基于路径参数优化提升混凝土3D打印构件力学性能的方法技术

本发明专利技术公开了基于路径参数优化提升混凝土3D打印构件力学性能的方法，括以下步骤：S1、建立构件三维模型，对构件三维模型沿着构件高度方向划分为N个组合层；S2、基于组合层信息确定打印喷头信息、水泥基材料，规划每个组合层的打印路径；S3、在混凝土3D打印设备中输入打印路径，设置打印参数；S4、采用水泥基材料在打印平台上打印第一个组合层的基础层；然后打印第一个组合层的中间层；S5、重复S4，在第一个组合层上依次进行第二至第N个组合层的打印，得到打印构件。本发明专利技术采用优化路径参数，通过空间路径布局避免产生水平贯通的层间薄弱界面，使得水泥基材料在各个方向上均匀分布，增加了试件的密实度，提升打印构件的力学性能。提升打印构件的力学性能。提升打印构件的力学性能。

【技术实现步骤摘要】
基于路径参数优化提升混凝土3D打印构件力学性能的方法


[0001]本专利技术涉及水泥基3D打印
，特别涉及基于路径参数优化提升混凝土3D打印构件力学性能的方法。

技术介绍

[0002]建筑3D打印技术是一种应用机电一体化技术将水泥基建筑材料自动建造成所设计的模型结构的新型建造方式，具有设计自由化、施工快速化等诸多优势。
[0003]然而，水泥基3D打印构件材料的制造过程多为层层堆叠，这会造成水平贯通的层间薄弱界面，水平贯通的层间薄弱面在一定程度上成为了打印构件潜在的定向缺陷，导致结构产生不协调的变形、不连续的力学性能，易因应力集中而发生破裂，进而削弱了结构的整体承载能力和长期耐久性能。
[0004]目前，现有技术多采用外界加固方式削弱打印构件的薄弱粘结面，或增加材料的成本，或降低挤出成型能力，从而达到增加打印构件的力学性能。但是，鲜有设计出基于路径参数优化提升混凝土3D打印构件力学性能的建造方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术中采用层层堆叠打印造成水平贯通的层间薄弱界面的问题，提供基于路径参数优化提升混凝土3D打印构件力学性能的方法。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了以下技术方案：
[0007]基于路径参数优化提升混凝土3D打印构件力学性能的方法，包括以下步骤：
[0008]步骤S1、根据打印构件的尺寸要求建立构件三维模型，根据打印件的性能需求，对构件三维模型沿着构件高度方向划分为N个组合层，每个组合层包括基础层和中间层；
[0009]步骤S2、基于组合层信息确定打印喷头信息、水泥基材料，进一步规划每个组合层的打印路径，包括基础层打印路径、中间层打印路径、路径拐角方向；
[0010]步骤S3、在混凝土3D打印设备中输入步骤S2确定的打印路径，设置打印参数；
[0011]步骤S4、采用水泥基材料在打印平台上打印多个混凝土挤出条，形成第一个组合层的基础层；然后在基础层上打印多个混凝土挤出条，形成第一个组合层的中间层，得到第一个组合层；基础层挤出条与中间层挤出条的朝向一致；
[0012]步骤S5、重复步骤S4，在第一个组合层上依次进行第二至第N个组合层的打印，得到力学性能提升的打印构件。
[0013]作为本专利技术的优选方案，在划分组合层时，根据打印构件力学性能要求进行划分，划分的N个组合层之间的结构相同或不同。
[0014]作为本专利技术的优选方案，在划分组合层时，需要确定组合层的切片层高，分别确定基础层和中间层的层数，确定相邻基础层挤出条之间的间距，确定中间层挤出条的排布方式。在本专利技术中，组合层的切片层高是指切片方向下组合层的高度，包括基础层和中间层的高度。
[0015]作为本专利技术的优选方案，组合层包括一层基础层和一层中间层，中间层的挤出条位于基础层的相邻两个挤出条中间。
[0016]作为本专利技术的优选方案，组合层包括一层基础层和两层中间层。
[0017]作为本专利技术的优选方案，水泥基材料包括以下重量份的组分：40～75份硅酸盐水泥，8～25份粉煤灰，10～30份硅灰，15～30份矿粉，100～210份石英砂，28.5～63份水，0.20～0.40份减水剂，0.20～0.40份增强纤维，0.005～0.03份增稠剂。更进一步地，水泥基材料还包括以下重量份的组分：1～5份速凝剂。
[0018]作为本专利技术的优选方案，构件三维模型采用CAD、犀牛等建模软件进行建立。
[0019]作为本专利技术的优选方案，步骤S2中，组合层的打印路径为连续打印路径，即基础层打印路径是连续的，中间层打印路径是连续的，基础层打印路径和中间层打印路径之间也是连续的。
[0020]作为本专利技术的优选方案，路径拐角方向分为纵向和横向。
[0021]作为本专利技术的优选方案，所述打印喷头信息包括打印喷头材料，打印喷头形状，打印喷头尺寸。更进一步地，打印喷头形状为圆形或矩形。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
[0023]1、本专利技术提升混凝土3D打印构件力学性能的方法是采用优化路径参数，将打印构件划分为N个组合层，每个组合层包括基础层和中间层，通过空间路径布局避免产生了水平贯通的层间薄弱界面，使得水泥基材料在各个方向上均匀分布，增加了试件的密实度，从而提升打印构件的力学性能强度。
[0024]2、本专利技术提升混凝土3D打印构件力学性能的方法中组合层中基础层和中间层挤出条随路径进行连续不间断打印，使得挤出条内的纤维以“螺旋”方式连续、交错的定向布设，进一步发挥了水泥基材料中增强纤维能够对混凝土打印构件具有增强增韧的属性，从而从材料本身层面增加了打印构件的力学性能，同时使得打印构件不易发生脆性破坏。
附图说明：
[0025]图1为本专利技术实施例1组合层结构图；图2为本专利技术实施例1现有技术采用层层堆叠打印构件结构图；
[0026]图3为本专利技术实施例1组合层打印路径图；
[0027]图4为本专利技术实施例1现有技术打印构件采用层层堆叠打印路径图；
[0028]图5为本专利技术实施例1中采用G
‑
横打印路径进行打印的结构示意图；
[0029]图6为本专利技术实施例1中采用L
‑
横打印路径进行打印的结构示意图；
[0030]图7为本专利技术实施例1中采用G
‑
纵打印路径进行打印的结构示意图；
[0031]图8为本专利技术实施例1中采用L
‑
纵打印路径进行打印的结构示意图；
[0032]图9为本专利技术实施例1中采用泵送速度10R/min(a)泵送速度8R/min(b)进行打印的现场图；
[0033]图10为本专利技术实施例1中采用路径L(a)与G路径(b)制备打印构件在受压方向X的破坏图；
[0034]图11为本专利技术实施例2组合层结构图；图中标记：1
‑
基础层挤出条，2
‑
中间层挤出条，3
‑
第一中间层挤出条，4
‑
第二中间层挤出条。
具体实施方式
[0035]下面结合试验例及具体实施方式对本专利技术作进一步的详细描述。但不应将此理解为本专利技术上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本
技术实现思路
所实现的技术均属于本专利技术的范围。
[0036]实施例1
[0037]基于路径参数优化提升混凝土3D打印构件力学性能的方法，包括以下步骤：
[0038]步骤S1、根据打印构件的尺寸要求建立构件三维模型，根据打印件的性能需求，对构件三维模型沿着构件高度方向划分为N个组合层，每个组合层包括基础层和中间层；
[0039]步骤S2、基于组合层信息确定打印喷头信息、水泥基材料，进一步规划每个组合层的打印路径，包括基础层打印路径、中间层打印路径、路径拐角方向；
[0040]步骤S3、在混凝土3D打印设备中输入步骤S2确定的打印路径，设置打印参数；
[0041本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于路径参数优化提升混凝土3D打印构件力学性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、根据打印构件的尺寸要求建立构件三维模型，根据打印件的性能需求，对构件三维模型沿着构件高度方向划分为N个组合层，每个组合层包括基础层和中间层；步骤S2、基于组合层信息确定打印喷头信息、水泥基材料，进一步规划每个组合层的打印路径，包括基础层打印路径、中间层打印路径、路径拐角方向；步骤S3、在混凝土3D打印设备中输入步骤S2确定的打印路径，设置打印参数；步骤S4、采用水泥基材料在打印平台上打印多个混凝土挤出条，形成第一个组合层的基础层；然后在基础层上打印多个混凝土挤出条，形成第一个组合层的中间层，得到第一个组合层；基础层挤出条与中间层挤出条的朝向一致；步骤S5、重复步骤S4，在第一个组合层上依次进行第二至第N个组合层的打印，得到力学性能提升的打印构件。2.根据权利要求1所述的基于路径参数优化提升混凝土3D打印构件力学性能的方法，其特征在于，在划分组合层时，根据打印构件力学性能要求进行划分，划分的N个组合层之间的结构相同或不同。3.根据权利要求1所述的基于路径参数优化提升混凝土3D打印构件力学性能的方法，其特征在于，在划分组合层时，需要确定组合层的切片层高，分别确定基础层和中间层的层数，确定相邻基础层挤出条之间的间距，确定中间层挤出条的排布方式。4.根据权利要求1所述的基于路径参数优化提升混凝土3D打印构件力学...

【专利技术属性】
技术研发人员：王伯林，杨敏，姚晓飞，刘世龙，
申请(专利权)人：中交第一公路勘察设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：