[发明专利]一种水泥基3D打印技术制作隧洞试验地质模型的方法

说明书

本发明公开了一种水泥基3D打印技术制作隧洞试验地质模型的方法，包括以下步骤：建立隧洞试验地质模型的三维数字模型；将模型导入控制系统并生成打印路径，得到隧洞试验地质模型分层打印的厚度参数；配制隧洞试验地质模型的水泥基打印材料；3D打印设备按照厚度参数和运行路径打印隧洞试验地质模型基层，利用减材制造机刻划隧洞试验地质模型基层内的洞室与裂隙等结构的轮廓，并将分离块体取出重复上述过程，直至隧洞试验地质模型完成。本发明采用分层3D打印模型同时分层减材刻划和分离不需要的块体的方式，达到对隧洞试验地质模型内部结构的精确控制，且操作方便，避免了整体3D打印模型然后再进行减材分离造成的操作不便，进行减材时造成地质模型损伤影响精度，容易对模型造成破坏的问题。

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，特别是涉及一种水泥基3D打印技术制作隧洞试验地质模型的方法。

背景技术

地质试验模型是岩体工程安全性研究的重要手段，可以为岩土科学项目研究提供基础性、机理性和直观性的结果。传统地质模型制作通常采用块体堆砌或者相似材料填筑的方法，不仅需要大量不规则的模板辅助模型成型，而且成型精度难以保证，特别是无法制作地质模型内部的结构面、夹层和洞室等隐蔽缺陷。如公开号为CN102663950A的大型地质力学模型的制作方法中就是采用预制标准模块，然后堆砌而成，无法保证地质力学模型的成型精度，尤其对于内部的复杂结构无法得到有效的控制。目前，虽然存在一些采用3D打印技术进行混凝土打印的技术，但是由于其是对地质模型进行整体打印，然后进行切削的方式，往往不能对模型内部结构做到精准的控制，同时，模型的整体成型对于后续的切削角度以及视角均有限制，如公开号为CN112172139A的一种制备复杂地质模型的粉末粘结3D打印设备及方法中就存在上述的整体打印然后切削处理的问题。因此，为了解决上述问题，本发明提供一种水泥基3D打印技术制作隧洞试验地质模型的方法来解决地质试验模型精确度不高的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种水泥基3D打印技术制作隧洞试验地质模型的方法来达到提高地质试验模型的成型精确度的目的。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种水泥基3D打印技术制作隧洞试验地质模型的方法，包括以下步骤：

建立隧洞试验地质模型的三维数字模型；

将所述隧洞试验地质模型的三维数字模型导入控制系统并生成打印路径，并取得所述隧洞试验地质模型分层打印的厚度参数；

配制所述隧洞试验地质模型的水泥基材料；

3D打印设备在所述控制系统的控制下按照所述的厚度参数和运行路径打印所述隧洞试验地质模型基层，然后利用减材制造机刻划所述隧洞试验地质模型基层内的结构和轮廓，并将分离块体取出，继续在所述隧洞试验地质模型基层上表面打印述隧洞试验地质模型的下一层，同样利用减材制造机刻划所述隧洞试验地质模型的下一层内的结构和轮廓，并将分离块体取出，重复上述过程，直至所述隧洞试验地质模型完成。

优选的，所述水泥基材料包括硅酸盐水泥、石英砂、石英粉、硅灰、铜炉渣粉末、水、添加剂。

优选的，所述水泥基材料放置在储料泵送系统中，启动泵车和振动器，将水泥基泵送至管道中，所述管道连接3D打印设备的打印头。

优选的，所述隧洞试验地质模型完成后，静置至所述隧洞试验地质模型初凝，转移进混凝土标准养护室进行养护。

优选的，使用石材切割机将所述隧洞试验地质模型周边余料削除，并将表面打磨平整。

优选的，根据试验要求在所述隧洞试验地质模型表面喷涂散斑场或粘贴监测元器件。

优选的，所述3D打印设备和所述减材制造机的驱动装置为双臂机器人，所述双臂机器人的两条手臂分别控制所述3D打印设备和所述减材制造机。