基于3D打印技术的异形透光混凝土砌块及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于3D打印技术的异形透光混凝土砌块及其制备方法，其特征在于，利用3D打印技术制备一体化结构的透明树脂导光体和砌块成型模具。3D打印制备异形混凝土砌块模具，尺寸精准，解决了异形砌块成型模具制备困难的问题，简化了异形透光混凝土砌块的制备工艺，降低了生产成本。砌块透光方向的横截面可以是各种形状；导光体材质为高透光率的无色或彩色透明树脂，在砌块中的体积比可达30%。3D打印的成型模具可采用透明或不透明树脂，透明的模具也可作为导光体。基体采用无收缩自密实高强度无机胶凝材料，无需振捣就可密实成型。基于3D打印技术的异形透光混凝土砌块，在建筑、装饰、艺术品等领域的应用前景广阔。

Special shaped transparent concrete block and its preparation method based on 3D printing technology

【技术实现步骤摘要】
基于3D打印技术的异形透光混凝土砌块及其制备方法
本专利技术属于3D打印、建筑、建材、装饰、艺术等
，更具体的是，涉及一种基于3D打印技术的异形透光混凝土砌块及其制备方法。
技术介绍
2003年匈牙利建筑师专利技术了透光混凝土，这种新颖的材料很快被大众所熟知。随后，国内外研究人员对基于光导纤维和透明树脂这两种主要的导光材料制备的透光混凝土做了大量的研究，提出了多种导光体的排布和透光混凝土的成型方法，但是，大多的研究仅仅限于规则形状或者简单形状的透光混凝土，并且由于工艺复杂，成本居高不下，目前，只在美国、匈牙利、日本等国家有少量应用，基本局限在一些有纪念意义的博物馆、歌剧院等。透光混凝土作为一种新型的功能材料，由于其应用场景的特殊性，对个性化和多样化提出了很高的要求，但是传统的制备方法又受到导光体和成型模具制备的限制，使得制备异形透光混凝土砌块变得异常艰难，很多产品只能停留在概念阶段，落后的制备工艺远远无法满足庞大的市场需求，所以，急需一种方法来解决异形透光混凝土砌块的导光体和成型模具的制备问题。3D打印技术具有个性化、多样化的特点，通过3D打印技术可完美的解决异形透光混凝土砌块的导光体和成型模具的制备问题。随着技术的不断发展，3D打印技术日趋成熟，应用越来越多，使用也越来越简单，只需要通过软件将想要打印成型的一体化的导光体和模具建模，再利用3D打印机就可以打印出想要的一体化的导光体和浇注成型模具，基本上实现了所见即所得。使用3D打印技术制备一体化的导光体和浇注成型模具，从根本上解决了透光混凝土砌块个性化和多样化的问题，不仅减少了导光材料的使用，也解决了后续浇注成型混凝土砌块时需要单独制作模具的问题，大大简化了工艺过程，提高了制备效率。3D打印技术的引用为制备异形透光混凝土砌块提供了新思路，具有广阔的应用前景。异形透光混凝土砌块是由3D打印的导光体和成型模具一体化结构与无机胶凝材料构成的复合材料。无收缩的自密实无机胶凝材料砂浆，可以很好地填充由模具确定的砌块内部的导光体和模具之间的空隙，从而产生足够的强度，提高生产效率，降低生产成本。
技术实现思路
针对目前存在的问题，本专利技术的目的是提供一种基于3D打印技术的异形透光混凝土砌块及其制备方法，解决不规则形状透光混凝土砌块成型时，导光体制备及导光体的排布问题以及异形浇注成型模具难以制备的问题，显著提高了制备效率。本专利技术为实现这一目的采用如下技术方案：基于3D打印技术的异形透光混凝土砌块及其制备方法，包括如下步骤：S1：根据要求设计异形透光混凝土砌块的导光体和成型模具一体化结构模型；S2：根据设计的导光体的3D空间造型选择适宜的打印材料和打印方式，包括线材树脂热熔沉积成型、光敏树脂光固化成型、粉末树脂热熔固化成型等，进行3D打印成型，制得导光体和模具一体化的3D结构造型；S3：在3D打印的结构造型表面均匀涂刷一层界面改性剂，并静置一段时间；S4：将搅拌好的无收缩的自密实无机胶凝材料砂浆浇注到步骤S3处理过的3D打印的结构造型中，使砂浆充满空隙，经养护，得到硬化的异形混凝土砌块；S5：将步骤S4所得的异形混凝土砌块的透光面进行打磨、抛光，涂刷界面保护剂，即得异形透光混凝土砌块。作为改进，所述S1步骤中，将导光体与浇注成型模具设计为直接连接，起到位置固定作用。作为改进，所述S2步骤中选择的导光材料，透光率≥90%，为无色透明或者彩色透明。导光体和模具可以使用一种材料，也可以根据具体需求选择不同材料。作为改进，所述S3步骤中界面改性剂采用硅烷偶联剂等。作为改进，所述S4步骤中，浇注使用无收缩的自密实高强度无机胶凝材料砂浆，包括水泥基、地聚物基、石膏基等砂浆。作为改进，所述S5步骤中所用界面保护剂有良好的透明度、渗透性、耐污性和耐久性。相比于现有技术，本专利技术有突出效果：1.本专利技术同时解决了不规则形状光导体和浇注成型模具的制备，为透光混凝土个性化和多样化生产提供了有效的解决方案。2.本专利技术在设计3D结构造型时将导光体和模具直接连接，避免了浇注过程中导光体位置的偏移，可使异形透光混凝土砌块中导光体的位置更加精准。3.本专利技术有效简化了异形透光混凝土砌块的成型工艺，特别是异形的导光体和浇注成型模具的制作，显著提高了生产效率，降低了生产成本。附图说明图1一种不规则形状的透明树脂光导体和模具一体化结构示意图图2五星形状透明树脂导光体和模具一体化结构示意图图3成型后的不规则形状砌块示意图图4成型后的五星形状砌块示意图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明。应用实施例1（水泥基胶凝材料）一种基于3D打印技术的异形透光混凝土砌块及其制备方法，包括如下步骤：S1：结构设计。通过软件设计异形透光混凝土砌块的导光体和成型模具一体化结构的3D造型；S2：透光树脂选择光敏树脂。称取环氧丙烯酸酯树脂300g，光引发剂10g，抽真空；将上述制得的透明树脂注入3D打印机，3D打印机激光器输出波长为250-300nm，打印导光体和成型模具一体化结构。导光体中单根导光体透光方向上尺寸为Φ2mm的圆形,相邻导光体中心间距为5mm,树脂固化后得到无色透明的导光体和成型模具一体化结构，如图1所示；S3：进行界面改性。在导光体和模具一体化结构表面均匀涂覆一层界面改性剂，静置25min左右；S4：浇注水泥基砂浆。水泥基砂浆各原材料重量为普通硅酸盐水泥250份，粉煤灰100份，石英砂（0.08mm-2.50mm）630份，可再分散乳胶粉2份，纤维素酶0.2份，膨胀剂20份、消泡剂0.2份，减水剂0.3份，水120份，混合干拌1分钟，加水搅拌5分钟，制得砂浆；将搅拌好的自密实水泥基砂浆浇注到经步骤S3处理的导光体和模具一体化的结构中，使砂浆充满空隙，经养护，得到硬化的异形混凝土砌块；S5：异形混凝土砌块后处理。将经过步骤S4所得到的异形混凝土砌块的导光面进行打磨、抛光，涂刷界面保护剂，即得到如图3所示的异形透光混凝土砌块。应用实施例2（石膏基胶凝材料）一种基于3D打印技术的异形透光混凝土砌块及其制备方法，包括如下步骤：S1：结构设计。通过软件设计异形透光混凝土砌块的导光体和成型模具的一体化结构的3D造型；S2：选择粉末材料的成型方式。选取适量的聚甲基丙烯酸甲酯粉末材料。打印五角星形状导光体和模具的一体化3D造型，导光体中单根导光体透光方向上尺寸为Φ2mm的圆形,相邻光导体中心间距为5mm，固化后即得到导光体和模具的一体化空间模型，如图2所示。S3：进行界面改性。在导光体和模具一体化结构表面均匀涂覆一层界面改性剂，静置25min左右；S4：浇注石膏基砂浆。石膏基砂浆重量组成为Ⅱ型硬石膏220份，白水泥160份，石英砂（0.08mm-2.50mm）600份，纤维素酶0.2份，可再分散乳胶粉3份，防水剂18份，减水剂0.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于3D打印技术的异形透光混凝土砌块及其制备方法，其特征在于：/nS1：根据异形砌块的形状及尺寸、导光体的造型及尺寸等要求，设计异形透光混凝土砌块的导光体和成型模具一体化模型；/nS2：根据步骤S1所设计的异形透光混凝土砌块的尺寸形状、导光体的3D造型、透光率等要求，选择3D打印成型方式和打印材料，并进行3D打印成型；/nS3：对导光体和模具一体化结构涂刷界面改性剂；/nS4：将无收缩的自密实无机胶凝材料砂浆浇注到步骤S3得到的导光体和模具一体化结构造型中，使浆体充分密实空隙，养护、硬化后，即得到异形混凝土砌块；/nS5：将步骤S4所得异形砌块的导光面进行打磨、抛光，涂刷界面保护剂，即得异形透光混凝土砌块。/n

【技术特征摘要】
1.基于3D打印技术的异形透光混凝土砌块及其制备方法，其特征在于：
S1：根据异形砌块的形状及尺寸、导光体的造型及尺寸等要求，设计异形透光混凝土砌块的导光体和成型模具一体化模型；
S2：根据步骤S1所设计的异形透光混凝土砌块的尺寸形状、导光体的3D造型、透光率等要求，选择3D打印成型方式和打印材料，并进行3D打印成型；
S3：对导光体和模具一体化结构涂刷界面改性剂；
S4：将无收缩的自密实无机胶凝材料砂浆浇注到步骤S3得到的导光体和模具一体化结构造型中，使浆体充分密实空隙，养护、硬化后，即得到异形混凝土砌块；
S5：将步骤S4所得异形砌块的导光面进行打磨、抛光，涂刷界面保护剂，即得异形透光混凝土砌块。


2.根据权利1所述的基于3D打印技术的异形透光混凝土砌块及其制备方法，其特征在于，由3D打印的导光体和成型模具一体化结构与无收缩的自密实无机胶凝材料组成。


3.根据权利1所述的基于3D打印技术的异形透光混凝土砌块及其制备方法，其特征在于，树脂透光率≥90%，可以为无色透明或者彩色透明。


4.根据权利2所述的基于3D打印技术的异形透光混凝土砌块及其制备方法，其特征在于，采用3D打印成型技术制备导光体和成型模具一体化结构。


5.根据权利4所述的基于3D打印技术的异形透光混凝土砌块及其制备方法，其特征在于，3D打印材料可以是热熔沉积线材树脂、光敏固化树脂、热熔粉末树脂等。


6.根据权利4所述的基于3D打印技术的异形透光混凝土砌块及其制备方法，其特征在于，浇注成型砌块的模具可根据具体要求打印成透光或者不透光，透光...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘福田，于浩杰，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东;37