：包括与筒体（85）内壁尺寸相配的盘形结构的施重部（862），施重部（862）顶面的中部安装有把手部（861）。

5.一种权利要求1所述的水泥3D打印材料试验装置的使用方法，其特征在于：包括如下步骤：

第一步：将筒体（85）安装放置于上板（84）和下板（82）之间；将筒体（85）从上板（84）上方经中部的大孔向下放置到下板（82）上，并且使得筒体（85）下边缘嵌装至下板（82）的凹槽（823）内；

第二步：通过升降驱动机构（4）调整落料组件（8）底端的高度，获得第一层的打印高度；

第三步：将水泥倒入筒体（85）中，通过配重（86）向下施力于筒体（85）内的水泥，使得水泥从落料组件（8）的筒体（85）中落下，同时，通过平移驱动机构（6）经背板（7）带动落料组件（8）水平移动，进而打印出第一层条状结构；

第四步：再次通过升降驱动机构（4）调整落料组件（8）的高度，使其上升一个打印高度；

第五步：重复上述第三步，进而打印出第二层条状结构，以此类推，获得打印完成的试验体；

第六步：更换配重（86），或者更换打印材料，进行同组试验；

第七步：根据打印过程中打印材料的流动性以及试验体的凝固情况，测试并判断打印材料的喷剂流塑性和凝固堆积自稳性，以及材料的可打印性。

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