基于3d打印快速成型技術(shù)的相似模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，尤其是一種基于3D打印快速成型技術(shù)的相似模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]為了更好地保證地下礦山的安全生產(chǎn)，最大限度地開(kāi)采礦產(chǎn)資源、保護(hù)礦區(qū)環(huán)境和地面設(shè)施，必須研究礦山壓力及巖層活動(dòng)規(guī)律，發(fā)展巖層支護(hù)技術(shù)與控制措施。然而，對(duì)于一個(gè)影響因素眾多的地下工程問(wèn)題，由于人們難以十分清楚地了解問(wèn)題的全部影響因素所在，難以觀察總結(jié)開(kāi)采煤層覆巖移動(dòng)規(guī)律、頂板垮落規(guī)律、工作面開(kāi)采后頂板移動(dòng)特征與形態(tài)和穩(wěn)成時(shí)間的關(guān)系等復(fù)雜巖體工程問(wèn)題。
[0003]近年來(lái)，因?yàn)橄嗨颇M材料的試驗(yàn)臺(tái)更能方便各種材料的研究而被廣泛應(yīng)用。相似模擬試驗(yàn)是用來(lái)模擬巖土及采礦現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)采環(huán)境下圍巖的應(yīng)力、位移和變形等，通過(guò)模擬相似材料的開(kāi)挖再現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)采時(shí)所出現(xiàn)的各種礦山壓力特征，也是巖土工程研究現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題的有效方法之一。
[0004]相似模擬實(shí)驗(yàn)作為一種重要的研究手段，對(duì)研究對(duì)象的形態(tài)及規(guī)律，按照一定的原則，將現(xiàn)實(shí)中復(fù)雜的地質(zhì)形態(tài)，以一定的比例反映在模型上，通過(guò)對(duì)研究對(duì)象所發(fā)生的現(xiàn)象和機(jī)理的規(guī)律性進(jìn)行研究，而根據(jù)現(xiàn)理論分析認(rèn)為，進(jìn)行傳統(tǒng)的煤(巖)開(kāi)挖工程相似模擬實(shí)驗(yàn)，目前技術(shù)瓶頸在于:
[0005](I)鋪設(shè)的相似模型試件僅能模擬水平、傾斜巖層和斷層構(gòu)造，所鋪設(shè)的水平、傾斜巖層和斷層構(gòu)造都是最為簡(jiǎn)單的單向結(jié)構(gòu)，構(gòu)造復(fù)雜程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于真實(shí)現(xiàn)場(chǎng)地址構(gòu)造，故模擬相似程度低；
[0006](2)傳統(tǒng)相似材料模擬實(shí)驗(yàn)都是人工或半人工配料和鋪料，需多人合作，不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且鋪設(shè)時(shí)間長(zhǎng)；
[0007](3)傳統(tǒng)相似材料模擬實(shí)驗(yàn)采用人工鋪設(shè)，相似模型尺寸精度低。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0008]本實(shí)用新型的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，首次將先進(jìn)的3D快速成型技術(shù)應(yīng)用于采礦物理相似模擬模型的配料和鋪料實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，提出了一種基于3D打印快速成型技術(shù)的相似模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。
[0009]本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:
[0010]基于3D打印快速成型技術(shù)的相似模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括配料模塊、打印鋪料模塊、實(shí)驗(yàn)?zāi)K、控制模塊，配料模塊通過(guò)打印鋪料模塊連接實(shí)驗(yàn)?zāi)K，控制模塊分別連接并控制配料模塊、打印鋪料模塊和實(shí)驗(yàn)?zāi)K；
[0011]控制模塊形成相似模擬實(shí)驗(yàn)的三維數(shù)字模型，控制模塊控制實(shí)驗(yàn)?zāi)K調(diào)整到適合打印三維數(shù)字模型的狀態(tài)，并通過(guò)電磁閥控制配料模塊的配料比，通過(guò)方向控制機(jī)構(gòu)及換向閥控制打印鋪料模塊在實(shí)驗(yàn)?zāi)K進(jìn)行三維立體鋪料。
[0012]進(jìn)一步地，所述配料模塊包括多個(gè)原料桶、通過(guò)輸料管分別與原料桶連接的攪拌桶；
[0013]原料桶內(nèi)有相關(guān)原料，原料桶上設(shè)有重量控制器，原料桶出口上設(shè)有電磁閥，原料桶出口與輸料管連接處設(shè)有輸料電機(jī)；
[0014]輸料管內(nèi)設(shè)有螺旋驅(qū)動(dòng)桿，輸料電機(jī)的輸出軸連接螺旋驅(qū)動(dòng)桿，輸料電機(jī)帶動(dòng)螺旋驅(qū)動(dòng)桿轉(zhuǎn)動(dòng)，將相關(guān)原料運(yùn)至攪拌桶；
[0015]攪拌桶連接有攪拌電機(jī)，攪拌桶的輸出端通過(guò)總輸料管連接打印鋪料模塊。
[0016]進(jìn)一步地，所述原料桶底部設(shè)有原料桶架，原料桶通過(guò)重量控制器固定在原料桶架上，控制系統(tǒng)通過(guò)電磁閥控制加入原料桶的原料重量；
[0017]所述攪拌桶底部設(shè)有攪拌桶架，攪拌桶通過(guò)重量控制器架設(shè)在攪拌桶架上，攪拌桶架上部設(shè)有攪拌電機(jī)，攪拌電機(jī)連接有攪拌裝置，攪拌裝置上焊接有攪拌葉片，控制系統(tǒng)通過(guò)電磁閥控制相關(guān)原料的重量，攪拌桶下部連接攪拌輸料管，攪拌輸料管另一端連接電磁換向閥，電磁換向閥同時(shí)通過(guò)輸料管連接其中一個(gè)原料桶，電磁換向閥輸出端通過(guò)攪拌輸料管連接打印鋪料裝置。
[0018]進(jìn)一步地，所述打印鋪料模塊包括X向控制機(jī)構(gòu)、Y向控制機(jī)構(gòu)及Z向控制機(jī)構(gòu)；
[0019]X向控制機(jī)構(gòu)包括X向伺服電機(jī)、水平設(shè)置的X向滑軌、沿X向滑軌設(shè)置的X向?qū)蜍?，X向伺服電機(jī)的輸出軸連接X(jué)向滑軌，X向滑軌上套接有X向滑軌軸套，X向滑軌軸套一側(cè)卡接在X向?qū)蜍墐?nèi)，另一側(cè)連接有X向滑板；
[0020]Z向控制機(jī)構(gòu)包括Z向伺服電機(jī)、豎直設(shè)置的Z向滑軌、沿Z向滑軌設(shè)置的Z向?qū)蜍?，Z向伺服電機(jī)固定在X向滑板上，Z向伺服電機(jī)的輸出軸連接Z向滑軌，Z向滑軌上套接有Z向滑軌軸套，Z向滑軌軸套一側(cè)卡接在Z向?qū)蜍墐?nèi)，另一側(cè)連接有Z向滑板；
[0021]Y向控制機(jī)構(gòu)包括Y向伺服電機(jī)、分別于X向滑軌和Z向滑軌垂直的Y向滑軌、沿Y向滑軌設(shè)置的Y向?qū)蜍?，Y向伺服電機(jī)固定在Z向滑板上，Y向伺服電機(jī)的輸出軸連接Y向滑軌，Y向滑軌上套接有Y向滑軌軸套，Y向滑軌軸套一側(cè)卡接在Y向?qū)蜍墐?nèi)，另一側(cè)連接有打印噴頭，打印噴頭連接總輸料管；
[0022]打印噴頭在X向控制機(jī)構(gòu)、Y向控制機(jī)構(gòu)及Z向控制機(jī)構(gòu)的配合下進(jìn)行三維立體鋪料，實(shí)現(xiàn)三維數(shù)字模型的3D打印快速成型。
[0023]進(jìn)一步地，所述X向滑軌的末端通過(guò)X向滑軌支撐架固定，X向滑軌支撐架同時(shí)固定X向?qū)к墸?br>[0024]Z向滑軌的末端通過(guò)Z向滑軌支撐架固定，Z向滑軌支撐架固定在Z向?qū)к壣希?br>[0025]Z向?qū)к夗敳吭O(shè)有用于設(shè)定總輸料管位置的限位環(huán)。
[0026]進(jìn)一步地，所述實(shí)驗(yàn)裝置包括主支架，主支架上部通過(guò)加在加載油缸連接有加壓墊板，加載油缸通過(guò)加載墊板對(duì)試件進(jìn)行加載；
[0027]主支架下部鋪設(shè)有試件，打印鋪料裝置逐層打印鋪設(shè)形成試件；
[0028]主支架兩側(cè)對(duì)稱(chēng)連接有擋板支架，擋板支架上等間距焊接有若干擋板導(dǎo)軌，擋板導(dǎo)軌兩側(cè)卡接有擋板，擋板上設(shè)有齒槽，擋板導(dǎo)軌中間突出固定有擋板驅(qū)動(dòng)電機(jī)，擋板驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)齒輪與擋板嚙合，擋板驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)擋板沿?fù)醢鍖?dǎo)軌滑動(dòng)。
[0029]更進(jìn)一步地，所述控制模塊包括中央控制臺(tái)，及分別與配料模塊、打印鋪料模塊和實(shí)驗(yàn)?zāi)K連接的集成線，控制模塊控制完成試件的三維建模、分割模型截面、識(shí)別二維層片信息、規(guī)劃打印路徑、控制相關(guān)原料的配置、控制打印鋪設(shè)試件及完成試件加載。
[0030]采用如上技術(shù)方案取得的有益技術(shù)效果為:
[0031](I)本實(shí)用新型在開(kāi)始打印成型物品前，都需先進(jìn)行物體的三維建模，先通過(guò)電腦繪制，接著將三維模型分割成多個(gè)截面，以使打印裝置能逐層形成物體，因此采用本實(shí)用新型進(jìn)行相似模型的鋪設(shè)，可以鋪設(shè)褶曲、斷層、陷落柱等傳統(tǒng)手段無(wú)法鋪設(shè)的復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造巖體模型；
[0032](2)本實(shí)用新型鋪設(shè)的模型精度高；
[0033](3)采用計(jì)算機(jī)控制配料和鋪設(shè)的全過(guò)程，自動(dòng)化程度高，大大降低了鋪設(shè)難度和工人勞動(dòng)強(qiáng)度。
【附圖說(shuō)明】
[0034]圖1為基于3D打印快速成型技術(shù)的相似模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的立體結(jié)構(gòu)圖。
[0035]圖2為圖1的側(cè)視圖。
[0036]圖3為圖1的俯視圖。
[0037]圖4為打印輔料裝置的立體結(jié)構(gòu)圖。
[0038]圖5為三維數(shù)字模型切割示意圖。
[0039]圖6為圖2中A-A向局部示意圖。
[0040]圖7為圖3中B向局部示意圖。
[0041]圖中，1、實(shí)驗(yàn)?zāi)K；1、主支架；2、擋板支架；3、支撐架；4、擋板；5、擋板導(dǎo)軌；6、齒輪；7、擋板驅(qū)動(dòng)電機(jī)；8、擋板電機(jī)架；9、加載油缸；10、加壓墊板；11、試件；lla、模型試件切片；llb、模型試件切片的不同區(qū)域；
[0042]I1、打印鋪料模塊；12、打印噴頭；13、總輸料管；14、限位環(huán)；15、Z向?qū)蜍壷渭埽?6、Y向伺服電機(jī)座板；17、Χ向滑軌軸套；18、Χ向伺服電機(jī)；19、Χ向滑軌；20、Χ向滑板；21、X向?qū)蜍墸?2、X向滑軌支撐架；23、Y向伺服電機(jī)；24、Y向滑軌；26、Y向?qū)蜍墸?7、Y向滑軌支撐架；28、Z向伺服電機(jī)；29、Z向滑軌；30、Z向滑板；31、Z向?qū)蜍墸?2、Z向滑軌支撐架；
[0043]II1、配料模塊；33、原料桶；34、原料桶架；35、重量控制器；36、電磁閥；37、輸料電機(jī)；38、輸料管；39、螺旋驅(qū)動(dòng)桿；40、攪拌桶；41、攪拌桶架；42、攪拌電機(jī)；43、攪拌裝置；44、攪拌葉片；45、攪拌輸料管；46、調(diào)平腳墊；48、電磁換向閥；
[0044]IV、控制模塊；49、中央控制臺(tái)；50、集成線。
【具體實(shí)施方式】
[0045]結(jié)合附圖1至7對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步說(shuō)明:
[0046]基于3D打印快速成型技術(shù)的相似模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括配料模塊II1、打印鋪料模塊
I1、實(shí)驗(yàn)?zāi)K1、控制模塊IV，配料模塊通過(guò)打印鋪料模塊連接實(shí)驗(yàn)?zāi)K，控制模塊分別連接并控制配料模塊、打印鋪料模塊和實(shí)驗(yàn)?zāi)K。
[0047]控制模塊形成相似模擬實(shí)驗(yàn)的三維數(shù)字模型，控制模塊控制實(shí)驗(yàn)?zāi)K調(diào)整到適合打印三維數(shù)字模型的狀態(tài)，并通過(guò)電磁閥控制配料模塊的配料比，通過(guò)方向控