一种水泥基3D打印岩体模型裂隙填充装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种水泥基3D打印岩体模型裂隙填充装置及方法，包括机械臂，机械臂的一端安装有送料机构，送料机构包括与机械臂固接的料筒，料筒内设有裂隙填充材料，料筒的底部设有裂隙岩体地质模型，料筒远离机械臂的一侧固接并连通有送气机构，送气机构包括与料筒连通的气泵和气压调节阀，本发明专利技术的水泥基3D打印岩体模型裂隙填充装置可以制作几何形状复杂的岩体裂隙，并且包含裂隙填充材料，成型效果极佳，裂隙力学性能与天然岩体裂隙更加接近；本发明专利技术还可以灵活改变基体和裂隙填充物质的材料配比，制作应用范围更广泛的裂隙岩体地质模型。型。型。

【技术实现步骤摘要】
一种水泥基3D打印岩体模型裂隙填充装置及方法


[0001]本专利技术涉及3D打印和岩体工程
，特别是涉及一种水泥基3D打印岩体模型裂隙填充装置及方法。

技术介绍

[0002]岩体作为一种天然形成的地质体，内部包含大量的裂隙，这些裂隙对岩体的强度、变形和渗流特性具有关键影响。自然状态下岩体中裂隙并非中空的，而是被大量泥质或砂石碎屑填充。传统岩体模型制作中常在天然岩石上人为雕刻裂隙或在浇筑类岩石材料时插入薄片制作裂隙。如公开号为CN104833555A的断续充填裂隙岩石试样模型的制作方法和公开号为CN105424435A的一种制作三维节理裂隙圆柱型岩石试样的方法。这些裂隙的几何位置不精确，无法制作内部裂隙，制作过程中易受扰动。特别是这些方法制作的裂隙几何形状多为直线形，且物理力学性能与天然裂隙差异很大，无法模拟天然裂隙的几何形状与力学行为。3D打印技术可以制作几何精确的地质体模型。但是目前的3D打印设备制作的裂隙仍未填充或仅填充未粘结的原材料粉末，填充效果不好，裂隙容易闭合，且裂隙力学参数与裂隙填充物质仍存在很大差距。如公开号为CN112172139A的一种制备复杂地质模型的粉末粘结3D打印设备及方法，和公开号为CN112895058A的一种水泥基3D打印技术制作隧洞试验地质模型的方法，均需要解决3D打印岩体模型裂隙填充效果不良和材料参数差异的问题。针对上述实际存在的问题，本专利技术提供一种水泥基3D打印岩体模型裂隙填充设备及方法，解决裂隙几何定位不精确，复杂形状裂隙难以制作，填充效果不好和材料参数与天然裂隙填充物质差异过大的问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种水泥基3D打印岩体模型裂隙填充装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种水泥基3D打印岩体模型裂隙填充装置，包括机械臂，所述机械臂的一端安装有送料机构，所述送料机构包括与所述机械臂固接的料筒，所述料筒内设有裂隙填充材料，所述料筒的底部设有模型，所述料筒远离所述机械臂的一侧固接并连通有送气机构，所述送气机构包括与所述料筒连通的气压调节阀和气泵。
[0005]优选的，所述送料机构还包括与所述料筒固接并连通的针头，所述针头的底部设有所述模型。
[0006]优选的，所述料筒内滑动连接有活塞，所述活塞位于所述裂隙填充材料的顶部。
[0007]优选的，所述料筒的顶部固接有法兰盘的一端，所述法兰盘的另一端与所述机械臂固接。
[0008]优选的，所述料筒的顶部远离所述机械臂的侧壁设有开口，所述开口固接并连通有所述送气机构，所述送气机构还包括与所述料筒固接并连通的导管，所述导管的固接并
连通有所述气压调节阀，所述气压调节阀通过所述导管连通有所述气泵。
[0009]优选的，所述活塞位于所述开口的底部。
[0010]优选的，所述气压调节阀和所述料筒与所述导管的连接处分别固接并连通有密闭卡口。
[0011]优选的，所述裂隙填充材料由碳酸钙粉末、石英粉、水、润滑剂和保湿剂组成。
[0012]一种水泥基3D打印岩体模型裂隙填充装置的使用方法，包括以下步骤：
[0013]a、分别建立岩体模型的裂隙数字模型和岩体基体的数字模型；
[0014]b、对裂隙填充材料进行配比并放置；
[0015]c、安装送料机构与送气机构；
[0016]d、根据步骤a中的岩体基体的数字模型增材制造建立岩体模型基体；
[0017]e、根据步骤a中的裂隙数字模型在步骤d的基础上减材划出裂隙并同时填充裂隙；
[0018]f、重复步骤d
‑
e，完成裂隙岩体地质模型；
[0019]g、对步骤f中的裂隙岩体地质模型进行养护。
[0020]本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术通过设置机械臂，并将机械臂与送料机构进行安装，机械臂的几何精度高，定位准确，自动化程度高，通过将送气机构与料筒固接并连通，用于控制料筒挤出裂隙填充材料的用量，本专利技术的水泥基3D打印岩体模型裂隙填充装置可以制作几何形状复杂的岩体裂隙，并且包含裂隙填充材料，成型效果极佳，裂隙力学性能与天然岩体裂隙更加接近；本专利技术还可以灵活改变基体和裂隙填充物质的材料配比，制作应用范围更广泛的裂隙岩体地质模型。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]图1为本专利技术水泥基3D打印岩体模型裂隙填充装置结构示意图；
[0023]图2为实施例2的结构示意图；
[0024]图3为图2中A的局部放大图；
[0025]图4为实施例3的结构示意图；
[0026]其中：1、料筒；2、法兰盘；3、针头；4、活塞；5、裂隙填充材料；6、密闭卡口连接器；7、导管；8、气压调节阀；9、气泵；10、机械臂；11、裂隙岩体地质模型；12、连接座；13、连接垫；14、第一凹槽；15、转动把手；16、活动轴；17、第二凹槽；18、第三凹槽；19、第四凹槽；20、第一密封垫；21、气体传感器；22、第一滑槽；23、限位块；24、弹簧；25、第五凹槽；26、第六凹槽；27、第二密封垫。
具体实施方式
[0027]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0028]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0029]实施例1
[0030]参照图1，本专利技术提供一种水泥基3D打印岩体模型裂隙填充装置，包括机械臂10，机械臂10的一端安装有送料机构，送料机构包括与机械臂10固接的料筒1，料筒1容量为300ml，筒壁透明，料筒1内设有裂隙填充材料5，料筒1的底部设有裂隙岩体地质模型11，料筒1远离机械臂10的一侧固接并连通有送气机构，送气机构包括与料筒1连通的气泵9。
[0031]本专利技术通过设置机械臂10，并将机械臂10与送料机构进行安装，机械臂10的几何精度高，定位准确，自动化程度高，通过将送气机构与料筒1固接并连通，用于控制料筒1挤出裂隙填充材料5的用量，水泥基3D打印岩体模型裂隙填充装置可以制作几何形状复杂的岩体裂隙，并且包含裂隙填充材料，成型效果极佳，裂隙力学性能与天然岩体裂隙更加接近；本专利技术还可以灵活改变基体和裂隙填充物质的材料配比，制作应用范围更广泛的裂隙岩体地质模型。
[0032]进一步优化方案，送料机构还包括与料筒1固接并连通的针头3，针头3与料筒1通过防本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水泥基3D打印岩体模型裂隙填充装置，其特征在于：包括机械臂(10)，所述机械臂(10)的一端安装有送料机构，所述送料机构包括与所述机械臂(10)固接的料筒(1)，所述料筒(1)内设有裂隙填充材料(5)，所述料筒(1)的底部设有裂隙岩体地质模型(11)，所述料筒(1)远离所述机械臂(10)的一侧固接并连通有送气机构，所述送气机构包括与所述料筒(1)连通的气压调节阀(8)和气泵(9)。2.根据权利要求1所述的水泥基3D打印岩体模型裂隙填充装置，其特征在于：所述送料机构还包括与所述料筒(1)固接并连通的针头(3)，所述针头(3)的底部设有所述裂隙岩体地质模型(11)。3.根据权利要求2所述的水泥基3D打印岩体模型裂隙填充装置，其特征在于：所述料筒(1)内滑动连接有活塞(4)，所述活塞(4)位于所述裂隙填充材料(5)的顶部。4.根据权利要求3所述的水泥基3D打印岩体模型裂隙填充装置，其特征在于：所述料筒(1)的顶部固接有法兰盘(2)的一端，所述法兰盘(2)的另一端与所述机械臂(10)固接。5.根据权利要求4所述的水泥基3D打印岩体模型裂隙填充装置，其特征在于：所述料筒(1)的顶部远离所述机械臂(10)的侧壁设有开口，所述开口固接并连通有所述送...

【专利技术属性】
技术研发人员：马国伟，王酉钰，李之建，王里，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：